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通過為價值鏈的每個環(huán)節(jié)做出貢獻，西門子的全球研究機構(gòu)——西門子中央研究院正在助力公司贏得和保持技術(shù)*優(yōu)勢。

表面看來，動輒重達數(shù)百噸的燃氣輪機，與有機發(fā)光二極管、直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機或電動交通系統(tǒng)似乎并沒有多少共同之處。但有一點是相同的。所有這些技術(shù)在未來的主要市場中都將成為高度創(chuàng)新的領(lǐng)域。西門子儼然已經(jīng)成為引領(lǐng)這些領(lǐng)域向前發(fā)展的技術(shù)先鋒。在這種先發(fā)優(yōu)勢的背后，是由來自西門子全球分支機構(gòu)的各領(lǐng)域?qū)＜医M成的龐大網(wǎng)絡(luò)。

作為公司的全球研究機構(gòu)，西門子中央研究院在創(chuàng)新方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，其研發(fā)工作涉足一系列技術(shù)領(lǐng)域，并開展所謂的“燈塔項目”。很少有企業(yè)像西門子這樣在如此眾多的領(lǐng)域開展應(yīng)用研究。

西門子中央研究院為研發(fā)工作提供全程支持，從初期創(chuàng)意到試產(chǎn)和技術(shù)試點，無所不包。該機構(gòu)聚集了材料、電子、機電、傳感器系統(tǒng)、軟件、制造、測試技術(shù)和分析系統(tǒng)領(lǐng)域的專家。此外，西門子中央研究院還聘用工藝專家，這些專家與西門子各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的其他專家們互通有無，協(xié)同工作。

正是在這種綜合性專業(yè)實力的強大支持下，西門子才得以掌握像燃氣輪機這種刷新能效紀(jì)錄的復(fù)雜新系統(tǒng)。“對于西門子這樣的綜合性高科技公司而言，技術(shù)整合能力具有舉足輕重的戰(zhàn)略重要性。”西門子*技術(shù)官、中央研究院院長何睿琦（Klaus Helmrich）稱，“當(dāng)今很多市場的一個顯著特點就是創(chuàng)新周期越來越短，技術(shù)整合能力使我們不僅能夠在這些市場中保持競爭優(yōu)勢，還能積極塑造市場。”

攜手合作伙伴。正如三篇附文的案例所述，從研發(fā)、生產(chǎn)到原型和產(chǎn)品的試驗，西門子中央研究院的工作貫穿整個創(chuàng)新價值鏈。西門子中央研究院之所以能夠涵蓋如此廣泛的工作領(lǐng)域，有兩個原因。*，該機構(gòu)大約2000名科研人員和4000名軟件開發(fā)人員與西門子業(yè)務(wù)部門2.3 萬名研發(fā)人員密切合作；第二，研究院與世界各地的高校和研究所攜手合作。通過這種方式，西門子可以在能夠找到合作伙伴的地方實現(xiàn)項目整合。比如，西門子已經(jīng)在八所名校設(shè)立了西門子知識交流中心（CKI），包括加州大學(xué)伯克利分校、北京的清華大學(xué)、慕尼黑理工大學(xué)和德國亞琛工業(yè)大學(xué)等。這些大學(xué)的研究領(lǐng)域?qū)τ谖鏖T子具有重要的戰(zhàn)略意義。

以亞琛工業(yè)大學(xué)為例，西門子將在今后4年內(nèi)出資600萬歐元，支持該校研究稀有材料及其環(huán)保開采方式。此外，西門子還在探索旨在降低自身對潛在短缺原材料依賴性的途徑。這方面的工作包括有關(guān)新型回收利用方法和替代物質(zhì)的研究。為此，西門子中央研究院于2011年10月啟動了“可持續(xù)發(fā)展材料管理”燈塔項目。其他項目則側(cè)重于生物科技、電動交通和熱能。

