核心技術微觀機理與突破路徑
——以中國汽車AMT技術為例

李顯君，孟東暉，劉 暐

(1.清華大學 汽車工程系，北京 100084；2.清華大學 汽車安全與節能國家重點實驗室，北京 100084)

一、引言

核心技術不僅是企業核心能力的重要組成[1-2]，更是核心能力轉化為競爭優勢的關鍵[3]。缺乏核心技術，一直是我國產業創新和國際競爭的“軟肋”和“瓶頸”；核心技術突破仍是我國今天的戰略性難課，是制造業從“大而不強”邁向“既大又強”的必由之路。

自20世紀80年代中期，特別是近十年來，我國政府和企業一直基于西方創新理論和技術追趕理論，并借鑒國外成功經驗尋求產業核心技術的突破，但總體上很多產業仍未能實現核心技術突破，主要有以下3點原因。

一是西方企業的技術創新是在原有產業核心技術基礎上的再創新，是技術變革下在位企業自身核心技術的更新、發展和轉移[4-6]。而沒有產業核心技術基礎的中國企業，按照技術創新的一般規律、簡單地復制正向開發模式很難實現核心技術的突破。二是韓日等國成功實現追趕年代的核心技術相對簡單，但今天制造業核心技術越來越是多種復雜性技術的融合。三是核心技術對于后發企業而言屬于技術“黑箱”，包括了大量的隱性知識，其突破壁壘高、難以模仿和復制[7-8]。領先企業為使其專有信息、技術訣竅[9]或高度默會的核心知識[7]免遭模仿而設立了嚴格的保護和獨占機制[3]，使得后發企業作為使用者能看到輸入和輸出但根本無法了解具體形成過程[10]。

后發國家產業的成功追趕最終依賴于核心技術所建立的持久創新能力[11]。核心技術不能依靠引進現成或成套技術來獲得[12-13]，必須通過技術學習和整合來實現突破，其前提是打破核心技術的“黑箱”桎梏?！昂谙洹奔夹g是經過篩選處理的集成技術，與自主生成的技術完全不同，后來者無法對其完整理解[14]。因此，只有首先打開核心技術的黑箱，才能找到突破的路徑和機制。盡管創新研究領域關于技術結構、技術演化方向及路徑的文獻十分豐富，但是關于核心技術的研究還存在兩個缺口：一是主流技術創新及技術追趕理論專門研究核心技術的文獻幾乎沒有，僅僅在部分文獻中提及核心技術[3,13,15]，且都將其視為“自明性概念”而“黑箱”化處理。少量關于核心技術構成的文獻都是基于物理屬性或功能屬性[6,16-17]的表層認知，而現有對核心技術的知識屬性區分[10,18-19]也都是依托于產品的物理層次，因此都沒有真正打開核心技術“黑箱”的內在結構。另一個缺口是以A-U模型[20-21]為代表的西方產業技術演化路徑和以逆A-U模型[12,22]及“OEM-ODM-OBM”模型[23]為代表的后發國家技術追趕路徑，都沒有把核心技術從一般技術中分離出來，專門探討其演化方向及創新路徑。相對而言，由于現實瓶頸和政府自主創新政策導向，國內關于核心技術的研究文獻更為豐富，但大多僅觸及核心技術的來源[24]或創新機制[25]，同時都是遵循技術創新和技術追趕研究的一般范式，仍沒有從核心技術的內在結構切入，系統、深入地研究核心技術突破路徑的高質量文獻還很罕見。

本研究力圖填補上述兩個缺口，探索核心技術微觀演化機理，主要關注兩個問題：一是核心技術內在結構，即核心技術內部組成部分及其邏輯關系是什么？二是核心技術演化規律，即核心技術突破遵循什么路徑？本文聚焦汽車電控機械自動變速箱(AMT)技術，深入研究我國企業突破該項技術的縱向歷程。AMT是汽車核心部件，歐美于20世紀60年代開始研發，20世紀80年代實現量產；我國企業從20世紀80年代開始研究，但2000年以前始終停留在實驗室樣機階段。在2010年前后，先后由蘇州綠控、一汽等企業通過自主創新突破了AMT核心技術，打破了美國伊頓等公司的壟斷，并迫使跨國公司產品降價。例如，美國伊頓用于混合動力大客車的AMT已從2009年40萬/套降至2015年20萬/套以下。我國AMT核心技術突破案例包含現有技術追趕理論所不能解釋的獨特現象。例如，其突破并非從引進成熟及成套技術起步，而是從本土高校的理論研究開始；高校在技術突破過程中發揮了至關重要的作用，是案例企業最初技術來源。

我國AMT核心技術的突破，為研究核心技術微觀機理提供了絕佳機會，也為廣受社會詬病的我國汽車產業探索新的核心技術突破路徑提供了條件。本文采用縱向多案例研究方法，選取兩家沒有相關基礎卻實現AMT技術突破的本土企業作為研究對象。通過研究，我們打開了核心技術黑箱，識別出核心技術的三個組成部分：原理性核心技術、性能性核心技術和可靠性核心技術，三者的“黑箱度”即突破難度依次提高；其中，可靠性核心技術突破難度最大，且只能依靠企業自身的經驗和數據積累，而這一點被現有創新研究文獻所忽略。核心技術的突破過程就是逐步打開“黑箱”的過程，其路徑是：以突破原理性核心技術為起點，再依次實現性能性技術和可靠性核心技術的突破。這一發現對主流技術追趕理論的逆A-U模型提出了挑戰。本研究揭示了核心技術內在結構及其演化機理，豐富了技術創新及技術追趕理論，為中國及其他發展中國家企業技術創新路徑選擇和政府創新政策制定提供了獨特新穎的思路；特別是將我國創新領域學者的注意力從對自主創新模式的宏觀研究，拉回到對核心技術微觀機理的探討，因為無論采取什么樣創新模式，最終要實現核心技術的突破。

二、文獻綜述

(一)核心技術及其結構

學術界對核心技術概念的認識基本達成一致，認為核心技術是在產品系統或技術系統中起關鍵(crucial or critical)或核心(core)作用的技術[6,16,26-28]，且是企業核心專有信息、技術訣竅[9]。

