从西门子到通用电气

　　1831 年，英国科学家迈克尔•法拉第发现了电磁感应原理：旋转的线圈通过磁场时可以产生电。这个原理反过来同样成立，即在相同条件下，电流通过线圈时可以产生旋转运动。基于这一原理，美国工程师兼铁匠托马斯•达文波特于1834 年发明了电动机。1847 年，德国工程师维尔纳•冯•西门子在柏林创立了西门子公司。1866 年，他进一步深化了法拉第的理论，发明了发电机。发电机采用自发电的电磁铁，而不是永久磁铁提供发电用的磁场。发电机的诞生使大规模、低成本发电成为现实。冯•西门子后来表示：电的出现为人们的工作条件带来了彻底的变革。
冯•西门子的构想需要把能量转换成旋转形式，从而在电磁感应原理的作用下产生发电需要的旋转运动。有人曾试图用蒸汽机提供旋转运动，但是蒸汽机效率太低，而且噪声很大，因此不适合实现这一目的。工程师们为了解决这一问题，开始考虑改进一些人们曾经使用过的办法。查尔斯•帕森斯爵士在这方面做出了杰出贡献，他是一名英国工程师，研究轮船引擎和装有火箭发动机的鱼雷。1884 年，他获得了蒸汽涡轮机的专利。蒸汽涡轮机的基本原理和水车相同，都是利用液体向上推动轮子产生旋转运动。帕森斯的涡轮机利用蒸汽直接作用于装在轮子上的、成一定角度的叶片。涡轮机用煤对水进行加热，从而产生蒸汽。涡轮机是第一种能稳定发电的设备。1889 年，帕森斯在泰恩河畔的纽卡斯尔建立了C.A. 帕
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森斯公司，生产涡轮机并将涡轮机销往世界各地。
与16 世纪的老式风车相比，帕森斯研制的首批涡轮机提供的能量并没有显著增加。尽管如此，帕森斯还是说服了很多企业家安装涡轮机。1890 年，第一个使用蒸汽涡轮机的商业发电厂在纽卡斯尔建立，发电厂使用一对75 千瓦的涡轮机发电。此后，随着世界各地越来越多的公司开始研发自己的涡轮机，涡轮机取得了迅速发展。自从可以大规模、稳定供电后，小至灯泡，大到工业设备，很多人工产品都依靠电力提供能量。1931 年帕森斯去世时，一台基于他的最初构想设计的蒸汽涡轮机可发电70 兆瓦特（7 000 万瓦特），几乎是帕森斯设计的第一批涡轮机发电量的1 万倍。1900 年，电力仅满足美国制造业5% 的能源需求，而到1950 年，这一比例上升至70% 。廉价、便捷、大规模的发电方式是众多广泛应用的通用技术之一，这些通用技术共同对世界的发展产生了巨大影响。
与帕森斯发明的蒸汽涡轮机相比，现代社会最先进的涡轮机是燃气涡轮机。燃气涡轮机不使用蒸汽，而是利用热燃气形成的、快速流动的气流驱动轮子发电。热燃气由燃烧的天然气产生，主要成分是空气、二氧化碳以及燃烧反应产生的蒸汽和其他物质。由于热燃气的能量承载能力优于蒸汽，所以燃气涡轮机的效率高于蒸汽涡轮机。现在，燃气涡轮机是最常用的、利用化石燃料的发电机。20 世纪20 年代，弗兰克•惠特尔爵士的研究成果推动了燃气涡轮机发电技术的发展。1930 年，英国工程师弗兰克•惠特尔获得了航空喷气发动机的专利。喷气发动机是一种提供推进力的燃气涡轮机（由柴油或其他类似燃料提供动力）。惠特尔的基本设计原理是世界三大顶级制造商（通用电气公司、美国普拉特•惠特尼集团
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公司、英国劳斯莱斯）生产的喷气发动机的核心部分。
1939 年，布朗•勃法瑞公司在瑞士的纳沙泰尔建立了世界上第一家燃气涡轮机发电厂。布朗•勃法瑞当时是瑞士一家工程公司，50 年后，该公司和瑞典的阿西亚公司合并为ABB 集团。现在，ABB 集团是全球最大的电气工程集团。当时的燃气涡轮机发电量为4 兆瓦，运营效率为18% 。（运营效率指系统以电力的形式输出的能量和以天然气形式输入系统的能量之比。）相比之下，2010 年销售的燃气涡轮机体型更大、效率更高。四大燃气涡轮机制造商分别为通用电气、西门子、法国阿尔斯通和日本三菱重工，它们研制的最新款燃气涡轮机的发电量为300 兆瓦，运营效率为60% 。燃气涡轮机在体积和效率方面的改进在电价上有所体现。1900~2000 年，美国经济整体处于通货膨胀状态，据此美国居民用电价格几乎下调了94% 。1950~2000 年，乘客乘坐飞机飞行固定距离的费用也下降了类似的幅度，主要原因就是引擎技术的发展。
