顛覆性技術感知響應系統框架研究

趙志耘，潘云濤，蘇 成，趙筱媛

（中國科學技術信息研究所，北京 100038）

1 引 言

顛覆性技術是指通過新的科技突破、技術的顛覆性創新組合或技術的顛覆性創新應用，突破傳統或主流的技術、產品、商業思維和路線，對已有的技術、產品、商業模式、工藝流程、設計方法等進行一種另辟蹊徑的革新，破壞原有的技術、產品、市場發展軌道，逐步取代目前的主流技術、主流產品，進而完成技術替代、市場替代和產業替代，并產生重塑產業格局、生產方式、商業模式、生活方式、戰爭規則乃至推動全球經濟、社會、軍事等的革命性、顛覆性進步。

當前，全球科技創新進入空前密集活躍的時期，一些重大的科學問題和關鍵技術發生革命性突破的先兆已經顯現，并深度融合和廣泛滲透到人類社會的各個方面，顛覆性技術有望成為重塑世界格局、創造人類未來的主導力量。

實踐證明，誰及時抓準了顛覆性技術創新，誰就贏得了發展先機。面對即將到來的新科技革命，世界主要國家普遍認識到發展顛覆性技術的重要性，都將顛覆性技術作為提升國家綜合國力、科技創新力和產業國際競爭力的先導途徑，并設立了專門的機構或基金來資助顛覆性技術，如美國的國防高級研究計劃局[1]、歐盟的歐洲創新理事會[2]、法國的創新與工業基金[3]、俄羅斯的先期研究基金會[4]、日本的顛覆性技術創新計劃[5]、韓國的創新挑戰項目[6]、愛爾蘭的顛覆性技術創新基金[7]等。

我國高度重視顛覆性技術，對顛覆性技術創新做了一系列戰略部署。2017 年5 月，國家“十三五”規劃綱要首次提出要“更加重視原始創新和顛覆性技術創新”[8]。2017 年10 月，黨的十九大報告強調，加快建設創新型國家，要突出顛覆性技術創新[9]。2018 年5 月，習近平總書記在中國科學院第十九次院士大會、中國工程院第十四次院士大會開幕會上強調，要“以關鍵共性技術、前沿引領技術、現代工程技術、顛覆性技術創新為突破口，敢于走前人沒有走過的路，努力實現關鍵核心技術自主可控，把創新主動權、發展主動權牢牢掌握在自己手中”[10]。“十三五”期間，科技部部署了“變革性技術關鍵科學問題”專項進行顛覆性技術研究[11]。2021 年，科技部將部署專門的“顛覆性技術創新重點專項”。

2019 年12 月，由中國科學技術信息研究所牽頭承擔的國家重點研發計劃項目“顛覆性技術感知響應平臺研發與應用示范”正式立項，項目圍繞科技戰略布局等需求，開展顛覆性技術感知響應理論模型、顛覆性技術識別方法、早期弱信號識別技術、顛覆性技術非常規評價方法、開發顛覆性技術感知響應平臺等研究工作，為科技部、創新主體等提供顛覆性技術研究、監測、預警、識別、評估、培育等服務，切實支撐我國“顛覆性技術創新重點專項”實施，推動我國顛覆性創新發展，保障國家科技、產業安全。

2 研究現狀及存在問題

本文從顛覆性技術創新理論、識別方法、評價方法等方面對國內外相關研究現狀進行了系統梳理，總結了存在問題，并進行了一些先期研究[12-16]，為構建一個能提供顛覆性技術研究、監測、預警、識別、評估、培育等服務的顛覆性技術感知響應系統框架奠定了良好的理論、方法基礎。