為了探索西門子未來可能會面臨的問題，西門子中央研究院的科技與創(chuàng)新管理部對戰(zhàn)略創(chuàng)新給予了大力支持。該部門與西門子各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的核心技術(shù)專家密切合作，定期分析新商機，從而判斷它們對于公司的重要性，其間它們將參考來自多個渠道的信息，其中包括《未來之窗》項目的研究結(jié)果?！段磥碇啊肥俏鏖T子探索未來發(fā)展態(tài)勢的戰(zhàn)略性研究工具。在創(chuàng)新過程中，中央研究院和合作部門將深入分析潛在的顛覆性創(chuàng)新——結(jié)合新的業(yè)務(wù)模式，這些創(chuàng)新能夠*改變整個市場。最終在獲得管理層批準(zhǔn)后，此類創(chuàng)新將被列為中央研究院的燈塔項目。

每個燈塔項目的最終目標(biāo)是由西門子的某個業(yè)務(wù)部門實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化。比如，西門子工業(yè)正在探索將利用可再生能源生產(chǎn)的過剩電能轉(zhuǎn)化為氫燃料的工業(yè)化生產(chǎn)流程。而通過逆向運行質(zhì)子交換膜燃料電池（PEM）實現(xiàn)氫電解的構(gòu)想，最初便來自于西門子中央研究院。同樣，西門子中央研究院的“智能電網(wǎng)”燈塔項目小組也已開發(fā)出一款軟件。目前西門子基礎(chǔ)設(shè)施和城市業(yè)務(wù)領(lǐng)域正在德國一家電力公司對該軟件進行測試。

然而，并非西門子中央研究院的所有構(gòu)想和研發(fā)成果都會被西門子采納。為避免的解決方案及其被束之高閣，中央研究院還通過先建后剝的方式，設(shè)立公司，在市場上推出相應(yīng)技術(shù)。EnOcean就是一例。EnOcean大約創(chuàng)立于10年前，其業(yè)務(wù)是生產(chǎn)用于建筑物和工業(yè)設(shè)施的自供電無線傳感器?，F(xiàn)在全世界已經(jīng)有超過20萬棟建筑物在應(yīng)用這種微型能源傳感器。將來，西門子中央研究院還將自己創(chuàng)業(yè)，所采用的業(yè)務(wù)模式可能讓這些初創(chuàng)企業(yè)引起西門子某業(yè)務(wù)領(lǐng)域的興趣。由于創(chuàng)意仍處于早期研發(fā)階段，因此這些初創(chuàng)公司尚未分配到特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

只有采用這種遍地開花的方式，西門子的全球研究機構(gòu)才能始終走在創(chuàng)新的前沿，并幫助整個公司制定正確的技術(shù)戰(zhàn)略。“西門子中央研究院必須完成三項基本使命。”何睿琦表示，“它必須保障西門子賴以發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)，從技術(shù)上影響未來世界的走向，以及通過形成較廣泛的合力來增強這家綜合性高科技公司的實力。”只有中央研究院成功了，西門子才能繼續(xù)立足于其核心支柱之一——創(chuàng)新推動下的競爭優(yōu)勢。

案例1：打破能效紀(jì)錄的超精確燃氣輪機

當(dāng)燃氣輪機與蒸汽輪機聯(lián)合發(fā)力的時候，燃氣輪機就成了較綠色的礦物燃料發(fā)電系統(tǒng)。這是因為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠可以快速調(diào)高產(chǎn)量，以十分靈活的方式提供電力，它們堪稱是可再生能源發(fā)電的理想補充。西門子的一款巨無霸燃氣輪機在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中可實現(xiàn)高達60.75%的能效，刷新了能源效率世界紀(jì)錄。該電廠的產(chǎn)能為578兆瓦，可滿足柏林所有家庭用戶的用電需求。盡管這臺輪機的重量堪比一架加滿油的空客A380，其組件的運轉(zhuǎn)卻像時鐘一樣精確。來自全球各地的大約750名研究人員、工程師和技術(shù)工人耗費十年之力，才開發(fā)出這臺輪機。西門子中央研究院在這個項目上投入了大量人力和物力。

