突破性創新與突破性創新設計研究綜述

檀潤華，王凡凡，張俊磊，劉芳

【特別策劃】

突破性創新與突破性創新設計研究綜述

檀潤華，王凡凡，張俊磊，劉芳

（河北工業大學，天津 300401）

將突破性創新設計從突破性創新與創新設計研究中分離出來進行專題分析。采用跨學科橫向關聯的方法，通過文獻檢索，分析技術創新管理領域關于突破性創新的研究成果，并歸納了3個主題。分析了設計與工程設計、創新設計的特征，并將創新設計分為3類，其中一類是突破性創新設計，最后對突破性創新設計所涉及內容進行文獻分析。實現了Leifer等提出的突破性創新的3個基本特征，這些特征的實現也是突破性創新設計成功的參考。突破性創新設計是創新設計的一類，其關鍵是通過已有跨學科效應或跨行業技術的搜索與應用，實現核心技術的突破。突破性創新設計過程包括機遇識別、突破性技術實現等關鍵階段，在C–TRIZ框架下已構建了幾種過程模型，并可供企業參考。技術創新管理領域中關于突破性創新的研究，為突破性創新設計提供特征參考，兩類研究屬于不同領域，但可形成上下游關系。這種觀點為創新設計跨學科研究提供了一種新思路。

突破性創新；創新設計；突破性創新設計；機遇識別；突破性技術；設計過程模型

經濟全球化致使技術與產品競爭白熱化，而逆全球化凸顯我國關鍵技術被“卡脖子”依然存在[1]。改變這種局面的措施之一是我國更多的企業實施突破性創新戰略[2]。突破性創新可以毀滅原有的價值鏈結構，產生新的價值網絡，從而帶動整個技術競爭節點、市場格局和產業結構的再造與重塑[3]。如4G到5G的突破性創新，帶來了網絡速度的跨越式提升，開拓了醫療、智慧城市、智能交通和工業物聯網等方面廣闊的藍海市場，也成就了華為在5G時代的領導者和標準制定者的地位。大力投入突破性技術與產品開發，不僅是中國裝備制造業實現轉型升級，構建創新優勢的主動選擇[4]，也是企業和國家推進突破性創新能力構建的必然選擇。突破性創新過程包含設計過程，該過程實現從原有技術軌道向新技術軌道的跨越，是典型的創新設計過程。

國家實施創新驅動發展戰略使創新設計得到全社會的關注。2013年8月，中國工程院啟動了“創新設計發展戰略研究”重大咨詢項目，眾多專家學者參加該項目的研究，其成果已寫入《中國制造2025》，用于指導企業創新設計。中國機械工程學會組織編著《中國機械工程技術路線圖》包含創新設計一節[5]。路甬祥院士[6]出版專著《論創新設計》，并撰寫了“創新設計競爭力研究”一文[7]。譚建榮院士[8]、徐志磊院士[9]分別撰寫了創新設計專題論文。中國好設計大賽吸引眾多企業參加，充分展示了企業對創新設計的重視。

創新設計是企業產品創新過程的一個階段。從管理的視角研究產品創新要素與過程管理是技術創新管理的研究內容，該領域研究的基本思想、觀點與成果[10]必然對創新設計產生影響，如突破性創新實現路徑[11]和對國家與企業發展的影響[12]，在該領域已有較多研究。然而，在設計領域，將技術創新管理理念、方法、成果引入創新設計過程，并進行跨學科研究實屬罕見。本文從突破性創新的視角出發，對技術創新管理領域突破性創新研究與發展、創新設計、突破性創新設計等3個方面的研究進行跨學科整理分析。

1 突破性創新

1.1 突破性創新的特征

突破性創新是一類創新程度高、創新影響力大的創新活動。該類創新能夠完成技術軌道的躍遷，具有顛覆原有形式、變革市場的重要意義。突破性創新存在研發難度大、不確定性高、早期優勢不顯著等問題，但隨著技術難題的克服，產品性能的快速上升使其性能極限超過原有的技術軌道，實現S曲線的躍遷，見圖1。在突破性創新關鍵特征的界定方面，Leifer等[13]認為滿足3個特征之一可被視為突破性創新（提供全新的技術，或主要性能指標提高5倍及以上，或產品成本至少降低30%）。技術創新管理領域對突破性創新的研究經歷了概念萌芽階段、概念發展多樣化階段，后一類包含實現路徑的研究。