2.1 顛覆性技術創新理論研究現狀及存在問題

1995 年 ， Christensen 和 Bower 發 表 了 “Disrup‐tive Technologies: Catching the Wave”[17]一文，首次提出顛覆性技術概念，從而開創了顛覆性技術創新理論研究。1997 年，Christensen 在The Innovator’s Dilemma:When New Technologies Cause Great Firm to Fail[18]一書中對顛覆性技術做了進一步闡述，他認為技術創新可分為兩類，即“延續性技術”和“顛覆性技術”，兩種創新模式最大的差異在于是否具備“變革市場的潛力”。延續性技術是指沿著現有的改進軌跡向前推進的產品和技術；顛覆性技術是指性能最初可能低于主流市場的產品，但具有邊緣消費者看重的其他特性，隨著性能與功能的不斷完善，未來將對已有技術進行取代。2003 年，Chris‐tensen 在The Innovator's Solution:Creating and Sustaining Successful Growth[19]一書中用“顛覆性創新”的概念代替了“顛覆性技術”，指出顛覆性創新并不局限于技術本身，還包括服務與商業模式創新；并將顛覆性技術分為低端顛覆和新市場顛覆，低端顛覆是指從低端市場切入，依靠更便宜、小巧等特點滿足非主流消費者，不強調技術優勢，而新市場顛覆則是依靠技術顛覆在位者或者主流市場。從而增強了理論的可解釋性，擴大了理論的應用范圍。2004 年，Christensen 等[20]基于以上理論，提出了一個三步模型，用于幫助決策者發現行業變化，制訂行動計劃，嘗試將顛覆性創新理論投入實際應用。2006 年，Christensen[21]從理論的構建過程、理論的改進等方面回應了相關學者對于顛覆性創新理論的批評和討論，進一步完善和優化了顛覆性創新理論。但是Christensen 把顛覆性創新視為一種低性能、低價格的低端創新，難以解釋高性能、高價格的高端顛覆性現象。因此Govindarajan 等[22]與Sood等[23]擴展了顛覆性技術創新的內涵，認為顛覆性創新既可以先從低端市場切入，開始以較低價格提供較低性能的產品服務，通過逐步提高性能與功能逐步替代主流產品，也可以是首先立足于高端市場，一開始就提供更好性能與功能的產品和服務替代主流產品。

顛覆性創新理論自提出之后，其研究熱度一直居高不下。有不少研究者從不同角度對顛覆性技術的特點進行了闡述。Nagy 等[24]認為顛覆性技術具有“社會影響力大、提供新功能、基于不同技術軌道”等特點；Hüsig 等[25]總結了顛覆性技術七個特征：①廉價、簡單，最初性能較低，然后快速改進；②主流技術性能供過于求；③主流客戶一開始會拒絕使用顛覆性技術，因為它在首次推出時性能方面不及主流技術；④低利潤；⑤適應新興市場；⑥功能范圍大；⑦當性能供應軌跡與用戶需求軌跡互有交叉時就開始侵占市場。Sood 等[23]認為顛覆性技術具有“源于領域交叉、在位企業對顛覆性技術更敏感”等特點。Danneels[26]認為顛覆性技術具有“社會影響力大”的特點。蘇鵬等[13]認為顛覆性技術具有“基于不同的技術軌道、能夠滿足未被在位技術所發掘的潛在需求、顛覆性技術優勢長期保持、早期顛覆性技術主流性能劣勢、顛覆性技術主流性能持續提升、顛覆性技術性能供應效率較高、顛覆性技術須與主流創新領域現有需求關聯（即功能層面的完全覆蓋）”等7 個特點。

應該說，顛覆性技術創新理論自提出以來，其發展速度迅猛，取得了一些成果，但是因為顛覆性創新涉及因素多，具有復雜、模糊、認知難度大等特點，加上其發展時間尚短，所以還存在很多問題。主要問題有：①顛覆性創新理論不成熟，不夠系統全面；對其本質、特征等的認識膚淺且共識度不高；對其演變過程、動力機制等的認識還不夠清晰。②顛覆性創新理論的描述偏于抽象，不夠具體清晰，難以真正應用于顛覆性技術識別，實操性較差。③因為對顛覆性技術的本質、特征認識不夠清晰，利用現有顛覆性創新理論指導的顛覆性技術識別的效果不好。

2.2 顛覆性技術識別方法研究現狀及存在問題

我們在先期研究[12-16]中對顛覆性技術識別方法進行了系統梳理，發現目前顛覆性技術識別方法主要有文獻分析法、專利分析法、技術定義法、問卷調查法、場景模擬法、技術路線圖法或幾種方法的綜合靈活運用，從大的方面來講可以分為三類：借助專家智慧的主觀判斷、基于數據的客觀推導和結合兩者的綜合方法。

