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3M的科学魔法 百年老店进化论

作者:林雪萍2022.09.28阅读 1519

  3M是历史上保持长盛不衰的一个传奇创新公司。它似乎穿越了每一个周期,从手工,到机械化、计算机、互联网时代,都有它的创新影子。尽管在过去5年,3M的年收入几乎在350亿美元之下波动,并无大的增长,但在科技创新排行榜上,一直排名前列。而作为百年以上的老牌制造业,最近的创新举动则是寻求资本突破。今年7月,开始将医疗部门分拆出去。后者将会带来的全新估值,让人摆脱制造业给人留下的沉闷乏味的态势。实际上,3M绝不是一个乏味的公司,内部一直是一个创新持续爆发的活火山。从心肺呼吸机的滤罩,到触手可及的即时贴,再到听诊器、芯片热管理系统,这个举重若轻又无孔不在的工业巨头,有着近六万种迥然不同的产品和40多个产品部门。任何一种归类方式,都像是一个基本无解的迷宫。然而,迷一样的多元化背后,底层技术的关联和裂变,自有一套强烈的演变逻辑。
  让创新必然发生
  如何让创新成为一种必然,必有公司的固有基因,是所有企业家都非常感兴趣的地方。可以说,这正是企业家应该有的“造钟师”的行为。3M的CEO麦克奈特,作为美国公司最成功的“钟表匠”之一,在2003年被《财富》杂志评为美国有史以来10位最伟大的CEO之一。他在3M公司六十年的工作生涯里,一手缔造了3M公司的创新文化。
  3M建立了一套创新模式,将创新变成系统的、可重复的过程。创新经常被认为具有很大的偶然性。但偶然性中是否能找到一些规律性,让创新活动变得一定程度上的可预期?
  在创新发明领域内最著名的萃思理论(TRIZ),就是前苏联科学家总结了人类高质量的超过250万个发明专利,从而寻找到发明创造活动的规律性。这个理念和麦克奈特的想法非常一致。
  3M公司最初是准备开采金刚玉矿石,却一直深陷困境。采矿屡屡失败后,3M终于发现采矿业都需要砂纸这样的一个基本产品,开发了Three-M-ite研磨砂布。这款产品,挽救了破产边缘的3M。
  1920年,一个客户向3M索要磨料样本却不要砂纸,但是3M不出售磨料。什么样的客户会有这样的需求?这引起3M的好奇心关注。于是3M的CEO亲自跑到客户,结果发现后者是一个发明家,打算自行制造一种干湿两用的砂纸。这让麦克奈特如获至宝,立刻购买了客户的专利,打造了3M另一个拳头产品Wetordry干湿砂纸。
  为了更好把握用户诉求,3M会经常派遣研究员去用户的工厂现场,来实验新品,顺便收集厂商的需求。光是砂纸,3M公司就为汽车厂商做了好多种。打磨活动中会衍生出来很多新的场景,例如打磨会产生粉尘,而水可以有效消除。3M发明的防水砂纸,可以在水中使用,极大减少了空气粉尘对汽车饰面的摩擦,令3M公司在业内一炮而红。
  以基础技术为起点,去抓住用户的基本需求,3M找到了一种产品创新的标准方法论。砂纸是一个满足基本需求的工具,人类有史以来在日常活动中一直都有打磨的习惯,总是要从一个物体表面逐步去除材料。这种需求,简直是人类从新石器时代就一直延续至今的心理冲动。3M在这一点上,咬住不放,从而使得自己的核心技术平台上,打磨Ab(Abrasive)技术,一直首当其冲。
  当一个企业多元化发展的时候,它的技术逻辑是什么?底层技术是否有关联性?如果细看过去,那些看似不同的技术背后,其实都有同一类技术逻辑在发挥作用。就像是表盘上尽管有12个时点,但它们的力量都来自圆心的指引。我们把这种能够推动企业实现多元化产品的共性技术,称之为“技术向心力”。3M看似繁杂的产品背后,有着强烈的技术向心力作为支撑。
