工業軟件是工業品，自然源于工業。那么，為什么德國和日本作為制造強國，在工業軟件卻好像沒有發展壯大？其實，德國也開發出了多種 CAE 軟件，例如專業的流固耦合軟件等，卻都沒有發展出類似美國 Ansys 公司這樣的大型通用 CAE 軟件商。在 CAD 軟件方面，如果拋開西門子公司收購美國軟件公司 UGS 這個事件，那么德國的軟件名錄看起來也是相當不起眼的。日本的工業軟件與德國的狀況類似，在當前工業軟件領域中，主要還是以使用美國、法國的軟件為主導，輔以很多二次開發的專用工具。

日本和德國在工業嵌入式軟件機器人、汽車控制模塊、數控機床等領域都稱霸市場，這跟它們的機械工程強勢有直接關系。日本在 20 世紀 80 年代提出的“機電一體化”，對其嵌入式軟件發展起到了很大的促進作用。但為什么美國通用汽車可以造就 CAD 軟件的興起，日本豐田卻沒有催化出一個國際通用的 CAD 工具軟件呢？實際上，無論是在鋼鐵、造船，還是在汽車、家電等行業，日本都成功地塑造了一些國際化的品牌。日本工業軟件，是少數幾個沒能沖向國際化的行業之一，這應該與日本的“硬件優先”傳統有著直接關系。

1985 年前的光景

在 1980 年前后，統領日本計算機硬件市場的五大廠商是 IBM、富士通、日立、NEC 和 Univac，合計占據了 90% 左右的市場份額。從富士通公司和日立公司在 1974 年引入 IBM 兼容機開始，到 1980 年前后，IBM 兼容機已經占據了日本計算機市場 59% 的銷售份額。IBM 系列產品支配了硬件市場，這吸引了很多由 IBM 操作系統支持的計算機軟件進入日本市場。

在日本公司的 IT 開支中，只有 7% 的費用用于外包定制軟件開發，不到 1% 的費用用于購置商用貨架軟件，日本公司絕大部分都是用自研軟件。外部的軟件商，則嚴重依賴計算機主機廠。在這段時期，大多數軟件公司的主要業務是為計算機主機廠提供服務，來自計算機主機廠的收入占據此類公司收入的 60% 左右。

1980 年前后，日本軟件的價格幾乎全部是根據開發成本或者是工作量來決定的。這意味著大多數軟件公司不出售技術，僅依靠人力資源提供技術服務。

在日本軟件產業發展過程中，這是一種作坊式的開端。軟件工業很大程度上依賴于個人，程序人員水平的提高優先于軟件產品的改善。日本軟件業的從業者僅僅被看作是程序設計勞動力的來源，而不是熟練的專業設計師或系統工程師。

一次失敗的國家嘗試

隨著日本機械化、工業化生產的大幅提升，日本計算機硬件產業如日中天，產量迅速增加。軟件則仍停留在手工作業上，二者之間的供需矛盾日趨明顯。

日本通商產業省（MITI）及下屬的情報處理振興事業協會，經過近十年的醞釀，打算一舉解決這個問題。根據該協會預計，軟件工程師的供求到 1990 年會有 60 萬的缺口，到 2000 年缺口將高達 100 萬。因此，日本通商產業省（現在的日本經濟產業省）設立了一個國家軟件發展項目，試圖建立一套全新的操作系統平臺，方便軟件開發者使用。當時的日本通商產業省，由于 20 世紀 80 年代初期的超大規模集成電路（VLSI）項目大獲成功，不免有些頭腦發熱，躊躇滿志，準備一鼓作氣建立軟件開發平臺，以提高軟件開發效率。

日本政府于 1985 年開始的國家項目 SIGMA，是一項“軟件生產工業化”行動，以消除“軟件危機”為愿景，推行軟件生產工業化。它期望建立一個能為日本軟件開發者提供生產軟件所需情報工具軟件的計算機系統。所設想的商業模式是，當 SIGMA 系統開始經營后，運營費用可以用用戶交的租金來支付。

1986 年 7 月，在日本第 15 屆技術預測研討會上，日本情報處理振興事業協會系統開發部部長做了題為“日本軟件開發與 SIGMA 項目”的報告，當時已經有 60 多家公司參加了該項目。

然而，這個軟件生產工業化的目標，卻仍然指向為硬件服務。而且這些日本公司誤判了形勢，仍然在進行大型機方面的攻關，并沒有注意到當時的一種大趨勢，那就是軟件業正在獨立地蓬勃發展。根據一位日本人士的看法，這個項目注定會失敗，因為它是在計算機尚不發達的前提下開發的。很多人在項目進行中注意到了這個前提的荒謬，卻無法停下來。因為一旦冠以“國家項目”的稱謂，就不能輕易中斷。