因為顛覆性技術具有高度復雜、模糊、認知難度大等特點，目前顛覆性技術識別方法還存在很多問題，主要有：①針對性不強。現有好多研究都是把一般技術監測識別方法直接用于顛覆性技術識別，并未針對其特點進行必要的調整優化。②難以實現早期識別。現有研究多采用的專利分析、論文分析、數據挖掘等方法探測的著眼點多數在于熱點技術問題，即強信號的信息，難以實現早期識別；而對早期識別具有重要意義的強度不高、或清晰度不高的信息，即弱信號的信息往往被排除在外。③依托數據不夠豐富。現有很多研究僅是依托一種或少量幾種數據進行顛覆性技術識別，而顛覆性技術涉及科技、市場、產業、政策等多方面，僅用一種或少量幾種數據難以保證結果的準確性。④方法單一，定性與定量方法有效融合不夠。顛覆性技術的特點決定了對其識別宜采用定性、定量結合的綜合方法，而現有識別方法大多采用定量或定性的單一方法，即使有采用定量與定性方法結合的研究，其方法的有效融合程度也很弱。⑤影響因素的考慮不夠全面。現有大多數研究一般多考慮技術因素，對技術與市場環境間關系考慮較少，對創新主體、政策等因素考慮較少。⑥不能滿足不同層次需要。國家、產業、企業等不同層次主體對顛覆性技術識別的需求是不一樣的，現有研究多集中于企業層次，還未見到針對不同層次的識別方法。⑦沒有針對不同時長的識別方法。顛覆性技術不同顛覆過程具有不同的特征，因此短期能夠顛覆的技術與中期、長期能夠顛覆的技術也會表現出不同特點，至今還未見到專門針對不同時長特點的識別方法。

2.3 顛覆性技術評價方法研究現狀及存在問題

目前，顛覆性技術評估研究多采用基于顛覆性技術創新理論框架構建指標體系的方式。Hall 等[27]提出了一個綜合了利益相關者理論、創新管理理念和波普爾的科學進化學習方法論的評價框架。Sainio等[28]引入新技術顛覆性潛力等重要性指標，從顧客利益、核心戰略、戰略資源和價值網絡等四個維度構建顛覆性技術評價體系。林春培等[29]提出了基于顛覆性技術特征標準、技術性能供給和需求變化軌跡的顛覆性技術識別框架。孫永福等[30]從技術、產品、市場、產業等四個維度構建顛覆性技術指標評價體系。許澤浩等[31]基于TRIZ 理論，提出了新技術顛覆性創新潛力評價體系。孟祥翠等[32]基于戰略生態位管理理論，從技術、市場和環境等三個維度構建顛覆性技術國際競爭力的評價指標體系。

但是我們知道，顛覆性技術普遍具有非共識性、難以計算投入產出效益、偶然性、突破傳統顛覆現有認知等特點，而現有大多數研究提出的顛覆性技術評價體系基本難以適應這些特點，存在的主要問題有：①指標多是基于已有學術價值觀的共識，難以遴選出真正的顛覆性技術；②描述性指標較多，可測度性差，難以實操；③評估內容與評估標準沒有考慮顛覆性技術多樣性特點，不同的顛覆性技術沒有采用不同的評價標準與評價方式。

3 顛覆性技術感知響應系統框架

從以上分析的顛覆性技術創新理論、識別方法、評價方法等方面存在的問題出發，深入分析了顛覆性技術感知響應系統的整體規劃和需求，堅持問題導向和可操作性原則，按照發現問題、分析問題、確定框架流程，我們提出了能支撐我國顛覆性技術創新工作需要的顛覆性技術感知響應系統框架。

3.1 系統框架設計原則

顛覆性技術感知響應系統框架設計遵循以下兩個基本原則。

1）問題導向原則

即緊緊圍繞顛覆性技術監測、識別、評估、服務等方面的重點、難點、焦點問題，展開研究，構建一個以解決上述問題為主的、能支撐我國顛覆性技術創新工作需要的顛覆性技術感知響應系統框架。