  物体表面打磨之后,常常需要进行喷漆。例如汽车的双色喷涂,需要一些胶带可以覆盖住部分表面,然后喷涂性能不同的油漆形成想要的图案,但是这些胶带要么带走油漆,要么撕去后还留下残胶。3M对此的认知是,既要粘接,又要去除。这是两种相反的力量,如何统一到一起?用了两年时间,3M开发了至今闻名全球的思高(Scotch)胶带。这是3M第二个里程碑产品。它的基本理念被不断分裂,半透明的Scotch胶带也开发出来,从而方便让工人看见被覆盖的表面情况。
  这也成就了3M基本技术平台的第二大重要成员:粘结(Adhesive)。实际上,从最初的砂轮砂纸产品开始,让别人分离就需要让自己粘结:3M需要让砂纸上的颗粒粘结更牢固。这是一个广阔的粘结业务的世界,而人类对于粘结问题是永不过时的追求。从“粘结”这样的基础需求和技术出发,3M创造了数不清的胶带、粘结剂和覆膜等。3M生产的胶带类产品成为几乎每个家庭的必备,从补一个洞,到绑住事故后摇摇欲坠的车辆保险杠,他成为家庭万能小帮手。
  从思高胶带始,3M最重要的两个产品,砂纸和胶带开始亮相。这两个产品就像是哼哈二将,一个负责分离,一个负责连接。分离和连接,正是人们最复杂的两种基本情感,也是日常最基本的需要。3M的产品帝国,基本就是建立在这两种相反的活动的基础之上。这也构成了3M创新不断的技术向心力。
  人脸不过是一张胶卷
  百年老店公司的存续,不能仅仅看成是一代代企业家商业策略的成功。《追求卓越》、《基业长青》展出了商业活动的宏大舞台,企业家的智慧闪耀其中,而价值观犹如定海神针。但奇怪的现象是,公司核心技术的裂变能力,往往被有意无意淡化了。基业长青的公司,对于技术不断进化的逻辑,自有一套深刻的认知。而那些暗自进化的技术,则成为从桌面上抽走的一张牌:它在暗中决定了牌桌的胜负。
  日本富士胶卷公司,即使在消费胶卷行业基本消失的年代,公司名称里依然保持着“胶卷”二字。这是怀旧吗?不不,这里蕴含着技术向心力的全部奥秘。暗室里的胶卷冲印,是化学物质的精准沉淀。这跟化妆品细小的颗粒在脸上均匀地附着,又有多大不同?是的,富士胶卷推出了自己的化妆品艾诗缇,在日本年轻人大受欢迎。在比人类细胞还要小的纳米级的面部皮肤世界中,肌肤的成分跟胶片的主原料一样,都是胶原蛋白。这不过是化学物质沉降技术的一个全新着陆点而已,以前是月球,这次是火星。
  胶片与化妆品,看上去是一个固体,一个是乳状形态,相差甚远。但就颗粒层而言,二者都已经进入了与原子共舞的纳米世界。摄影胶片是由多层超薄层组合构成的,如何配置各种成分就需要在原子尺寸大小进行微操作的纳米科技。同样的微结构技术,被精准地复用在了艾诗缇化妆品细小的颗粒处理上。
  同样,紫外线的身影,也总是在浮现。一张照片之所以会褪色,就是由于紫外线照射所导致的氧化反应。如果要防止褪色,就需要跟紫外线展开激烈对抗。这正是人体皮肤最需要的武器。于是优质胶片的抗氧化能力,自然也是人体防紫外线的最重要技术。
  照片,说到底是一种光影艺术,需要进行复杂的光分析与控制。而人的面部表情,可以说是底妆产品中的光线的综合。光分析技术,完全可以用到肌肤内部的可视化管理,从而呈现令人愉悦的飞扬神采。
  这四种能力,构成了一个胶卷公司的技术共性,它呈现了极大的穿透行业壁垒的能力。富士胶卷公司,精准地复用了技术向心力,使得公司可以轻松转向看似完全不同的行业。它的内部技术相似性,其实远远超过了人们的想象。
  创新爬山虎的蔓延
  技术向心力的存在,让我们意识到颠覆性创新,其实并非一定是断代史的存在。就技术家谱而言,很容易在更远的地方,找到它们同居一物的局面。
