林雪萍 | 新型伙伴主义

林雪萍 — 清华大学热能工程系, 北京联讯动力咨询公司总经理、中国科协智能制造学会联合体研究所副所长。|名家专栏|Famous column|

2021-12-31 10:51:29 0

从缺乏原创的山寨模仿走向创新的常态化，从逆向工程走向不断深入的基础研究，从而最终走向更高级的工业化，这是一条走向制造强国的常见之路。德国在早期发展阶段都模仿了昔日大英帝国强大的制造业，从而开启了工业立国的进程。然而，秩序和规则往往遵循了时间霸权主义的特点，先行者对后来的模仿者，通常充满了歧视、非议和阻拦。但如果纵观历史上各个工业强国从弱到强的过程，模仿就像是人类成长过程中的一种阶段性青春期偏头疼，这个病是完全可以被治愈的。

标签的重新定义

令人羡慕的“德国制造”（Made In Germany）的标签，最早其实是英国强加给德国的一种侮辱性的标记，用来表明这种制造是一种低劣货。然而德国制造后发制人，硬是将一个歧视性的区域性标签，逆转成一个全球性的质量保证。这背后的故事，从德国优势产业之一——化学工业就能看出德国工业发展的过程。德国工业的发展主要从染料所代表的化学工业开始。然而在染料业刚刚起步的头10年中，十几家从事染料生产经营的公司都是依靠模仿法国或英国的染料生产流程进行生产的。德国最早的染料工业都把持在所谓的“配方大师”手里，他们不会轻易把秘密配方说出来。而企业只能听从这些配方大师指挥，毫无办法。将这些炼丹术般的化学工业带入现代化工体系的是那些优秀的德国科学家兼工程师。他们启动了世界上最早的真正意义上的企业实验室，广泛地在实验室内进行各种染料配色的研究，并进入了基础研究的环节。科学地把握基础研究的进展使德国摆脱了英国和法国那些秘密配方的束缚，率先开创了现代化学工业。德国工业也走出了模仿的“青春期”，开始了制造强国的征程。

中国制造进入国际化始于改革开放初期，并在2001年加入世界贸易组织（WTO）之后发扬光大。从最开始的来料加工、图纸加工，到后来随着制造工艺和技术的提高、零部件供应网络的日益完善，在一段时期内发展出了大规模的模仿制造体系。手机就是最明显的例子。1992年开始生产的波导手机，从简单组装起步，自2000年开始连续6年蝉联国内手机销量冠军，成为率先打败诺基亚、摩托罗拉等国外品牌的国产手机。虽然波导最后因为缺乏研发而迅速衰落，当然摩托罗拉、诺基亚等昔日的手机巨头后来也同样沉沦，但它的崛起却是一个标志性事件，它创造了一种将产品快速上市的方式和通道。“快速上市+超级宣传”的波导制造模式，虽然宛如天空中的烟火，闪亮璀璨却划空即逝，但它深刻地影响了中国制造后续的发展。波导消声匿迹，但它的火种却散落四处。从波导出来的高管团队重新创建了面向欧洲市场的传音手机公司。这个品牌在中国几乎无人知晓，因为它几乎就没有在国内市场销售，所有产品销售都是出口。

灰度创新跨过国际门槛：全球设计+中国制造

在20世纪80年代至90年代，一种全球化分工的运行机制出现了。华尔街对于更大利润的追求推动了企业家对于“轻资产运营”的迷恋。一个企业聚焦于核心竞争力，在当时被看作是头等重要的大事。大量与核心能力无关的业务开始被外包，并在全球产业链条中寻找最佳的分工机制。中国作为一个勤劳、务实的国家，很快就成为全球分工的理想合作伙伴。随着2001年中国加入WTO，中国的生产热情和劳动力市场的潜力被充分地释放出来，“全球设计+中国制造”，成为一种屡试不爽的跨国公司的合作模式。