但是學術界對核心技術內在構成的認識尚未達成一致?？偨Y為數不多的相關文獻，可以歸納出三類觀點：一是“模塊論”，認為核心技術可分解成不同部件或子系統。例如，付于武認為汽車核心技術包括六個方面，整車開發技術、底盤技術、電子技術、輕量化技術、智能交通和新能源汽車技術[29]，而張曙光認為高鐵核心技術由牽引系統、轉向架、網絡控制等十大核心技術構成[30]。二是“鏈接論”，認為核心技術是一系列支撐產業活動的技術關鍵環節的鏈接[31-32]。洪勇、蘇敬勤指出核心技術由關鍵制造技術、核心元件技術和產品架構技術三個環節組成[32]。三是“知識論”，從“技術的本質是知識[33-35]”的認識論觀點出發，區分了不同類型的技術知識，例如根據載體的不同分為物質形態和觀念形態的知識[36-38]，根據對事物內在規律反映程度的不同分為經驗知識和理論知識[35,38]。郭麗巖認為核心技術本質上是一種記錄研發過程中“試錯”數據的經驗性技術體系[10]。因此，“知識論”的觀點認為核心技術屬于高度默會知識[3,7]。

上述三類觀點從不能側面揭示了核心技術內涵和外延，但都具有局限性，都沒有真正打開其“黑箱”。“模塊論”和“鏈接論”突出了核心技術最直觀、重要的特征，但都是基于物理屬性對核心技術進行表層或外在的歸類，沒能切入內部分解其微觀結構。而每一個核心技術子模塊，如汽車發動機等“核心元件技術”或“核心制造技術”都可以進一步分解，其內部又是由什么構成的、特征和突破難度如何？這兩類觀點不能給出回答。特別是“模塊論”把核心技術看作靜態獨立的單元，而技術最重要的特性是相互的匹配性或者聯結性(Linkage)，這是構架技術的基本屬性[18]?！爸R論”盡管區分了核心技術中的經驗和理論知識或者物質和觀念知識的具體類型，但這些概念本身難以界定、彼此間關系模糊。比如，核心技術被廣泛認為是高度默會性知識的抽象性使其難以具體分解，更難以為企業的創新實踐提供直接指導。

(二)發達國家技術演化及創新路徑

核心技術的突破本質上是技術質的演化及根本性創新。技術演化是一個動態而非靜態的過程，演化的方向和路徑即為技術軌道[37,39-40]；技術創新是一個循環變革的過程[41]。關于發達國家技術演化及創新路徑，國內外現有研究可以總結為如下兩大類。

一是A-U模型[20-21]，認為技術創新是三個階段繼起、三個方面并行的復雜動態過程，技術從興起到成熟依次經歷流動(fluid)、過渡(transitional)和明確(specific)等三個階段，同時伴隨著產品創新、工藝創新和組織創新頻率的變化。二是Rothwell將西方企業技術演化總結為五代創新模型[42]，其實質是圍繞企業新產品開發過程(NPDprocess)闡述的，即從新產品構思到商業化的整個經營管理活動[43]。

上述模型表明：西方發達國家技術演化是一個產品能力和技術能力同步發展并交互作用的過程。企業技術創新是基于已有核心技術及長期能力積累，通過正向研發快速達到技術前沿[13,44]。但先發企業與后發企業技術創新目標有所差異，前者旨在延續、深化和更新已經存在的創新能力，后者則是要建立和發展之前不存在的能力[13]。A-U模型、五代創新模型以及NPDP理論為后發企業掌握正向開發、實現核心技術突破提供了思想和工具，但并沒有專門就核心技術提出有針對性的理論，都沒有打開核心技術“黑箱”。由于先發企業的新產品開發及創新活動是建立在自身已有相關技術積累、開發經驗和數據庫等基礎之上，因此還不足以全面指導零技術基礎和創新能力薄弱的后發企業創新實踐。

(三)追趕國家技術演化及創新路徑

發展中國家與發達國家產業的根本區別在于前者沒有以核心技術為基礎的“知識資產”[13,45]，但技術發展路徑具有累積性，受先期經驗和知識基礎的強烈影響[13]，因此后來者需要通過技術引進、逆向工程實現從模仿到創新[8,12,15,22-23]、從生產能力到技術能力、或從工程能力到創新能力[13,46]的轉化。Kim基于韓國的創新實踐提出了與A-U模型路徑相反的“追趕模型(Catchingup)”[12,22,47]，認為后發企業的技術創新是“從生產能力到工程能力和創新能力的演化過程，與發達國家從研究到開發再到工程的順序正好相反”[47]。Hobday進一步提出后發企業從工藝創新到產品創新、從OEM到ODM再到OBM的漸進演化過程[23]。

但一些學者對上述逆向追趕路徑提出質疑，認為在新興技術領域后發企業應遵循從產品技術到工藝技術的正向路徑[15,48-49]，因為新興技術發展早期所需要的知識基礎門檻較低，且更多屬于理論知識，可以通過公開途徑獲得；同時也相對容易找到國外合作伙伴，容易在合作的基礎上實現自主研發[15,49]。后發企業要抓住新興技術的機會窗口，尤其利用技術軌道發生變遷的動蕩期，選擇合適的技術戰略，替代先發企業所謂的“最佳實踐”[50]，擺脫對發達國家技術的依賴，在新的技術范式實現真正追趕，即技術跨越[15,49]。

但上述兩種追趕路徑對核心技術突破所能提供的指導有限。一方面，經典追趕模型中的引進或模仿都不適合于核心技術的突破。核心技術往往只被少數發達國家寡頭企業壟斷，他們為鞏固自身競爭優勢，會對自身核心專有信息或技術訣竅[9]、高度默會的核心技術[7]進行嚴格保護，建立獨占機制使其免受外部模仿[3,26,51]。對成熟產品進行分解研究是成功模仿的基礎，但這一策略更適合由高度標準化的要素或元器件結合的產品(如整車、手機等終端產品構架技術)，對于包含了過多特性和企業獨有技術的目標產品(汽車發動機、手機芯片、控制軟件等)則難以成功[12]，而核心技術往往就封裝到這類產品之中，形成企業原創性技術“黑箱”[10,52]。另一方面，技術跨越或正向路徑觀點并不適合于起步很早、已相對成熟的關鍵技術的突破。核心技術相比一般技術的特征之一是更加依賴于基礎研究和已有經驗的積累[10,25,53]，即便出現新的技術范式，后發企業的知識和經驗基礎也難以支持其實現跨越。因此，現有兩種后發企業創新路徑并不完全適用于核心技術的突破。