圖1 突破性創新的S曲線

1.2 概念的萌芽時期

盡管關于突破性創新的研究可以追溯到熊彼特1921年出版的《經濟發展理論》，但絕大多數關于突破性創新的研究都以Leifer等提出的突破性創新3個主要特征為切入點。考慮到突破性創新技術軌道的不連續特征，1982年Dosi[14]關于“技術范式”與“技術軌道”關系的論證，也是重要的突破性創新研究起點。該文將突破性創新與漸進性創新統一到一個理論框架之內，并指出技術軌道的發展與技術范式有關，不連續的技術軌道則與新范式的出現有關。1995年Ehrnberg[15]進一步指出突破性創新中新技術范式出現的原因主要分為3類：新興產業的出現、已有產業中新舊技術替代、新技術和新技術發展子循環中的替代。依據上述分析，Ehrnberg進一步建立了不同主導設計模式下的技術軌道不連續發展模型，分為并行技術軌道和串行技術軌道，見圖2。

圖2 突破性創新的2種技術軌道[15]

圖2中并行軌道主要描述在某一產業興起的時候，技術處于醞釀階段，多種技術同時涌現，主導技術尚未出現，存在多種不同的可行性技術發展路線。經過多方面的發展，最終某一占據優勢的技術勝出，并成為行業的主導技術。串行技術的出現更多的是新舊技術替代、新技術和新技術發展子循環中的替代。這些關于技術軌道發展規律的研究構建了突破新創新的早期概念，屬于突破性創新概念的萌芽時期。

1.3 概念的多樣化發展時期

圍繞對突破性創新的特征總結，學者們進一步從技術演化、技術軌道轉換、技術創新結果等單一視角或多視角綜合的方向對突破性創新做進一步的分析和概念界定。關于突破性創新的研究也隨之進入了快速增長時期。Mcdermott等[16]從創新的結果評價出發，將突破性創新定義為能為公司和市場創造新業務的一類創新，其形成途徑仍然從突破性創新的主要特征出發。Kasmire等[17]認為所有對未來發展產生深遠影響的創新都可以稱之為突破性創新；如全新的研究領域，淘汰現有主導地位的競爭技術或生產流程。Davenport[18]和Forés等[19]提出突破性創新是指那些對現有服務提供的改變，這種改變來源于新的技術或新的產品架構；顯然，Davenport和Fores定義了廣義上的產品，即產品應該包括有形產品和無形產品。而Verganti[20]從產品語義學角度研究了設計與創新的關系，并從該視角定義了突破性創新：產品語義具有重大突破的一類創新，包括那些被重新賦予新的、重大意義的既有產品也屬于突破性創新；例如手表從顯示時間的原始意義到身份象征意義的轉變就屬于突破性創新。

上述關于突破性創新的定義主要是從市場化和商業化的視角給出的分析。后期學者們繼續對這種市場化和商業化的現象進行了深入研究。Story等[21]、O'Connor等[22]相繼提出如果一項創新在性能特征方面有了前所未有的改進，并且可以進行應用開發，那么該類創新屬于突破性創新。該定義是從突破性創新能提供前所未有全新性能特征的產品或者服務視角出發，同時考慮了設計規范的概念，因為“前所未有”的改進往往是偏離當前技術設計軌道的再設計。Sood等[23]進一步驗證了技術軌道進化發展的路徑，并指出技術進化并不是遵循單一的S曲線，而是一個不斷向上的階段函數，隨著時間的推移，產品性能較前技術會有大幅度的提高，這種情況稱之為突破性創新。

在此期間，國內學者也對突破性創新的定義進行了多樣化的研究。張洪石等[24]指出突破性創新是導致產品性能主要指標發生巨大躍遷，或者對市場規則、競爭態勢、產業版圖具有重大影響力，甚至可能導致產業重新洗牌的一類創新。陳勁等[25]認為突破性創新是指基于突破性技術的創新。薛紅志等[26]認為突破性創新是建構在全新的知識基礎上，并對主導企業核心能力產生替代、破壞的一類創新。張金柱等[27-28]指出突破性創新是指技術創新的方法、產品、設備、材料等技術主題發生不連續性變化，并引發性能的躍遷或功能的變化，最終導致市場、產品、服務、商業模式等發生不連續性變化。趙息等[29]則認為突破性創新是以全新的產品、生產方式和競爭形態，對市場與產業做出顛覆性改造的創新模式。郭小超等[30]采用知識圖譜的方法研究突破性創新的特征。

