明天，我們的創新能力在哪裡？文／大衛‧羅特曼（David Rotman）

"美國的製造業有了麻煩。這不只是這個國家的經濟壞消息，也是未來創新的壞消息。 "

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一座看起來就像停機棚那樣的建築物，奇異公司（General Electric）本來用於組裝汽輪機，現在砸下一億美元，將它改成電池製造設施，生產透過化學作用儲存電力的產品。以前不曾見過以如此大的規模推動商業化。僅僅幾哩外，占地廣袤的奇異一座研究中心裡面，一組材料科學家和工程師過去幾年測試過這座廠房將生產的鈉金屬鹵化物電池，並且取得最佳化。其中一些研 究人員正在大到足夠容納三座半橄欖球場的生產設施，負責重製那些成果。

　 工程師已經從山丘上俯瞰莫霍克河（Mohawk River），有如田園般的研究中心，搬到紐約州斯克內克塔迪（Schenectady）河邊的這座生產據點。斯克內克塔迪是勞動階級城鎮，全盛時期稱作電氣城（Electric City）。他們在那裡督導安裝和測試機器人、高溫窯、分析設備，以監控生產流程。這種新電池在內含氯化鎳和鈉的密封金屬箱中，以先進陶瓷為電解質；以新技術儲存的能源，可望是資料中心、重型電動車，以及備援電力使用的鉛酸電池之三倍。但是幾乎任何事情都可能出差錯。舉例來說，如果構成陶瓷的粒子大小不一，或者沒有乾燥程度不夠，電池的表現就不理想。這表示龐大的廠房，各種狀況都必須控制嚴謹，而且重達好幾噸的裝置，必須能夠配合實驗室設備的精準度。 「沒膽量的人做不來」奇異公司負責先進科技業務的副總裁邁可‧艾德契克（Michael Idelchik）說。

　 奇異這座廠房是全美各地許多設施裡面的一座，將新技術投入生產，以滿足先進電池、電動車和太陽能等迅速成長的市場之需求。但這方面的努力，恐怕抵不過美國製造業陷入麻煩的現實。數十年來，許多大公司為了降低成本，將生產作業外包，結果失去了複雜工程和設計任務方面的專長，而這是今天最富創意的新技術增大規模和投產之所必需，更別提廠商失去了承受風險的意願。

　 如果你相信湯瑪斯‧佛利曼（Thomas Friedman）一口咬定的「世界是平的」，以及將生產作業外移到成本便宜的地方，會提高企業的競爭力，那麼這種外移除了對美國經濟和勞工有其涵義，其餘可能不重要。有愈來愈多證據顯示製造能力萎縮，可能嚴重妨礙全球的創新。我們有很多理 由相信，美國電腦業採取的模式──也就是數十年來 成功地將不少生產作業委外代工，以及優先強調設計，而不是製造──對於能源、先進材料和其他新興產業試圖推動創新商業化的公司而言，成效不會很好。

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　 學術界的研究工作者開始探討創新和製造之間的複雜關係，目的是釐清美國喪失製造能力，可能如何影響技術的推陳出新。哈佛商學院的管理學教授威利‧施（Willy Shih）列出一張清單，寫滿近年來美國自毀製造領先地位的各種基本技術，包括結晶矽晶圓、液晶顯示器（LCDs）、太陽能電池使用的功率半導體，以及許多種先進電池。他也詳細說明失去「產業公地」（industrial commons）──指生產特定技術所需的研究技術、工程技能和製造專長──往往意味著失去知識和誘因，以促進相關技術的進步。舉例來說，隨著矽半導體的生產和相關的供應鏈移往亞洲，美國新的矽基太陽能電池的發展受阻。