特別需要指出的是，主流技術追趕理論(無論是逆向追趕還是正向追趕)主要來自韓國等東亞小經濟體創新實踐[54]，而中國是規模最大的發展中國家、全球第二大經濟體，而且擁有不同的經濟體系和文化背景，其創新實踐不能被基于韓國等小經濟體得出的模型所充分解釋。因此，基于中國情境的技術追趕和創新模式研究十分必要，但現有文獻基本上是對上述兩種主流模型的驗證和發展?？傊F有關于中國企業的技術追趕或自主創新研究都沒有超越主流追趕和西方技術創新范式，專門針對中國核心技術演化的高質量文獻仍十分罕見，同時都沒有打開核心技術黑箱和研究其微觀演化機理。

三、研究設計

(一)研究方法

本文采用縱向多案例研究方法對核心技術的內在結構和突破路徑進行探索性研究，主要出于四點考慮。第一，本文的研究對象——核心技術在現有文獻中關注較少，已有理論難以充分闡述其內在結構及突破路徑，而案例研究適用于研究現有理論不適合解釋或解釋不充分的現象[55-56]。第二，本文的研究問題為核心技術的內在結構“是什么”以及“如何”實現核心技術突破，案例研究對于回答此類問題具有明顯的優勢[57]。第三，與單案例研究相比，運用多案例的優勢在于所得出的證據更有說服力[58]。多案例研究能通過案例的重復支持研究結論，更全面地了解和反映案例的不同方面，從而形成更完整的理論并且提高研究的效度[55]。由于企業創新的內容和方式多種多樣、結果各不相同，而創新活動的本質就在于差異性，單案例研究難以總結出普適性的一般規律。第四，核心技術的突破往往是長期的復雜過程，通過縱向案例研究可以確認其中的關鍵事件[59]、捕捉創新實踐中涌現的新現象[60]。

(二)案例選擇

與大多數管理學案例研究以企業作為直接案例的做法不同，本研究首先選擇汽車電控機械式自動變速箱(Automated Mechanical Transmission，AMT)技術作為一級案例，直接觀察分析其中的具體工程技術難題和解決問題的細節，然后再進一步選擇突破AMT技術的相關企業作為二級案例，追溯其實現突破的整個過程。需要指出的是，盡管納入企業作為案例，但作為一級案例的技術問題才是首要的觀察和分析單元，這是本文研究思路和研究設計上與主流案例研究切入點相比所具有的獨特之處。

基于理論抽樣方法[56]，本文選擇AMT技術作為案例，有兩點原因：第一，AMT屬于我國已突破的核心技術，符合本文研究主題。自動變速箱技術是最重要的汽車核心零部件技術之一，而AMT是三類主流自動變速箱中的一類。2010年前后我國多家企業實現自主AMT產品的批量生產，成功裝配到轎車、客車及重型卡車上。第二，研究者的專業技術背景能夠保障其對AMT技術內容的全面、準確理解。本文作者曾系統學習汽車底盤設計、車輛控制工程、汽車構造、汽車理論、發動機原理等專業課程，同時所在單位匯集了多位我國汽車工程技術頂級專家，因此能夠從微觀視角直接切入創新內容。

本文選擇蘇州綠控傳動科技有限公司(下簡稱“綠控”)和一汽車集團(下簡稱“一汽”)作為企業樣本，原因有四點：第一，案例企業目前都已全面掌握AMT核心技術，2010年至2013年先后實現量產，技術上完全不受制于國外，且產品主要技術指標和市場份額已超越國外競爭者。第二，案例企業在AMT領域屬于沒有任何前期技術基礎、完全處于技術劣勢的后來者(latecomer)[23]，符合核心技術突破的研究主題。第三，案例技術和產品具備可比性，都主要面向大型商用車市場，與此同時兩者在細分市場、技術方案、企業規模和所有權結構(綠控是民營小企業、一汽為國有大企業)等方面又有所差異，保證了案例企業的多樣性。第四，數據可獲得性。本文作者所在單位的諸多資深教授和校友正是我國AMT技術突破過程的見證者、參與者和主導者，因此能夠保證本案例縱向數據的可獲得性和真實性。

(三)數據搜集

本研究采用多種數據來源以形成三角測量，對數據進行交叉驗證，盡可能獲得翔實的信息[55,57]。具體包括半結構化訪談、非正式訪談、現場觀察和二手資料收集等不同數據收集方法，數據的搜集和分析同步進行。

1.半結構化訪談

本文研究問題要求必須詳盡了解企業的具體研發活動及歷程，特別是研發人員遇到的具體技術難題及解決過程，這些信息難以通過二手資料獲取，故本文作者進行了多次深入的實地調研訪談。為增加對AMT技術及突破過程的理解和有效調研，我們首先訪談了我國汽車行業AMT理論研究和并使AMT率先實現產業化的資深專家宋健教授。自2015年11月至2015年12月，作者實地調研案例企業實現AMT技術突破過程，對7位從事AMT技術開發的高管和骨干人員進行了深度訪談，每次訪談和討論平均時間約2小時(表1)。

表1 調研訪談情況

在訪談過程中，研究人員對已收集到的數據或信息進行確認，詢問公開材料中難以確認的問題，對受訪者提出的重要現象或觀點進行深入追問。每次訪談至少有兩位研究人員參與，每位研究者都對訪談內容做詳細的筆記，包括訪談過程中全部信息和數據，而不是僅記錄看起來重要的信息，并對訪談進行了全程錄音。參與訪談的研究者在每次訪談結束后的當晚對已獲得信息進行整理、確認和討論，并在結束72小時內完成錄音轉錄，合計轉錄13.1萬字。

2.非正式訪談

除正式訪談之外，本文作者通過31人次非正式訪談獲取AMT核心技術構成、各案例企業研發歷程等信息，包括與清華大學汽車系動力學與控制課題組5位研究人員，以及與綠控、一汽技術部門的26位員工多次的辦公交流、午餐交流、隨機訪談及電話回訪。

3.現場觀察

本文作者多次實地參觀清華汽車系動力學與控制課題組及其實驗室、蘇州綠控、一汽技術中心及AMT實驗室、生產線、展廳等等，在參觀基礎研究、產品開發和工藝設施的過程中與技術人員和管理人員就技術突破和創新的詳細過程、關鍵點等進行了細致的交流，獲取了大量一手數據，為本研究提供了豐富的原始素材。

