顛覆性創(chuàng)新識別研究

汪錦霞

(華中師范大學(xué) 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430079)

0 引言

知識經(jīng)濟(jì)時代背景下，技術(shù)創(chuàng)新是經(jīng)濟(jì)增長的主要來源，也是企業(yè)提升績效、提高核心競爭力的重要途徑。隨著熊彼特提出創(chuàng)新理論，關(guān)于技術(shù)創(chuàng)新的研究也在不斷地深化和拓展，有學(xué)者按照創(chuàng)新的程度進(jìn)行分類，將創(chuàng)新分為漸進(jìn)式創(chuàng)新和顛覆性創(chuàng)新，也有學(xué)者將漸進(jìn)式創(chuàng)新稱為連續(xù)性創(chuàng)新，將顛覆性創(chuàng)新成為突破式創(chuàng)新。漸進(jìn)式創(chuàng)新指對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行增量式改進(jìn)的創(chuàng)新，顛覆性創(chuàng)新是導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生重大的技術(shù)變革、產(chǎn)品性能指標(biāo)發(fā)生巨大躍遷的一類創(chuàng)新[1]。顛覆性創(chuàng)新不僅包括對現(xiàn)有技術(shù)的融合改進(jìn)，還包括在創(chuàng)新活動中產(chǎn)生的重大范式轉(zhuǎn)換，為產(chǎn)品和服務(wù)帶來了全新的功能屬性、市場價(jià)值和競爭地位。

由于技術(shù)發(fā)展的路徑依賴特性，顛覆性創(chuàng)新出現(xiàn)的成本是非常高的，漸進(jìn)式的創(chuàng)新活動更符合發(fā)展規(guī)律，而顛覆性創(chuàng)新對于企業(yè)、行業(yè)甚至國家具有巨大的價(jià)值，這一類創(chuàng)新活動的出現(xiàn)是尤為難得的。顛覆性創(chuàng)新的發(fā)展一般需要?dú)v經(jīng)幾個階段，剛出現(xiàn)有一段“潛伏期”，經(jīng)過與市場的磨合最終被市場接受甚至主導(dǎo)市場，例如：4G技術(shù)可以認(rèn)為是相對于傳統(tǒng)3G通信技術(shù)的一個顛覆性創(chuàng)新，即將進(jìn)入的萬物互聯(lián)、萬物智能的5G時代也是對4G的顛覆性創(chuàng)新；創(chuàng)新型企業(yè)大疆研發(fā)的無人機(jī)占全球民用小型無人機(jī)約70%的市場份額，大疆成為全球領(lǐng)先的無人飛行器控制系統(tǒng)及無人機(jī)解決方案的研發(fā)和生產(chǎn)商，多項(xiàng)顛覆性創(chuàng)新建立起高技術(shù)壁壘。

某種程度上說，全球經(jīng)濟(jì)競爭可以歸因?yàn)榧夹g(shù)創(chuàng)新競爭，顛覆性創(chuàng)新能力與企業(yè)生存能力和長期盈利密切相關(guān)[2]，企業(yè)需要把握行業(yè)市場動向，提高自身創(chuàng)新能力的同時，也要準(zhǔn)確識別出技術(shù)領(lǐng)域的顛覆性創(chuàng)新和可能發(fā)生范式轉(zhuǎn)換的機(jī)會，對企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級至為關(guān)鍵，對創(chuàng)新領(lǐng)域的研究也具有重大意義。

對于顛覆性創(chuàng)新的識別方法主要分為兩大類：基于主觀判斷，比如基于專家意見的德爾菲法或“水平掃描”調(diào)查方法，可以分析顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的技術(shù)或市場變化[3，4]；Kostoff采用文本挖掘結(jié)合專家意見的方法，識別具有顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新[5]。從客觀性研究來說，基于專利數(shù)據(jù)的技術(shù)創(chuàng)新研究早已被廣泛運(yùn)用在技術(shù)路徑發(fā)現(xiàn)、技術(shù)主題挖掘等方面。也有學(xué)者采用對專利文本信息的挖掘來發(fā)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展中的顛覆性創(chuàng)新，Shibata N等[6]運(yùn)用文獻(xiàn)引用網(wǎng)絡(luò)圖，以再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?yàn)槔R別技術(shù)前沿。我國學(xué)者黃魯成[7]等基于專利分析的方法提出了一個識別顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的框架，借鑒物種入侵模型和集對分析方法，對其顛覆性強(qiáng)度進(jìn)行有效測度。