　 有一種說法，認為創新技術即使沒有發生在美國，其他任何地方也能生產，但這樣的看法不見得正確。卡內基美隆大學的助理教授艾里卡‧福克斯（Erica Fuchs）表示，由於光電製造商將生產線移到美國境外，它們大致上已經捨棄積體光電技術（用於將雷射和調制器擠進一枚晶片）的開發。2000年代初，電信工業兵敗如山倒，業內許多公司被迫前往東亞尋找成本比較低廉的生產據點，而製造實務上的差異，意味著在那些國家生產積體光子晶片不符合經濟效益。因此，以前只要幾年就會使電腦，甚至生物感應器起革命性變化的一種技術就此放棄。福克斯說，經濟學家也許會表示，我們並不在意某樣東西在哪裡生產，但地點對「你選擇製造的產品，以及它本身的技術軌道」影響確實很大。

　 許多工業界人士認為，創新和製造之間存在一定的關係──所以有擔憂的理由。「我們聽過有人說，少了製造方面的立足點，創新能力就會大為折損，」奇異公司的艾德契克說。生產作業委外代工產生的問題，不只在於你最後會失去工程專長，而且「企業的下一代產品會依賴別人的創新」。他說，其中一個後果，是研究人員和工程師不了解製造流程，以及它能做什麼：「你可以設計你想要的任何東西，但如果沒人能夠製造，誰理你？」

　 根據最新的一些估計值，美國身為世界最大製造國長達數十年之後，現在製成品占全球的19.4%，落後中國的 19.8%。即使在高科技產品，美國現在的進口也多於生產。這些統計數字在就業、國家競爭力，甚至這個國家的政治與社會結構上有其涵義。但同樣叫人憂慮的是，美國的製造能力節節衰退，對新一代的科技具有什麼樣的涵義，尤其是長期而言。美國能夠重拾投入高風險製造業的能力嗎？用不同的方式來問相同的問題：今 天許多前景最為看好的創新，是不是有重蹈積體光子晶片後塵之虞？

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　 位於底特律漢崔克組裝廠北方約125哩處，有一座規模數一數二的新電池廠。陶氏化學（Dow Chemical）、TK先進電池（TK Advanced Battery）和法國公司達梭工業集團（Groupe Industriel Marcel Dassault）合資設立的陶氏可鑑（Dow Kokam），斥資3億2,200萬美元，在密西根州密德蘭（Midland）設廠，將生產足夠約三萬輛電動車使用的鋰離子電池。雖然建築工程仍在進行，不少設備也還在安裝之中，到廠區走一趟，可以感受到營運規模之大和複雜。一間挑高的房間裝有數量龐大的自動化機架，所有的電池都將在那裡「形成」，而這是 電池充電和放電，以精準設定化學作用，極其重要的一環。

　 這種規模和注重細節，吸引世界第二大化學製造商陶氏之類的公司產生興趣。這座廠房就在陶氏的密西根化學工廠旁邊。這是一座小城市，低層生產建築由縱橫交錯的架空管道連接起來。如迷宮般四處延伸的管路，告訴我們生產工業產品所用的成分和原料之間的關係，也讓我們知道製造作業往往需要規模效率。

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陶氏的科技長威廉‧班霍爾澤（William Banholzer）和奇異的艾德契克一樣，承認擴大運用新技術有其風險。但他表示，以陶氏的規模之大和口袋之深來說，足以承受小型新創公司難以承受的風險，而且廣布各地的基礎設施，能讓它以很高的效率，整合製造流程的各個層面。陶氏的規模也允許它藉進入其他的新能源市場，沖抵下注在電池這種產品所冒的風險。在陶氏可鑑廠龐大的製造廠房的另一邊，一座太陽能製造工廠正在興建，將生產採用薄膜光致電技術的屋瓦。「能源的規模很大，小型公司很難解決這方面的問題，」班霍爾澤說。實際開始生產之後，你「才會曉得自己的真正成本和缺點，」他說。一座能源示範工廠可能耗資五億美元，「創業投資模式不可行，」他補充 說。「一個大問題是：小公司在這塊領域能和大公司競爭嗎？」