4.二手資料

本研究二手資料包括三個方面：一是AMT基礎技術資料，以對AMT技術形成較為全面、深入的認識。來源包括清華汽車系AMT相關課程資料、圖書館書籍，中國知網、SAE等數據庫中的相關文獻，中外專利數據庫相關專利，以及通過Google、百度等搜索引擎搜集的相關信息。二是在上述技術資料中特別關注和整理了參與我國AMT技術突破過程的高校研發團隊及合作企業發表的文獻、申報的專利，以了解其技術突破過程，從而與一手數據進行交叉驗證。三是我國AMT產業、相關企業及高校的基本情況，主要包括有關我國AMT產業的學術文獻、新聞報道、研究報告、案例企業及高校的官方網站、研究報告和新聞報道、高校研究團隊的內部資料。

(四)分析程序

本研究的數據分析分為以下三個步驟。

第一，AMT基礎技術資料分析。內容包括AMT功能原理、系統構成、技術難點、國內外研發歷史及現狀。這一階段研究者對不同來源的信息進行匯總整理，特別是對AMT的技術難點做到盡可能準確深入理解，這是后續分析核心技術構成及突破路徑的重要基礎。

第二，單案例分析。研究者首先分別對三個案例企業的AMT技術從無到有的詳細歷程進行分別分析，包括階段劃分、關鍵事件、遇到技術難題及解決方式和處理結果。作者首先分析綠控6的技術突破歷程。具體步驟為：一名研究者首先整合全部訪談和二手數據，并對相關數據進行編碼，然后分析總結所涉及的構念并得到初步結論，列出相關證據；然后，其他研究者分別對原始數據進行綜合分析，形成各自的觀點，對初步結論進行檢驗；最后，本研究率先采納一致的結論，不一致的結論由研究者再進行充分討論，直至達成一致。綠控案例分析完成后，作者遵從同樣的標準對其他兩個企業案例進行分析。

第三，案例間整合分析。研究者提取案例企業技術突破過程中的共性特征，特別是解決了哪些相同或類似的技術難題，經歷了哪些相同或類似的發展階段。研究者尋找其中的相似構念，對比分析辨別構念的異同，重新檢視數據以確認不同案例是否呈現出了共同模式，最終通過案例間的相互印證和補充形成更為完善的解釋框架。過程中大量使用圖表工具以方便對比分析和構念整合[61]。

(五)信度和效度策略

本文使用了多種策略以保證研究信度和效度。第一，本研究嚴格遵循規范的多案例研究方法，子案例之間進行交叉檢驗，且在基于復制法則選擇案例時，既考慮了案例企業間的可比性，又保證了足夠的差異性，從而充分保證本研究的內外部效度。第二，長期的縱向案例設計可以確認關鍵事件發生的次序，從而有利于因果關系的識別[59]，提高了內部效度。第三，在證據來源方面，本研究使用了多種數據來源以獲得對研究現象多視角的描述[62]，多數據來源保證構建了證據鏈，實現證據間的“三角驗證”，從而提高研究信度和效度[55,57]。第四，在分析技術方面，本文作者建立了案例研究資料庫并對各類數據進行了編碼，確保研究的可重復性；多位研究成員分別進行案例分析，并就一些關鍵議題的理解進行了交叉檢驗，以降低評估者偏差[55]；不斷利用圖表來促進分析，在數據收集、數據分析和概念化之間的不斷交疊，直到理論達到令人滿意的飽和程度[62]。第五，對得出核心技術內在結構及突破路徑模型作進一步驗證，與案例企業專家、國內頂尖整車及零部件企業技術高管和開發人員、清華大學汽車工程領域教授等56人進行了面對面交流，充分討論模型的合理性與準確性，獲得了豐富的修改意見。

四、研究發現、理論模型及討論

對比綠控和一汽AMT技術突破案例可以發現，兩者在核心技術內在結構和突破路徑上存在相同之處。首先，從內容來看，案例反映出三類共性核心技術問題，分別是原理問題、性能問題和可靠性問題；三者對應的技術目標、需要突破的方式存在明顯差異，對后來者而言它們是突破核心技術之前必須打通的三道“關卡”。其次，從路徑來看，后來者實現核心技術突破的過程就是逐步攻克上述三類問題的過程，兩個案例中的問題解決先后次序是一致的，即先解決原理問題，再解決性能問題，最后解決可靠性問題。以下基于案例企業在解決這三類核心技術關鍵問題過程中的共同特征，總結提煉出核心技術內在結構與突破路徑的理論模型。

(一)技術原理突破

從基礎理論研究起步進而實現原理突破是AMT技術突破的一個共性特征。綠控和一汽的最初技術來源無一例外是本土高校所進行的AMT換擋規律研究。換擋規律是指變速箱兩排擋間自動換擋時刻隨著控制參數變化的規律[63]。一汽與吉林大學葛安林教授團隊合作，綠控與清華大學宋健教授團隊合作，兩者均在理論研究中提出了新的自動換擋規律，這一階段的知識產出體現在公開發表學術論文之中，如動態三參數換檔規律[64]和擬人式智能換檔規律[65]，參見圖1和圖2。實體成果產出則是用于原理驗證的功能樣機，它只能完成功能的實現甚至只能進行功能的“演示”，即變速箱可以換擋、裝車后車能跑起來，但距離量產和實際應用還非常遙遠。例如功能樣機的關鍵元器件往往都是購買現成的而非專門開發，也不考慮成本和制造工藝等各方面問題，因此性能、可靠性等方面完全不能保證；一汽與吉大合作的液壓AMT功能樣機裝車后能跑起來，但是每跑2、3公里就會有零件掉落或開裂。理論研究期間形成的技術積累和原理突破是AMT性能和可靠性突破，以及是兩者實現產業化突破的前提。

圖1 解析法求解動態三參數最佳換檔規律[64]

圖2 駕駛員意圖識別的模糊推理模型、以及基于平衡節氣門開度的隸屬度函數定義式[65]