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图1 灰度创新的兔耳朵曲线

灰度创新迈出了国际合作的最大门槛。日本、韩国当年在东南亚的扩张也都采用“本国设计+东南亚制造”的模式，对助力本地经济腾飞起到了巨大的作用，也产生了许多灰度创新。但是，所有这些加起来都不如中国制造表现得那么突出。然而，要认可中国制造在这其中的贡献却并不容易。

业界一直对“源头创新”备加推崇，认为这才是一个国家应该去推动的事情。实际上，这也是自“二战”以来一直主宰的一种重要的科技创新思维。学者Vannevar Bush被认为是创造了创新的“管道模式”的奠基性人物，早在罗斯福时代他对政府便有着深刻影响。“管道模式”，顾名思义，就是将发明和创新之间的关系描述成一个上下连通的管道，政府只需要在管道上端的基础研究进行投资，那么，这些投资就会产生大量创新种子；而管道下游的企业家只要接住这些种子继续进行研发式培育，做好设计与生产就会产生大量的创新成果。这种模式的要旨就是抓好基础研究，做好源头创新，抓住重大突破性发明起源，就可以产生足够多的财富，这是一种典型的“技术性供给”思路。这种看法其实忽略了“灰度创新”的贡献。它对于制造通过与研究和设计的互动而产生的创新基本视而不见。而现在，开始否定这种自己建立和推崇的模式，转而认为“设计+制造”如果能在一起，看上去更容易使创新得以发生。

案例：灰度创新的放大效应

德国VENSYS能源有限公司（以下简称VENSYS）成立于2000年，坐落在德国的一个小城里，是世界上研制大型直驱永磁风力发电机组的先驱之一。这是地方性大学Sarrbruken的教授们利用研究成果创办的“校办工厂”式企业，从研制600千瓦直驱永磁技术开始，逐渐发展到1.2兆瓦、1.5兆瓦和2.5兆瓦等系列产品，取得了众多的专利和开创性技术。可以说，VENSYS是含着金钥匙的源头创新。由于直驱永磁技术利用风轮直接驱动永磁发电机，结构简单优化，在低转速下输出功率更大、效率更高、电子化程度高，省去了双馈型风机所必需的高故障、高成本的齿轮箱，从而大大降低了维护成本，发电效率可以提升5%以上。然而，在2000年的时候，大型永磁电机的设计和制造技术尚属空白，全功率变流装置的成本也是居高不下。因此，永磁直驱技术虽然被看好，但是那些处于市场领导地位的公司对兆瓦级技术路线仍然坚持使用带齿轮箱的双馈方案。

由于缺乏应有的制造和市场开拓能力，新技术并没有太多的“实验田”，在竞争激烈的欧洲风电市场中，体量弱小的VENSYS一直艰难地为生存而打拼。VENSYS主要的收入来源是技术转化与技术提成费，而整机、零部件的销售收入则非常少。

这意味着，从价值链条来看，尽管VENSYS侧重于研发，属于制造创新的“源头活水”。但如果没有制造现场作为沃土，即便上游研发的技术再领先，也无法真正进入创新循环之中。

直到2003年，中国最大的风机制造商——金风公司（简称金风）的介入才改变了这种局面。通过600千瓦/750千瓦机组的国产化，金风公司在产品制造和技术积累方面都达到了一定的水平。在金凤发展的关键阶段，看准了这一划时代的技术，于2003年开始与VENSYS在直驱永磁技术方面进行合作。德国的创新技术和中国的制造能力产生了积极融合的效果，双方都在市场上取得了巨大的成功。

