汽车制造商如何突破能效设计瓶颈？

　　本文是落基山研究所的专业研究人员对如何将“重塑能源（新能源时代大胆的商业解决方案）”这一设想付诸于实践而撰写的五篇连载文章中的第二篇。
　　汽车制造商正面临着前所未有的市场状况：燃料经济性标准提高，消费者因为燃料价格的提升而对能效有更高的诉求。汽车制造商可以参考人类进化的过程，从中找到突破能效设计瓶颈的解决方案。
　　新证据表明，基于既有的佳技术而产生的轻型设计，促使人类发育出高容量大脑。在人类进化的早期阶段，生火做饭替代了原先需要由消化系统完成的功能。摄入的每磅食物也产生了更多热量，因此人类得以发育出更轻的消化组织 - 比和人类同等重量哺乳动物的消化组织轻35%，和更重的大脑。
　　终，人类从生火的过程中获得的能源也推动形成了今天发动机驱动的运输体系。但是，该运输体系并未像人类那样，在成千上万个设计周期中不断演变，形成每磅重量能效大化的、理想的、轻量化的消化系统。不过，近期人们在轻量化和超强材料方面所取得的研究进展，已经使制造商在不影响驾驶安全和车辆性能的前提下大幅降低汽车重量，并提高汽车单位重量的能效表现，使车速达到240英里/加仑（等量燃料）。
　　“重塑能源”认为，美国交通系统向摆脱石油的方向变革会带来巨大商机，并消除在注重健康保健及治理环境恶化上的额外成本。使交通系统脱离石油可以带来 3.8 万亿美元的效益。尽管目前基于钢铁和铝合金材料的设计可大幅提升汽车能效，使车身重量减少 30%，但是真正的变革机会还是在于全新的设计范例。
　　人体结构的进化启发了这种新型范例的诞生。我们的骨骼结构是由一种嵌在坚硬的有机母体里的、含有高弹性矿物纤维的复合材料--骨头所构成。由碳纤维制成的复合材料在目前所有已知材料中强度和硬度高。这种材料已被包括波音公司、宝马和大众汽车等技术先去公司应用在飞机或汽车结构中。
　　采用碳纤维复合材料生产新型汽车是一个颠覆性的商业模式，企业还需要重新构建供应链，并重新设计和装备工厂。但是，制造商可以直接从下述步骤开始，逐步克服变革过程中的障碍。不论是否使用先进材料，他们都能从这种变革中受益。
　　1.通过学习其他行业审视自身文化
　　组织文化对实现变革具有重要作用。轻量化设计是决定高能效汽车设计收益的重要变量，也是变革过程中风险低的因子。企业只需要谨慎地雇佣头脑清醒且果断的管理者，并设置一个合理的企业组织架构即可。
　　在基础要素建立之前，任何新设计范例的潜能都无法得到大发挥。这种组织文化是什么呢？航空航天业可为我们提供很多启示，因为与其它交通工具相比，航空航天业的产品受重量的影响大。
　　基于如下的三项指标，波音公司对开展的每项新型飞机研发项目都设置了总重量目标，分别是自上而下的传统参数 、自下而上的重量分配管理系统以及材料性能方面的理论界限。这种雄心勃勃的减重目标实现起来非常困难。因此这个目标需要分解并分配到飞机的各个部分，各个团队都要各自负责一部分研究，并坚持不懈地努力达标。此外，高层领导还会时时听取项目进展，以便从“整体”层面上审视包括减重在内的各项设计研究成果，避免各个团队埋头单干，结果牺牲掉从整体性层面优化各系统的机会。
　　波音公司轻型组织文化的第三个关键要素就是一只专注和跨职能部门的团队，该团队唯一关注的就是实现减重的目标，分析各种假设，并从飞行器的整体性角度进行评估。后，公司还确立了奖励机制以鼓励减重方面的创新想法。
　　2.寻找明智的投资和伙伴
　　在确立组织文化之后，制造商便可开始投资先进材料的研发，与其它制造商结成伙伴关系，解决颇具挑战性的技术问题，比如汽车复合材料联盟的形成。合作关系往往体现在制造商与材料供应商形成合资经营的形式，宝马公司与SGL公司的合资，以及近通用汽车与Teijin 公司达成的伙伴关系都是类似的案例。
　　工厂的装备改造可以从局部替代开始。在工厂里，汽车上的几个标准零件可以先被轻型复合材料制作成的零部件替换，这样制造商就能一边建立工业合作伙伴关系，一边提升自身分析和设计复合材料的能力，找到原材料供应链并在工艺制作方面抢得先机。
　　3.市场营销发挥作用
　　制造商可采纳的后一个步骤是采用既能发挥轻型汽车能效，又能凸显车辆性能的市场营销方式。重量小，加速性能将更好，特别是当先进材料的应用与电动牵引系统相结合的时候。无论能效表现如何，许多用户都会愿意为更高的性能支付高价。令人欣慰的是，汽车轻量化工业的转型为美国制造商们提供了一种有效的商业模式，帮助美国运输系统向零燃油和零排放方向进化，使一些速度快、炫的汽车产品在过去十年间面世。关于未来的可能性，没有哪个案例会比特斯拉公司的电动敞篷跑车Roadster 或宝马公司的BMW i8更具说服力。
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