35年的產業界職涯經驗

  • Physics Today 專文
  • 撰文者:Mike Tamor 郭倢瑜譯
  • 發文日期:2022-02-04
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在私人企業工作的物理學家必須要隨著需求的演變,快速學習與適應

 

麥克.特摩爾是位兼任教授,任職於亞利桑那州立大學坦佩分校。從1982 年到 2017年,他在密西根州的迪爾伯恩擔任福特汽車公司的研究人員。2013年,他晉升為亨利福特技術研究員,這是在福特裡最高的主管科學家職位。

    我開始在產業界職業生涯的方式在今天幾乎前所未聞。1982 年我在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)獲得了固態物理博士學位,並且馬上被位於密西根州迪爾伯恩的福特科學研究實驗室聘用。1980年代初期代表著偉大的工業研究實驗室時代的結束。通過他們,企業尋求「擁有」從基礎發現到產品交易的研發管道1

    企業中的基礎研究幾乎消失,並不意味著工業界不再有人研究物理學,也不意味著物理學家的能力和前景沒有價值,即使對於一家百年老店也是如此。相反地,這意味著工業中的物理學家必須學會與他們前輩不同的生存模式,而且他們必須快速學習。一位今天離開學術界的物理學家被預期在幾個月內掌握我多年吸收的知識和技能。

    在這裡,我試圖抓住一些關鍵的經驗,這些經驗可能會緩解從學術界的不順暢轉變,並以某種方式促進成功的產業物理職涯。在這方面,我希望這篇文章能為開始或考慮進入產業領域的年輕物理學家提供一些有用的引導。最好可以從我自己的職業生涯角度來理解這些經驗,這其實應該被視為三個職業,因為每個職位的研究性質和我的職責範圍方面都有顯著差異。

 

職業1:材料科學家

    儘管汽車工業自 1920 年代以來一直不被視為高科技,但它充滿了新技術和創新。我被著名教科書《電磁理論基礎》的合著者約翰賴茲( John Reitz, (1923–2014) 聘用,進入當時的福特科學學院的物理研究部門。福特科學研究實驗室。在我到達迪爾伯恩時,我得到了適度的設備預算、一半實驗室技術人員的有力幫助,以及曾經被阿爾伯特·奧弗豪澤 (Albert Overhauser) 使用過的部分翻新實驗室,他以動態核極化理論而聞名。隨著矽微機械加工設備即將完工,我的任務是「用矽來做點什麼吧!」。

    我立即開始搜索相關問題。我荒謬地重塑這個任務變成了一個研究材料性質的計畫,以幫助在熱源影像系統中找到更可靠的碲化鎘汞(mercury cadmium telluride)替代品。(當時,福特公司正在位於加利福尼亞州紐波特的航空航天分部製造熱像儀和導引頭。)儘管我們研究的合金和超晶格系統均未證明適用於紅外線探測器,但這項工作產生了有趣的物理。例如,在一些無序材料中,描述電荷傳輸的郝斯多夫維度(Hausdorff dimension)可能變得依賴於溫度2

    在早期,我唯一的職責就是建立實驗室並獲得研究結果。雖然我必須證明設備預算的合理性並提交進度報告,但我不必管理很多人或撰寫研究計畫提案。儘管如此,我還是有機會影響公司的重大決策。

 

    汽車的電子產品在 1980 年代迅速增長。但越來越多零件和空氣動力改進使得為控制模組尋找涼爽乾燥的位置越來越難。汽車製造商擔心矽基設備已達到極限,而具有更寬能隙的砷化鎵,可能成為一種新興解決溫度問題的方案。在那個簡單的論證中,我進行了矽基電子零件在汽車環境中使用極限的研究,並且預期其他半導體材料可以克服這些限制。該研究確定了封裝和接合才是真正的挑戰,而重要的結論是

透過適度電路更改設計與材料選擇,轉向極昂貴的寬能隙半導體是不必要的。

    1985年「鑽石熱」爆發。雖然立即被高溫超導體的突破給掩蓋了,但氣相沉積薄膜鑽石晉升為解決摩擦和磨損的方案,並可能最終成為高溫半導體材料3。 因應此,我召集並領導了一個包含科學家技術人員的團隊,探索結晶鑽石和非晶系類鑽碳膜的合成、性質和應用。圖 一說明了我們開發的矽穩定類鑽碳膜可以提高引擎零件和工具的性能。雖然領導著較大的團隊時,意味著我需要承擔更大的管理責任,但是我管理志同道合科學家的學習曲線相比接著要發生的事來說,相對容易許多。