与国外研发设计接轨是金风很早的传统。作为国内最早拓荒中国风电产业的企业之一，金风在20世纪90年代开始介入风电制造领域，主要通过购买生产许可证技术、引进成熟的风电技术，通过对引进技术的消化吸收实现关键零部件的国产化和机组的批量化生产，为中国风电产业化打下了坚实的基础。在对引进技术消化吸收的过程中，金风特别重视利用国外先进设计软件，不仅舍得花重金购买，而且多次送关键技术人员出国培训。在这个过程中，金风购买了大量的设计软件，包括整机与载荷设计、机械设计类和仿真分析软件等，这在当时是非常少见的。学习这些设计软件背后的理论知识，就使金风的技术人员能够消化和理解软件背后的逻辑，从而更加全面地理解机组的设计。不仅如此，金风还积极投身于风电技术标准体系的构建，一开始就参照德国先进的工业标准和认证规范，以高标准、严要求来规范国产化的零部件。

初步入门以后，对这些标准背后的设计理念，金风深感大有提高的空间，于是决定对外部采用联合创新的方法。西方的工业基础是一种土质均衡的土壤，无论是与学校合作，还是与研究单位合作，抑或是与零部件厂家合作，诚信度和互相支持的精准度都非常强。即使国外大学做出来的成果，有限元分析、实验数据都直接配套，拿过来之后稍微做些工程化的修改就可以投入应用。西方研发的工程化趋势很明显，而这一点正是国内院所相对比较薄弱的地方。

金风当时的风电设备销售主要集中在1.0兆瓦以下的小容量低端市场，而1.5兆瓦以上的中高端风机市场则长期被GE风电、三菱重工等跨国公司所占领。在这种情况下，金风决定与VENSYS联合研发1.2兆瓦直驱型风电机组。然而，在达坂城风电场运行的1.2兆瓦样机尽管通过了德国Windtest测试机构的认证，样机发电性能达到了国际最先进的水平。但在开始阶段，由于两家公司技术磨合及供应能力不足等原因迟迟不能量产，手中的大量订单不能按时交货。

为了扭转这种被动的不利局面，2008年4月，上市不久的金风斥资4120万欧元购买了VENSYS公司70%的股权，将直驱永磁技术的知识产权掌握在自己的手中。然而，能够成功并购VENSYS完全得益于双方长达5年的合作。在开始收购的时候，金风并不是出价最高的买方，还有其他两个强劲的竞争对手——GE和高盛也在虎视眈眈。最终选择了金风的VENSYS的CEO Renk解释道，“VENSYS还只是一个研发团队，比起纯粹的资本投资行为，更希望看到自己的技术落地，得到市场的认可。与其说选择金风收购VENSYS，不如说是看到了和金风长期合作发展的未来”。二者长时间的联合设计与制造也大幅度降低了并购过程的磨合成本。收购之后，德国金风风能子公司也干脆搬到VENSYS所在的城市，与VENSYS员工一同工作。中德互派工程师，提供一切机会促进并购双方的交流。从最初几天会议交流，到几个月派驻轮换，再到一年两年甚至多年在对方公司常驻，双方团队在业务合作过程中实现了研发思路的统一、开发工具和设计方法的整合，有效地提升了产品研发的工作效果和产出效率。同时，二者在业务融合的过程中，德方也逐渐接受了相同的价值导向、客户导向。加班加点有时候也被德方接受。这是东西方文化相互融合和影响的结果。

中国制造的最大特点之一是创意多。如何将丰富的创意与德国设计的严谨思考和工匠精神结合，非常考验双方的智慧。金风与VENSYS的碰撞在被双方接受之后所形成的产品设计就开始变得很规范。例如，磁钢防护层的设计升级，金风研发和工艺设计团队借鉴叶片相关生产工艺，在磁钢表面快速形成真空覆层，以改进原有防护设计的生产效率和工艺效果，而VENSYS团队在获悉这一创意之后，认真比对相关工艺在叶片制造和磁钢防护方面的技术特点，在设计原理无误的情况下，详尽地针对材料、工装、操作步骤、生产节拍等诸多环节进行理论分析仿真和小样试验测试。经过国内车间的验证及进一步优化细化，最终双方共同确认了新的防护层设计及工艺方案。