研究。西門子中央研究院的陶瓷專家對新型耐用材料進行研究，以期找到可以應(yīng)用于輪機葉片隔熱層的新材料。他們利用特殊的試驗方法和模擬技術(shù)來分析不同金屬在輪機高溫氣體中的性能，并算出系統(tǒng)能承受的負荷極限。根據(jù)這一研究的結(jié)果，能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域的合作伙伴得以將燃氣輪機的運行溫度提高150℃左右，能效提高約1.5個百分點。與此同時，西門子中央研究院的機器學(xué)習(xí)專家還開發(fā)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測模型，從而使氮氧化合物和一氧化碳的排放量雙雙降低。這使得輪機更加環(huán)保，同時降低了其廢氣處理成本。

開發(fā)。運用模型化的設(shè)計方法，西門子中央研究院進行了一系列模擬，并實施了可改進輪機開發(fā)的優(yōu)化措施。開發(fā)人員應(yīng)用多種算法來優(yōu)化輪機葉片的空氣動力學(xué)特性。為減輕由于燃燒室內(nèi)燃燒不穩(wěn)而引起的機械應(yīng)力，西門子中央研究院進行了壓力波動的熱聲效應(yīng)模擬。此外，通過利用模擬來研究輪機葉片的使用壽命，還可以提高葉片的耐用性。西門子中央研究院的傳感器專家與其他專家合作，持續(xù)監(jiān)控燃氣輪機的內(nèi)部溫度并測量氮氧化合物排放量。唯有如此，輪機才能保持的運行狀態(tài)。通過測量廢氣溫度，專家們還為燃氣輪機的改裝提供支持。要想借助一系列優(yōu)化措施來提升輪機的能效，專家們必須首先確保系統(tǒng)的任何部件都不會發(fā)生過熱情況。

制造。西門子中央研究院專家在一種焊接工藝的開發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。這種自動化工藝不僅節(jié)約了時間和材料，同時還改進了焊縫的質(zhì)量。在輪機葉片維修方面，他們的激光焊接專業(yè)技術(shù)同樣大有可為。此外，還有一項技術(shù)可以簡化葉片的回收利用。在修復(fù)輪機葉片時，必須首先清除上面的所有沉積物。目前清除工作是利用高純鹽酸來完成的。但是若采用西門子中央研究院的一項電化學(xué)技術(shù)，這一過程將變得既簡單又節(jié)約成本。另外，新的方法更易于把控，從而降低了去除覆蓋層過程中意外損壞葉片的風(fēng)險。

試驗。西門子中央研究院的專家攜手西門子能源的合作伙伴，開發(fā)出一種用于對輪機葉片進行無損檢測的平臺。在各種試驗中，檢測人員對葉片在整個生命周期內(nèi)的狀況予以評估。系統(tǒng)的后續(xù)設(shè)計可利用這些評估結(jié)果，用以優(yōu)化現(xiàn)有的概念。生產(chǎn)專家們還可以利用該系統(tǒng)來檢測交付的葉片。西門子能源的維修團隊則可以利用該系統(tǒng)監(jiān)控燃氣輪機的運行狀況。為了實現(xiàn)系統(tǒng)實時監(jiān)控，西門子中央研究院的研究人員開發(fā)出一個名為Seneca的強大工具，它可以對燃氣輪機內(nèi)數(shù)千個傳感器記錄的數(shù)據(jù)加以評估。除壓力外，這些傳感器還監(jiān)控溫度、振動及諸多其他變量。Seneca每秒鐘要向位于世界各地的100個計算中心傳輸來自每臺燃氣輪機的大約5000個數(shù)值。在線系統(tǒng)會對500到1000個行為模型進行對比，若有任何背離設(shè)計規(guī)范的偏差，便以圖表形式顯示出來。