  3M内部很少谈及颠覆式创新,渐进式创新更为准确。它就像爬山虎一样逐渐蔓延,每跨出一小段就产生一个小小的创新。以自己的技术向心力作为支撑,每爬出一块方砖,就把吸盘牢牢地吸下去,抓紧周围的环境基础。之后,完成下一格的爬升。逐步蔓延,往往也就以一己之力,贴满了整个创新之墙。看似庞杂的3M产品群,其实都围绕着一条条爬山虎进行市场创新。
  投影仪是一个最好的例子。这个在二战之后由美国军方主导,向民用标准看齐的产品,呈现了巨大的活力。就是这样一个传统的投影仪,3M从投射镜头组件的核心技术出发,到反射棱镜、镜头膜,再到电气连接件、光学增亮膜和广角数字图形系统。各种技术元素发生激烈的“化学反应”,裂变出一系列完全不同的产业。复杂多样的材料与光电化学的技术组合,衍生出大量的带有技术谱系的创新产品。从最后五花八门的产品往回看,很难想到它们都源自于一个投影仪的镜头。各种薄膜、紧固件、照明等产品,就像爬山虎一样弥漫谷底,穿越了漫长的时间隧道,精神抖擞地活跃在当下。

  任何技术图谱都是有渊源的,就像是生物进化史,自有前后的因果关系。从生物进化树上,人和章鱼在6亿年前的时间段上,可能是同一种生物。而在距今5.4亿年前的寒武纪,是地球生命空前爆发的一个时代,出现了各种复杂的动物。如果将3M的历史,看成是一个10亿年的进化史,那么1985年就是3M的寒武纪:品种空前爆发的一年。3M的技术,开始突然出现很多的分支,蔓延式创新在这里出现了一个里程碑的拐点。
  这其中增亮膜BEF的演化过程,就是一个物种蔓延的典型。1950年代末,公司研发人员发明了一种新的成像技术,被称为菲涅尔塑料透镜,这是以法国物理学家命名的一种透镜。最早的玻璃透镜,为了保持镜面的曲度,需要将厚度做的很长。而菲涅尔采用了大圈套小圈的镜头组合方式,通过不同曲度的叠加,可以用更薄的镜头,实现原有厚玻璃所形成的曲度。菲尼尔透镜,可以将镜头压扁到一个很小的厚度,从而将厚重无比的灯塔灯的重量,大大减小。
  3M把这项技术应用到塑料上,也就是做出了塑料材质的菲涅尔透镜,增加了这项技术的使用领域。在此基础上,3M创建了一个“微复制技术中心”,专门开发基于菲涅尔透镜的应用产品。微复制,这个名字很有意思,它点明了技术向心力,具有强大的自我繁殖、不断分裂的能力。
  第一个被“繁殖”出来的应用产品,就是一个可以极其薄的放大镜,以致于可以安装在手表上。为手表制造起放大作用的表盘。就是手表表盘玻璃做成了带放大功能,让手表刻度读起来更方便。但3M这款手表刻度放大镜的产品,商机并不多。此后的15年间,微复制技术中心一直萎靡不振,只能艰难维持生存。但这项技术依然被反复迭代叠加,形成了庞大的微复制技术群。
  菲涅尔透镜技术,也在被继续深挖下去,这一次介质变成薄膜。光学部门的科学家桑迪·科布发现CONTROL ENGINEERING China版权所有,既然玻璃透镜的曲面能做成玻璃微珠,那也可以做成薄膜,也就是具有微复制结构的薄膜。但是透镜曲面还是太复杂,改成简单的棱镜则更容易大量复制。于是,3M将微米甚至纳米级的小棱镜体,涂覆到薄膜上,采用了密密麻麻的微观小棱镜,形成了全新的光线反射技术,大大提高了薄膜的反光度。
  这项光学薄膜技术呈现了更好的光学性能,其终极目标是让某个发光物体看起来显得更亮。装饰品是最好的应用场景控制工程网版权所有,更亮就可以吸引更多的目光。这项技术其实是光学性的,要有光线才能发生作用。但装饰品并没有合适的小光源,因此这项技术也无法应用。
  但事情也不会停止不前。