總之，突破性創新的概念與形成的路徑特征已清晰，企業創新實踐中也已證明該類創新的重要性。企業急需應用的是突破性設計方法，即構建突破性、程序性設計過程模型，企業設計人員可應用該模型完成突破性創新設計，為后續制造并推出突破性產品奠定基礎。技術創新管理領域已有的研究成果可以作為創新設計研究的上游知識加以應用。

2 創新設計

2.1 設計與工程設計

設計過程起始于需求的概念描述到被設計對象或產品的詳細描述，產品是意圖驅動的結果。設計是有意識、有目的的一系列活動，其結果是使某事件從未滿足需求的狀態達到一個新滿足需求的狀態。設計是人們需要改變所涉及環境的一類活動。

設計有各種定義。如設計是按照任務的目的和要求，預先定出工作方案和計劃，繪出圖樣；設計是把一種計劃、規劃、設想，通過視覺的形式傳達出來的活動過程；設計是把一種設想，通過合理的規劃與周密的計劃，以各種感覺形式傳達出來的過程；設計是對未來的工程“制造物”及其建造過程的構思與設想，用圖紙、模型、方案等來表達。設計是一個過程，該過程起始于功能需求，終止于滿足功能需求的產品的表達，這種表達應足夠詳細到產品的制造、整合與建造。

與設計活動緊密相關的幾個概念是目的、功能、行為與結構[31]。目的是意向或意圖驅動做某事的行動或事實，目的也可簡單定義為意圖。功能是執行、履行或實施的行動。行為是在某種特定條件或環境下，某事物執行或作用的方式方法。結構是在關系協調的條件下，由各部分或元件所構成的具有獨特性質的總體。結構表示“是什么（What is）”，行為表示“怎樣做（How Does）”，功能表示“做什么（What Does）”，目的表示“為什么要做（Why Does or What for）”。

上述幾個概念之間的關系概括如下：結構展示行為，行為導致功能，功能實現目的；或目的由功能實現，功能由行為導致，行為由結構展示。

結構是給定物理環境中產品所處的狀態，在該環境中呈現出特定的行為；這些行為孕育出各種功能；而功能的實現很好地詮釋了人們需要產品存在的目的。結構、行為、功能屬性可以體現產品滿足人們需求的價值。

Trott[32]將設計分為3類：工程類、日用消費類、時尚類，見表1。不同類型的設計所關注的重點不同，工程設計關注工程解決方案，日用消費品類設計關注形態概念的產生，而時尚類設計關注變化或流行趨勢，見表2。不同類型的設計所用的知識也不同。本文綜述的重點是工程設計或該類產品的突破性創新，因此工程設計是重點。

表1 設計活動的范圍

Tab.1 Scope of design activities

表2 設計活動的影響方面

Tab.2 Impact aspects of design activities

工程設計是在滿足各應用領域需求，不斷總結機械、建筑、化工、水利等工程設計方面的理論、方法和設計經驗的基礎上，綜合系統工程、價值工程、創造工程、優化設計、決策學等自然科學和社會科學的多種理論所構建。工程設計經歷了自發階段、自覺階段、計算機輔助的現代階段。自發設計階段又稱直覺設計階段，設計過程主要依靠直覺摸索和設計靈感，主要依賴于設計者的經驗。第2個發展階段是16世紀后，隨著數學、物理等基礎自然科學的發展，人類在工程設計過程中開始自覺應用自然科學知識，設計過程由自發階段走向自覺階段，工程設計學理論逐漸建立形成，設計的可靠性大大增加。第3個階段是計算機輔助的現代設計階段，設計過程面向制造、分析、工藝等，并向著智能化設計發展。

工程設計需用工程方法產生有用裝置的表征，該表征的產生需包含分析與綜合2個主要階段。分析階段詳細確定設計規格說明與產品的功能，綜合階段確定各個元件與部件，并指出它們之間可能的相互關系。