随后，双方的考验进入了第二个阶段，也就是产业化的环节。中国的产业配套比较齐全。改革开放引入了很多国际标准和国际装备，很快可以形成一个快速进入市场的产业链或者是供应链系统。供应链的开发其实是一个巨大的创新，也是一个很容易被忽略的创新。实际上，从德国方面拿过来的都是一个一个僵硬的标准，从标准怎么变成工装，又怎么变成工艺，这中间需要有太多的再创造。

例如，给电机浸漆一般采用滚浸的工艺。一个油槽里面放着绝缘漆，在上面架一个轴把电机立起来转动，就像北京转炉烤鸭一样。但对于VENSYS设计的大尺寸永磁直驱电机，这种方法生产效率低、材料成本过高、涂漆表面也不均匀，且生产过程中的质量缺陷会影响电机的绝缘寿命。然而德方VENSYS表示无能为力，因为从设计端来看，只能走到这一步。金风工程师拿着这个大尺寸的设计图纸与电机制造厂商反复协商，最后决定投资建设一个大型真空浸漆设备，让电机定子整体进行真空浸漆。由于采用负压的方式，绝缘漆就更容易渗透到电机的内部，使绝缘效果非常好。浸漆之后，再进行常规的百分之百的浸水实验。

这个围绕设计而定制的制造在现场端彻底解决了大尺寸的生产工艺。围绕着制造端的大量专业实践知识的涌现，也就是所谓的“黑手”创新，一双车间老摸机油的黑手，使设计师的天才想法最终得以实现。

大型直驱机组的主轴承装配是一个非常关键的工序。为了达到最佳的使用效果，主轴和轴承之间的装配游隙应尽可能小。从传统制造的公差配合来看，理论上要达到这个设计要求，只有将轴承游隙和轴的尺寸公差都降低。但在实际中，这是非常不经济而且几乎无法实现的。如何在批量生产阶段想办法既降低成本，又能保证配合间隙？德国设计师们的问题再次留给了制造工程师。这个时候，金风和上游的轴承、主轴制造厂家联合探讨可能的办法。最后三方决定用“时间差”来换“空间精度”。主轴厂首先得到轴承预先提供的游隙数据，然后轴承商开始批量生产。在这个供货周期范围内，主轴厂开始进行精细加工使其尺寸达到特定值。一场精巧的协同战役打响了。在当时轴承供货极为紧张的时期，主轴制造工艺连夜调整改进，最终使从厂家得到的每一个轴承都顺利进入装配阶段，在没有大幅增加零部件加工难度的情况下达到了设计要求。上游研发设计师的精密与下游精密的装配遥相呼应，共同展现了设计与工程的精巧之美。

由于中国地域跨度大，地质风貌多样化，各种环境如高温区、低湿区、高海拔区、内陆风沙区、海上盐雾区等都会给风电机组带来不同的挑战。欧洲的平地多，除了平均海拔3000米的阿尔卑斯山脉，其他地区很难找到太多的高山，而在中国，许多风场都是在海拔3000～4000米的西北部地区。而类似广东、海南这种高盐、高潮湿的天气，在欧洲也几乎没有。在中国东北零下42℃的风场同样存在，而欧洲设计者有时候会认为不是所有的生意都可以做，不要说零下42℃，就是零下25℃以下，就已经很难实现了。然而，这就是中国特有的市场，如果不去攻克就没有人会去做。这些复杂多变的工况，为VENSYS的研发提供了源源不断的应用场景。这也意味着“德国设计+中国制造”进入了第二轮创新阶段。

由于转速较低，直驱机组的转速测量面临较大的难度，传统的采用编码器通过频压转换得到转速的方法成本高且容易发生故障。更重要的是，这种方法对于1.5兆瓦电机还比较有效，但对于更高功率的2.5兆瓦电机则不再适用。针对这个问题，金风研发工程师开发了一种新的算法，提取单套发电机绕组的三相弦波交角特征信息，实现无须标定和校验的全数字化准确测量转速。这种想法，让德国VENSYS的设计工程师们也很兴奋。基于这种技术，再结合模型预估，完全可以实现无触点对发电机及风轮的转角测量，而且成本大幅下降。