  新开发的薄膜应用,仍然可以用于交通标识等特定的领域。当外部光线照射的时候,它就会产生强烈的反射。虽然并非透镜原理,但微复制技术却发扬光大。这种微结构的薄膜涂覆到胶带上,制成了高反光的交通标识牌。夜间汽车大灯的光线照射之后,高能量反射,不会有光线损失,容易被大家看到,同时又是漫反射,避免普通水银镜子所引起的局部炫目的感觉。
  然而,增强反光膜只是用了交通标识提醒,未免让人觉得有点大材小用。如此在薄膜的微结构上大动干戈,总会有点别样的应用吧。
  天才的技术想法,有时候总是跑在时代的前面。它需要时间的指引。1990年背光液晶显示器的出现www.cechina.cn,增光膜终于等到了自己的时代。背光液晶显示器是需要外部增加照明的,但经常亮度不足。而如果显示器自己增加光源功率,会大大增加能耗和散热。而增光膜这种技术,天生就是可以增亮发光源。简直是天造地设般的技术配场景,从而成为显示屏背光模组里面的标配,对相等功耗下增加亮度大有帮助。它可以使得平板显示器的亮度提高50%以上,当时被康柏公司评为与笔记本电脑相关的“八大创新”之一。 
  反光膜的技术潜力,经过漫长的等待,终于迎来了它的高光时刻。一项技术的寿命周期,有时候超乎人们的预料。透明材料的形状可改变光线走向,而菲涅尔透镜则让形状可以更薄,光线可以更聚拢。这些都为微复制技术奠定基础。当材料加工技术更成熟的时候,又有了进一步运用的场合,于是薄膜化也浮现出来。技术再次叠加,微复制加上薄膜化而成就了增亮膜、微透镜等全新产品增量。创新就像蛋糕的涂层,越抹越厚。
  菲涅尔玻璃透镜的原理,有点像数学上的微积分,通过营造无数个细小的局部小线段,来形成一种肉眼可见的曲线。3M借用了这种“微积分”原理,改变了光在空间上的分布曲线。从而将玻璃透镜技术,用在塑料透镜上,进一步用在薄膜反光镜上。本质上,这些不同产品的共性,被3M抽象成一种“光线管理”的技术,从而形成一种基于“光线”的技术向心力:光线管理之上的微复制技术。有了这样的技术原点,它就可以拨动指针,在完全不同的领域,从手表,到交通标识,到液晶显示器,形成了各种丰富的展示形态。即使到了今天,大尺寸LCD或者MiniLED依然会用到增亮匀光膜,通过二合一或者三合一的膜片来加强光线。而中小尺寸LCD,则需要用到基于膜片的光源混合技术。3M的这项技术,伴随了显示器漫长的旅程,来到了今天的打卡之地。
  科学位于魔法大本营
  在为每一种技术都在寻找可能性的百年历程中,3M公司发展形成了自己独特的核心技术平台。这个平台在2022年达到了51个模块,千万种产品都在此基础上创建而生。而这些模块,则构成了颇有魔法意味的“核心技术元素周期表”。
  十九世纪中期的圣彼得堡大学,不修边幅的俄国科学家门捷列夫正在努力地寻找元素排列的秘密。在此前的一段时间,发现化学元素成为科学家最热心的工作。然而这个过程像是一场挖金矿的赌博,充满了野心、蛮力和运气。化学家们在各自绝缘互不往来的情况下,玩命寻找构成世界本原的确定性物质。然而,不确定性,才是化学实验室的常客。还是一门新兴科学的化学,充满了无序的喧闹。门捷列夫结束了这种混乱,他将元素按照原子量大小和属性门类(如金属或者气体)这两个维度,创新性地结合在一起,并以7个元素为一组。
  化学元素周期表出现了。地裂天崩,宇宙袒露了胸怀,所有的秘密豁然开朗。
  元素周期表是万物简洁之美的集大成者,它让沸腾嘈杂的化学科学,变得有条不紊。3M也在寻找类似的可以让混乱变得有序的规律,将所有的创新元素也形成了一个技术元素周期表。这样的周期表,就像是一个“庞大的工具箱”,里面盛放着材料、工艺、研发和应用能力,而且与时俱进地包含了当下的数字化能力等等。一旦客户需求被锁定,3M的工具箱里就会跳出各种跃跃欲试的组合。