案例2：直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機

結(jié)實耐用、無磨損、維護要求更低的輪機，讓海上風(fēng)電場取得關(guān)鍵的競爭優(yōu)勢。西門子可提供直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機。不同于復(fù)雜的機械系統(tǒng)，此類輪機采用永磁發(fā)電機，可將動能直接轉(zhuǎn)化為電能。西門子中央研究院對*臺3.1兆瓦直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機的研發(fā)做出了重大貢獻。比如，該院的專家在發(fā)電機的設(shè)計階段進行了二維和三維模擬，并創(chuàng)建了數(shù)字原型。這使一支跨部門團隊能夠最大限度縮小定子與發(fā)電機旋轉(zhuǎn)件之間的空氣間隙，從而在確保最大穩(wěn)定性的同時，降低功率損耗。中央研究院還與公司業(yè)務(wù)部門的專家合作，利用其他三維模型來設(shè)計制冷系統(tǒng)，并將其集成到發(fā)電機中。為最大限度提高制造的成本效益，西門子中央研究院的專家還開發(fā)出一種裝配系統(tǒng)，按照該設(shè)計就能以適合批量生產(chǎn)的方式安裝和隔離磁體。采用上述措施后，發(fā)電機制造成本可以減半，并且3.1兆瓦級輪機的重量也從73噸減至50噸左右。如果算上機艙和葉片，西門子6兆瓦級輪機系統(tǒng)的總重量為350噸左右，是市場上同類產(chǎn)品中最輕的機型。西門子中央研究院的生產(chǎn)專家根據(jù)西門子生產(chǎn)系統(tǒng)的原則，為發(fā)電機的最終組裝創(chuàng)建了一個模塊化工廠概念。發(fā)電機的生產(chǎn)非常靈活，并且得以優(yōu)化，結(jié)果制造時間與原型相比得以減半，還不到850小時。西門子中央研究院還在批量生產(chǎn)開始之前檢測了發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)，以確保其正常。

案例3：發(fā)光塑料

有機發(fā)光二極管與其同類產(chǎn)品LED一樣，將成為未來人工照明的主流。OLED由極薄的塑料薄膜組成，當(dāng)電流通過時這些塑料薄膜就會發(fā)光。2009年底，西門子的子公司歐司朗推出了Orbeos，這是*款商業(yè)化的OLED。從一開始，西門子中央研究院就參與了這一新技術(shù)的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和試驗的所有環(huán)節(jié)。*批原型于15年以前在德國愛爾蘭根的一個潔凈實驗室誕生，隨后該實驗室繼續(xù)小批量生產(chǎn)OLED，并對其質(zhì)量進行測試。西門子中央研究院的專家們開發(fā)出*批OLED部件和生產(chǎn)工藝——尤其是用于合成和處理塑料的工藝。此外，研究人員還努力研發(fā)柔性O(shè)LED，以及用于封裝對空氣和濕度高度敏感的系統(tǒng)的有效方法。最近，研究人員又在開發(fā)合成材料，以期降低材料成本，從而使OLED更具競爭優(yōu)勢。2011年，歐司朗宣布已研發(fā)出刷新能效記錄的OLED產(chǎn)品。在這個產(chǎn)品中，歐司朗采用了西門子中央研究院開發(fā)的一種價格低廉的合成材料。在另一個項目中，西門子中央研究院的專家目前正在研究一種能夠改進荷移特征的特殊物質(zhì)。

案例4：電動交通

過去四年來，西門子中央研究院的“eCar”燈塔項目為電動交通的發(fā)展做出了重大貢獻。西門子最近的一項研發(fā)成果是混合電動飛機，已于2011年夏季完成首航。它實質(zhì)上是一架滑翔機，由西門子生產(chǎn)的電機驅(qū)動。飛機的電池由一個始終保持運行狀態(tài)的小型內(nèi)燃機供電，這使得飛機的油耗和排放較之傳統(tǒng)飛機減少25%左右。

