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上海西齐机电设备有限公司

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2014年西门子“年度发明家”

西门子自1995年起开始每年颁发“年度发明家”大奖，旨在表彰通过发明创造为公司做出重大贡献的**研发人员。2014年，共有12名西门子研发人员获此殊荣，他们总共拥有900多项发明和842项个人**。

为了保持创新良好地位及开发新技术，西门子不断增加其在研发领域的投资：本财年西门子研发投资将增加4亿欧元。在截至9月30日的上一财年，西门子在研发领域共投入大约40亿欧元。2014财年，西门子共提交了4,300项专利申请——同比增长9%。总共拥有900多项发明和842项个人**的12位研发人员在西门子的成功发展中发挥了重要作用。西门子于12月3日在慕尼黑为他们颁发了“2014年度发明家”大奖。该奖项的历史可追溯至1995年。

获奖的研发人员中有8名来自德国，其他获奖人员来自美国、丹麦和中国。他们的发明包括：可监控车辆在轨道上的位置的无线传感器、支持风电机组增加发电量的全新冷却系统、以及对组件进行了重新组合的燃气轮机，从而使得轮机发电相比过去更为经济。

智能电网的智能保护：阻断连锁反应

来自西门子中国研究院的**博士开发了一种有效管理智能电网断路器的算法。电网的单一能源供电时代已成过去，智能电网时代已经来临。这是因为风能、太阳能及其他许多可再生能源并网供电的比例越来越大。电网必须适应这种情况，并且要和以**样可靠。

**带领其团队在北京和上海两地展开工作，推出了一款全新解决方案，用于保护多能源协同供电的电网。为确保短路不会造成电网全部或大部分自动关闭，对将电网各部分彼此连接的众多断路器来说，要采用选择性方案。通过这种方案，断路器自动协调其运行，确定哪个断路器较接近短路位置，并且必须关闭这部分电网。该技术被称为区域选择性联锁。不过，只有在电子始终朝着同一方向移动时才起作用。在多能源并网供电的电网，电流可反向流动。为确保在发生短路时关闭正确的部分，需要配备断路器能根据实时电流方向以动态方式联锁的系统。**利用全新拓扑结构和电路设计解决了这个问题。新解决方案使布线更加简单，大大降低了成本，并使维护更轻松。

改进用于风电机组的冷却系统

Uffe Eriksen开发的解决方案，使轮机发电机和主轴承的冷却更加高效，并且兼顾环保。这位来自丹麦的研究人员希望风电能真正成为矿物燃料的替代性选择。这就是Eriksen及其团队在丹麦Brande花费一年半时间为高性能风电机组开发空冷系统的原因所在。

风电机组的主轴承需要承受重负荷。对于提升主轴承性能而言，能控制润滑脂润滑主轴承的温度是迈出的成功一步。在轴承性能控制方面，原来只能对润滑油润滑轴承进行冷却，现在还可对润滑脂润滑轴承进行冷却。在这个过程中，新技术简化了系统设计，并提升了系统性能。在全新发电机冷却系统中，环境空气通过机舱进入发电机。而高湿度或高盐分可导致轮机腐蚀损坏。这就是空气在被鼓入并接触温度敏感型组件之前要进行过滤和除湿的原因。冷却空气通过排放通道再次送回，*在发动机外壳上额外开口。

发电机以更高负荷运转，输出更多电力

与传统的空气/水热交换器相比，直接空冷是更好的热传输方式，其设计本身也简单许多。但是，利用环境空气进行冷却的较大优势是由于冷却的改善，能输出更多电力。这是因为利用热交换器总会有热损失，Eriksen这样解释道。这意味着发电机的较低温度也始终**环境温度。这就是空冷优于传统冷却系统的原因所在。得益于更低的温度，发电机可以更高的负荷运行，从而生产更多的电力。

电站控制系统轻松升级

Klaus Wendelberger 开发了一套基于计算机的系统，该系统能简化电站控制系统的更新。对于电站而言，控制系统是其大脑和神经。它们使控制中心的操作人员能轻点鼠标即可运行电厂，并对所有流程一览无遗。然而，计算机的技术寿命要比电厂的技术寿命更短，因此每隔20年左右，必须以先进技术对电厂控制系统进行升级

