新型照明设备的成功研发

一、新型照明设备的成功研发

(一)威廉姆·柯立芝和钨丝灯的成功研发

随着工业研究实验室工作量加大,研发任务越来越紧迫深入,实验室需要吸纳新的力量,两位在通用电气公司发展历程中做出过重大贡献,并在科学史和电力发展史中具有重要历史地位的科学家先后加入,他们是物理学家威廉姆·柯立芝和化学家欧文·朗缪尔。

威廉姆·柯立芝在麻省理工学院取得电力工程学士学位,是威利斯·惠特尼的学生。1901年,他从德国莱比锡大学获得物理学博士学位,回国后加入亚瑟·诺伊斯[11]在麻省理工学院创立的物理化学实验室。出色的研发工作和科研成果证明了他实验型和应用型的研究倾向与科研实力。他是一位不太喜欢大学学术氛围的科学家和发明家,他性格内敛,不喜在公开场合表现,对课堂授课和公开演讲没有兴趣。在麻省理工学院供职期间,他公开发表的学术论文很少,对物理和化学的纯理论研究缺乏热情。但他擅长实验操作,精于制作精密实用的科研工具和器材,对技术问题有敏锐的洞察力和探求问题解决方法的执着精神,工业领域的科研工作显得对他更为适合。[12]

1906年,威利斯·惠特尼用高于威廉姆·柯立芝在麻省理工学院一倍的薪酬和有吸引力的研发环境与研发项目,加上他激励人心的个人领导魅力,把自己的学生招募至通用电气公司工业研究实验室。虽然威利斯·惠特尼承诺威廉姆·柯立芝可以在工业研究实验室用部分时间继续他原来在麻省理工学院的研发项目,但因为威廉姆·柯立芝攻读博士学位期间就在进行钨灯丝的研究,实验室正在进行的工作对他极富吸引力,因此,他很快抛弃了原来的项目,全心全意、满怀热情地投入金属钨灯丝制作方法的研发任务中。

威廉姆·柯立芝经过一段时间的研究发现,钨具有不同于其他金属的特质,钨在内部结构处于纤维状态下变得更不易脆裂,而其他金属则是在结晶状态下才具有这种延展性,在纤维状态下更加容易脆裂。由此,一改以往科研人员的研发路径,威廉姆·柯立芝相信,可以通过对金属钨进行热处理和机械性锻制方法的精确结合,把纯净的钨金属晶体转变为具有可拉伸性能的纤维状态,从而成功制作出白炽灯用的钨灯丝。在这一发现和理念引导下,威廉姆·柯立芝带领团队经过两年的努力,成功开发出可以批量生产钨灯丝的制作方法,使钨丝白炽灯的大规模生产和商业化普及成为可能。

从1906年威廉姆·柯立芝加入通用电气公司工业研究实验室开始钨灯丝的研发,到1910年钨灯丝批量制作方法开发成功,在不同时期和阶段,整个实验室约3/4的研究和技术人员先后参与协助他的工作,这项成果给通用电气公司带来了巨大的回报。到1911年年底,钨丝白炽灯实现大规模生产和商业化应用,使工业研究实验室和通用电气公司获得了多年来一直在努力追求的、在照明设备市场决定性的领先优势,巩固和增强了公司白炽灯业务的国内国际市场主导地位。钨丝灯泡的照明效率高出其他所有类型白炽灯6倍,使用寿命提高3倍。到20世纪20年代,据当时《纽约时报》的一份统计调查显示,通用电气公司钨丝白炽灯业务的投资回报率高达30%,在第二次世界大战前,钨丝白炽灯业务每年以公司全部业务1/6的销售额,贡献着1/3到2/3的公司总利润额。[13]这些利润无疑是公司在新时期多元化创新发展资金的一个重要来源。此外,该项成果使通用电气公司成为欧洲主要电灯制造商的授权者,使其有条件与德国西门子公司等多家具有强劲竞争实力的西欧电力制造企业签署专利共享协议。通用电气公司不仅可以使用协议范围内的全部原创性和改进型技术专利与研发成果,保持技术领先优势,抵御欧洲企业的竞争,而且铸造了在美国白炽灯市场的实际独占地位。[14]

(二)欧文·朗缪尔对充气灯的研发

欧文·朗缪尔在美国哥伦比亚大学取得冶金工程专业学士学位,之后赴德国哥廷根大学师从化学家瓦尔特·能斯特。欧文·朗缪尔攻读博士学位期间就以研究白炽灯泡为主,他的博士论文就是关于热传导和白炽灯金属灯丝在加热状态下表面气体分解的现象。他之后在通用电气公司创新研发出螺旋型钨灯丝、充气白炽灯,并对高真空管进行了研发,实际上都是对其攻读博士学位期间研究工作的继续和深入。

欧文·朗缪尔回国后,从1906年到1909年在新泽西州斯蒂文斯理工学院任教。需要注意的是,他和威利斯·惠特尼、威廉姆·柯立芝一样,也在学校里遇到“事业发展困境”。繁重的课堂教学工作令他无法专注于自己感兴趣的科研活动,而且他的同事和学生对科研都缺乏兴致,此外,薪酬也不高。带着种种不满,欧文·朗缪尔在1909年欣然接受了来自威利斯·惠特尼的邀请。[15]欧文·朗缪尔本打算在工业界工作一两年后再找一份更好的大学教职,但他很快在通用电气公司找到了他所追求的一切,通用电气公司工业研究实验室伴随其成就了毕生的科研事业。