工程設計是一個復雜的過程。針對設計復雜性，形成的設計過程不是簡單的一個順序過程，經過多年的研究，已提出多個設計過程模型。Cross[33]將這些模型歸為描述型（Descriptive Models）與規定型（Prescriptive Models）兩類過程模型。前者對設計過程中可行的活動進行描述，后者規定設計過程所必需的活動。Pahl等[34]的工程設計模型是一類典型的規定型過程模型，在國際工程設計領域應用最為廣泛，被稱為經典設計理論。

2.2 創新設計及其特征

創新設計是面向企業產品創新需求，通過設計創造新穎、具有獨特價值且為企業帶來長期經濟效益的產品。該類設計是形式與情景之間的匹配過程，形式是解決方案，情景是未來新產品所處的環境。創新設計的核心是解決情景所誘發的設計難題，其結果形成發明，經過后續的開發過程，形成具有市場推廣意義及商業價值的產品。

創新設計是一個合理化的問題解決過程，是打破已有規則而產生新規則的過程。創新設計不僅涉及產品，也涉及組織與市場創新。Zhang等[35]認為創新設計應表現出三方面特性：創新設計的結果與已有的產品均不同、創新設計結果的價值應由用戶與市場直接評價、創新設計與已有設計類型的區別是其涉及商業化的轉變。孫守謙等[36]認為創新設計是一種跨學科融合的集成創新，由技術、藝術、文化、人本與商業5類構成要素組成。胡潔等[37]研究了創新設計中創新源泉、創新機制和評價機制，并提出創新設計不僅需重用本領域的設計知識，而且需要跨領域多學科知識的激勵。鄧衛斌[38]等在概念設計階段利用參數化的設計思維方法，創造可以激發設計師靈感的環境，啟發其更好地進行產品創新設計。李麗等[39]為解決產品造型風格創新設計過程中存在模糊性、不確定性和缺乏創新性等問題，提出從原型角度展開產品造型風格創新設計。這些研究涉及創新設計的內涵、源泉、過程、方法與跨學科知識的運用。

按照技術創新管理研究中關于創新的分類，并根據設計結果的差異化和技術系統進化原理，將作為工程設計子類的創新設計分為漸進性創新設計、突破性創新設計和破壞性創新設計3類[40]。

1）漸進性創新設計。是通過不斷地、漸進地、連續地改進已有技術系統或產品而實現的一類創新，通常表現為產品技術進化過程中在同一條S曲線上不斷遞增的過程，其核心是不斷地發現并解決沖突，設計結果與已有產品的差異性程度較低。

2）突破性創新設計。是以全新、新型的產品生產制造方式或工藝過程產生新型的競爭形態，而對市場和產業帶來顛覆性變革的一類創新。通常表現為原始創新或產品技術進化過程中，2條S曲線間的自然更迭，其結果可大幅提升產品的性能和企業的生產效率，與已有設計存在顯著差異性。

3）破壞性創新設計。是用低于主流市場上定型產品性能的產品取代主流產品，是實現跨越的一類創新。通常表現為產品進化過程中位于成熟期的分支點，分為低端破壞和新市場破壞，其創新設計結果是對市場結構帶來顛覆性變化，因此其結果也被稱為顛覆性創新。

3 突破性創新設計

突破性創新設計研究涉及突破性創新機遇發現、技術實現與設計過程模型構建，其結果要形成能用于企業突破性創新設計實踐的系統化方法。

3.1 突破性創新機遇發現方法

在商業語義中，機遇是一次可以被創造與發展的成功嘗試，突破性創新機遇來源于變化（如知識、技術、經濟、政治、社會、人口結構、地域等的變化）。機遇的識別取決于已有的經驗與方法的應用，經驗與方法使人們將無關的變化、知識或事件等連接在一起，并形成機遇。機遇的識別有多種方法，如基于變化識別的方法、需求進化的方法、裁剪與功能重組的方法、功能集成的方法與情景分析法等。

基于變化識別的方法：如Drucker[41]給出了激發企業創新的外部變化與內部變化。外部變化為人口狀況的改變、理解及意義的改變、新知識的應用。企業內部變化為意外的成功或失敗、不協調現象、基于流程需要的創新、產業或市場結構的改變。這些變化如果影響到待研究的產品，可以通過原型法或案例法[42]確定突破性創新機遇。