借助于资本作为纽带，二者合作的灰度创新进入了快速通道。对于金风而言，其在2008年之前，国际市场的销售量很少，而并购VENSYS之后，金风可以利用VENSYS的高端德国制造品牌进入欧洲与市场。金风随即创建了制造变流和变桨系统的子公司，属于VENSYS的生产子公司，通过该子公司生产VENSYS高端德国制造品牌，以此为突破口，进入德国风机制造市场。VENSYS品牌主打欧美市场，金风则主打中国及亚非市场，实施“双品牌战略”。VENSYS不但是金风关键的研发平台，同时也开始承担欧洲市场营销主体的功能。

与VENSYS相比，金风在制造上具有成本优势，VENSYS则在研发上具有技术优势。这是一个典型的灰度创新的成功案例。对于VENSYS的设计而言，只有金风，只有在中国，才能找到与之相匹配而且成本适宜的零部件，并且进行改良，将结果回馈给VENSYS。这样，就使VENSYS的设计优势与金风对于制造和工艺把握的优势相结合。产业化的优势使金风成为VENSYS强大的后盾。到了2015年，金风新增装机超过4600台，新增装机容量超过7.8GW，成为全球最大的风机制造商，并将直驱机组在全球风电市场新增装机量份额提升至20%以上。而VENSYS自身规模也在发展，在德国也开始拥有两个生产基地，年营业额在1亿欧元左右。

金风与VENSYS的联合设计和研发将直驱永磁技术发扬光大。VENSYS作为典型欧洲研发型公司，十分重视其原创型“源头创新”，将直驱永磁的关键技术进行了专利保护，在有限投入的情况下做到最大的保护效果。而金风不断加大对知识产权的投入力度，保护外来知识产权的同时，通过后续技术创新和持续专利开发，建立有效的专利保护群，除了将永磁直驱的核心技术在更大区域范围内实现保护，还将工装工艺方法等“黑手”创新有效地保护起来。与此同时，金风也敞开灰度创新的大门，在丹麦、德国、澳大利亚设立了金风研发基地，与清华大学等高校陆续合作，建立起多通道的创新研发体系，获取了电控系统、变流器和变桨系统等关键部件的设计和制造经验。

从松散的合作到深入的灰度创新，资本起到了重要的催化作用。然而在一开始，直驱永磁发电为非主流技术，其产业链不完整，相应的零部件供货商也较少。金风在产业链条上深谙合作之道，形成各种机制的灰度创新。金风采取了不同寻常的措施，搭建产业平台，与上游供货商进行零部件的联合设计以扶持供货商。为了吸引全球最大的叶片供货商——丹麦LM公司，金风甚至单方出资在新疆为LM公司建造厂房，而就地配套的LM优质叶片对金风的发展起到了重要的作用。在变流器绝缘栅对极型晶体管（IGBT）模块的生产制造上，金风也加强与英飞凌公司的技术合作，强化高端零部件模块的技术储备。

结语

突如其来的新冠疫情，在全球引起了深重的灾难。制造业供应链也受到很大影响，全球制造业面临巨大的挑战。制造与创新二者之间的联系，从来没有像当前这样清晰地展现出来过——这是中国制造在全球工业走向专业化分工进程中所展示的令人瞠目结舌的成果。对于制造创新，需要有一个更长的价值链周期，才能识别其中的价值。

并非只有“源头创新”、“设计创新”等才是亮闪闪的创新。中国制造在工厂现场，通过与源头创新进行工程化结合，同样取得了闪亮的创新成就。例如，新疆金风、苏州博众等优秀的制造企业通过在制造端产生的创新，延展了源头创新的巨大市场价值，实现了基础原理与市场应用的完美结合。这是对中国制造创新链条完善的一种探索，经过重塑甚至再造知识结晶的过程，从而为创新做出巨大的贡献。

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