以上顛覆性創(chuàng)新識別方法多是基于專利文本信息，本文的研究從專利引用數(shù)據(jù)出發(fā)，加入時間序列并結(jié)合技術(shù)生命周期理論，利用動態(tài)專利引用率更直觀地揭示出技術(shù)發(fā)展中的顛覆性創(chuàng)新，并為顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的早期識別和預(yù)測提供一定的思路。

1 顛覆性創(chuàng)新對技術(shù)的顛覆性分析

相對于持續(xù)性創(chuàng)新而言，顛覆性創(chuàng)新是對于現(xiàn)有技術(shù)性能的一次大躍遷，形成階躍式的性能提升軌道。顛覆性創(chuàng)新隨著技術(shù)的不斷提升以及與市場的磨合，會以不斷增加的速率推動新的技術(shù)屬性完善。因此，從技術(shù)生命周期生長曲線來看，可以推斷當(dāng)顛覆性創(chuàng)新出現(xiàn)時，曲線會出現(xiàn)突變點(diǎn)，并進(jìn)入新一輪的生長曲線，成為新S曲線的起點(diǎn)。

圖1 顛覆性創(chuàng)新技術(shù)生命周期曲線

當(dāng)顛覆性創(chuàng)新進(jìn)入現(xiàn)有的技術(shù)領(lǐng)域時，會改變當(dāng)前技術(shù)的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)出階躍式的技術(shù)性能軌道。顛覆性創(chuàng)新的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)前技術(shù)的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)不同，從當(dāng)前技術(shù)的技性能軌道出發(fā)，粗略的技術(shù)生命周期階段劃分導(dǎo)致整個生命周期曲線將是一個平滑的S曲線，無法展現(xiàn)出顛覆性創(chuàng)新的顛覆性作用。由于技術(shù)發(fā)展的動態(tài)性，時間序列的作用不可忽視，因此需要采用動態(tài)分析方法，運(yùn)用LOGISTIC擬合劃分技術(shù)階段，重點(diǎn)關(guān)注不同階段的承接處是否存在顛覆性轉(zhuǎn)變，運(yùn)用專利引用數(shù)據(jù)構(gòu)建顛覆性創(chuàng)新的識別框架。

2 顛覆性創(chuàng)新的識別研究

2.1 LOGISTIC擬合與顛覆強(qiáng)度計(jì)算模型

S曲線又稱生命周期曲線，是以目標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域的資源為計(jì)算數(shù)據(jù)源，選擇最佳的線性回歸方法，模擬出成長曲線，并推測未來的發(fā)展態(tài)勢。一般來說，一個領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展會經(jīng)歷萌芽期、成長期、成熟期以及飽和期4個階段，這些階段組成了該領(lǐng)域的技術(shù)生命周期，見圖2。

圖2 技術(shù)生命周期

LOGISTIC預(yù)測模型是1838年Verhulst為預(yù)測人口數(shù)量及控制人口增長提出來的，后來不僅被用于動植物生長發(fā)育和繁殖等研究，還應(yīng)用于社會現(xiàn)象研究。一個由此變化而來的方程式為：

(1)

在最初的生物類應(yīng)用場景中，式(1)中的N代表的3個指標(biāo)分別為：生物量(biomass)、生長量(growth)和其他數(shù)量指標(biāo)(如發(fā)病數(shù)等)，t為時間(或溫度等)序列，r與k兩者都代表了常數(shù)，其中常數(shù)r為內(nèi)稟自然增長率或瞬時增長率(instantaneous growth rate)，k則代表了環(huán)境負(fù)載力或容納量(carrying capacity)，e為自然對數(shù)底，a為積分常數(shù)。公式即為S形LOGISTIC累計(jì)分布曲線方程。LOGISTIC分布的運(yùn)用范圍已經(jīng)從生物群體擴(kuò)展到了人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、政治學(xué)、化學(xué)等各個方面。很多學(xué)者研究了該模型的參數(shù)估計(jì)、估計(jì)的容許性、假設(shè)檢驗(yàn)和預(yù)測，結(jié)合LOGISTIC模型的增長規(guī)律，對某一個領(lǐng)域的發(fā)展生命周期進(jìn)行擬合分析。