升级过程非常耗费时间并且代**昂。比如说，控制系统供应商必须耗费巨大的人力使新控制系统的参数与旧控制系统保持一致。这需要查看电厂运营商提供的无数技术文档。控制系统和电厂设备之间怎样布线？来自独立电厂组件的信号原来如何读取和分析？截至目前，这个过程通常要涉及分析、转换和传输数以万计的工程图，而每张图要花费大约10分钟。

利用计算机系统识别和解释工程图和文档

Wendelberger的目标是：尽可能有条理、大范围地实现项目工程图传输过程的自动化。该团队花了大约三年半时间来开发这个创意，并将其逐步融汇成一个解决方案。这套基于计算机的系统，正充分利用他们所获得的知识。该系统可自动读取数以千计文档中的文本和图形，这部分借助了语义识别程序的帮助，部分由其自行进行解释。它还能将其读取的任何内容立即转换成西门子控制系统能识别的语言。

这种顺序功能图的自动化转换，至今已使用了大约1年时间，应用于10个项目中。现在，*仅仅需要在计算机中输入电厂的边界条件。输入的数据包括电厂类型和规格，比如输出功率（兆瓦）。现在，只需轻按按钮，就可针对新的仪表和控制系统生成完整的项目工程图。这种自动化转换，现在仅需两、三天时间。这使得控制系统的工程成本降低高达30%。

Katrin Nikolaus、Norbert Aschenbrenner、Sebastian Webel、Andreas Binner

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数字化世界

能不能以远程方式控制和维护成千上万的建筑物和机器？当然可以。这是一个庞大的技术、经济和社会新全景的组成部分。在这里，现实世界的几乎所有实物都有数字的对应。

古籍、地籍册，到数不胜数的各种工业设施组件和城市构筑物，现实世界里的事物纷纷有了数字化对应物。随着这一趋势的愈演愈烈，数字世界不仅从物质层面，而且从机能层面复制了现实世界。因此，我们不仅能调用详尽的数字化图像――譬如，工厂车间里的机器配置图，而且，还可以从实际出发，模拟在这样的环境中对工人而言较安全的安装位置和较符合人机工程学的配置。当然，这归功于以生物测定学为基础、能精准表征人类特性的技术的发展。

与此类似，随着奥地利维也纳Aspern区建设的如火如荼，西门子*研究院（CT）开发的系统正使用四轴*行器生成的图像，来跟踪、记录在这片占地240公顷的工地上所进行的施工活动。这种能自动将当前数据与以往数据进行比对的系统，也被广泛用于跟踪工厂内部的变化，以保证数字版的规划方案符合较新的实际情况。

秘诀：软件。这种对象和功能均朝数字世界大规模迁移的现象背后，是什么在起支撑作用呢？使这一切成为可能的秘诀，当然是软件。软件，在几乎每个技术领域都起到了重要作用，这一点从西门子公司研发预算的40%都用于软件开发上便可见一斑。西门子*研究院的工作集中在跨领域项目和诸如改进架构、降低复杂度等根本性的问题上，它雇佣了大约4500名程序员和软件架构师。在整个公司，西门子总共雇佣了大约1.75万名软件工程师，他们聚集在各种各样的项目上，从模拟“好奇号”火星探测仪，到创新发电厂的控制系统；从用于优化铁路系统的显示屏幕，到面向操作室的图像、数据融合解决方案等等，不一而足。

当今世界，数字化技术大行其道，软件扮演关键角色的例子比比皆是。譬如，在纽伦堡附近，有一座专门生产Simatic可编程逻辑控制器（PLC）的西门子工厂。在这里，西门子的NX和Teamcenter软件系统每天要追踪大约5000万道生产工序的结果，从焊接温度到拾取-贴装速度，无所不包。这座工厂的生产合格率能高达99.9988%，这些跟踪信息功不可没。通过联网系统，这些信息被发送到工厂的研发部门，用于优化现有及规划中的生产线及生产工艺。

这座工厂的自动化程度非常高，因此被誉为朝*四次工业革命迈出第一步的**——在*四次工业革命的愿景中，为了自动优化生产工艺，现实世界和虚拟世界将相互吸取经验。这座工厂凭借高效率而享有卓着声誉，当之无愧地成为了其他工厂的榜样。譬如，在地处中国西部的成都，一座几乎是这座德国工厂的翻版的工厂正在帮助满足中国对PLC的旺盛需求。从汽车生产线到采矿机械，PLC可以用于控制几乎一切工业设备。