原理(principle)，即具有普遍意義的基本規律，往往是現成的公共知識，但核心技術原理并不直觀，也不易擴散[66]，后來者并不能搭便車，直接利用現有成果[67-68]，而必須通過主動、持續的基礎研究來真正理解核心技術原理[25,69]。核心技術的所依托的原理或基本規律，并非簡單、直觀的常識或一般理論，而是產品基本功能實現過程的基礎與核心規律。例如AMT自動換擋規律涉及選擇什么樣的換擋控制參數、在何時進行換擋等問題，直接影響車輛的燃油經濟性和動力性，是自動變速控制系統的核心[65,70]，是“大腦”(控制器)實施控制的基本依據。核心技術原理具有理論性，但并不是純粹的“科學”(如數學、物理學)，它與具體的工程應用和實踐背景緊密相關，針對非常具體的產品對象，例如宋健教授的“擬人式換擋規律”、葛安林教授的“兩參數換擋”都是先進控制理論(純粹“科學”)在自動變速器換擋這一具體技術問題上的應用。因此，兩位教授研究團隊不僅僅是簡單地學習或復制成熟理論，而是在此基礎上做出進一步的創新，如此才能真正掌握AMT核心技術原理的本質。

案例企業的AMT產品都是來源于高校用于科研實驗的原理樣機，因此原理突破是研發人員對產品功能形成初步設想和定義的前提，是破解AMT核心技術必須跨越的第一步，是“零”的突破。因此，原理問題依靠深入的基礎研究來實現突破，具體包括：文獻學習，即全面學習已有公開文獻；理論創新，即在經典理論之上進行進一步的發展或合理推論，提出具備更多、更好功能的技術路線；實驗驗證，即通過計算機模擬、臺架及實車實驗的方式來驗證新理論。這一過程依靠本土高校中具備雄厚專業基礎的科研團隊來實現，如AMT案例中的清華汽車系宋健團隊和吉大汽車學院葛安林團隊。案例企業后續技術突破的主導者全部作為團隊成員深度參與了基礎理論研究，包括綠控的李磊博士、一汽的盧新田博士和王玉海博士。

(二)技術性能突破

核心技術原理突破后，案例企業均開始進入AMT性能開發，這一階段是介于原理突破和可靠性驗證之間，對應綠控案例是2003年至2010年，一汽案例是2004年至2013年。性能突破的知識產出是完整的產品設計方案(及其設計思路、理由)、核心算法，體現在圖紙、參數文件、專利之中。實物產出則是工裝樣機，能夠進行性能驗證，在關鍵性能指標上已經能夠達到甚至部分超越國外成熟產品，例如綠控2011年的大客車AMT、一汽2013年的卡車氣電混合AMT。但是僅僅做到這一步還不是最終的成熟產品，因為其可靠性水平還與國外相比存在較大差距。

性能(performance)，即產品功能所能達到的水平，是可測量的結果(ISO9000:2015)。對AMT而言，換擋速度(夠不夠快)和換擋平順性(沖擊多大)是其最重要的兩個性能。性能突破意味著讓自主產品在關鍵性能指標上的表現趕超成熟產品，而要做到這一點需要解決一系列問題。例如，換擋速度和平順性只是性能的兩個大方面，又分別對應著諸多具體的測試指標，那么該如何評價產品重要性能、認定關鍵指標？再如，產品的諸多性能指標客觀上存在內在矛盾，例如換擋速度快一定沖擊大，沖擊小一定就一定速度慢，那么如何在指標間進行平衡和取舍，以使產品最好地滿足客戶需求？另外，如何形成一整套產品設計方案，使其能夠實現上述性能指標組合？等等。因此，性能突破對應著功能的最優化設計及其具體開發實現，它是產品“從無到有”的過程。

性能突破要求的是規范、完整的產品設計及開發能力。做產品不能再像做功能樣機一樣要求速度快、實現原理即可，而必須建立在嚴謹科學的標準和流程之上，要求研發團隊必須掌握汽車產品規范化開發流程、計算機輔助設計方法(CAE)、測試試驗標準、零部件驗收標準等各方面知識。另外創新對象不再局限于核心原理方面，而必須根據功能定義及性能設計開發出一整套軟硬件的具體方案，包括AMT軟件中的算法、模型、控制策略的編寫，電子及機械硬件系統及元器件的結構、材料、參數的選型設計等。研發人員必須廣泛了解產品各個技術要素各個方面的特點，例如各種技術方案及元器件的優劣、具體應用環境(如接口及安裝空間)限制、成本水平、用戶需求，還包括企業自身研發能力水平、供應商制造能力、技術優勢及劣勢等。

不同于原理突破階段，后來者解決產品性能問題最直接的手段是模仿。一種方式是復制已有成熟產品的經典設計，綠控甚至堅持在專利許可范圍內“能做多像做多像”，即復制性模仿[12]；另一種方式是僅參考成熟產品的傳動方式、動力源、結構布局等宏觀形式，具體選用哪一種方案、定多大的參數則是充分考慮自身能力水平、需求特點并進行實驗驗證之后自主決定，即創造性模仿[12]，如一汽采用了綜合ZF和EATON的氣電混合式設計。除模仿之外，對外技術咨詢或合作也被案例企業廣泛采用，對象包括本土供應商(貴州紅林、北京金萬安)、本土高?；蚩蒲袡C構(清華和吉大)和第三方技術咨詢公司(Ricardo、AVL等)。在案例中，性能突破不同階段依托主體有所不同：初期高校+企業，后期高校退出。

(三)技術可靠性突破

AMT性能開發突破后，案例企業均開始進入產品可靠性試驗，并實現了批量生產：對應綠控是2010年至今，一汽是2013年至今?？煽啃酝黄频闹饕R產出為產品故障或失效模式數據庫(如DFMEA)，實物產出即為已經實現量產、具備高可靠性的成熟產品。例如，案例企業在現階段的產品都已在可靠性上滿足量產條件，大大高于此前的表現。但是由于起步晚，他們當下解決的問題往往是領先者早已解決的，兩者間的差距絕非短時間內即可消失，一汽工程師直言與美國伊頓等企業相比“我們吃的虧還不夠多”。

可靠性(reliability)是在一定條件下、特定時間內，產品按特定的功能進行工作而不發生故障的可能性，度量指標包括平均故障間隔時間(MTBF)、故障率等[71-72]?？煽啃愿拍罘懂牱浅V，產品出現的各種各樣的故障問題都屬于可靠性問題，只有具備不易損壞、適用性強、耐久性好、壽命長才具備高可靠性。可靠性突破意味著產品在上述各個方面都做到優秀，這是產品“從有到優”的過程。汽車行業通用質量管理體系TS16949要求研發人員在性能開發的同時就要考慮可靠性問題，因此在大規模量產前還必須進行充分的可靠性驗證試驗和小批量用戶跟蹤驗證，在此期間盡可能多地暴露故障問題并盡快找到原因、加以解決。