本文對技術(shù)專利數(shù)據(jù)利用LOGISTIC擬合，計(jì)算技術(shù)生命周期，并依據(jù)多波S曲線進(jìn)行技術(shù)階段劃分，認(rèn)為不同的技術(shù)階段的連接處極有可能存在顛覆性創(chuàng)新。專利數(shù)據(jù)通常被認(rèn)為可以直接反映該技術(shù)的發(fā)展情況，專利引用量、專利引用率隨時間分布的曲線可以分析的顛覆強(qiáng)度，考慮技術(shù)發(fā)展的動態(tài)性和時效性，將一項(xiàng)專利技術(shù)在其公開當(dāng)年的引用量、第二年的引用量以及第三年的引用量之和與該技術(shù)在此年的專利量之比作為顛覆性強(qiáng)度，以此判斷當(dāng)前專利是否為顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文選取有機(jī)發(fā)光二極管(OLED，organic light-emitting diodes)領(lǐng)域的美國授權(quán)專利進(jìn)行分析。 采用“OLED”、“organic LED”、“organic light-emitting diodes”、“organic electroluminescent”、“organic electro-luminescence”、“polymer light-emitting diodes”和“polymer LED”檢索詞從美國授權(quán)專利數(shù)據(jù)庫(1976.1-2018.5)從“關(guān)鍵詞”、“標(biāo)題”中進(jìn)行檢索，得到7343條發(fā)明專利及其相關(guān)著錄信息，如專利號、題名、摘要、授權(quán)日、技術(shù)分類號(IPC)、權(quán)利要求項(xiàng)數(shù)量和參考文獻(xiàn)(僅限參考的專利文獻(xiàn))等信息。

首先將7343條專利數(shù)據(jù)按照專利授權(quán)時間先后順序排列，得到歷年OLED技術(shù)專利數(shù)量發(fā)展態(tài)勢，以專利累積件數(shù)為縱軸，年份為橫軸，使用Loglet Lab4軟件網(wǎng)頁版描繪出OLED技術(shù)專利數(shù)量發(fā)展趨勢圖以及增長率趨勢圖。

由于OLED 專利首次出現(xiàn)在1976年，1976-1990年這一階段專利數(shù)據(jù)量極小，故累積到1991年，本文中研究1991-2018年OLED技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)軌道識別。圖3顯示了1991-2018年間OLED技術(shù)專利授權(quán)量的年度數(shù)量與累計(jì)數(shù)量的趨勢圖，從圖中可以看出，OLED技術(shù)相關(guān)專利數(shù)量呈現(xiàn)一種逐年上升的趨勢。

首先對OLED樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行了單波LOGISTIC擬合，置信區(qū)間設(shè)置為95%，結(jié)果如圖4所示，結(jié)合系統(tǒng)生成的指標(biāo)進(jìn)行解讀，從增長率曲線可以發(fā)現(xiàn)OLED技術(shù)專利數(shù)量增長呈現(xiàn)兩波增長態(tài)勢，第一波出現(xiàn)在2004年左右，第二波2013年左右。由此可以對專利數(shù)據(jù)進(jìn)行兩波LOGISTIC擬合。

圖3 OLED技術(shù)專利授權(quán)年度數(shù)量與累積數(shù)量走勢

圖4 1991-2018年專利累積量單波LOGISTIC曲線與專利數(shù)量增長率曲線

將樣本數(shù)據(jù)再次進(jìn)行兩波擬合，置信區(qū)間設(shè)置為95%，結(jié)果如圖5所示，結(jié)合系統(tǒng)生成的指標(biāo)進(jìn)行解讀，可以發(fā)現(xiàn)該樣本數(shù)據(jù)的兩波擬合程度較為理想。