将现实世界与虚拟世界融为一体的开发实例不计其数，全世界较大的光学望远镜的生产便是其中之一。为了加快开发进度，制造商使用了西门子NX软件对用于生产直径达1.5米的望远镜镜片的机器进行三维模拟，然后将模拟数据与生产系统集成。这样，只用了短短一年半的时间，就开发出了这台抛光精度高达30纳米的机器。

在手术室里融合可移植成像。现实世界的数字化步伐也在阔步迈向医疗领域。譬如，在位于新泽西州普林斯顿的西门子美国研究院，研究人员正与来自西门子医疗的*合作，将术**维计算机断层扫描成像和核磁共振成像与手术室或介入**室里的其他成像设备生成的实时图像相融合。其思路是将高分辨率的三维成像用作引导底图，并将所有其他模式的成像融合到其中。

多模数据融合将不**于成像。研究人员预计，诸如患者实时监测数据，甚至一些官能的现场模拟数据等信息，将被整合到一张可能很快就将支持无线移植的融合实时成像中。事实上，在这个愿景中，融合数据集的可移植性是关键。可移植图像将支持视觉、心理活动与手眼协调的融合，甚至可能被用在增强了的现实环境中，从而允许外科医生将诊断信息重叠到他/她的实际视野上。鉴于可移植性的诸多益处，西门子研究人员正在开发有关技术，以促进**快速可视化解决方案的获取――包括量身定制流式传输和针对医疗应用的视频压缩解决方案。

不论对象是工业环境还是医疗环境，硬件还是软件，数字世界里的大多数高级系统在设计时都考虑了自动监控、预防性维护和远程维修等需求。譬如说，现在，西门子的通用远程服务平台（cRSP）就跟踪了大约25万个系统，从摩天大楼和燃气轮机，到255座城市的交通控制中心，不胜枚举。它还监控了大约12万台高端医疗设备，并提供维修服务。每个月，这些系统总共要生成差不多10兆兆字节的数据。但随着所监控系统精密度的日益增长，其诊断传感器和软件驱动的功能也与日俱增。因此，*预计，到2020年，cRSP每个月将需要处理大约80兆兆字节的数据。为了增强安全性，同时保证有足够的能力来应对这些海量数据，西门子正在开发新一代结构。

通过对基础设施和专业知识的整合和虚拟化，基于云计算的服务可降低费用。

新经济。在越来越多系统的监控和维护功能朝着数字世界迁移的同时，与这些功能有关的实物基础设施本身也在经历数字化。譬如，为什么每一座城市都要具备自有交通管理中心呢？在德国，已有10座城市基本上将这项功能外包给了一家西门子服务中心。由于可以通过基于云计算的互联网服务获取其所有交通数据，每一座城市都能对当地影响交通的事件进行规划和管理，而*部署成本不菲的实物设施，也*进行相关维护。

IT基础设施也直冲云霄。自动化系统生成的数据量非常之庞大，就连西门子这样的大型企业也面临着数据存储量日益增长的挑战。同时，作为虚拟IT解决方案的云计算具有强烈的吸引力。考虑到这一点，西门子*研究院正支持公司各业务部门开展一项计划，旨在探索产品设计新途径，以期既能充分利用云存储系统里的海量数据，又不降低安全性。通过对基础设施和专业知识的整合和虚拟化，基于云计算的服务可降低费用。事实上，据市场情报提供商国际数据公司（IDC）预计，IT服务朝云计算系统的迁移将是缔造所谓“智能数据”经济的决

定性因素。

产品、服务和知识的快速数字化进程将带来巨大益处，这一点毋庸置疑。每个人都能有切身感受的一个关键领域是我们与**的关系。比利时eGovlab公司的董事兼创始成员Vasilis Koulolias设想，电子政务将是民主制度下一步的发展趋势。他预言道，“这意味着朝更睿智、高效、更具代表性的**转变；这将为合作、共同创造和相互交流降低成本。”

虽然这个数字化的美丽新世界潜力无限，但是我们在朝着它迈进的同时必须小心谨慎。正如麻省理工学院数字化商务中心主任Erik Brynjolfssen教授在接受我们的采访时所指出的那样，自动化系统正日益瞄准蓝领和白领的工作岗位。Brynjolfssen说：“利用数字化技术，可以创造无穷的财富。但这些财富既可能被集中在少数人手里，也可能为数十亿人创造广泛的机会。我们有能力创造全人类的共同繁荣，但如果我们坐视不管、放任自流，那么这样的繁荣景象永远不会到来。”