菲利克斯·米歇爾和菲利普·斯塔爾聚集在慕尼黑工業大學（TUM）龐大實驗室裡一臺閃閃發光的新型三臂機器人旁。 這臺機器人拿起微小的碳纖維片，每片厚度不到十分之一毫米，但包含 24,000 根細絲，並快速將它們組裝成三角形。 研究人員表示，最棘手的任務是編寫軟體，將任何零件的 3D 計算機模型（在本例中為腳踏車座椅，但也可能是醫療假肢或汽車元件）轉換為機器人複雜運動的指令，包括纖維將具有最大強度和耐久性的精確位置。 專案完成後，米歇爾將將其用於他的博士論文，斯塔爾將完成他的本科學習。 但這項工作將在德國工廠獲得第二次生命，其中包括位於蘭茨胡特中世紀小鎮附近 30 英里處的一家佔地 700,000 平方英尺的最先進的寶馬生產工廠，工程師們正在那裡打造下一代汽車。
目前，蘭茨胡特的工程師們專注於寶馬 i3，如果其 2013 年的上市計劃如期進行，它將成為世界上第一款由輕型元件製成的大眾市場全電動汽車。 該車的乘客艙完全由碳複合材料製成，米歇爾和斯塔爾等研究人員和學生正在慕尼黑實驗室幫助開發這種材料。 核心創新是一項新技術，它將汽車側框架等複雜零件的生產時間縮短至短短兩分鐘，從而首次使這些高科技複合材料能夠用於大規模生產。 三臺重達 320 公噸的巨型壓機將樹脂注入預成型的碳纖維部件中，使其具有剛度。 寶馬錶示，其在複合材料製造技術方面領先於豐田或通用汽車等競爭對手。 “我們在將所有這些要素結合在一起方面的知識是我們的競爭對手無法輕易複製的，”寶馬專案經理安德烈亞斯·萊因哈特說。
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也許是這樣。 從大學和政府研究實驗室到寶馬等製造商的穩定創新管道是推動德國經濟蓬勃發展的秘訣之一。 德國製造業長期以來一直被輕視為低端金屬彎曲，但它順利度過了金融危機，利潤和就業幾乎沒有受到影響，儘管其工人的工資是世界上最高的，是其中國同行收入的 10 倍。 德國出口產品在全球市場中所佔份額保持不變，與中國和其他新興國家不相上下，即使美國的份額大幅下降。 工業就業人數的增加是德國截至 5 月份失業率僅為 5.6% 的原因之一，而美國為 8.2%，根據經濟合作與發展組織的資料。 德國製造商在全球範圍內保持競爭力，是因為他們的產品（如寶馬 i3）充滿了科學和創新。
德國成功的其中一個主要因素是，它設法利用本土的科學研究和專業知識來提升技術水平，專注於不易被廉價勞動力輕易複製或削弱的創新產品和工藝。 紡織業就是一個典型的例子。 與美國一樣，德國很久以前就將其大部分服裝和麵料製造業轉移到了中國、印度和土耳其等勞動力成本較低的地區。 然而，德國公司仍然在全球市場上佔據著越來越複雜的紡織機械的領先份額，並搭上了低工資國家投資熱潮的順風車。 與此同時，許多德國以前的紡織品製造商也轉向高科技，將其專業轉向汽車和航空航天領域的工業用紡織品。 今天，國家紡織工業處於複合材料研究的前沿，與大學和政府技術中心合作，開發將碳纖維編織成股的精密機械——與羊毛或棉花沒有什麼不同，只是規模在微觀層面。 如果德國放棄這個行業，它將缺乏生產在 TUM 和其他實驗室開發的下一代複合材料的基礎。
使這項研究走出實驗室並進入市場的關鍵是大學的研究與當今高科技工廠車間之間的密切合作。 大多數德國製造商都有豐厚的研發預算，他們通常會從其他公司購買研發成果。 與許多可能資助教授職位或向大學部門進行一般捐贈的美國公司不同，德國公司通常會帶著他們想要解決的非常具體的問題與大學接觸。 例如，在 TUM，複合材料系由德國碳纖維製造商 SGL Carbon 資助，該公司希望瞭解哪種材料最適合下一代製造工藝。 寶馬公司支付了該系約十幾名博士生的工資； 他們的論文專案是 i3 預生產研究的一部分。 KUKA（機器人）和 Manz（複合材料壓機）等裝置製造商也深入參與了大學的研究。
將這種密集的網路化乘以數十所專注於技術和工程的大學。 在亞琛工業大學，超過 20 個大學研究所專注於最先進的生產技術，與機械製造商、機器人公司和軟體開發商合作，使製造工藝非常高效，以至於像德國這樣的高工資國家可以與中國這樣的國家競爭。 亞琛工業大學目前正在建設一個耗資 25 億美元的工業園區，供參與這項研究的公司合作。 卡爾斯魯厄理工學院專注於奈米技術和材料科學，與德國領先的化學公司（如 BASF）合作，設計新的物質，使電池能夠更高效、更經濟地儲存可再生能源。 在德累斯頓工業大學，與晶片製造商和資訊科技公司合作的研究人員正在開發積體電路，其能耗僅為當前一代電子產品的百分之一。