2）可操作性原則

顛覆性技術感知響應是實踐性很強的工作，其系統框架的實用性是確保顛覆性技術感知響應平臺的重要基礎。我們在設計系統框架時，特別注意了以下兩個方面：

（1）有可靠的、持續的數據支撐基礎。顛覆性技術監測、識別、評估、服務等功能的實現均需要相應的海量的多源數據庫的持續支撐，我們在設計技術框架時特別注意了這一點，綜合考慮了數據庫的可信性、持續更新能力等條件，保證系統持續可實現。

（2）最大限度減少不必要的人為操作。在兼顧顛覆性技術監測、識別、評估準確性的前提下，盡量利用信息技術實現自動處理，最大限度減少不必要的人為操作，從而減少時間和成本開銷，減少人為判斷的主觀性。

3.2 整體框架

針對顛覆性技術理論方法研究尚不系統、依托數據不夠豐富、缺少從創新主體角度出發的識別、沒有可實際支撐決策的實用系統等問題，我們提出的顛覆性技術感知響應系統框架包含四個部分：第一部分，顛覆性技術識別理論方法與專家預判系統；第二部分，地平線掃描系統；第三部分，創新主體創新感知系統；第四部分，顛覆性技術感知響應平臺開發與決策支撐應用。系統框架如圖1所示。

圖1 顛覆性技術感知響應系統框架

情報感知被認為是情報工作最重要的工作之一，它并非某個特定情報業務流程，而是指情報專業人員在常規性信息采集、加工和分析處理過程中，綜合運用各種知識工具完成對情報用戶需求、情報對象內容和情報任務組織的認知、解讀和表達[33]。顛覆性技術“感知”與“響應”是密切相關的兩項情報任務，針對顛覆性技術的情報感知重在盡早發現具有顛覆性特質的技術主體或客體對象，對感知發現的顛覆性技術對象或對象線索進行的跟蹤、評估、投送通報以及應對性決策所提供的情報保障則是針對顛覆性技術的情報響應業務內容指向。在我們設計的感知響應系統框架中，第一部分（顛覆性技術識別理論方法與專家預判系統）主要為顛覆性技術情報感知提供理論、方法支撐，第二部分（地平線掃描系統）與第三部分（創新主體創新感知系統）主要實現情報感知功能，第四部分（顛覆性技術感知響應平臺開發與決策支撐應用）主要實現情報響應功能。

3.2.1 各部分的相互關系

顛覆性技術感知響應系統框架各部分之間基本按照理論研究（第一部分）、資源建設與共性關鍵技術（第二部分和第三部分）、應用示范（第四部分）全鏈條布局，既各有側重又相互關聯，共同支撐實現顛覆性技術監測、識別、評估與決策支撐應用。第一部分（顛覆性技術識別理論方法與專家預判系統）主要研究顛覆性技術感知響應理論模型、顛覆性技術多維識別方法、顛覆性技術早期弱信號識別模型、顛覆性技術非常規評價體系、匯集專家與大眾智慧的顛覆性技術預判系統，為第二、三、四部分提供識別理論模型、方法與專家評估等支撐；第二部分（地平線掃描系統）依據第一部分形成的理論模型、方法，研究多源異構數據采集與處理技術，主要圍繞技術領域和政策戰略兩個方面形成特色監測池，構建地平線掃描系統與全球顛覆性技術政策戰略感知系統，主要從技術領域、政策戰略等角度出發，突破顛覆性技術早期弱信號識別技術，為第三、四部分提供數據、技術支撐；第三部分（創新主體創新感知系統）依據第一部分形成的理論、方法，在第二部分形成的數據基礎上重構、豐富，形成科研機構、企業監測資源池，建設科研機構與企業創新感知系統，主要從創新主體活動角度出發，突破顛覆性技術早期弱信號識別技術，為第四部分提供數據、技術支撐；第四部分（顛覆性技術感知響應平臺開發與決策支撐應用）研究基于RESTful 的微服務統一集成技術，實現第一、二、三部分構建的多個特殊任務小平臺的服務和功能集成，在此基礎上開展顛覆性技術感知響應平臺建設與示范應用。