五年后，這個國家項目到了難以維持的地步，因此由 50 家計算機制造商和軟件公司出資成立了一家與項目同名的商業公司，算是為這個項目站好最后一班崗。1991 年，日本與 UNIX 國際標準化組織達成了通用規范，這標志著日本放棄了抵抗軟件標準化的路線。SIGMA 公司無疾而終。

這次失敗，是日本試圖尋求軟件自主化遭遇的一個重大挫折。SIGMA 項目意圖對抗的是一個全球軟件標準化程序的潮流，這個逆潮流的急先鋒項目很快就變成了一堆廢棄的石頭。日本為此損失了 230 億日元投資，以至于之后再也無法組織像樣的振興軟件國家行動。

缺乏強勢的通用軟件，但企業自研能力很強

日本的鑄造工業強大，但鑄造仿真軟件并不強勢。日本鑄造仿真軟件 JSCAST 是由大阪大學的大中逸雄課題組與日本小松機械聯合開發的，至今還是日本銷量第一的鑄造仿真模擬軟件。鑄造仿真軟件的內核是流體力學、傳熱學求解器。與德國邁格碼（MAGMA）鑄造仿真軟件、美國 FLOW-3D 軟件以及韓國 AnyCasting 軟件相比，日本鑄造仿真軟件有一定差距，其主要的弱勢就在于求解器不穩定、計算速度慢、處理復雜鑄件的能力較低等。中國國內使用日本 JSCAST 鑄造仿真軟件的公司非常少。在世界上，除日本企業之外，其他國家的企業也很少會使用這款日本工業軟件。

鑄造仿真軟件不強是日本通用工業軟件實力偏弱的一個縮影。相反，日本企業的自主研發軟件卻往往很發達。

日本電產株式會社（NIDEC）主要生產中小型馬達、軸承等零部件。自 1994 年起，日本電產開始量產用于硬盤驅動器的液態軸承 (Fluid Dynamic Bearing，簡稱 FDB)。隨著硬盤驅動器在數據存儲密度方面的驚人進步，傳統的滾珠式軸承制造在原理上已經無法做到讓每一顆滾珠的大小都完全一致。因滾珠間的尺寸差異產生的非周期性振動，將導致磁頭無法精準地在高精細、高密度的磁道上刻錄 / 讀取數據。為了探索液態動壓軸承的最佳結構，日本電產逐漸走上了內部開發、自主研發建模技術和仿真軟件之路。

率先量產的日本電產液壓動態軸承發展速度驚人，月產量實現了跨越性的突破，2000 年前后曾經大幅擴充產品種類。到 2002 年，液態動壓軸承已成為主軸馬達用軸承的主流產品。隨著產量從幾萬臺、幾十萬臺上升至幾百萬臺，采用檢查少量試制品生產中的品質管理方法，顯然已經不合時宜。因為要檢查到異常現象，往往需要制作 1000 個以上的試制件來代表不同的模式，耗時耗力，成本也相當高。

為了讓這項工作從車間轉向設計室，日本電產決定采用 CAE 軟件進行仿真，從而改變對所有驗證案例采用“創意、修改和再設計”的試錯式檢測流程。然而，市場上通用的仿真軟件，應對這種特殊產品乏力，于是日本電產決定在公司內部開發獨有的解析軟件。這樣做的最大好處是，可以將范圍鎖定為液體動壓軸承的特有機能，用二維模型定義三維模型，降低振動模型的自由度，僅以設計上特別需要的現象作為對象，進行建模并實施計算。由此，可以在有限的計算能力內，進行必要的剛性和衰減性的仿真計算。

利用仿真計算，可以隨時將軸和軸承之間的間隙參數變更為 1000～2000 種不同的模式，也能在幾十分鐘內迅速得出計算結果。這種技術現在也被用于風扇馬達的液態動壓軸承。隨著社會在電氣化的發展，汽車、家電等產品對高效率、靜音、低振動等的要求也愈來愈高，這種針對性極強的 CAE 技術正在發揮更大的作用。

日本電產的 CAE 軟件部門，本身也是設計、工藝和制造體系的一個融合環節。它與設計部門同屬于一個組織，一起進行軟件的開發和升級；當碰到高難度的項目時，CAE 軟件部門也會跟日本電產的中央馬達基礎技術研究所合作，進行共同開發。

從零件設計到模塊和單元設計，一直到安裝有模塊或單元的殼體側的結構設計，日本電產都可以通過自主 CAE 技術完成。日本電產從一家馬達、軸承供應商逐步進化成一個 OEM 廠商所依賴的關鍵戰略伙伴，其中自主研發的 CAE 軟件起到了重大作用。

共生式發展與高度嵌入的策略

日本是全球第三大經濟體，擁有世界一流的制造業。日本軟件在銷售方面僅次于美國軟件，機床、機器人和汽車行業的嵌入式軟件獨步全球，日本軟件質量與生產率也不在美國軟件之下。然而，日本的軟件產品與服務卻越來越缺乏全球競爭力，丟失全球存在感。日本軟件業在強大的軟件開發能力與虛弱的軟件能力之間橫亙著巨大的鴻溝，這是日本軟件業留給人們的巨大迷思。