基于需求進化的方法：Kano模型[43]定義了基本型、期望型和興奮型三個層次的用戶需求。其中興奮需求要提供給用戶一些完全出乎意料的產品屬性或服務行為，使用戶產生驚喜，該類需求能成為一種突破性創新機遇。需求進化定律的應用是另一種通過需求進化的機遇識別方法。Petrov定義了需求進化理想化、需求進化動態化、需求進化協調化、需求進化集成化、需求進化專門化5條定律[44]，向需求進化理想化變化是總體趨勢。可根據這5條定律預測未來可能的用戶需求變化，并以此確定突破性創新機遇。

裁剪與功能重組方法[45]：裁剪是TRIZ中一種用于產品結構創新的方法，依據已建立的功能模型，識別問題功能，對問題功能和相關功能實施裁剪，裁剪后的系統應實施功能重組，為保障功能的不變性，需要構建新功能。新功能的出現成為突破性創新機遇。

功能集成方法[46]：通過功能或技術集成，形成新功能，該類功能的實現形成了突破性創新機遇。也可以通過近緣與遠緣功能的集成，形成具有多個主功能的產品，能夠滿足用戶多方面的需求。

情景分析方法[47]：以原型產品典型實踐性情景作為初始場景，對情景條件中的初始核心情景要素、用戶關聯要素和環境關聯要素，采用不同的情景操作策略，探索未來可能的新情景要素及特征，并通過形態學矩陣組合為新的未來情景條件，發現產品集成到不同情景條件下的特征要求。同時提出支持情景預期演化的演化原理發現過程，進而發現實現此原理產品應具備作用特征，作為創新機遇。該方法可用于突破性創新機遇識別。

3.2 突破性技術實現方法

選定一個或多個需要改變工作原理的功能后，需要引入新知識，確定新的工作原理或原理解，這些選定的功能稱為關鍵功能。為了提高產品某項性能的物理極限，所引入的新知識通常是跨學科的知識。學者們已給出了功能實現的一系列方法，這些方法用于關鍵功能的實現，其結果可以產出突破性技術。

類比方法：類比方法是基于類比推理的功能求解方法[48]。類比涉及源與目標兩類事物，源是熟悉的事物或已存在的問題，目標是新的事物或待解決的問題。類比的過程是根據源與目標在一系列屬性上相同或相似，而且已知其源還具有其他特定屬性，由此推出目標也具有同樣的其他特定屬性的結論[49]，或認為類比是將知識從源轉移至目標的過程，轉移的依據是源與目標2個情境間有著某種相似性。如果源或源設計與目標或目標設計的功能相同，通過知識轉移的方法，源設計可為目標設計提供潛在的解決方案。基于認知科學中對類比推理過程的研究，類比設計包括設計知識存儲和表征、檢索、目標設計和源設計之間的知識映射和轉移、目標設計方案的產生[50-51]。因此，應用類比方法，可以實現技術的突破。

功能導向搜索方法（FOS）：該方法由Litivn等[52]提出。當確定關鍵功能后，以功能作為關鍵詞進行技術搜索，以確定實現該功能在不同領域內的成熟技術，經過評估后將成熟技術引入本領域并實現突破性創新，所搜索的領域應該是不同的工業領先領域，如航空航天、軍工、機器人等領域。該方法的優點是通過跨行業搜索得到的技術已經成熟，將其移植到本領域風險較小。

功能–效應搜索方法[53-54]：對已確定的關鍵功能，應用數學、物理、化學、生物等基礎學科或跨學科中的效應可以確定其新的原理解，該原理解可實現產品性能物理極限的提升，從而實現技術的突破。因此，關鍵功能可通過效應來實現，并得到突破性技術。

功能–行為–效應–原理–結構方法（FBOS）[55]：該方法是功能–行為–結構（FBS）的進一步發展。其中的行為可以是機械、聲學、熱力學、電學、磁學等不同的行為。效應是某類行為之下的不同效應，如可以通過摩擦、振動或擠壓效應產生力。原理即是將效應用簡單圖形結構表征的原理解。結構是將原理解表征為準確且精細的結構。由于采用不同的效應，可以產生突破性技術解決方案。

技術進化[44,53-55]方法：TRIZ中的技術進化系統由技術進化定律與進化路線構成，技術進化定律代表技術進化的方向，某定律下的一條進化路線代表技術從低級到高級進化的不同狀態。將關鍵功能的技術實現與選定定律和路線的進化狀態對比，確定潛力狀態，這些潛力狀態的實現可能是突破性技術。