求生本能

這個問題直接觸及重振製造部門的重要挑戰之一。班霍爾澤說得沒錯，新創企業無法和陶氏或奇異的產能相互競爭。但小型公司正在研製前景最為看好的一些技術，如果能用合乎經濟的方式生產那些技術，現有的市場可能大為擴張。因此新創企業面對的挑戰，是設法運用現有的製造知識打造它們的技術，同時開發創意足以顛覆現有技術的產品。

　 安‧瑪莉‧沙斯特里（Ann Marie Sastry）顯然認為她的新創公司能夠做到這一點。Sakti3 設於密西根州安娜堡（Ann Arbor）一座小型工業園區內，正在研發新一代的固態電池技術。辦公室後面的生產區謝絕訪客，迅速走過測試區和設計區，也不准拿出照相機和問問題；執行長沙斯特里除了表示她公司的電池不用液態電解質，而且使用的製造設備，曾經用於生產洋芋片袋子，除此之外不透露任何細節。但是她樂於解釋她的新創公司可以如何在競爭激烈的先進電池部門闖出一片天。

　 她所用的策略，起點是認清任何新技術都必須保證它提供的好處，遠多於目前的產品所能做到的。「如果你從目前（鋰離子電池）的技術做起，」她說，「你可能因為修補製造流程，而得到價值五點、十點、或二十點的績效，但你必須接受永遠不會使任何事情改頭換面的事 實。」她說，將電池的能源密集度提高一倍，可能對通訊裝置的電力供給產生重大的衝擊，尤其是在不容易經常充電的地區。運輸業受到的影響可能更為顯著。她說，能源密集度更高和成本顯著降低的新電池，可能將電動車的需求提升到全新的水準。

　 因此她和同事「從元素週期表下手」，著手發明新電池。這家公司一開始就曉得技術必須擴大運用。「我們不是拿一張白紙投入製造，」她說。「我們首先分析以往的各種製造方法，以及可以擴大規模的製造方法。」

　 在週期表尋找可能推翻現有技術的材料，是早期階段新創能源公司最近常用的策略。

　 其他前景看好的早期階段能源新創公司，所用方法是避開大家都知道的製造限制。

舉例來說，加州聖克拉拉 （Santa Clara）的艾爾塔裝置（Alta Devices），創辦人包括加州理工學院（Caltech）和加州大學柏克萊分校的一些知名研究工作者。這家公司正以厚僅一微米的砷化鎵薄膜，開發生產光電池的方法。砷化鎵擁有很好的光學特質，廣泛用於雷射和其他的光電裝置，但對大部分太陽能電池來說過於昂貴。不過這家公司的新技術使用的這種材料很少， 價格不再高不可及。艾爾塔裝置過去幾年不斷改進生產流程，務求完美；它已經開始試營運，今年將上線生產光電材料，期望2013年開始商業化運轉。

　 隨著能源技術擴大運用的風險和成本日益明朗，新創公司愈來愈常在構思創新的同時，也考慮製造的可行性。

　 說來諷刺，這些新創企業能否存活，很大的程度將取決於它們希望終有一天取代的市場是否穩健和持續不斷成長。可是這些產業公地相當脆弱，而它們能否存活，將取決於市場和政府的政策。密西根州能有先進電池製造的誕生，主要是因為歐巴馬政府支持的結果。先進電池的製造是否欣欣向榮，將取決於通用汽車和其他公司能夠賣出多少輛電動車，以及政府是否繼續對這個新興產業提供誘因，包括提供資金進行研究。中長期而言，先進電池製造的健全很可能取決於它有多大的能力，能夠採用早期階段新創企業真正具有創意的新技術。大家將深深感受到其後果。正如施指出的，美國已經失去十分重要的製造部門和相關的創新技術好幾倍之多。他列出今天岌岌可危的技術清單也很長。如果先進電池、太陽能技術和先進材料的製造死傷更多，開創未來技術的能力肯定受到傷害。

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　 「研究電池設計的最好方式，是創設一家電池公司，」他說。「接近製造，你才會認清什麼事情會有影響。怪不得有人說，在這些產品開發領域，製造十分重要。」