研究。西門子中央研究院的專家與汽車制造商Ruf合作，以保時捷911為基礎(chǔ)開發(fā)出一款電動跑車。利用一種*的試驗臺，專家可以對電機正常運行時的性能進行分析和改進。今年春季，專家們首開先河，在一款名為Roding的跑車中安裝了高性能的大扭矩輪轂電機。這些“智能車輪”可發(fā)揮驅(qū)動和制動系統(tǒng)的雙重功能，它由電機、電力電子元件和控制系統(tǒng)組成。附加的制動電路提高了安全性。兩個電機的應(yīng)用使系統(tǒng)可以獨立驅(qū)動每個車輪。另外，研究人員目前還在開發(fā)一種應(yīng)用于汽車的全新通信架構(gòu)。無論配備何種硬件，都能以軟件形勢實現(xiàn)新的信息娛樂和駕駛輔助功能。在與寶馬的合作中，西門子中央研究院的專家們開發(fā)出一種充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用磁感應(yīng)原理，通過放置在地面上的金屬盤為寶馬ActiveE充電，車體與金屬盤之間無需任何接觸。這種無線充電的能效與有線充電相差無幾，但是更為便捷。換言之，它可以提高人們對電動汽車的接受度。

開發(fā)。為確保感應(yīng)充電的操作便利性，這個系統(tǒng)必須能夠幫助駕駛員將車輛停在合適的位置，并且“知道”何時可以開始充電。為實現(xiàn)上述功能，西門子中央研究院的專家開發(fā)出眾多無線傳輸組件，由他們來完成多種任務(wù)。例如，它們可以“喚醒”充電系統(tǒng)；微調(diào)車輛位置；傳輸數(shù)據(jù)；以及在充電過程中監(jiān)控空氣間隙——這個間隙有若干厘米寬。研究人員還開發(fā)出具有*功率密度的動力系。這個動力系由轉(zhuǎn)換器、電機和控制系統(tǒng)組成，已經(jīng)在多類車輛中得到應(yīng)用。在加速期間，原型電機在30秒內(nèi)就能產(chǎn)生125千瓦的電能，最高扭矩可達230牛頓米。電機的持續(xù)發(fā)電能力為60千瓦。在該系統(tǒng)的設(shè)計過程中，研究人員利用各類工具來模擬相關(guān)電磁場之間復(fù)雜的交互作用、熱力學(xué)過程和機械結(jié)構(gòu)強度。用于驅(qū)動車輛的電力電子元件同時也負責(zé)為其充電。專家們還運用新的概念使電動機的功率密度提高了兩倍，而能源專家們則在開發(fā)充電硬件。截至目前，專家們已經(jīng)成功改進了轉(zhuǎn)換器的能效，簡化了電力電子元件的生產(chǎn)。與此同時，蓄能專家已開發(fā)出一種可用來預(yù)測鋰離子電池運行性能的模擬模型。為使用戶能夠隨時判斷電池的潛在性能，該模型還預(yù)測電池在多種情景下的熱行為。另外，西門子中央研究院的研究人員目前正在開發(fā)只需要少量甚至不需要使用稀土金屬的新磁體材料。專家們還希望通過回收技術(shù)來實現(xiàn)這些寶貴材料的再利用。西門子中央研究院的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）專家正在優(yōu)化制造工藝，以使電動機達到汽車行業(yè)的要求。

制造。占電動汽車成本比例最高的是電池。要顯著降低這一成本，的方法就是提高功率密度和實現(xiàn)電池的批量生產(chǎn)。西門子向電池生產(chǎn)商提供生產(chǎn)此類電池所需的工業(yè)自動化專業(yè)技術(shù)。除提出相應(yīng)的自動化概念外，他們還開發(fā)出一套質(zhì)量和工藝控制系統(tǒng)。該過程涵蓋諸多功能，其中就包括以最小的容差，噴涂極薄且?guī)捉诰鶆虻耐繉印＿@一程序需要針對每家制造商單獨優(yōu)化。

試驗。西門子中央研究院的專家目前正在開展多個項目，以了解人們在日常生活中如何使用和評價電動車輛。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，他們還組建了西門子自己的試驗車隊。2010年秋季，公司向員工借出20輛小型電動汽車，租車員工一直在試驗這些車輛。2011年秋季以來，西門子還在柏林運營著一支拼車車隊，以研究駕駛?cè)藛T對電動車輛的接受度及其他問題。