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【读书】百年GE:科研掀起电力革命

XYY的读书笔记  · 公众号  ·  · 2024-09-22 17:08

正文

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前言: 150年前的电力革命革新了各行各业,而其中崛起最典型公司就是通用电气General Electric(看名字就知道)。与很多同时代崛起的公司(例如可口可乐、宝洁等)不同,通用电气的核心基因是 研发 ,因为这就是一群发明家创立的公司:从创始人,知名发明家 爱迪生 开始,其一生积累了1300多项专利(也只有特殊时代才能有这么多发明机会),公司创始人之一Elihu Thomson也积累了700多项专利。惊人的是通用电气还产生过两位诺贝尔奖获得者,分别是 Irving Langmuir(化学奖,1932) Ivar Geaever(物理学奖,1973) 。本篇,我们来看看GE创立前100年历史(1878-1978),其发展过程中核心人物,以及核心业务,以及背后道理。

书籍: A Century of Progress——the general electric story 》,这本书图文并茂,采用编年体形式记录了GE前100年历史,缺点是没有最近50年的,还有就是有一些记录比较技术难懂。

成立期(1876-1892):爱迪生等发明家创建GE

发明家爱迪生。 Thomas Edison出生于1847年美国俄亥俄州,1854年其家庭搬迁到密西根州,7岁的小爱迪生成立自己第一个“化学实验室”。12岁,爱迪生第一份工作是在火车上卖糖果和报纸。由于在一次事故中救了火车站长的儿子爱迪生被提拔为电报发送员(17岁)。21岁时,爱迪生来到纽约,身无分文,凭借修理电报机的技能拿到了一份月薪300美元的工作。这个时候,爱迪生已经开始各种各样发明了,包括 Universal Stock Ticker(自动报价机?) ,爱迪生凭借这些发明获得了4万美元收入(巨款)。1876年,29岁爱迪生拥有一生中最伟大发明—— 电灯泡 ,此后还发明了发电机、留声机、电话等一系列电气化产品。1886年,爱迪生开始建立一座新的实验室,成为了1892年合并GE的前身。爱迪生并不是企业家,1892年GE合并成立后,其保留了董事席位,但基本不再参与公司管理,他继续从事自己的发明生涯。此外,爱迪生和 亨利福特 关系很好的朋友。

早期重要技术发明。 1876年,爱迪生将实验室搬迁到新泽西Menlo Park,往后几年,其发明了碳丝白炽灯(1880拿到了专利),改进了电话(贝尔发明),第二年发明了留声机(Phonograph),还进行电动火车尝试。Edison Electric Light Company成立来支持爱迪生电灯市场拓展,其中JP Morgan是重要资金支持方,1883年公司资本金约为100万美元,到1889年增加到900万,1892年(几家公司合并时候)到1500万(大公司了)。1881年,第一座发电厂在纽约成立, 爱迪生还发明一个新型电力传输 线,降低了铜使用量以及电的传输成本, 进一步加速电灯普及, 1882年,爱迪生的电灯系统安装了150个包括3万个灯泡,5年内增加到700个包括18万个灯泡( 增速很快 )。1883年爱迪生效应发现,其是一种热电子发射现象。1886年,爱迪生发明第一座变压器。1887年,将电动驱动安装在自行车上,探索“电动汽车”。1891年,爱迪生发明了电影拍摄机器。 另一位发明家 Brush 发明了手摇发电机(dynamo), Brush 也发明了弧光灯(arc lighting), Brush Electric Company 成立, 到1880年有5000个Brush发明的发电机+电灯系统在运行,在弧光灯市场市占率达到80%。旧金山路灯系统就采用了Brush的系统,第一场夜晚举行的棒球比赛也于18883年在印第安纳州举行。1885年纽约自由女神像也安装了弧光灯。

下图:白炽灯VS 弧光灯

合并成立GE。 1889年Edison旗下各个公司合并,1891年其通过专利诉讼获得了白炽灯相关所有专利,而Brush公司也和Thomson Houston公司合并。1892年,两家公司正式合并成了General Electric(GE),爱迪生公司主要资产包括白炽灯、电力传输系统,电动牵引系统; Thomson Houston公司主要资产则包括弧光灯系统,以及 交流电系统。 此时, 1889年美国第一个交流电系统安装,1890年纽约一个监狱第一次用交流电处决犯人,爱迪生用这个案例表示自己对交流电反对(交流电有危险)。两家公司合并后合计营收2000万美元,有1万名左右员工。合并后, Charles Coffin Thomson Houston高管,也是发明家,有700个专利)成为GE管理者。而爱迪生最初反对合并,此后成为GE董事会成员,但是更多精力投入到自己独立发明事业当中。