  3M的技术元素周期表和真正的元素周期表的规律相似,根据元素的创新活力,分为材料、工艺、能力、数字化和应用五大类。从上到下、从左到右,创新复杂度依次递增,它们中的二者或者多者可以产生创新的化学反应,就像元素之间的反应一样。比如研磨材料Ab(abrasive的头两个字母)和粘接材料技术Ad(adhesive的头两个字母),这是3M百年来持续保持活力的看家技术。二者处于最活泼的元素族里最上层,它也是最接近人类的基本需求控制工程网版权所有,从而可以和大多数其他元素进行“化学反应”。
  这样就产生了乐高积木式的创新。这些基础要素的组合,为人们的创新提供了一种有利的工具。比如,Ab研磨和Pd颗粒分散处理工艺两种组合,就能生产出性能用途不同的砂纸。如果加上Sd可持续性设计能力,就能适应目前需求日益严格的环保要求。再加上传感的数字化技术,就可以产生智能过滤和净化的场合。
  同样,如果当连接材料Ad和薄膜材料Fi,再加上精密涂布和卷绕工艺Pc控制工程网版权所有,一起“化合反应”之后,就会形成胶带产品,无论是透明封箱胶带,还是喷漆遮蔽胶带等。而如果Ad和Pc,跟Sw皮肤与创面护理,就可以合成医疗胶带,进一步分化成更细致的类别,包括创可贴、创口纱布贴等。
  这听上去,就像是搬动自助餐宴会里的拼盘,自由组合成西餐或者中餐。赞叹于这种组合创新的同时,人们或许可以冷静下来想一想,医疗胶带和封箱胶带,到底有什么不同,使得大多数公司会将这两个领域划江而治,各自恪守在自己的岸边。很多企业,只会选择其一,而3M则通过技术向心力,找到技术的本质。3M找到了自己横渡之舟,自由穿梭不同的领域。这是为什么3M既可以在煤矿提供安全服装、粉尘隔离罩,也可以在日常生活中提供高品质N95口罩,同时可以在医院ICU重症室提供动力呼吸系统。
  所有这五大类“创新元素”,构成了3M创新的技术向心力的原点支撑。创新活动,不再是漫无目的地在黑暗中摸索。那些可以立足于基础技术元素的组合就像是太阳中心,形成可以辐射各行各业的能量。而每条辐射出去的光线,都有着同样的向心之力。
  小记:断层其实也是连续层
  中国人祖先最早所出现的新石器时代,是一个三层塔的文化结构。受到考古学严格支撑的起点,应该从河南安阳发现的仰韶文化的彩陶开始。这里或许已经开始有半人半神的尧舜的痕迹。在这之上,抹上去的一层文化夹层是山东历城县龙山镇所发现的龙山文化的黑陶。这一时刻,大禹所开启的中国最早王朝——夏代的影子,隐约浮现。但龙山文化只是薄薄的一层,像是历史匆匆的过客。夏代是一个有传说但却难以佐证的王朝。在若即若离的这段文化涂层的最上面,是河南安阳发现的小屯文化,则有殷代确定性的足迹。甲骨文字也支撑强烈支撑殷代频繁而强烈的祭天活动。这三层文化,构成了中国寻求祖先的记忆阶梯。而此后,周朝的印记,开始变得清晰而确定。现代中国人可以确切地感觉周人的呼吸声,既不遥远,也不陌生。周朝所开创的礼乐之节,被后来的孔子所推崇,逐渐形成一统天下的儒家礼法。直至今日,我们还会感受到那些遥远记忆的呼唤。看上去的断层,其实都是连续的符号连接。
  技术,也总是在不断演变自己。技术发展,可以看成是一个小号的人类进化史,或者是一个超级小号的生物进化的缩影——人跟章鱼或许可以在6亿年前找到同一个起点。技术也有始祖,沿着时间之轴前行的时候,会随着时代的万千气象,不断裂变、变异,分化出不同品种。技术原点,有着巨大的挖掘潜能。无论进入何种领域,技术向心力都在等待重新绽放。万物皆旧,技术同圆。记忆并不遥远,技术从不陌生。
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