從西門子到通用電氣

　　1831 年，英國科學家邁克爾•法拉第發現了電磁感應原理：旋轉的線圈通過磁場時可以產生電。這個原理反過來同樣成立，即在相同條件下，電流通過線圈時可以產生旋轉運動。基於這一原理，美國工程師兼鐵匠托馬斯•達文波特於1834 年發明了電動機。1847 年，德國工程師維爾納•馮•西門子在柏林創立了西門子公司。1866 年，他進一步深化了法拉第的理論，發明了發電機。發電機採用自發電的電磁鐵，而不是永久磁鐵提供發電用的磁場。發電機的誕生使大規模、低成本發電成為現實。馮•西門子後來表示：電的出現為人們的工作條件帶來了徹底的變革。
馮•西門子的構想需要把能量轉換成旋轉形式，從而在電磁感應原理的作用下產生發電需要的旋轉運動。有人曾試圖用蒸汽機提供旋轉運動，但是蒸汽機效率太低，而且噪聲很大，因此不適合實現這一目的。工程師們為了解決這一問題，開始考慮改進一些人們曾經使用過的辦法。查爾斯•帕森斯爵士在這方面做出了傑出貢獻，他是一名英國工程師，研究輪船引擎和裝有火箭發動機的魚雷。1884 年，他獲得了蒸汽渦輪機的專利。蒸汽渦輪機的基本原理和水車相同，都是利用液體向上推動輪子產生旋轉運動。帕森斯的渦輪機利用蒸汽直接作用於裝在輪子上的、成一定角度的葉片。渦輪機用煤對水進行加熱，從而產生蒸汽。渦輪機是第一種能穩定發電的設備。1889 年，帕森斯在泰恩河畔的紐卡斯爾建立了C.A. 帕
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森斯公司，生產渦輪機並將渦輪機銷往世界各地。
與16 世紀的老式風車相比，帕森斯研制的首批渦輪機提供的能量並沒有顯著增加。盡管如此，帕森斯還是說服了很多企業家安裝渦輪機。1890 年，第一個使用蒸汽渦輪機的商業發電廠在紐卡斯爾建立，發電廠使用一對75 千瓦的渦輪機發電。此後，隨著世界各地越來越多的公司開始研發自己的渦輪機，渦輪機取得了迅速發展。自從可以大規模、穩定供電後，小至燈泡，大到工業設備，很多人工產品都依靠電力提供能量。1931 年帕森斯去世時，一台基於他的最初構想設計的蒸汽渦輪機可發電70 兆瓦特（7 000 萬瓦特），幾乎是帕森斯設計的第一批渦輪機發電量的1 萬倍。1900 年，電力僅滿足美國制造業5% 的能源需求，而到1950 年，這一比例上升至70% 。廉價、便捷、大規模的發電方式是衆多廣泛應用的通用技術之一，這些通用技術共同對世界的發展產生了巨大影響。
與帕森斯發明的蒸汽渦輪機相比，現代社會最先進的渦輪機是燃氣渦輪機。燃氣渦輪機不使用蒸汽，而是利用熱燃氣形成的、快速流動的氣流驅動輪子發電。熱燃氣由燃燒的天然氣產生，主要成分是空氣、二氧化碳以及燃燒反應產生的蒸汽和其他物質。由於熱燃氣的能量承載能力優於蒸汽，所以燃氣渦輪機的效率高於蒸汽渦輪機。現在，燃氣渦輪機是最常用的、利用化石燃料的發電機。20 世紀20 年代，弗蘭克•惠特爾爵士的研究成果推動了燃氣渦輪機發電技術的發展。1930 年，英國工程師弗蘭克•惠特爾獲得了航空噴氣發動機的專利。噴氣發動機是一種提供推進力的燃氣渦輪機（由柴油或其他類似燃料提供動力）。惠特爾的基本設計原理是世界三大頂級制造商（通用電氣公司、美國普拉特•惠特尼集團
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公司、英國勞斯萊斯）生產的噴氣發動機的核心部分。
1939 年，佈朗•勃法瑞公司在瑞士的納沙泰爾建立了世界上第一家燃氣渦輪機發電廠。佈朗•勃法瑞當時是瑞士一家工程公司，50 年後，該公司和瑞典的阿西亞公司合並為ABB 集團。現在，ABB 集團是全球最大的電氣工程集團。當時的燃氣渦輪機發電量為4 兆瓦，運營效率為18% 。（運營效率指系統以電力的形式輸出的能量和以天然氣形式輸入系統的能量之比。）相比之下，2010 年銷售的燃氣渦輪機體型更大、效率更高。四大燃氣渦輪機制造商分別為通用電氣、西門子、法國阿爾斯通和日本三菱重工，它們研制的最新款燃氣渦輪機的發電量為300 兆瓦，運營效率為60% 。燃氣渦輪機在體積和效率方面的改進在電價上有所體現。1900~2000 年，美國經濟整體處於通貨膨脹狀態，據此美國居民用電價格幾乎下調了94% 。1950~2000 年，乘客乘坐飛機飛行固定距離的費用也下降了類似的幅度，主要原因就是引擎技術的發展。