以上這些方法可單獨應用，也可綜合應用。

3.3 突破性創新設計過程

以Leifer等[52]所提出的突破性創新3個特征之一為參考，構建從機遇識別、關鍵功能確定、突破性技術搜索與實現、后續設計過程實現的系統化模型，形成結構化方法。

C–TRIZ[53]已構建一類基于突破性發明的突破性創新設計過程模型。該模型首先以形成突破性發明為基礎，其次完善后續的設計過程，最終形成突破性產品創新設計。突破性發明包括機遇發現、機遇分析、突破性發明設想產生、設想評價與概念產生4個部分。機遇確認是根據企業需要和市場環境狀況，選擇一種目標產品，對目標產品進行技術成熟度預測，如果目標產品已到成熟期，符合突破性創新的時機，就需要考慮進行突破性發明創新。機遇分析是建立所選產品關系型功能模型，根據元件間相互作用的關系，確定產品技術系統的主功能，建立產品核心技術子系統物質—場模型，確定主功能的工作原理，選擇一個需要強化的技術子系統，針對此子系統技術結構進行技術進化預測，確定技術潛力狀態，即為突破性發明的技術機遇。突破性發明設想產生是利用類比、功能導向、FBOS等方法搜索所需知識或技術進行整合，并形成突破性發明的技術方案。設想評價和概念產生是根據企業實際情況對可以實現的設想進行評價并產生最終創新設想，然后經過概念設計階段的完善，形成領域解，即突破性創新的產品原理解。之后可以進入傳統的新產品開發階段，最終開發出滿足市場需要的突破性創新產品。

Wang等[56]構建了一類以LT表為基礎的突破性創新設計模型。LT表是將物理量用長度L（Length）和時間T（Time）二維量綱表示后匯總的表格。Bartini[57]提出了物理參數量綱化的具體方法，系統研究了物理常量之間的關系，建立了一個由長度L和時間T 2個基本量表示的運動學系統的各物理量。Wang等構建了一類系統化突破性創新設計過程模型（ESM），包括問題確定、功能分析、關鍵功能選擇、效應搜索與選擇、結構構建與評估等幾個階段。其中效應搜索部分采用LT表的方法。

圖3給出了另一種突破性創新設計過程模型[40]。該模型細分為7個步驟：突破性創新的技術機遇分析、初步設想產生、設計要素分析、功能設計、資源匹配、效應搜索與選用、結構設計。該過程還包含3次評估，分別為“初步設想合理性驗證”“技術方案可行性驗證”和“方案結構合理性驗證”，評估合格繼續，否則需返回到之前的相關步驟，最后完成設計任務。

圖3 突破性創新設計過程模型

4 結論

突破性創新是對市場和產業帶來顛覆性變革的一類創新。目前已有的研究結果表明，實現Leifer等提出的3個基本特征之一是該類創新成功的指標。這些特征的實現也是突破性創新設計成功的參考。

突破性創新設計是創新設計的一類，其關鍵是通過已有跨學科效應或跨行業技術的搜索與應用，實現核心技術的突破。該類創新設計難度大，風險高，但對提升企業的競爭力具有戰略意義。

突破性創新設計過程模型是企業急需的一類設計方法。突破性創新機遇識別方法和突破性技術實現方法是該過程的關鍵階段。在C–TRIZ框架下已構建了幾種過程模型，并可供企業參考。目前的研究與Pahl等所構建的設計過程模型相比還有很大的發展空間。

本文將技術創新管理領域關于突破性創新的研究成果與突破性創新設計進行了橫向關聯，使不同領域的平行研究成為上下游關系。下游借鑒上游的研究成果，上游參考下游的研究方法與目標，這為創新設計跨學科研究提供了一種新思路。

[1] 張軍, 陳勁. 破局“卡脖子”技術突破的戰略與路徑[M]. 北京: 科學出版社, 2022.

ZHANG Jun, CHEN Jin. Breaking the Bureau: the Strategy and Path of "Sticking the Neck" Technology Breakthrough[M]. Beijing: Science Press, 2022.

[2] 陳光, 鐘方媛, 明翠琴, 等. 中國突破性創新的理論模式與實踐研究[J]. 軟科學, 2021, 35(10): 22-30.

CHEN Guang, ZHONG Fang-yuan, MING Cui-qin, et al. Study on Theoretical Model and Practice of Breakthrough Innovation in China[J]. Soft Science, 2021, 35(10): 22-30.