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圖一: 類鑽碳(Diamond-Like Carbon, DLC)薄膜大大減少了摩擦和磨損。 (a) 這些引擎進氣閥採用矽穩定 DLC 的保形電漿塗層。 (b) 未通過耐久性測試的變速箱太陽齒輪(頂部)顯示磨損和剝落。 DLC 塗層通過延長耐久性測試的太陽齒輪(底部)基本沒有磨損。(照片由福特汽車公司提供。)

 

職業2:動力系統研究員

    我跳入先進推進系統研究是偶然開始的。在參加了關於油電混合動力汽車複雜設計空間的研討會後(1993 年的一個新奇事物),我提出了一種優化方法,該方法將自適應能量管理策略與可擴展的、基於物理的系統架構選項模型相結合。目標是盡可能地提高效率,同時也降低系統成本。

    由此臨時湊合 Visual Basic 模型和現有的基於Fortran的車輛模擬程式,結果成為一個運行良好的設計平台。在 1990 年代初期,傳統的工程專家認為,混合動力汽車本質上是一種短程電動汽車,帶有一個小型「範圍延伸器」引擎,該引擎將在單一的最佳工作狀態運行,而電池則為其提供不同的輔助功率。自優化模型的主要發現是,推薦的系統具備一個大引擎,通常隨著負載調整,而電池(系統中最昂貴的部分)可能小得驚人。 

    當我向工程團隊展示結果時,很明顯,一個沒有汽車設計經驗的物理學家跳進來提出違反直覺的建議,幾乎沒有可信度。如果我要說服他們認同我的發現,我必須全力以赴。令我的經理們震驚的是,我要求轉到動力系統實驗室。我原以為會被分配到一個非領導角色,但令我驚恐的是,找到一個在滿足汽車基本性能標準的同時,最大限度地提高燃油經濟性的最佳設計的「獎勵」,是轉任去負責領導工程團隊,後來,還包含所有混合動力和燃料電池汽車技術研究。這一個新職位需要對預算、人事和資助機構報告的重大管理責任。

    我從與一小群博士科學家工作到領導一個不斷壯大的工程團隊,這轉變幾乎是一場災難。在研究所,物理學家接受嚴格的訓練。每一個假設、每一種方法和每一步都受到審查和偶爾受到的羞辱。正如一位同事所說,一場成功的研討會是指演講者帶著眼淚離開。這是一種默認的(而且通常是錯誤的)假設,這種審問不是針對個人。 

    儘管這種嚴謹的爭論可能有利於科學誠信,但它可能是一場社交上和職業上的大災難。工程師習慣於在團隊中工作,通常是大型團隊,他們依靠經過測試的工具和方法來實現可預測的、穩健的結果。許多物理學家知道帶有敵意的對話是一種慣用的交流方式,但是對工程師(和大多數其他人)來說是傲慢、麻木不仁且經常具有侮辱性的。 (欲了解更多關於傲慢的價值和危險,看J. Murray Gibson的解說 J. Murray Gibson, PHYSICS TODAY, February 2003, page 54.)。要度過這些轉變,我需要有意識和有系統地修正我的溝通習慣。 

 

  為了不斷提醒自己,我在我的辦公室張貼了一些簡單的規則(見圖2): KYMS,意思是閉嘴,直到其他人說出他們需要說的話;BIOM,意即要怪就怪邁克吧,意思是我準備好分擔令人失望的失誤和走進死胡同的責任;和 MIQ,也就是說使它成為一個問題,提醒任何分歧都可以重新表述為一個問題。這些規則適用於任何社交互動也就不足為奇了

 

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圖二: 在企業中尊重溝通對工作至關重要。作者辦公室的便條筆記提醒人們, 更成功的方法包括傾聽他人的意見,採取對失誤負責,並努力理解分歧中的其他觀點 (左:閉嘴;中:要怪就怪責備麥克(作者本人自己);右: 使它成為一個問題 )