如果沒有技術進步，就不會發生這些變化。人們用新型鋼合金制造渦輪的葉片和燃燒室，使渦輪機可以在更高溫度下運行，並且不引起金屬部件變形。這樣可以增加在固定時間内通過渦輪機的熱燃氣量，從而增加系統的能量輸出。渦輪機葉片上使用了更優質的化學塗料，可以使葉片耐高溫磨損。現代渦輪機的關鍵部件之一是噴嘴，噴嘴用來在天然氣燃燒前把天然氣噴入燃燒室。利用更精確的機器工具、更先進的計算機輔助設計的編程方法，人們可以設計並制造出公差更小的噴嘴内部器件，提高燃燒效率。在改進渦輪機的運行方式方面，計算機建模技術也產生了影響。應用計算機建模技術，工程師可以設計出更先進的操作程序，使渦輪機提供
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更多的能量，並使磨損最小化。工程師還可以設計出更先進的設備維護方法，比如更換部件。所有這些領域的技術都需要系統性的改進，在原有技術的基礎上不斷提出新方法。
制造業的黏合劑
永守重信堪稱21 世紀具有和達文波特或惠特爾相同影響力的人物，他是一名日本工程師，並擔任日本電產株式會社社長。日本電產總部位於東京，與西門子、ABB 共同構成全球三大電子發動機制造商。永守重信從小與父母和6 個兄弟姐妹一起居住在東京的一座僅有三個房間的小房子裡。後來，他成為一名電氣工程師。1973 年，他創立了日本電產。永守重信摒棄了日本傳統的“共識文化”，堅持萬事“永争第一”。無論是乘坐商用飛機還是火車，他都要求坐最好的座位。
永守重信說，日本電產的工程師們始終致力於研究日本電產發動機的新應用，使其產品應用到各種新領域，包括蘋果公司推出的一種大容量MP3 播放器iPod ，以及汽車的風擋雨刷器的控制器。他說：“我們對任何旋轉、移動的事物都感興趣。50 年前，驅動其他一切事物的主流產品，即我們所說的工業‘糧食’是鋼鐵。25 年前，工業‘糧食’是半導體產品。但現在，工業‘糧食’是發動機。”世界上一半的用電需求都來自發動機。2010 年，世界上有2 000 億台發動機，約為人口數量的30 倍。永守重信雄心勃勃且深謀遠慮，他希望到2030 年他86 歲時，公司年銷售額能達到1 000 億美元（是2010 年的10 倍），公司員工數量達到100 萬人。
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目前，日本電產是全球最大的低能耗專業電控發動機制造商。這種發動機憑借其獨特的操作特徵，通過數字化“人工智能”完成工作需求，因此只在需要時提供能量。這種發動機的耗電量僅為傳統發動機的1/3 。永守重信說，通過減少用電量，這種發動機在降低世界能源消耗量方面發揮著巨大作用。
世界上大多數電能是通過化石燃料在蒸汽渦輪機和燃氣渦輪機中燃燒產生的。由於燃燒化石燃料會排放大量二氧化碳，發電成為大氣中二氧化碳不斷增加的主要原因之一。科學家認為，二氧化碳是全球變暖的罪魁禍首。如果可以減少發動機使用的電能，將大大減少對氣候變化的影響。永守重信說：“如果發動機的用電量減少1% ，一年内節省的電能可滿足泰國一年的用電需求。”
日本電產的研發團隊遍佈日本中心地區，由各領域的技術專家組成，包括半導體技術、能源工程、材料加工和材料切割。他們立足改進多種技術，與全球制造商保持同步。大多數技術可歸結為材料加工、能量管理、運動管理和信息分析。從某種意義上講，總體上技術並沒有發生重大變化。在過去300 年的時間裡，科學家和工程師的主要精力都集中於這四個領域的技術。這正說明了一點，即大多數所謂的“新”技術是從早已存在的產品和流程中演變而來的，即使是像激光這樣的產品也是如此。1960 年，人們發現激光時認為它是一種技術突破，但實際上，激光源自光學理論和材料加工，而這兩門科學人們已經研究了近百年。納塔涅爾•羅森貝格（Nathaniel Rosenberg ）教授是技術演變方面的權威，據他觀察，公司和政府投入在研發上的資金主要用來“對現有技術進行小的改進”。
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因此，世界範圍内技術“儲備”越大，孕育技術創新的基礎就越龐大。無論以何種方式衡量技術，有兩點是確定的：一是技術的總量不斷增加，二是新概念和應用出現的速度逐漸加快。此外，從業人數以及致力於在現有技術基礎上開發新技術的人數也在增加，其中很多人來自中國和印度等國家，而這些國家在20 世紀90 年代對全球制造業創新幾乎沒有貢獻。