不少學者也注意到了這一現象。美國伯克利大學的 Cole 和 Nakata 教授在 2014 年對此進行了詳細的分析。其中有兩點結論令人印象深刻：一個原因是日本軟件業中有大量 IT 軟件外包公司，為具有適度軟件技能的員工創造了“藍領”職位，而對優秀軟件架構師／設計師的需求不足，進而導致軟件創新度不夠。另外一個原因則是日本對“造物”的崇拜。

硬件工程師無論是收入，還是社會地位，都要比軟件從業人員要高。日本卓越的硬件制造形成的“路徑依賴”，使得軟件行業無法成為一個吸引優秀人才的行業。美國五分之一的軟件開發者接受過研究生教育，而在日本這個比例僅為十分之一。在博士學位方面，兩國軟件開發者之間的差距更大。

20 世紀 90 年代初，日本大型制造和服務公司的信息技術能力有所減弱。大公司將其 IT 部門剝離為子公司，開始更多地依賴這些子公司和其他系統集成商及其分包商。在隨后的三十年，盡管電子公司已進化成 IT 公司，但傳統電子工程師思維依然統領企業高級職位。日本公司重硬輕軟，其組織結構往往是機械工程師、化學工程師在頂層決策位置，而電子工程師、軟件工程師位于底層。以硬件為中心的路線長期延續，而軟件的角色仍然被視作功能的輔助和控制器。

Nakata 教授在報告中提到，二十年以前曾有學者警告美國，星羅棋布的美國硅谷小公司在財務資源方面難以跟日本大型高技術綜合制造商相匹敵。日本大公司青睞的“工廠生產”（factory approach）軟件開發方法優于美國占主導的“工匠主導”（craft approach）軟件開發方法。換言之，繼制造業取得成功之后，日本正在成為世界軟件工業的重要一極。

現在看來，這個預測并沒有發生。事實上，大型企業和小型軟件的嵌套關系，構成了日本工業軟件的一個突出特點。為了理解日本工業軟件與終端用戶行業的密切關系，脫胎于日產汽車的一家工業軟件公司是一個上佳的案例。

日產汽車公司早在 1987 年就開始自行開發的 CAD 軟件和 CAE 軟件，十年后他們成立一家獨立的日產軟件公司，將產品應用于日產和雷諾車型的研制。在世紀之交，富士通取得了這家軟件公司的全部股份。隨后，作為大型計算機和軟件系統的代表，富士通將各種機械和汽車的 CAD 軟件，以及其他與制造業相關的軟件技術，如輕量化三維設計、工藝表管理、預覽工具等，都放到旗下的這家公司，而產品數據管理則使用開源軟件。在這家公司最關注的汽車行業（銷售額占比超過 70%），其旗下的品牌產品，加上所代理的西門子軟件，都緊密地嵌入汽車設計行業的流程，完整地體現了“機械、電氣、操作的融合設計”。全面了解該企業的所有軟件之后，可以發現，它們完全是伴隨著一個工廠的研制全套業務流程展開。這給人留下極深刻的印象。

另外一家日本 CAE 軟件公司，則是日本富士軟件（Fujisoft）旗下的 Cybernet 公司。富士軟件全球有 2 萬多員工，這家 CAE 軟件公司則專注于仿真領域。美國科學計算軟件 MATLAB 被 Cybernet 公司引入日本豐田，并迅速成為主流軟件。后來 MATLAB 軟件所屬的美國 MathWorks 公司在日本建立了辦事處，Cybernet 公司就收購了其競爭對手加拿大的 MapleSoft 軟件公司，以豐富自己的產品線。Cybernet 公司就像一座日本少有的喜歡吞噬新鮮空氣的活火山，一直在采用收購的方式，獲取全球軟件的資源。實際上，作為美國仿真軟件 ANSYS 的代理商，Cybernet 公司圍繞著企業用戶的需求，將代理產品、自研產品和并購產品嵌套在一起，形成一套完整的解決方案。

日本還有一家叫做 JMAG 的電氣設計軟件公司，但這家公司很難講是完全獨立的。日本的獨立公司背后總能看到財團的影子，JMAG 公司就有住友銀行的背景。

大多數日本人喜歡進入大公司工作，因為比較體面，進入小公司的人則比較少。這也導致日本創業公司比較少，限制了軟件業所需要的蓬勃活力。

日本的工業軟件，在國家行動失敗后，選擇了高度嵌入全球化的策略。以通用軟件為基礎，將自己的行業制造專業知識加載其中，然后與用戶緊密綁定，這種策略成就了強大的日本制造業。但是，對于國產化 CAD 軟件、CAE 軟件以及 EDA 軟件，日本恐怕已經早已失去了目標和動力。

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