[3] AHUJA G, MORRIS LAMPERT C. Entrepreneurship in the Large Corporation: A Longitudinal Study of how Established Firms Create Breakthrough Inventions[J]. Strategic Management Journal, 2001, 22(6-7): 521-543.

[4] 邵云飛, 詹坤, 吳言波. 突破性技術創新: 理論綜述與研究展望[J]. 技術經濟, 2017, 36(4): 30-37.

SHAO Yun-fei, ZHAN Kun, WU Yan-bo. Breakthrough Technology Innovation: Literature Review and Prospect[J]. Technology Economics, 2017, 36(4): 30-37.

[5] 中國機械工程學會. 中國機械工程技術路線圖2021版[M]. 北京: 機械工業出版社, 2022.

Chinese Mechanical Engineering Society. Technology roadmaps of Chinese mechanical engineering[M]. Beijing: China Machine Press, 2022.

[6] 路甬祥. 論創新設計[M]. 北京: 中國科學技術出版社, 2017.

LU Yong-xiang. On innovative design[M]. Beijing: China Science and Technology Press, 2017.

[7] 路甬祥. 創新設計競爭力研究[J]. 機械設計, 2019, 36(1): 1-4.

LU Yong-xiang. Research on Competitiveness of Innovation Design[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(1): 1-4.

[8] 譚建榮, 張樹有, 徐敬華, 等. 創新設計基礎科學問題研究及其在數控機床中的應用[J]. 機械設計, 2019, 36(3): 1-7.

TAN Jian-rong, ZHANG Shu-you, XU Jing-hua, et al. Research of Basic Science Problems of Innovative Design and Application in CNC Machine Tools[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(3): 1-7.

[9] 徐志磊, 董占勛, 于釗. 創新設計新思維[J]. 機械設計, 2019, 36(4): 1-4.

XU Zhi-lei, DONG Zhan-xun, YU Zhao. New Thought of Innovation Design[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(4): 1-4.

[10] 王巍, 李德鴻, 侯天雨, 等. 多重網絡視角下突破性技術創新的研究述評與展望[J/OL]. 科學學與科學技術管理, 2022: 1-19. (2022-06-02). https://kns.cnki.net/ kcms/detail/12.1117.g3.20220530.1823.014.html.

WANG Wei, LI De-hong, HOU Tian-yu, et al. A Review and Prospect of Breakthrough Technology Innovation in Multiple Networks[J/OL]. Science of Science and Management of S & T, 2022: 1-19. (2022-06-02). https:// kns.cnki.net/kcms/detail/12.1117.g3.20220530.1823.014.html.

[11] 蔣瑜潔, 郭婷, 王尚可, 等. 新興國家如何實現突破性技術創新——基于中美V2X專利數據對比分析[J]. 科學學研究, 2021, 39(10): 1882-1896.

JIANG Yu-jie, GUO Ting, WANG Shang-ke, et al. How to Achieve Breakthrough Innovation in Emerging Countries—A Study Based on the Comparative Analysis of V2X Patent Data between China and the US[J]. Studies in Science of Science, 2021, 39(10): 1882-1896.

[12] 陳勁, 吳欣桐. 大國創新[M]. 北京: 中國人民大學出版社, 2021.

CHEN Jin, WU Xin-tong. Big country innovation[M]. Beijing: China Renmin University Press, 2021.

[13] RICHARD AL ]. Radical innovation: how mature companies can outsmart upstarts[M]. Boston: Harvard Business School Press, 2000.

[14] DOSI G. Technological Paradigms and Technological Trajectories: A Suggested Interpretation of the Determinants and Directions of Technical Change[J]. Research Policy, 1982, 11(3): 147-162.

[15] EHRNBERG E. On the Definition and Measurement of Technological Discontinuities[J]. Technovation, 1995, 15(7): 437-452.

[16] MCDERMOTT C M, O'CONNOR G C. Managing Radical Innovation: An Overview of Emergent Strategy Issues[J]. Journal of Product Innovation Management, 2002, 19(6): 424-438.

[17] KASMIRE J, KORHONEN J M, NIKOLIC I. How Radical is a Radical Innovation? an Outline for a Computational Approach[J]. Energy Procedia, 2012, 20: 346-353.