業務需求的“拉動力”增強了技術總量增長的“推動力”。技術在整體策略中的地位越來越顯著。隨著全球化進程中整個世界的開放以及激發新概念和傳遞信息的互聯網的出現，產業競争越來越激烈。競争的加劇促使更多公司努力通過尋求新產品和生產流程替代或補充現有的產品和流程。
公司正在加快更替現有存量產品，從手機到清潔劑等產品的生命週期不斷縮短，這一趨勢已經非常明顯。另外，公司正在拓寬產品範圍，不斷向新的領域發展。在這一過程中，公司通常會體會到技術進步的重要性。比如，大型消費品公司聯合利華就推出了諸多新產品，比如淨水器和基於激光技術的皮膚治療系統。這就要求該公司通過内部開發或與其他公司合作開發一系列新技術，包括薄膜過濾技術和半導體激光技術。
很多新產品是通過綜合利用多種相關性不高的技術開發的。比如，醫療設備領域的公司正在開發的產品涉及軟件、生物工程和電氣工程三門學科。這些公司（包括通用電氣和西門子）正在開發涉及多種技術領域的新型聽診工具，借助這種新型聽診工具，醫生可以使用新的方法診斷病情，並監控疾病治療過程。
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隨著公司的發展，人們意識到如果各公司把技術視為建立在多領域知識基礎上的系統性資源，而不是個別概念的收集，那麼公司生產的產品會更先進、生產流程會更順暢。比如，ABB 或艾默生等公司制造自動化設備用來執行工廠的生產流程。不論是在制造微型晶片的工廠，還是生產水泥的工廠，這些自動化設備都是上百種不同生產制造操作的核心部分。為確保設備高效運轉，生產這些系統的公司必須了解不同領域的技術，包括軟件、鋼鐵加工、精確切割、水力學、半導體、流體力學和三維模型。如果能把這些專業技術交織融合起來，公司就更有可能取得商業成功。技術是制造業的黏合劑。在新工業革命時期，開發新概念，加強企業間合作，並將研發成果應用於新產品所帶來的利益將超過以往任何時期。
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通過標準化的設計和生產流程生產出滿足客戶特殊需求且成本可接受的產品，以及如何提供經濟實惠的產品是新工業革命的主要特點。得益於可互換零件的誕生，建築、造船、汽車制造等制造工廠中生產力都得到了大幅提升，生產成本則得到節約。制造工藝發展的下一階段是個性化量產，這一概念推動了產品多樣化從定制化量產向更前一步發展。
無論是3D 打印技術、高檔手表、定制汽車還是JSW 鋼鐵公司的鋼材生產，都把消費者需求奉為圭臬，由於可以更靈活地控制制造的過程，越來越多的企業可以問客戶：“你想要什麼樣的，我們可以為你制造。”

本文摘自《新工業革命》

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　　 在這本書中，作者提到，人類的制造業可以分為五個階段，它們分別是：第一個階段是少量定制；第二階段是少量標準化階段；第三個階段大批量標準化生產；第四階段大批量定制化；第五個階段是個性化量產。 我們現在正處於個性化量產階段。這一概念推動了產品多樣化從定制化量產繼續向前發展。然而，這一生產方式甚少用於生產特殊到獨一無二的產品。定制化量產和個性化量產的差別極其細微——豐田生產方式無法為某一單獨客戶定制一款豐田車型，但是個性化量產就可以輕松做到。 馬什預測，當3D打印技術成為生產的日常部分，大批量個性化時代就真正來臨了。到2040年左右，利用3D打印技術為很多產品（從噴氣式發動機到汽車）生產零件將成為主流，定制特定的相關產品以滿足個人需求或生理需求非常重要。這類產品包括醫療植入物、助聽器、照明系統及專業家具。隨著新工業革命步伐加快，在成本控制的範圍内和允許客戶施加更大影響的情況下，提供多樣化產品將成為越來越明顯的特徵。 作者敏銳地指出，在新工業革命時期，開發新概念，加強公司間合作，並將研發成果應用於新產品所帶來的利益將超過以往任何時期。 這是一部既具有歷史厚重感，又具有較高現實意義的著作。毋庸置疑，它將對中國制造業未來有很高的導向性。