可靠性突破所需要的本質上是一種經驗性能力。汽車運行范圍廣，工作環境、客戶駕駛習慣差異大，同時自動變速箱產品組成部件多，很多故障問題都只是千萬分之一的小概率事件，沒有任意一種理論或模型可以一勞永逸地納入所有情境。因此研發人員能夠事先準確預測和規避的往往只有之前已經遇到過、處理過的問題，提升可靠性沒有捷徑，只能是靠“窮舉法”發現一個問題解決一個問題，了解產品可能面臨的運行環境、用戶可能的操作方式以及這些情景下可能會出現的故障問題，不斷積累、持續豐富自身的產品失效模式數據庫。國外領先企業起步早，經歷了更長時間的經驗積累，其研發人員對產品本身及其應用條件理解深刻，預判和處理可靠性問題的能力很強，如伊頓公司甚至不需要太多驗證試驗、僅靠前期大量的DFMEA積累就能保證產品可靠。但對于缺乏技術基礎的后來者而言，開發第一款產品就做到事先考慮周全是不可能的，只能更多依靠事后的經驗積累。如一汽的工程師提到，“我們做設計時對國外產品的一些小的細節注意不到，或者注意到了也不理解為什么是這樣，最初不影響使用，但這些細節往往就對可靠性、壽命影響非常大，等到自己實際出問題了回過頭來看才能發現人家做的道理”。

可靠性突破是一個發現問題、解決問題、積累經驗的過程。缺乏相關積累的后發企業只能通過產品問題出現之后的反思補救，即試錯式學習(trial and error)來逐步解決；同時將已經暴露的問題、原因及解決措施完整地記錄，形成企業獨有的失效模式數據庫。創造性模仿在最初能夠提供一些幫助，如一汽發現故障問題之后再回過頭去理解成熟產品的設計細節，但隨著問題解決不斷深入，越到后面暴露的問題就越少見、越獨特、越難解決，更加考驗研發人員“對產品的理解”。同樣，采取技術咨詢或合作的方式也許能夠解決個別問題，但作為后來者永遠都不會獲得合作方或咨詢公司完整的數據庫，即只見樹葉不見森林，做不到知其然知其所以然，更做不到舉一反三。綠控工程師指出，故障問題處理經驗數據是“貓最后爬樹那招，永遠不會教給老虎的”，“有些事兒你沒干過，你聽別人講多少遍，該犯的錯誤還是得犯”。不同于原理性和性能性突破，可靠性突破需要靠企業自己完成，高校在這一過程已完全退出。

(四)理論模型

1.核心技術內在結構

通過以上分析可以發現，原理、性能和可靠性是性質不同的三類核心技術問題，構成了突破核心技術的三道門檻。本文將裝配型產品的核心技術總結為三類：(1)原理性核心技術(Principle Core Technology，PRCT)，是產品基本功能實現過程的基礎與核心規律，以基本功能實現為目標，解決核心技術原理“從無到有”的問題，需要對基本技術規律和科學原理的深刻理解和創新能力；(2)性能性核心技術(Performance Core Technology，PFCT)，由產品開發的核心算法、模型、控制策略和設計方案構成，以功能最優化為目標，解決產品“從無到有”的問題，要求的是規范、完整的產品設計及開發能力，可以通過模仿或逆向工程方式來實現；(3)可靠性核心技術(Reliability Core Technology，RLCT)，包括關鍵故障解決技術和積累的失效模式，以批量生產后的耐久性、特殊環境及需求適用性等用戶體驗為目標，解決產品“從有到優”的問題，需要對潛在失效模式的設計預測和故障問題修復能力(圖3)。

圖3 核心技術的內在結構

從PRCT到PFCT再到RLCT，后來者面臨的是越來越嚴密的技術封鎖。其中，PRCT是技術中的“科學性”內容(應用科學、工程科學，而非物理學數學等基礎科學)，突破的前端要基于成熟或經典理論，可以通過公開文獻來查閱學習。但一般技術原理往往是現成的公共知識，而核心技術原理并不直觀，也不易擴散[66]，因此不能夠通過模仿或購買實現突破，而必須依靠深入的基礎研究來實現突破。PFCT對后發企業而言并不屬于完全公開的內容，它往往被先發企業以專利或者商業秘密的形式加以保護，形成較高門檻，但后發企業仍可以通過分解研究、逆向測試等方式來獲取部分信息，另外還可尋求外部合作方的幫助進行聯合開發或技術咨詢。RLCT不同于基礎理論或技術原理，更主要地與實踐經驗、特別是故障問題發現和處理經驗相關，依賴于企業長期的失效模式數據庫，屬于技術訣竅(knowhow)，是企業核心的機密信息。逆向測繪可以獲得產品的設計參數甚至性能指標，但企業的產品失效或故障數據庫卻不可能逆向獲得，只能依賴自身的長期積累。本文將后來者面臨的技術封鎖程度及實現突破的難度稱為“黑箱度”，從PRCT到PFCT再到RLCT，“黑箱度”越來越高；三者對應的實物產出、知識產出不同，實現突破的方式、所依托主體不同(表2)。

表2 核心技術內在結構特征

這一研究發現不同于已有文獻中的核心技術解構視角。現有關于裝配型產品技術結構的觀點主要來自模塊化理論[18,73-75]，是從裝配型產品結構從上到下的層次差異出發，基于構成實體或功能模塊的物理邊界來分解核心技術。即認為產品是由若干部件或子系統構成，而任意一個部件又進一步分解為若干元件。因此，核心技術可按同樣的層次劃分為核心構架技術(Core Architectural Technology，CAT)、核心部件技術(Core Subsystem Technology，CST)和核心元件技術(Core Component Technology，CCT)，簡稱為ASC模型，這種方式正是我國學者提出的核心技術內在結構“模塊論”[29]、“鏈接論”[31-32]觀點，盡管簡單直觀、容易理解，但是還沒有真正打開核心技術“黑箱”。比如上述任意一項CAT、CST或CCT又是由什么構成？三個維度中的哪一個是最難突破的？該模型無法回答。本文提出的PRCT-PFCT-RLCT三維模型關注后來者所需突破核心技術問題的類型和難度差異。對于任何一項實體核心技術，無論它處于構架層、部件層還是元件層，從其突破過程來看都要解決原理問題、性能問題、可靠性的三個方面問題，這一發現是對現有核心技術內在結構各類觀點的深化，普適性的升華。

