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歷史的曲線

鋼鐵工業的進步是印證制造業普遍規律的具體實例：隨著生產經驗的積累，鋼鐵制造成本會下降，而產品質量或產品復雜程度會上升。描述這一規律的另一種方式是“經驗”或“學習”曲線。隨著生產能力更強、產品質量更好，鋼鐵產業對經濟的影響力不斷增強。雖然工程師們對如何生產鋼鐵產品更感興趣，但是如何使用鋼鐵才是重中之重。
　　工業革命之后，又相繼出現過三個類似的時代。首先是1840~1890 年發生的“運輸革命”，這被認為是第二次工業革命。這一時期與工業革命時期略有重疊，其典型標志是出現了新的交通工具，包括蒸汽驅動的火車和鐵殼或鋼殼船。這一變化縮短了人員和貨物的運輸時間，促進了貿易和信息交流。新交通工具所帶來的經濟影響不僅僅體現在這些技術發明本身，隨著時間的推移，這些交通工具的不斷改進還能夠在更廣泛的經濟領域促進經濟進一步增長。火車頭速率越快，其發生故障的概率越小就是一個證明。新交通工具促進了包括生產和服務在內的整個產業的擴張。
　　運輸革命之后緊隨的，或時間上略有重疊的，是1860~1930 年的“科學革命”。廉價鋼材就是這一時期的成果之一，其他成果還包括蒸汽渦輪機、電動馬達、內燃發動機以及由新化學品和材料工業生產出的從染料到鋁等一系列產品。所有這些產品都是各種新發明應用的結果。但是這些技術應用的進程并未到此為止，人們獲得的新知識將持續影響這些產品的制造方法和特性。
　　20 世紀30 年代在紐約柯蒂斯– 賴特航空公司工作的工程師西奧多·保羅·賴特是第一個詳細分析產品產量、生產能力和生產成本之間的關系的人。 1936 年，賴特檢驗了某些具體因素（如新設計、更好的材料和經過改進的加工過程）對飛機生產的影響。通過改進生產技術可以制造出更多、更好的飛機，這個結果并不令人感到意外。更有趣的是，人們發現，要提高生產能力，最好的辦法就是提高產量。
　　只要投入更多的時間，技術水平或多或少都能得到提升。同時，產品成本將會降低，質量將會提高。賴特發現，飛機產量每翻一番，每架飛機的制造成本將下降20% ，這是人類第一次用詳細的數據證明經驗曲線在現實生活中可以發揮作用。如果制造商將這種規律用于其他產品，他們就可以根據成本削減價格，超越競爭對手，提升自己的市場份額和盈利能力。如果產品的復雜程度也同時提高，那將會更好。美國工程師（此前是《圣經》推銷員）布魯斯·亨德森明白了這一點，他于1963 年創建了波士頓咨詢公司。他和他的同事們進行的一系列研究表明，除飛機制造業外，經驗曲線適用于許多行業。亨德森在1972 年寫道：“很明顯，企業成敗（在制造業中）的大部分原因都可以很簡單地用經驗曲線效應加以解釋。” 多年來，人們已經認識到隨著制造業經驗的積累，成本在不斷下降。亞當·斯密在《國富論》（1776 年）一書中指出：“技術進步的自然結果是逐漸降低了所有制成品的實際價格，所有制造工藝的價格無一例外地降低了。技術進步使機器更靈活，勞動分工更明確，完成某項勞動所需的勞動力更少。然而社會經濟繁榮，勞動力實際價格應大幅提高，但勞動力數量大幅減少將抵消勞動力價格的上漲。事實上，有一些制成品由于原材料實際價格的必要上漲，技術進步所帶來的優勢幾乎都被抵消了。在木匠和工匠的工作中以及在較為初級的細木加工中，最好的機器、最高的敏捷度和最恰當的分工所帶來的優勢都極大地被土地改善所造成的木材實際價格上漲抵消了。但在原材料價格根本沒有上漲或上漲幅度不大的情況下，制成品的價格出現了大幅下降。”能夠理解這種規律的另外一個人是范內瓦·布什。布什是一個電子工程師，之前是數學教師，1941 年被任命為第一任美國科學研究和發展辦公室主任。在1945 年撰寫的一篇關于生產收音機的論文中，布什闡述了經驗曲線是如何起作用的。