GE走上正轨(1892-1923):让电力从艺术到科学

将电力从艺术变成科学。 两家公司合并最大的协同并不简单是业务,更重要是聚集了当时电力领域最强的研发团队,Elihu Thomson,James Wood,Edwin Rice等随便拿一个都是几百个专利在手的发明家。这个时期GE科研最强代表人物是 Charles Proteus Steinmetz, 他是德国裔移民,电力+数学天才,将 虚数理论 应用在交流电领域,极大简化了交流电分析和计算。设计了高效的交流电机,并对电机的磁场分布、损耗等进行了深入研究。他研究人造闪电,对交流电普及做出重要贡献。他研究了变压器的 磁滞现象 、涡流损耗等,并提出了改进变压器设计的方法。他在通用电气公司担任顾问工程师的同时,还在联合大学(现联合学院)任教,培养了一大批优秀的电气工程师。他编写的教材和发表的论文对电气工程教育产生了深远的影响。 其次,Coffin 管理能力则帮助GE能够安然度过经济周期, 同时 不断将 从一门 艺术 (发明家的 工作)变成 科学 (科学家+商业 产品 )。

电灯领域创新。 1893年白炽灯灯丝进一步改良,此后进行真空化处理。1900年,Steinmetz发明了 磁性弧光灯 ,极大提升了弧光灯的效率和寿命。1904年,波士顿安装了4000个磁性弧光灯作为路灯。1906年,金属元素钽被用来制作白炽灯,其发光效率提升20%。此后, 钨元素 白炽灯推出,其发光效率是钽元素白炽灯两倍。1913年 Irving Langmuir (后来获得诺奖)将 惰性气体 充入白炽灯,能够显著提升白炽灯寿命。他同时发明缠绕的钨丝发光效率显著提升。1915年在旧金山举行的巴拿马大会已经装备了各种闪耀的灯。

工业、运输等电气化。 1893年,第一座来自南卡州的纺织厂开始电气化,其采购了第一台商业发电机,这个系统能够支持1.2万个白炽灯。 城市运输系统也开始电气化 ,芝加哥城铁系统安装了110个GE-2000电机,每台车安装2个100马力的电机。1906年,纽约车站开始禁止蒸汽机车进入城区,电气化开始。铁路系统也开始电气化,1895年,从巴尔的摩到俄亥俄的铁路开始从蒸汽转向电气,GE火车头由4个360马力电机驱动,能够载重96吨。第一座水电站开始在尼加拉瓜瀑布建设,功率达到1.5万千瓦,GE同时负责建设从水电站到纽约的输电轨道。1907年,第一台由电机驱动的船下水,是芝加哥的消防船,其电机由发电机驱动。炼钢厂的熔炉也开始电气化,1920年一座250千瓦,4000磅的电气化熔炉落地。

电气化的新型发明——医疗、家电、广播、飞机引擎等。 1896年,Elihu Thomson研发了电子X光机(1895年德国科学家Roentgen发明),且展示了用其诊断骨科疾病的过程。1913年,GE另外一名重要科学家Coolidge发明了高真空X射线管,极大提升X光机的易用性。1920年,重量仅为20磅的便携式X光机推出。实际上, 医疗设备 自此成为GE核心业务之一(GE Health Care)。此外,各种 家电产品 也开始被研发出来(如下图展示),1902年推出了电风扇,1905年电熨斗。1910年电冰箱(1917年小批量生产)。1904年,GE来自英国科学顾问Fleming发明 真空管 ,其灵感来自爱迪生效应。1906年,高频发射装置推出,无线信号可以远程接收。此后,Langmuir于1912年改进了真空管,将其用于电子产品如 广播设备研发 。1914年,第一个广播电台接收到德国宣布一战开始的信号,1916年类似原理的无线通话设备推出。1918年GE安装第一台全真空管组成的广播发射装置。为了应对德国等国家广播领域可能对美国危险,GE应美国政府要求支持成了了 RCA (Radio Corporation of America)。GE于1922年成立美国第一个 广播电台WGY 。1918年,GE推出一座350马力的飞机引擎,搭载了GE研发的增压器(涡轮增压前身)。1918年一架搭载GE增压引擎飞机达到137迈(高度18400ft)记录。实际上, 航空发动机 此后一直成为GE拥有核心竞争力技术赛道。最后,1912年,GE推出了员工退休基金计划,比美国社保计划还早。