在核心技術三個單元中，后來企業與先發企業差距最大、最難以突破的是RLCT。先發企業起步早，甚至與核心技術本身同齡[76]，其產品和工藝已經歷了充分的試錯，早已積累了豐富的經驗。例如伊頓公司自1911年成立起就開始研發車輛動力總成，至今已積累的大量的開發經驗和產品失效模式，超過100年的積累是伊頓最核心的技術訣竅，更是其產品可靠性的保證。綠控、一汽等后發企業最為缺乏的正是這種只能通過長期而持續的漸進創新和積累才能形成的技術經驗[10]，例如產品開發試錯數據、試驗驗證和用戶反饋的失效數據、軟件程序中的故障碼、質量控制標準等企業機密信息，以及研發人員在反復實踐、問題解決過程中形成的技術直覺或隱性知識[77]。這些是后發企業必須“交學費”的地方，既不能跨越，也不能靠購買、引進、模仿或逆向工程來獲取，只能由企業自身在各自實踐中不斷充實和完善，例如綠控軟件程序代碼的行數從2005年的100行逐步積累到2015年的10萬行。而綠控總經理李磊指出“后面的追趕可能會越來越慢、越來越難”。可見RLCT是后來者實現核心技術突破的最大障礙。

研究發現，我國AMT核心技術突破的過程中本土大學發揮了重要作用。核心技術突破需要深刻理解技術規律和科學原理并能夠進行創新，缺乏理論和技術基礎的后發企業難以達到這一能力要求，而高?？蒲腥藛T在日常工作中可以實現，這一點是解釋為何AMT突破源自高校、而同期也在做研發的我國數十家企業都沒有成功的重要原因。主流技術追趕理論強調企業通過主動的技術學習實現對先發企業的追趕[12,54,78-81]，而對后發國家本土高校的作用重視不足，Kim認為人才培養和輸送是韓國本土大學最主要作用，在技術層面企業還是更多依賴于引進國外成熟技術[12]。盡管產學研合作文獻研究了大學與企業之間的技術轉移及合作機制[82-84]，但卻沒有在明確技術本身演化規律的基礎上加以細化研究，并沒有回答本土高校如何幫助后發企業實現核心技術突破的問題。

2.核心技術突破路徑

在路徑方面，案例企業都是首先突破PRCT，再突破PFCT，最后突破RLCT。其中，PRCT突破對應著前期的基礎理論研究階段，PFCT突破對應中期的性能開發及試驗驗證階段，RLCT突破始于中期性能開發和可靠性測試、直到后期的用戶驗證及可靠性提升階段。從時間上看，PFCT與RLCT的突破階段存在部分重合，即性能開發的同時就要考慮可靠性問題，而產品測試驗證階段既有性能方面的修改、優化也有可靠性問題的修復和提升，但如上所述兩者對應性質不同的兩類問題、需要兩種不同的核心技術能力，特別是對于后來者而言可靠性能力的建立更多地依靠最后一個階段來暴露問題和解決問題。PRCT-PFCT-RLCT是后來者實現核心技術從無到有、從弱到強的過程，更是核心技術演化的基本邏輯(圖3)。三個核心技術單元的突破方式及所依托主體不同，其中PRCT通過大學的基礎研究及理論創新實現突破，PFCT通過復制性模仿、創造性模仿、試錯式學習及對外合作等四種方式實現突破，突破主體從大學+企業逐步過渡到企業，PLCT通過企業自身的試錯式學習及經驗積累實現突破。

PRCT-PFCT-RLCT的突破路徑不能被現有理論充分解釋。主流技術追趕理論認為后發國家企業需要引進發達國家成熟技術，通過逆向工程實現從模仿到創新[12,22-23]、從生產能力到技術能力或從工程能力到創新能力[13,46]。而我國AMT核心技術突破是以原理性核心技術為起點，這一過程并不遵循主流技術追趕模型；且PRCT及RLCT都不能通過追趕理論所強調的引進、模仿、逆向工程等方式實現突破。本文研究發現與我國學者基于自主開發還是引進技術所提出的“雙路徑與多路徑追趕模式”[85]也有本質的不同，后者并不是基于核心技術本身的內在結構來探討追趕路徑。新產品開發(NPD)理論也提出了技術演化的不同階段，但它主要關注設計(Design)與開發(Develop)，僅覆蓋PPR模型中的性能突破階段，而不能解釋核心技術突破的全過程。同時，新產品開發不一定屬于核心技術突破，成熟企業的研發活動都是基于已有失效模式數據庫進行的，而本研究關注的是在沒有任何前期基礎的前提下后來者核心技術的突破過程。

圖4 核心技術突破路徑

五、研究結論及展望

(一)研究結論

核心技術內在構成單元及其邏輯關系是什么？依循怎樣的路徑實現突破？已有文獻對這個兩個問題缺乏完美系統的解釋。本研究通過對我國AMT核心技術突破過程的縱向案例研究，打開了核心技術黑箱，提出核心技術內在結構及突破路徑的“PPR模型”。

研究識別出核心技術的三個構成部分：(1)原理性核心技術(PRCT)，是產品基本功能實現過程的基礎與核心規律，以基本功能實現為目標，需要對基本技術規律和科學原理的深刻理解和創新能力；(2)性能性核心技術(PFCT)，由產品開發的核心算法、模型、控制策略和設計方案構成，以功能最優化為目標，性能突破要求的是規范、完整的產品設計及開發能力；(3)可靠性核心技術(RLCT)，是關鍵故障解決技術和失效模式積累，以批量生產后的耐久性、特殊環境及需求適用性等用戶體驗為目標，需要對潛在失效模式的設計預測和故障問題修復能力。PRCT、PFCT、RLCT三者的黑箱度依次提高。