如果没有技术进步，就不会发生这些变化。人们用新型钢合金制造涡轮的叶片和燃烧室，使涡轮机可以在更高温度下运行，并且不引起金属部件变形。这样可以增加在固定时间内通过涡轮机的热燃气量，从而增加系统的能量输出。涡轮机叶片上使用了更优质的化学涂料，可以使叶片耐高温磨损。现代涡轮机的关键部件之一是喷嘴，喷嘴用来在天然气燃烧前把天然气喷入燃烧室。利用更精确的机器工具、更先进的计算机辅助设计的编程方法，人们可以设计并制造出公差更小的喷嘴内部器件，提高燃烧效率。在改进涡轮机的运行方式方面，计算机建模技术也产生了影响。应用计算机建模技术，工程师可以设计出更先进的操作程序，使涡轮机提供
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更多的能量，并使磨损最小化。工程师还可以设计出更先进的设备维护方法，比如更换部件。所有这些领域的技术都需要系统性的改进，在原有技术的基础上不断提出新方法。
制造业的黏合剂
永守重信堪称21 世纪具有和达文波特或惠特尔相同影响力的人物，他是一名日本工程师，并担任日本电产株式会社社长。日本电产总部位于东京，与西门子、ABB 共同构成全球三大电子发动机制造商。永守重信从小与父母和6 个兄弟姐妹一起居住在东京的一座仅有三个房间的小房子里。后来，他成为一名电气工程师。1973 年，他创立了日本电产。永守重信摒弃了日本传统的“共识文化”，坚持万事“永争第一”。无论是乘坐商用飞机还是火车，他都要求坐最好的座位。
永守重信说，日本电产的工程师们始终致力于研究日本电产发动机的新应用，使其产品应用到各种新领域，包括苹果公司推出的一种大容量MP3 播放器iPod ，以及汽车的风挡雨刷器的控制器。他说：“我们对任何旋转、移动的事物都感兴趣。50 年前，驱动其他一切事物的主流产品，即我们所说的工业‘粮食’是钢铁。25 年前，工业‘粮食’是半导体产品。但现在，工业‘粮食’是发动机。”世界上一半的用电需求都来自发动机。2010 年，世界上有2 000 亿台发动机，约为人口数量的30 倍。永守重信雄心勃勃且深谋远虑，他希望到2030 年他86 岁时，公司年销售额能达到1 000 亿美元（是2010 年的10 倍），公司员工数量达到100 万人。
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目前，日本电产是全球最大的低能耗专业电控发动机制造商。这种发动机凭借其独特的操作特征，通过数字化“人工智能”完成工作需求，因此只在需要时提供能量。这种发动机的耗电量仅为传统发动机的1/3 。永守重信说，通过减少用电量，这种发动机在降低世界能源消耗量方面发挥着巨大作用。
世界上大多数电能是通过化石燃料在蒸汽涡轮机和燃气涡轮机中燃烧产生的。由于燃烧化石燃料会排放大量二氧化碳，发电成为大气中二氧化碳不断增加的主要原因之一。科学家认为，二氧化碳是全球变暖的罪魁祸首。如果可以减少发动机使用的电能，将大大减少对气候变化的影响。永守重信说：“如果发动机的用电量减少1% ，一年内节省的电能可满足泰国一年的用电需求。”
日本电产的研发团队遍布日本中心地区，由各领域的技术专家组成，包括半导体技术、能源工程、材料加工和材料切割。他们立足改进多种技术，与全球制造商保持同步。大多数技术可归结为材料加工、能量管理、运动管理和信息分析。从某种意义上讲，总体上技术并没有发生重大变化。在过去300 年的时间里，科学家和工程师的主要精力都集中于这四个领域的技术。这正说明了一点，即大多数所谓的“新”技术是从早已存在的产品和流程中演变而来的，即使是像激光这样的产品也是如此。1960 年，人们发现激光时认为它是一种技术突破，但实际上，激光源自光学理论和材料加工，而这两门科学人们已经研究了近百年。纳塔涅尔•罗森贝格（Nathaniel Rosenberg ）教授是技术演变方面的权威，据他观察，公司和政府投入在研发上的资金主要用来“对现有技术进行小的改进”。
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因此，世界范围内技术“储备”越大，孕育技术创新的基础就越庞大。无论以何种方式衡量技术，有两点是确定的：一是技术的总量不断增加，二是新概念和应用出现的速度逐渐加快。此外，从业人数以及致力于在现有技术基础上开发新技术的人数也在增加，其中很多人来自中国和印度等国家，而这些国家在20 世纪90 年代对全球制造业创新几乎没有贡献。