威利斯·惠特尼采取因人而施的管理、激励和引导方式,根据欧文·朗缪尔的研究领域和科研方法,他没有给欧文·朗缪尔分配具体的研究任务,只是让他在白炽灯领域大的范围内选择自己感兴趣的研究项目,欧文·朗缪尔选择从事对钨丝白炽灯内部物理和化学反应的研究。其实,考虑到欧文·朗缪尔在攻读博士学位期间的研究领域和欧洲新型白炽灯发明者瓦尔特·能斯特对他的指导,威利斯·惠特尼对欧文·朗缪尔研发工作的这种引导理念应该是考虑成熟,又在情理之中的,也突显了威利斯·惠特尼对研发团队和研发创新活动的管理与领导能力。

如前文所述,美国大多数新生代科学家将服务于工业发展视为科研工作的主要职责之一,这点在欧文·朗缪尔的研发工作和心路历程上有明显的体现。在这个项目的研究过程中,由于很长时间没能做出给公司带来实际贡献的研究成果,他曾一度迷茫和自我怀疑过,他曾请教威利斯·惠特尼,自己是否应该在这个项目上继续坚持下去,威利斯·惠特尼鼓励他继续这个方向的基础科学现象的探索,以求在这一持续的研究过程中,为研发团队提供更多的有关白炽灯内部物理和化学现象的最新科学知识,以及对相关科学原理的更深入理解,为新成果的产出创造条件。他相信欧文·朗缪尔可以在这方面取得成就。威利斯·惠特尼的支持和激励让欧文·朗缪尔可以放开心态继续自己感兴趣的研究工作,除为工业研究实验室及公司工程与生产部门提供一些咨询和技术服务外,在没有任何实际应用性研究成果产生的前提下,他持续三年时间专注于这个领域的科学研究。[16]

威利斯·惠特尼的激励和正确引导,欧文·朗缪尔长期不懈的坚持努力,最终获得了丰厚的回报。1912年,欧文·朗缪尔成功解决了白炽灯泡在使用中内壁变黑的问题,并极大地提高了灯泡的使用寿命和照明效率。更重要的是,更具商机和实用性的创新成果从欧文·朗缪尔的不懈努力中出现了。基于对灯泡内部热传导、气体放电等科学现象的研究经验和科学发现,欧文·朗缪尔开发出充氩气白炽灯,其亮度和使用效率远高于之前各类白炽灯。欧文·朗缪尔与公司工程技术人员和生产部门紧密协作,共同设计开发出可以高效率和大规模生产充气灯的生产程序与生产设备,低成本带给充气灯低廉的价格和充裕的盈利空间,而且新颖性、照明效能、耐用性、价格等多方面的优势几乎使充气灯取代了弧光灯的市场地位。之后,欧文·朗缪尔又继续开发出各种型号的小瓦数充气灯,用于较小空间的照明,再次扩大了公司白炽灯的市场范围和市场份额。钨丝白炽灯和充气灯的发明与推广,极大地巩固和提高了通用电气公司在照明行业的领导地位,到1928年,通用电气公司已经占有美国白炽灯市场96%的份额。[17]

综上所述,在威利斯·惠特尼的领导下,包括威廉姆·柯立芝和欧文·朗缪尔在内的研究实验室科研和技术团队,成功开发出金属钨灯丝的制作方法和更具创新性的充气灯,这既是工业研究实验室的成功,更是通用电气公司领导者和科技发明专家——查尔斯·科芬、伊莱休·汤姆森、查尔斯·斯坦梅茨、艾尔伯特·戴维斯和埃德温·赖斯等人应对来自欧洲和美国新型照明技术的挑战,寻求建立以基础科学研究为主的工业研究实验室,招揽、组织和激励高水平自然科学家开展创新活动,以巩固和提高通用电气公司白炽灯市场领导地位这一战略决策的成功。

在招纳这些高水平科研人才加入公司时,通用电气公司为他们提供充足的研发时间、研发经费和研发设施,提供富有经验和团队合作精神的工程与技术人员协助工作。公司的研发项目和发展战略也正符合所招募科研人员的研发兴趣与事业追求。同时,公司给予优厚的、远高于他们原有工作工资水平的薪酬,支持他们和学术界保持密切联系,并在公司规制范围内可以在相关权威学术刊物或学术会议上发表或宣读自己的研究成果,获取学术界的认可和殊荣。这些人才政策和措施充分调动了科研专家的事业热情,他们为公司做出了巨大贡献,同时也实现了自身的人生价值追求。

更为重要的是,威利斯·惠特尼、欧文·朗缪尔和威廉姆·柯立芝,以及不断壮大的工业研究实验室科研人才力量,很快开启了通用电气公司多元化创新发展的全新篇章。在公司未来的发展中,这一时期战略决策的影响越发深远和强劲,它成就了总裁杰拉德·斯沃普[18]时期的“良性循环”多元化发展战略[19],给公司注入了在第二次世界大战和战后时期科技和整体业务迅猛发展的良好基因,也推动筑起了今日之强大的通用电气公司。