　　現在，可以在節省大量人力的情況下，制造出可互換零件的機器……（收音機）由上億個零件組成，插入插座——它就能夠工作了！其微小部件的生產、精確的定位和排列都需要花費一個熟練工匠數月的時間，但是現在它的生產費用只有30 美分。世界已經進入一個可以生產大量價格低廉、質量可靠的復雜設備的時代，有些事情必將發生。世界上第一臺計算機布什辦公室資助的項目之一是賓夕法尼亞大學電子工程摩爾學院的一個計算機開發計劃，由此誕生了世界上第一臺電子數字合成分析器與計算機埃尼阿克（ENIAC）。它是由學校兩名頂尖的理論家約翰·莫克利和普雷斯伯·埃克特發明的。1946 年問世的埃尼阿克是第一臺多用途電子計算機，一個現代版的巴貝奇分析機。莫克利和埃克特花了兩年多的時間設計和建造這臺機器。埃尼阿克包含17 468 個熱離子閥門或真空管、70 000 個電阻、10 000 個電容器、1 500 個繼電器、6 000 個手動開關和500 萬個焊接接頭，占地面積167 平方米，重達30 噸，功率160 千瓦。這臺機器主要用于與“冷戰”相關的軍事項目，包括用于彈道導彈軌跡的計算和制造氫彈所需的計算。埃尼阿克每秒可以執行5 000 次運算，是以前任何機器的1 000 多倍。按2010 年的物價，埃尼阿克的成本高達600 萬美元。制造埃尼阿克本身就是一個突破，但是一個更大的進步很快隨之而來。半導體是在一小塊材料中放置了許多獨立組件的電子裝置，這些組件能夠作為電子開關發揮作用。每個組件的基本功能是讓電子通過或者阻止電子通過，具體由人們用軟件發布電子指令進行精確控制。通過“on”（打開）或“off”（關閉），開關可以控制計算機代碼的數字語言。這個裝置由硅或鍺材料制成，可以成為電流的絕緣體或導體，因此被稱為“半導體”。1947 年，世界上第一個半導體誕生。這個非常簡單的半導體被稱為“晶體管”，相當于一個獨立的電子“開關”鑲嵌在一塊鍺（幾年后硅成為半導體的首選材料）上。晶體管成為取代早期計算機（如埃尼阿克）中執行計算功能的真空管的首選材料。然而，如果一臺計算機中只有一個半導體的話，半導體永遠不會發揮太大作用。使其發揮更大價值的是集成電路，集成電路中嵌入的半導體設備有不止一個開關。1959 年2 月，美國德州儀器公司的杰克·基爾比在一個專利資料文檔中將世界上第一個集成電路描述為：一塊包含兩個電路的鍺。由于半導體的廣泛使用，美國的計算機數量從1955 年的250 臺增加本書中貨幣數字單位為美元，與其他貨幣的兌換比率以現行匯率為準。到1968 年的近70 000 臺。當時晶體管仍然十分昂貴，但工程師學會了如何在小“芯片”材料上容納更多電路，這使半導體的功能不斷增加。而且隨著經驗的增長，人們獲得的額外專業技能也在增加，產品價格不斷下降。1971 年誕生的第一個微處理器證實了這一點：芯片上的一組電路完全可以像一個擁有完全成熟的“中央處理單元”的計算機那樣工作。英特爾生產的第一個微處理器被稱為“4004”，它包含2 200 個晶體管。按照計算能力進行加權計算，4004 的價格比4 年前類似的半導體芯片價格低95% 。在其后的40 年間，半導體制造企業花費了數百億美元修建越來越復雜的工廠，并為這些工廠配置了能夠將更多的“晶體管等價物”放到同樣小面積的硅上的生產設備。在這一努力之下，半導體行業證實了“摩爾定律”的正確性。1975 年，英特爾的創始人之一戈登·摩爾曾預言，每個半導體上的晶體管數量每兩年就會翻一番。他還認為生產成本也會以相應的速度下降。2010 年，Intel X3370 微處理器包含8.2 億個晶體管，售價僅300 美元出頭。設備中每個晶體管的價值約為1/30 000 美分。在過去的60 年間，晶體管的價格下降到了原來的3 000 萬分之一。這證實摩爾定律大體來說是正確的，為驗證經驗曲線的有效性提供了更多的證據。
　　嵌入式硅電路價格的大幅下降引起了計算機使用的爆炸式增長。制造業推動了第四次大變革，引發了1950~2000 年所謂的“計算機革命”。據估計，1946 年，世界上與埃尼阿克類似的計算機僅有10 臺。而2010 年，全世界大約有20 億臺計算機，包括臺式機和筆記本電腦，再加上其他計算設備，如“智能手機”和已成為電信網絡一部分的計算機控制開關系統。基于這些數字，計算機“存量”在不到70 年的時間里增長了2 億。2010 年，一臺普通的個人計算機每秒可以處理30 億條指令，是埃尼阿克的60 萬倍。它的售價約為650 美元，只有第一臺計算機價格的1/17 000 。

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