職業3:永續性的領導者

    從歷史上看,汽車和固定能源經濟基本上是脫節的。移動的東西靠石油運行,而不依賴其他型態的能源資源。在氫燃料電池車輛開發的早期,研究人員指出,如果製造燃料過程會產生二氧化碳,就不能被視為「零排放」。最令人擔憂的是利用燃煤發電製造的黑氫。相同的論點也可以放在使用充電電池的電動車。

    到 2010 年,市場明顯轉向碳中和經濟,將在可能的情況下都使用電動車, 並提供可再生化學燃料給其餘的交通工具(主要是飛機)。在新興的市場需要詳細安排汽車製造商的戰略角色。而在這樣的處境下,我進入了能源系統和永續發展領域的第三個職業生涯。描述這種轉變最好的方式為,我從常規的領導角色(「統帥」四個部門,包括 200多名工程師和技術人員)到只需要向兩位長官報告的「說客」。

    這有趣的轉變讓我有機會深入其他能源經濟的部門及其管理體系。挑戰來自整合出企業策略,必須考量包含多項的個人車輛使用研究,電網的演變,潛在的再生燃料途徑和政府決策。在一個大企業中,這並不像說起來那樣簡單。無論這看來有多麼神秘,但是必須要理解決定是如何真正做出的。如果要對策略產生真正的影響,需要知道誰在做關鍵決策,他們需要知道什麼? 需要說服那些人讓決策者參與進來?應該以什麼樣形式把新發現和意見提供給不同人。

    確實,我還滿享受我(通常)可以選擇我自己研究方向的特權。然而,選擇並不是憑空製造,也不是基於純科學的好奇心。更準確地說,我的三個職業生涯中的每一個都始於協助公司理解一些重要發展領域的未知事務之下的科學原理、技術或潛在商業影響。那麼手頭的任務是填補知識的空白並建立新能力,因此公司可以根據需要做出反應。

    適應不斷變化的能力並不是物理學家獨有,但是他們似乎經常使用它。舉幾個技術為例: 因這種心態,福特的「物理」實驗室產生的技術包括神經網路計算的應用、X 光斷層掃描、聲學輪廓測量、自動駕駛車,模擬退火的應用,人機介面、虛擬實境和大數據分析。我相信是因為適應力讓物理學家在企業中如此有價值,這也是職業生涯成功的特點。換句話說,不論是從報酬或事業發展的角度,最好獲得一份更好、更新工作的方式,就是發明那個新工作並開始進行!

    我的事業和我的許多朋友和同事的事業由不同的階段組成。當你是新員工時,你的老闆告訴你要做什麼以及你如何做。然後,達成後,一定程度的建立成功的信心,你會進步到一個階段,你的老闆告訴你該做什麼,然後你想出辦法做。隨著更廣泛的了解商業需求和對自己的能力有更大信心,你可以進展到你告訴你的老闆你要做什麼,以及你打算怎麼做。如果你加入最成功的企業研究員行列並晉升到最後階段,你告訴你的老闆他們將要做什麼以及他們如何做。

    圖3說明了我的職業生涯直接對應到四個階段的職責。雖然措辭可能聽起來有點傻,但是過程反映了隨著越來越理解企業的需求和結合管理者和同事的信心發展的方向,你可以並將繼續滿足這些需求。圖4表明企業職權不是衡量職業生涯的升遷標準或業務影響。事實上,通常透過增強你的技術貢獻來故意擺脫管理責任。

 

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圖三: 企業物理學家的職業生涯可以分為四個階段。在這裡,作者的職業生涯說明了從新員工到高級管理人員的演變。

金玉良言

用刻意的、滿懷希望地、幽默誇大其詞的口吻來描述,這裡有一些在35 年的企業生涯中學到的重要教訓。第一是有關你的角色預期。企業並沒有物理部門而且並不是要雇用物理學家來「做物理」物理學家是技術界的幹細胞—他們應該塑造自己以適應專業且不可或缺的角色。驚人的是經常看到物理學家是第一個深入新領域並開發它們的人,直到有了新名稱且這些先鋒們得到匹配的職稱。換句話說,一個成功的企業物理學家不太可能被稱在工作中的被稱為物理學家。

  物理學家被訓練去尊敬新的知識。在科學家生活中最幸福的兩個時刻是:他們意識到他們理解了未知事物和說服一位原本持懷疑態度的聽眾。但在企業界,新知識不是目標。(這並非針對個人!) 物理學家的工作是要開始這些將知識轉化為新競爭能力的過程。新能力才是真正的目標。