3.2.2 顛覆性技術識別理論、方法與專家預判系統

針對顛覆性創新理論研究不夠系統全面深入、實操性較差、識別效果不好等問題，面向國家科技戰略布局需求，通過顛覆性技術案例研究，厘清顛覆性技術內涵、特征、動力機制等，在此基礎上，考慮顛覆性技術識別的高度復雜性，擬構建顛覆性技術感知探索構建顛覆性技術感知響應“過濾漏斗”模型，它采用逐步逼近方法，從發生機制、技術領域、創新主體等維度進行分步過濾，不斷迭代反饋，中間每個步驟穿插專家預判，從而保證形成較為準確的潛在顛覆性技術清單。

針對現有識別方法難以遴選出真正的顛覆性技術、可測度性差、沒有考慮顛覆性技術多樣性特點等問題，綜合考慮顛覆性技術識別預測的模糊性、綜合性，主要從數據、方法、影響因素、評估方式、層次、時長等六個維度出發，構建基于科學文獻、專利、市場、產業、政策等多源異構數據，融合定量與定性方法，綜合考慮內在特征與外在影響，采用交叉式評價與非共識評價等非常規評價方式，針對不同層次（企業、市場、產業、國家等），針對不同時長（長期、中期、短期）的綜合模糊的顛覆性技術識別預測方法；并進行方法的有效性檢驗，在實踐過程中不斷迭代完善。

針對目前主流方法忽視弱信號信息的問題，采用地平線掃描、聚類、交叉影響分析、德爾菲法等技術，研制包括全球監測、信息選擇、信號分析、顛覆性技術評估等步驟的顛覆性技術早期弱信號識別模型。

針對現有評估方法難以遴選出真正的顛覆性技術問題，探索面向顛覆性技術的非共識評價、交叉式評價等非常規評價體系。

針對顛覆性技術非共識特點，研究專家庫的構建、專家遴選、專家集體預判流程等，構建顛覆性技術預判專家輔助系統；針對現有評價過程中缺少大眾參與的問題，研究顛覆性技術實現事件的合約、交易機制、定價策略以及鼓勵用戶積極有效參與顛覆性技術預判過程的激勵機制，構建大眾參與的顛覆性技術預判系統。

3.2.3 地平線掃描系統

針對現有顛覆性技術識別方法依托數據不夠豐富的問題，深入研究服務于顛覆性技術識別的地平線掃描的內涵，分析地平線掃描與顛覆性技術的關系；構建基于文獻計量、動力學、巴斯創新擴展理論等的掃描模型；研究地平線掃描定性模型；提出全球顛覆性技術政策戰略感知模型。

面向顛覆性技術識別需要，建設全球重點領域科技元數據庫、全球顛覆性技術政策數據庫等，實現海量信息資源集成與有效組織。

針對地平線掃描全流程所面臨的信源甄別、信號識別、實體關聯問題，開發高可信度多信源數據消重去噪技術、弱信號環境下的領域對象特征增強識別技術、多源數據環境下細粒度指稱的實體鏈接技術等關鍵技術。

構建以服務顛覆性技術發現為目標的地平線掃描預警平臺。面向終端用戶提供創新感知監測系統數據服務，提供備選地平線掃描主題清單、地平線掃描監測報告等內容，形成從目標選擇到分析報告的地平線掃描服務能力。

3.2.4 創新主體創新感知系統

針對目前缺少從創新主體角度出發的顛覆性技術識別方法的問題，跟蹤全球重點企業與科研機構動向，構建全球創新主體創新感知系統，實現顛覆性技術監測、識別。主要研究內容包括兩個方面。

（1）顛覆性技術的時序、交叉和集成特征識別研究。從時序維度分析全球各重點創新主體對顛覆性技術的關注和布局動向，包括各個階段的科研投入、科研產出以及與同行的合作情況等；獲取基礎領域和應用領域重要突破性技術的研究、成熟情況等，掌握重點技術所處生命周期的階段。從典型顛覆性技術案例入手，充分掌握顛覆性技術的技術轉移或交叉融合特性，探索顛覆性技術的特征及識別方法，為感知、監測、預測顛覆性技術提供支撐。

