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通過為價值鏈的每個環(huán)節(jié)做出貢獻(xiàn)，西門子的全球研究機(jī)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(dá)數(shù)百噸的燃?xì)廨啓C(jī)，與有機(jī)發(fā)光二極管、直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)或電動交通系統(tǒng)似乎并沒有多少共同之處。但有一點(diǎn)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(jī)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(jī)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(xiàng)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(diǎn)，無所不包。該機(jī)構(gòu)聚集了材料、電子、機(jī)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(shí)力的強(qiáng)大支持下，西門子才得以掌握像燃?xì)廨啓C(jī)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(diǎn)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(yàn)，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(jī)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(shí)現(xiàn)項(xiàng)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(xiàng)目。其他項(xiàng)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(jī)，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(xiàng)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(xiàng)目。

每個燈塔項(xiàng)目的最終目標(biāo)是由西門子的某個業(yè)務(wù)部門實(shí)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(yùn)行質(zhì)子交換膜燃料電池（PEM）實(shí)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(xiàng)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(jìn)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。現(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(jī)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(xiàng)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(qiáng)這家綜合性高科技公司的實(shí)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?xì)廨啓C(jī)

當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)聯(lián)合發(fā)力的時候，燃?xì)廨啓C(jī)就成了較綠色的礦物燃料發(fā)電系統(tǒng)。這是因?yàn)槁?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(bǔ)充。西門子的一款巨無霸燃?xì)廨啓C(jī)在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中可實(shí)現(xiàn)高達(dá)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(jī)的重量堪比一架加滿油的空客A380，其組件的運(yùn)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(fèi)十年之力，才開發(fā)出這臺輪機(jī)。西門子中央研究院在這個項(xiàng)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(jìn)行研究，以期找到可以應(yīng)用于輪機(jī)葉片隔熱層的新材料。他們利用特殊的試驗(yàn)方法和模擬技術(shù)來分析不同金屬在輪機(jī)高溫氣體中的性能，并算出系統(tǒng)能承受的負(fù)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?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行溫度提高150℃左右，能效提高約1.5個百分點(diǎn)。與此同時，西門子中央研究院的機(jī)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(jī)更加環(huán)保，同時降低了其廢氣處理成本。

開發(fā)。運(yùn)用模型化的設(shè)計(jì)方法，西門子中央研究院進(jìn)行了一系列模擬，并實(shí)施了可改進(jìn)輪機(jī)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(jī)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(jī)械應(yīng)力，西門子中央研究院進(jìn)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(jī)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?xì)廨啓C(jī)的內(nèi)部溫度并測量氮氧化合物排放量。唯有如此，輪機(jī)才能保持的運(yùn)行狀態(tài)。通過測量廢氣溫度，專家們還為燃?xì)廨啓C(jī)的改裝提供支持。要想借助一系列優(yōu)化措施來提升輪機(jī)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(jìn)了焊縫的質(zhì)量。在輪機(jī)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(xiàng)技術(shù)可以簡化葉片的回收利用。在修復(fù)輪機(jī)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(xiàng)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(yàn)。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(jī)葉片進(jìn)行無損檢測的平臺。在各種試驗(yàn)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(jì)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(tuán)隊(duì)則可以利用該系統(tǒng)監(jiān)控燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀況。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)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(qiáng)大工具，它可以對燃?xì)廨啓C(jī)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(jì)算中心傳輸來自每臺燃?xì)廨啓C(jī)的大約5000個數(shù)值。在線系統(tǒng)會對500到1000個行為模型進(jìn)行對比，若有任何背離設(shè)計(jì)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(jī)

結(jié)實(shí)耐用、無磨損、維護(hù)要求更低的輪機(jī)，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(jī)。不同于復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，此類輪機(jī)采用永磁發(fā)電機(jī)，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(jī)的研發(fā)做出了重大貢獻(xiàn)。比如，該院的專家在發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)階段進(jìn)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(tuán)隊(duì)能夠最大限度縮小定子與發(fā)電機(jī)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(jì)制冷系統(tǒng)，并將其集成到發(fā)電機(jī)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(jì)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(jī)制造成本可以減半，并且3.1兆瓦級輪機(jī)的重量也從73噸減至50噸左右。如果算上機(jī)艙和葉片，西門子6兆瓦級輪機(jī)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(jī)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(jī)的最終組裝創(chuàng)建了一個模塊化工廠概念。發(fā)電機(jī)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(jī)的冷卻系統(tǒng)，以確保其正常。

案例3：發(fā)光塑料

有機(jī)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(yàn)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(shí)驗(yàn)室誕生，隨后該實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)小批量生產(chǎn)OLED，并對其質(zhì)量進(jìn)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(xiàng)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(jìn)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(xiàng)目為電動交通的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。西門子最近的一項(xiàng)研發(fā)成果是混合電動飛機(jī)，已于2011年夏季完成首航。它實(shí)質(zhì)上是一架滑翔機(jī)，由西門子生產(chǎn)的電機(jī)驅(qū)動。飛機(jī)的電池由一個始終保持運(yùn)行狀態(tài)的小型內(nèi)燃機(jī)供電，這使得飛機(jī)的油耗和排放較之傳統(tǒng)飛機(jī)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(yàn)臺，專家可以對電機(jī)正常運(yùn)行時的性能進(jìn)行分析和改進(jìn)。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(jī)。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(jī)、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(jī)的應(yīng)用使系統(tǒng)可以獨(dú)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(shí)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(shí)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(jī)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(jī)在30秒內(nèi)就能產(chǎn)生125千瓦的電能，最高扭矩可達(dá)230牛頓米。電機(jī)的持續(xù)發(fā)電能力為60千瓦。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。用于驅(qū)動車輛的電力電子元件同時也負(fù)責(zé)為其充電。專家們還運(yùn)用新的概念使電動機(jī)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(jìn)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(yùn)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(shí)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(jī)達(dá)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(shí)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?。這一程序需要針對每家制造商單獨(dú)優(yōu)化。

試驗(yàn)。西門子中央研究院的專家目前正在開展多個項(xiàng)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他們還組建了西門子自己的試驗(yàn)車隊(duì)。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(yàn)這些車輛。2011年秋季以來，西門子還在柏林運(yùn)營著一支拼車車隊(duì)，以研究駕駛?cè)藛T對電動車輛的接受度及其他問題。