  但是新能力在能被應用前是沒有價值的,這引導出另一個經驗:專注於決策。若沒有及時決定使用新能力的情況,這新技術能力將會失去競爭優勢。但是誰做出關鍵決定?他們何時何地作出決定?他們需要那些數據?就是要開口問!同時,必須找出客戶體驗,而不是公司尋求交付的實體產品而已。我們應該什麼時候交付?到那時我們會知道如何提供嗎?什麼是我們現在必須學會及時做好準備?結果導向的研究就是要要弄清楚決策前需要那一些數據與技術整合前需要哪一些知識。

  至於行事作風,我有一個令人震驚的消息:物理學家可以讓人覺得很傲慢。例如說被問到你是如何理解某件事的,如果回答「這很簡單」或「動量守恆」對其他物理學家來說,可能覺得很有趣。但對工程師來說非常冒犯並且讓主管難以理解。正如我前面提到的,一個簡單且緩和敵意的策略是將每一個說法重塑成一個問題的形式。每個人都享受被尊重專業知識和意見的感覺,即使你正在表明他們錯了。

    其次,和前項密切相關:物理學家不是摩西。把新發現傳出去並不會立即被其他人理解,鼓掌,並付諸實施。一個有用的格言是工程師開發設計到頁面的邊緣,而物理學家則是把頁面變地更大。因為工程師依賴於嚴密的紀律和經過驗證的工具,以確保結果的質量和一致性,他們對新定理和功能感到緊張是可以理解的。你必須加入團隊並準備好教學並複習你所學的。

    這就引出了另一個經驗:溝通就是一切。想想一個奧運會比賽,一半的積分來自於為技術成績而另一半為為藝術美學成績。如果只的獲得完美的技術分數,但是沒有同時獲取其他潛在的優勢,例如藝術成績,那也是惘然。你必須在這兩方面都很出色。

    和主管溝通的挑戰和工程師一樣大。主管不在意你有多聰明,至少不是在公眾場合。只因為高階主管可能難以理解你的結果或立即意識到它的影響並不意味著他們不稱職或不聰明。在大型組織中,通往高階職位的途徑很多。高階主管是聰明人,他們可以學習!你最大的成功是在高階主管的演講中講授你教他們的內容,時常沒有提到你的貢獻,有時還會有更多工作。

    最後,要有耐心並建立信任。當工程師和高階主管看到你了解他們的需求並有實現它們的紀錄,你的影響力和採取主動行動的自由會相應增加。

    當談到在企業中的成就時,你可能會問,我可以得到甚麼?雖然薪水一般來說還不錯,但不要指望成為下一個科技億萬富翁。在現代扁平化組織中,很難將晉升作為獎勵。大多數公司都有對於專利與技術成就上的內部獎勵制度。有的公司還滿大方的,但其他可能就是意思意思。技術協會,包括 IEEE、SPIE 和 Optica(前身為 The Optical Society),提供高聲望的表彰,以及美國物理學會表揚對於工業和應用對物理的重要貢獻。但企業物理界中沒有諾貝爾獎、菲爾茲獎或同等獎項。

    你最大的驕傲和滿足來自你開發的新功能帶給世界正向的社會影響。這些影響的規模可以很大:在車輛的生命週期內,以油電混合車取代100 萬輛汽油車減少 3000 萬噸的二氧化碳排放量。當環保人士詢問或責備時,我可以很驕傲地說說,「我在辦公室已經給過了。」

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圖四     管理責任並不是衡量職業的升遷。正如作者在他的生涯管理報告圖表所證明的,管理較少的人員,可以騰出時間做大局貢獻。

 

參考資料

1. A. Arora et al., “The Changing Structure of American Innovation: Some Cautionary Remarks for Economic Growth,” National Bureau of Economic Research working paper (May 2019, rev. August 2019). 

2. M. A. Tamor, Phys. Rev. B 36, 2879 (1987). 

3. R. Pool, Science 249, 27 (1990).

本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, November 2021 雜誌內 (Physics Today 74, 10, 32 (2021); https://doi.org/10.1063/PT.3.4855)。原文作者:Mike Tammor。中文編譯:郭倢瑜


Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Johanna Miller, and is published on (
Physics Today 74, 10, 32 (2021); https://doi.org/10.1063/PT.3.4855). The article in Mandarin is translated and edited by J.Y Kuo.