研究發現，后發企業產品核心技術的突破過程就是逐步打開“黑箱”的過程，其路徑為：以PRCT突破為起點，再依次實現PFCT、RLCT的突破；對核心技術原理的掌握，為高效率地分解成熟產品、模仿先進技術，進而實現產品性能的突破奠定了堅實的知識基礎。核心技術突破的過程伴隨著產品實體形態的演進：從原理突破階段用于原理驗證的功能樣機，過渡到性能突破階段用于性能驗證的工裝樣機，最終演化為可靠性突破階段性能穩定及可靠的成熟產品。同時，不同階段的知識產出有所差異，原理突破階段為學術論文及技術核心規律，性能突破階段為核心算法、設計圖紙、參數文件、專利和設計方案等，可靠性破階段為失效模式數據庫。三個核心技術單元的突破方式不同：PRCT通過基礎研究實現突破，PFCT通過復制性模仿、創造性模仿、試錯式學習及對外合作等四種方式實現突破，PLCT通過試錯式學習及經驗積累實現突破。

(二)理論貢獻

本研究以裝配型產品(assembly product)的核心技術(core technology，CT)為研究對象，基于中國AMT技術案例揭示了核心技術微觀機理及其演化規律，提出了核心技術“三維內在結構”和“三階段突破路徑”的PPR模型，彌補了現有技術創新理論的不足，理論貢獻概括為如下三個方面。

第一，打開了核心技術黑箱，發現了核心技術內在結構。現有技術追趕理論對技術本身的演化機理探討不足[86]，把核心技術作為自明性概念而“黑箱化”處理?，F有核心技術內在結構“模塊論”[29-30]、“鏈接論”[31-32]是從產品的結構層次差異、構成實體或功能模塊的物理邊界來靜態分解核心技術。本文提出的核心技術PPR模型關注產品核心技術從無到有、從有到優過程中解決不同核心技術關鍵問題的階段性差異，揭示了研發人員對產品功能的認知水平和技術能力逐步提升的動態過程。這一發現整合和超越了現有核心技術的各類觀點，為系統認知核心技術及其演化規律、為后發企業尋求核心技術突破路徑奠定了理論基礎。

第二，發現了可靠性核心技術(RLCT)是后發企業與先發企業的最大差距所在，也是最難突破的環節，而這一點被技術追趕理論所忽略。現有技術追趕和自主創新文獻對技術從無到有的質變關注較多，主要覆蓋產品性能維度的追趕，而很少關注從有到優的量變。盡管有的學者提出技術的經驗性是后來者難以真正追趕的根本原因[10]，但尚未揭示核心技術內部經驗的概念內涵及具體內容。本文發現可靠性核心技術在三類核心技術中黑箱度最高、障礙最大，其突破依賴于對產品故障問題的發現及處理過程中所積累的經驗或技術訣竅(Know-how)，后發企業與先發企業真正的差距是對可靠性核心技術的掌握程度。

第三，發現了與主流技術追趕模型不同的創新路徑，理論研究和高校在核心技術突破中扮演重要角色。主流技術追趕理論強調后發國家企業技術能力演化遵循“逆A-U”路徑，從引進生產能力開始，通過模仿、逆向工程等方式實現到技術能力的追趕[12-13,22-23,46]。本文所提出“原理性核心技術—性能性核心技術—可靠性核心技術”的路徑不同于上述主流觀點。盡管在PFCT突破階段遵循主流技術追趕模型，但核心技術突破的起始端PRCT必須依靠深入的基礎研究、而非技術引進或逆向學習方式實現突破，本土高校在這一過程中發揮了至關重要的作用。

(三)實踐啟示

AMT技術是典型的汽車核心技術，本文對其突破過程的研究結論能夠為我國汽車產業及其他制造業核心技術的突破提供借鑒；同時，對發達國家沒有前期技術積累的后進入企業也具有一定的啟示意義，具體包括四個方面。

第一，企業和政府要充分理解和把握核心技術內在結構的三個維度和三個演化階段(PPR模型)，在資源配置、創新管理和政策制定上要統籌考慮、分類對待。我國政府及企業主要從模塊化和技術宏觀系統角度強調核心技術，沒能關注核心技術的內在結構及演化機理，尤其是為對原理性及可靠性核心技術資助嚴重不足，而這兩項是核心技術突破不可或缺的。

第二，實現我國產業核心技術發展方向戰略轉型，正確認識“引進、消化、吸收、再創新”的技術發展路徑。我國產業及企業不能再從技術引進開始通過逆向開發來實現核心技術突破，而應從理論研究切入實現技術原理的創新，進而為核心技術突破奠定理性知識基礎，即采取正向研發思路。

第三，加大對基礎研究投入，重視理論創新，優化校企合作機制。原理性核心技術是核心技術的重要構成單元，理論創新是我國AMT核心技術突破的前提和基礎?；A研究是核心技術突破所不可跨越的必經之路，政府和企業必須加大投入，企業應在組織結構設計上建立獨立的基礎研究部門。

第四，要充分認識可靠性核心技術的重要性和關鍵性，建立持續經驗和數據積累機制?？煽啃院诵募夹g是實現突破的最后一關，其黑箱度最高，這是目前我國企業與發達國家企業的真正差距所在。我國企業應積極貫徹執行TS 16949及其五大工具、ISO 26262等成熟標準體系，既要注重顯性技術經驗或數據的編碼化管理，也要重視研發人員個人的隱性技術的積累和管理，使其嵌于企業新產品開發流程和知識管理體系之中。

(四)研究局限及展望

本研究嚴格遵循了案例研究的規范方法，研究過程中充分考慮了研究效度與信度問題，但結論的普適性仍是該方法不可忽略的局限性之一。特別是對于本文的研究問題而言，不同產業、不同環節的核心技術千差萬別，其內在結構和突破路徑也勢必差異巨大。因此，基于AMT案例提煉出的理論可能僅僅是眾多路徑中的一種，而非唯一。關于本研究發現的適用范圍需要明確以下幾點：(1)AMT的技術難點主要在于產品設計方面，而生產工藝并不復雜。工藝類核心技術的內在結構和突破路徑可能不同于本文發現。(2)AMT是汽車部件，而整車產品與元件的核心技術突破一定有所不同。(3)本研究所討論的核心技術突破是指完全沒有先期基礎的后來者白手起家、從無到有開發出第一代產品。事實上還有不少核心技術的突破過程是建立在已有基礎之上的，如我國車用動力電池技術是基于消費電池技術實現突破，我國高鐵核心技術是基于普通列車技術實現突破，等等。因此，為提高研究的適用性，必須挑選更多產業的核心技術案例和典型企業，考察其突破過程的獨特現象及隱含的內在規律，努力建立更加完善和普適的核心技術內在結構與突破路徑理論，豐富和發展技術創新和技術追趕理論，指導我國及其他后發國家產業的技術創新實踐。