圖5 1991-2018年專利累積量兩波LOGISTIC曲線與專利數(shù)量增長率曲線

通過對OLED專利數(shù)據(jù)量的分析可以發(fā)現(xiàn)，OLED領(lǐng)域從首個專利出現(xiàn)到進(jìn)入專利數(shù)量飽和，大約經(jīng)過了30年。在這30年左右的時間里，OLED技術(shù)會經(jīng)歷從萌芽到迅速發(fā)展的階段式增長形勢。在第一波發(fā)展到2004年左右開始進(jìn)入技術(shù)瓶頸，專利累計(jì)申請量不再上升，但是另一個分支領(lǐng)域的專利的出現(xiàn)會將技術(shù)的發(fā)展引入一個新的快速成長時期，說明OLED領(lǐng)域的發(fā)展確實(shí)伴隨著技術(shù)的更替，這就有必要對技術(shù)軌道進(jìn)行劃分，找出導(dǎo)致軌道躍遷的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

通過比較最終將1991-2018年的專利累積數(shù)量確定為兩波LOGISTIC擬合，第一波大致為1991-2013年，第二波為2004-2018年，可以發(fā)現(xiàn)這兩波出現(xiàn)了重合，重合部分為2004-2013年。一般而言，技術(shù)的發(fā)展始終伴隨著技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改進(jìn)，甚至?xí)x原先的發(fā)展軌道而出現(xiàn)技術(shù)替代，因此2004-2013年出現(xiàn)的技術(shù)專利很難將其劃分開。根據(jù)本研究要解決的問題，將OLED技術(shù)發(fā)展劃分為3個階段，即1976-2004年、2005-2012年、2013-2018年，故可以認(rèn)為OLED技術(shù)發(fā)展的三個重要躍遷時刻發(fā)生在2004-2005年、2012-2013年這兩個階段。通過對提取到的年份數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制出三年引用率(顛覆性強(qiáng)度)隨時間變化的趨勢圖。

圖6 1991-2018年專利三年引用率隨時間變化的曲線圖

從圖6中可以看到，OLED技術(shù)三年引用率在早期表現(xiàn)較差，但是在2002年達(dá)到第一次新高，這段時間對應(yīng)的是圖5中OLED技術(shù)的第一次顛覆性創(chuàng)新。特別是在2004年， OLED技術(shù)專利的三年引用率超過3.5，說明此時OLED技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重要的創(chuàng)新突破，并引起了廣泛關(guān)注。第二次發(fā)生在2011-2013年期間，專利三年引用率接近4，這個時期對應(yīng)于圖5中OLED 技術(shù)第三個階段的起始，可以認(rèn)為是OLED技術(shù)的第二次顛覆性創(chuàng)新。通過對OLED技術(shù)的技術(shù)發(fā)展階段的分析，利用專利引用數(shù)據(jù)構(gòu)建的新指標(biāo)顛覆性強(qiáng)度得到OLED技術(shù)的顛覆性強(qiáng)度曲線，識別出2002-2004年以及2011-2013年兩個階段的技術(shù)專利為顛覆性創(chuàng)新。

3 結(jié)語

本文通過對美國專利數(shù)據(jù)庫中OLED技術(shù)的專利進(jìn)行深入分析，考慮技術(shù)發(fā)展的動態(tài)性特點(diǎn)，加入時間序列，結(jié)合技術(shù)生命周期理論對OLED技術(shù)劃分技術(shù)階段，認(rèn)為處在不同技術(shù)階段的連接處的專利可能是顛覆性創(chuàng)新，利用專利的引用數(shù)據(jù)計(jì)算顛覆性強(qiáng)度——專利前三年引用率，實(shí)現(xiàn)了對顛覆性創(chuàng)新階段的驗(yàn)證，結(jié)果與技術(shù)生命周期的分析結(jié)果相符，識別出OLED技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新階段為2002-2004年以及2011-2013年。

本文還存在一些不足，技術(shù)躍遷的發(fā)生需要一段時間的“潛伏”，經(jīng)過多次技術(shù)突破，通常在實(shí)現(xiàn)第二次技術(shù)突破時才會引起廣泛的關(guān)注，使用本文提出的模型暫時無法預(yù)測那些即將成為顛覆性創(chuàng)新的專利，可能需要加入隨時間變化的專利被引率——即專利總被引量除以全年專利申請量，可以更好地實(shí)現(xiàn)對某些潛在的顛覆性創(chuàng)新的早期識別，這也是今后的工作重點(diǎn)之一。