业务需求的“拉动力”增强了技术总量增长的“推动力”。技术在整体策略中的地位越来越显著。随着全球化进程中整个世界的开放以及激发新概念和传递信息的互联网的出现，产业竞争越来越激烈。竞争的加剧促使更多公司努力通过寻求新产品和生产流程替代或补充现有的产品和流程。
公司正在加快更替现有存量产品，从手机到清洁剂等产品的生命周期不断缩短，这一趋势已经非常明显。另外，公司正在拓宽产品范围，不断向新的领域发展。在这一过程中，公司通常会体会到技术进步的重要性。比如，大型消费品公司联合利华就推出了诸多新产品，比如净水器和基于激光技术的皮肤治疗系统。这就要求该公司通过内部开发或与其他公司合作开发一系列新技术，包括薄膜过滤技术和半导体激光技术。
很多新产品是通过综合利用多种相关性不高的技术开发的。比如，医疗设备领域的公司正在开发的产品涉及软件、生物工程和电气工程三门学科。这些公司（包括通用电气和西门子）正在开发涉及多种技术领域的新型听诊工具，借助这种新型听诊工具，医生可以使用新的方法诊断病情，并监控疾病治疗过程。
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随着公司的发展，人们意识到如果各公司把技术视为建立在多领域知识基础上的系统性资源，而不是个别概念的收集，那么公司生产的产品会更先进、生产流程会更顺畅。比如，ABB 或艾默生等公司制造自动化设备用来执行工厂的生产流程。不论是在制造微型晶片的工厂，还是生产水泥的工厂，这些自动化设备都是上百种不同生产制造操作的核心部分。为确保设备高效运转，生产这些系统的公司必须了解不同领域的技术，包括软件、钢铁加工、精确切割、水力学、半导体、流体力学和三维模型。如果能把这些专业技术交织融合起来，公司就更有可能取得商业成功。技术是制造业的黏合剂。在新工业革命时期，开发新概念，加强企业间合作，并将研发成果应用于新产品所带来的利益将超过以往任何时期。
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通过标准化的设计和生产流程生产出满足客户特殊需求且成本可接受的产品，以及如何提供经济实惠的产品是新工业革命的主要特点。得益于可互换零件的诞生，建筑、造船、汽车制造等制造工厂中生产力都得到了大幅提升，生产成本则得到节约。制造工艺发展的下一阶段是个性化量产，这一概念推动了产品多样化从定制化量产向更前一步发展。
无论是3D 打印技术、高档手表、定制汽车还是JSW 钢铁公司的钢材生产，都把消费者需求奉为圭臬，由于可以更灵活地控制制造的过程，越来越多的企业可以问客户：“你想要什么样的，我们可以为你制造。”

本文摘自《新工业革命》

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　　 在这本书中，作者提到，人类的制造业可以分为五个阶段，它们分别是：第一个阶段是少量定制；第二阶段是少量标准化阶段；第三个阶段大批量标准化生产；第四阶段大批量定制化；第五个阶段是个性化量产。 我们现在正处于个性化量产阶段。这一概念推动了产品多样化从定制化量产继续向前发展。然而，这一生产方式甚少用于生产特殊到独一无二的产品。定制化量产和个性化量产的差别极其细微——丰田生产方式无法为某一单独客户定制一款丰田车型，但是个性化量产就可以轻松做到。 马什预测，当3D打印技术成为生产的日常部分，大批量个性化时代就真正来临了。到2040年左右，利用3D打印技术为很多产品（从喷气式发动机到汽车）生产零件将成为主流，定制特定的相关产品以满足个人需求或生理需求非常重要。这类产品包括医疗植入物、助听器、照明系统及专业家具。随着新工业革命步伐加快，在成本控制的范围内和允许客户施加更大影响的情况下，提供多样化产品将成为越来越明显的特征。 作者敏锐地指出，在新工业革命时期，开发新概念，加强公司间合作，并将研发成果应用于新产品所带来的利益将超过以往任何时期。 这是一部既具有历史厚重感，又具有较高现实意义的著作。毋庸置疑，它将对中国制造业未来有很高的导向性。