（2）創新主體創新性技術主題的挖掘、評估和畫像研究。對相關科技信息數據按照顛覆性技術的發展路線、學科交叉等多個維度來進行聚合，厘清各技術點的主題特征、技術分支脈絡、交叉融合特性等，析取各項技術功能描述和應用場景中的重點特征，進而探索多維聚合的方法，以支撐對顛覆性技術的感知響應。通過對創新性技術在主題特征上的深度學習，研究從創新性技術的成熟度、關注度、耦合度、創新性、發展趨勢和產品化等不同維度分別進行評估的方法。挖掘已有的顛覆性技術的這些維度在發展路線上的變化及關聯特點，量化分析不同維度上主題特征對顛覆性技術產生的正面或負面影響，以此為基礎，識別預測可發展成為顛覆性技術的創新性技術。基于創新型機構的畫像和顛覆性技術的主題，構建機構-技術異構耦合關系網絡，為重要創新主體監測池的構建提供依據和支撐。

3.2.5 顛覆性技術感知響應平臺開發與決策支撐應用

研究并搭建基于RESTful 的微服務統一集成框架，實現第一、二、三部分構建的顛覆性技術預判系統、地平線掃描系統、創新主體創新感知系統等多個特殊任務小平臺的服務和功能集成。

研制平臺數據匯交的標準規范，制定數據匯交流程和交換格式，確保平臺數據的動態更新；研究制定平臺接口服務標準規范，研發微服務接口的配置管理和動態監測模塊，確保感知響應平臺接口的動態更新和實時服務。

在以上研究基礎上研制集監測-識別-評估-響應于一體的全功能型的顛覆性技術感知響應大平臺；實現為科技部等提供顛覆性技術研究、監測、預警、識別、評估、培育等服務，支撐國家科技資源配置與科技管理需求；實現對創新主體的個性化信息服務，形成高效持續的服務能力。

4 結 語

顛覆性技術感知響應系統框架研究是建設顛覆性技術感知響應平臺的關鍵，針對目前顛覆性技術感知響應系統存在的焦點問題，我們提出了包括顛覆性技術識別理論方法與專家預判系統、地平線掃描系統、創新主體創新感知系統、顛覆性技術感知響應平臺開發與應用的顛覆性技術感知響應系統框架，其具有以下特色。

在識別理論方面，構建顛覆性技術感知響應“過濾漏斗”模型。模型通過不斷迭代反饋，相互驗證，從而提升識別精度；模型通過使用大數據技術、先進信息技術等，可大幅減少人力物力開銷；模型適應范圍廣，能更好地滿足不同需求。

在識別技術方面，開發顛覆性技術早期弱信號識別模型及弱信號增強識別技術，能更早遴選出潛在顛覆性技術，提升了顛覆性技術識別的及時性。

在顛覆性技術評價方面，構建顛覆性技術非常規評價體系，保證遴選出真正的顛覆性技術；另外，基于非常規評價體系，構建結合專家與大眾的顛覆性技術預判系統，實現顛覆性技術識別準確性與全面性的平衡，以適用于更多的應用場景。

在資源建設方面，通過構建地平線掃描系統，實現多語多源異構數據的有效集成融合，為顛覆性技術監測、識別等提供扎實的數據基礎。

在創新主體創新感知方面，分別通過全球企業創新感知系統與全球科研機構創新感知系統的構建，實現創新主體動向實時動態跟蹤，支撐顛覆性技術監測、識別。

在平臺與服務方面，靈活組配式微服務統一集成框架、多個特殊任務小平臺群組配而成、集監測-識別-評估-響應于一體的全功能型的顛覆性技術感知響應平臺，能更加靈活地適應不同應用場景，更好地滿足用戶的不同需求，具有更好的按需服務能力。

顛覆性技術感知響應系統框架研究是“顛覆性技術感知響應平臺研發與應用示范”重點專項的頂層設計。后續研究中要加強每個部分的協同與集成，加強理論方法研究與決策支撐等服務應用的聯系，突出顛覆性技術監測-識別-評估-決策支撐的應用目標，更前瞻、更有效地服務于國家科技決策，推進我國顛覆性技術創新工作。