GE腾飞(1924-1946):从ToB到ToC

切入ToC市场。 1922年, Owen Young和Gerard Swope 接班成为GE的董事长和总裁(开启了GE双内核制度,一个是船长,一个是领航员),Yong 于1913年加入GE,之前是GE的法律总顾问和公共事务副总裁。而Swope则是1893年加入GE,工程背景。 当时GE四分之三的业务主要是重资产、工业、交通和公用事业等ToB业务(电气革命),剩下是电灯、一小部分家电业务,而烤炉、电冰箱等高科技产品由于价格高昂,只有一小部分顾客可以买得起。这段时期,GE首先仍然保持了优秀的科研文化,其最显著成就是1932年 Irving Langmuir因为表面化学的科研成果 获得了诺贝尔化学奖,他是第二位获得诺贝尔奖的美国人(当时显然美国还不是科研主流话语权)。当时GE实验室负责人Whitney总是问科学家们:“你们今天科研工作里面有乐趣吗?”。此外, Swope和Young认为多元化对于应对风险很有必要,他们意识 如果能够降低成本、提高可靠性和便捷性, 家用电器 的市场潜在市场很大。 因此这一时期的GE除了制造更高效率灯泡、更大的发电机、发动机之外,重点就是开拓了ToC的家电业务。 对于此前主要从事ToB业务的GE来说,进军消费者市场有很多能力需要重建,比如广告营销品牌能力,GE这个时期成功突破了这个屏障,成为 家喻户晓的家电品牌 最后,这一时期GE还平稳度过了二战时期,在继任高管Reed和Wilson进军服役时候,退休的Young和Swope回来接班,确保了公司平稳过渡。

GE家电业务进展。 冰箱是GE第一款爆款家电产品,1925年,GE宣布第一台垂直&密闭冰箱,其结合当时多项先进技术,比如全钢外壳是GE的发明。早期冰箱售价高达1000美元,可以买两辆汽车(福特)。GE市场调研发现电冰箱潜在市场很大,2年后公司成立了电冰箱部门,4年后1931年GE的 电冰箱销量达到100万 ,可见当时井喷需求,简直和英伟达GPU差不多。其他重点家电产品包括1930年,GE推出第一个商用电子钟表;1932年,推出第一台商用洗碗机,且针对其推出了消费者贷款业务(GE后来金融业务);同年成立了空调部门,其能够实现屋内加热、温度控制、加湿等。1940年推出了窗机空调;1935年推出了 食物搅碎机 ,其能够将食物残渣搅碎直接冲入下水管道,成为美国房子当今标配(当然已经不是GE牌);1936年推出了电热毯;1937年建立了洗衣机大型生产线;

电灯&电力系统更新。 1925年推出了内磨砂灯,能够让光线更均匀传播。1928年推出了功率高达50千瓦的灯泡,用于机场等场景。1929年含水印的 日光灯 推出,其发出灯光类似太阳光,不伤眼睛。1930年,推出了 相机闪光灯, 此前相机闪光灯我们在很多民国影视里面看过,类似粉末爆炸效果,危险且不灵活。1934年,荧光灯推出,可用于防伪等场景。1939年,推出了全玻璃、密封的汽车大灯产品。电力系统方面,1926年GE实验室和Leland Stanford大学产生了当时人类历史最高电压210万伏特,能够测试全尺寸的传输线。1929年,GE安装当时最大功率蒸汽式发电机,功率达到20.8万千瓦。1931年发电机用煤发电效率提升了接近50%。1938年,GE实验室在纽约世界大会上制造了创纪录 1000万伏特人造闪电。 到1940年代,美国实现了电气化的农场超过200万,平均每个农场使用200个电气设备。







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