德國政府也發揮著至關重要的作用。 儘管德國為基礎科學資助了優秀的實驗室，例如覆蓋粒子物理學和進化生物學等不同學科的馬克斯·普朗克研究所網路，但德國經濟上最成功的研究機構是弗勞恩霍夫協會。 它的 60 個技術中心網路由政府和企業共同資助，因此嚴格以市場為導向。 弗勞恩霍夫 25 億美元的年度預算也因專利收入而充裕，最值得注意的是它在 20 世紀 80 年代發明了 MP3 資料格式。
獨特的信任
每個弗勞恩霍夫中心都與附近的大學密切合作，充當一個傳輸帶，連線到與該中心以及彼此聯網的整個公司叢集，透過旨在找到進入工藝和產品的協同研究。 每個可以想象到的工業部門都有中心，包括化學公司的聚合物研究、感測器和雷射器製造商的精密光學以及生產下一代 IT 元件的奈米電子學。
亞琛的弗勞恩霍夫生產技術研究所等幾個中心專注於開發具有成本效益的製造技術，以保持德國與中國的競爭力。 對於複合材料研究，在慕尼黑附近的奧格斯堡有一個弗勞恩霍夫專案組，該專案組起源於冷戰時期的火箭推進實驗室。 奧格斯堡中心與 TUM 以及包括寶馬、奧迪和空客所有者 EADS 在內的 50 多家公司合作，已經在致力於開發下一代複合纖維，這些纖維不是源自石油，而是源自木質素，木質素是木材和造紙行業取之不盡的副產品。
加速這些技術傳播的另一個因素是鼓勵研究人員和工程師跳槽。 例如，普通的弗勞恩霍夫科學家在 5 到 10 年後會跳槽到工業公司，許多最優秀的企業工程師也會擔任教授或弗勞恩霍夫主任。 TUM 碳複合材料研究所教授兼負責人克勞斯·德雷克斯勒曾在 EADS 工作過一段時間，為空中客車開發複合材料。 現在他負責在奧格斯堡建立新的弗勞恩霍夫複合材料中心。 這種跳槽對於傳播專業知識和技術至關重要，但在美國卻不常見，在美國，政府研究人員通常會在一個地方待一輩子。
這種 интенсивное и сложное сотрудничество 是德國創新的典型特徵。 其中大部分是在大大小小的公司之間幾十年發展起來的，這些公司現在已經習慣於協同工作，以至於他們本能地知道可以分享哪些資訊以及最好保留哪些專有資訊。 “公司和機構之間既合作又競爭的這種信任是獨一無二的——你在很少國家看到這種情況，”日內瓦世界經濟論壇的經濟學家、最新《全球競爭力報告》的合著者貝納特·畢爾巴鄂說，該報告每年都顯示德國在工業創新方面超越美國。 這些公司及其供應商叢集中的大多數都是在幾十年（在某些情況下是幾個世紀，例如黑森林地區以前的鐘表匠，他們現在是世界領先的精密外科器械生產商）中有機增長起來的，這使得它們不容易被複制。
儘管如此，德國人還是設法在新興產業中不斷建立這種網路。 最新的一個例子是萊比錫附近的生物經濟叢集，該叢集由 60 多家公司和研究機構組成，正在開發從生物質生產化學品和塑膠的方法，從而取代昂貴且排放二氧化碳的石油，不僅用於能源，還用於目前從石油中提煉的其他產品。 當弗勞恩霍夫建立新的技術中心時，它會識別在其領域已經很強大的公司和機構，而不是試圖從頭開始建立一些東西。 “我們的理念是取用已經運作良好的東西並澆灌它，使其生長，”弗勞恩霍夫協會主席漢斯-約格·布林格說。 例如，在建立新的碳複合材料叢集時，弗勞恩霍夫識別出現有的公司和大學部門，並提供資金、人員和設施，以鼓勵合作研究。
布林格說，第二個教訓是長期投入。 新的弗勞恩霍夫中心的資金是無限期有保障的，並且可以自行運作，在前五年內不會進行評估，但要求它們從私營公司籌集到兩倍於種子資金的資金除外。 這些公司也進行了長期投資； 德國許多最具創新性和技術驅動力的製造商都是家族企業，他們不擔心季度報告。 一家典型的德國科技公司看起來像通快，這是一家幾乎不為人知的家族企業，一代多以來一直是工業雷射技術的世界領導者，現在的年銷售額接近 30 億美元。 弗勞恩霍夫也在金融危機最嚴重的時期增加了 3,000 名新研究人員。 “許多國家都試圖複製我們，”布林格說。 “但他們的努力失敗了，因為他們目光短淺。”
這可能是奧巴馬總統在 3 月份提出的建立一個耗資 10 億美元的國家制造業創新網路的提案中的致命缺陷，該網路明確以德國的弗勞恩霍夫為榜樣。 如果國會批准，該網路將成為與製造公司合作的公私合作伙伴關係，以便在全國各地建立多達 15 個製造技術中心——到目前為止還不錯。 但資金僅設定為前四年。 在布林格看來，對於最好的公司和研究人員來說，這對於承諾認真專案來說時間太短了。 “可能的結果是爭奪專案資金而不是可持續發展的東西，”布林格說。 不過，他說，這是一個朝著正確方向邁出的一步。
當然，德國的制度也有其薄弱環節。 該國的精密文化可能更擅長完善現有技術，而不是激發激進的創新。 這個國家也經歷過“技術恐懼症”時期，在此期間，政治家和抗議運動趕走了有希望的高科技產業，例如 20 世紀 80 年代的生物技術。 但德國對工業創新的追求已經打破了製造業是低技術的舊觀念，併為如何與中國正面交鋒樹立了榜樣。 那些在慕尼黑大學實驗室裡重塑製造業的研究生是值得學習的榜樣。