[18] DAVENPORT T H. Need Radical Innovation and Continuous Improvement? Integrate Process Reengineering and TQM[J]. Planning Review, 1993, 21(3): 6-12.

[19] FORéS B, CAMISóN C. Does Incremental and Radical Innovation Performance Depend on Different Types of Knowledge Accumulation Capabilities and Organizational Size? [J]. Journal of Business Research, 2016, 69(2): 831-848.

[20] VERGANTI R. Design, Meanings, and Radical Innovation: A Metamodel and a Research Agenda[J]. Journal of Product Innovation Management, 2008, 25(5): 436-456.

[21] STORY V, O'MALLEY L, HART S. Roles, Role Performance, and Radical Innovation Competences[J]. Industrial Marketing Management, 2011, 40(6): 952-966.

[22] O'CONNOR G C, RICE M P. A Comprehensive Model of Uncertainty Associated with Radical Innovation[J]. Journal of Product Innovation Management, 2013, 30: 2-18.

[23] SOOD A, TELLIS G J. Technological Evolution and Radical Innovation[J]. Journal of Marketing, 2005, 69(3): 152-168.

[24] 張洪石, 陳勁. 突破性創新的組織模式研究[J]. 科學學研究, 2005, 23(4): 566-571.

ZHANG Hong-shi, CHEN Jin. The Study about Organizational Mode for Radical Innovation[J]. Studies in Science of Science, 2005, 23(4): 566-571.

[25] 陳勁, 戴凌燕, 李良德. 突破性創新及其識別[J]. 科技管理研究, 2002, 22(5): 22-28.

CHEN Jin, DAI Ling-yan, LI Liang-de. Breakthrough Innovation and Its Identification[J]. Science and Technology Management Research, 2002, 22(5): 22-28.

[26] 薛紅志, 張玉利. 互補性資產與既有企業突破性創新關系的研究[J]. 科學學研究, 2007, 25(1): 178-183.

XUE Hong-zhi, ZHANG Yu-li. Study of Relationship between Complementary Assets and Incumbent Firms' Radical Innovation[J]. Studies in Science of Science, 2007, 25(1): 178-183.

[27] 張金柱, 張曉林. 利用引用科學知識突變識別突破性創新[J]. 情報學報, 2014, 33(3): 259-266.

ZHANG Jin-zhu, ZHANG Xiao-lin. Identification of Radical Innovation Based on Mutation of Cited Scientific Knowledge[J]. Journal of the China Society for Scientific and Technical Information, 2014, 33(3): 259- 266.

[28] 張金柱. 基于引用科學知識突變的突破性創新識別方法研究[D]. 北京: 中國科學院大學, 2013.

ZHANG Jin-zhu. Research on Breakthrough Innovation Identification Method Based on Citing Scientific Knowledge Mutation[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2013.

[29] 趙息, 李文亮. 知識特征與突破性創新的關系研究——基于企業社會資本異質性的調節作用[J]. 科學學研究, 2016, 34(1): 99-106.

ZHAO Xi, LI Wen-liang. Knowledge Attribute and Radical Innovation: The Moderating Effect of Heterogeneity Social Capital[J]. Studies in Science of Science, 2016, 34(1): 99-106.

[30] 郭小超, 雷婧, 馮銀虎, 等. 基于知識圖譜的國際突破性創新理論研究綜述[J]. 科學管理研究, 2020, 38(1): 20-26.

GUO Xiao-chao, LEI Jing, FENG Yin-hu, et al. Review of International Radical Innovation Based on the Knowledge Map[J]. Scientific Management Research, 2020, 38(1): 20-26.

[31] ROSENMAN M A, GERO J S. Purpose and Function in Design: From the Socio-Cultural to the Techno-Physi-cal[J]. Design Studies, 1998, 19(2): 161-186.

[32] TROTT P. Innovation Management and New Product Development[M]. Essex: Pearson Education Limited, 2013.

[33] CROSS N. Engineering Design Methods[M]. Sussex: John Wiley & Sons, 2000.

[34] PAHL G, BEITZ W, FELDHUSEN J, et al. Engineering Design[M]. Darmstadt: Springer Verlag, 2007.

[35] ZHANG Q, DENIAUD I, CAILLAUD E, et al. De-scriptive Model for Interpreting Innovative Design[C]// International Design Conference-Design 2012, Dubrov-nik: HAL Science Ouverte, 2012.

[36] 孫守遷, 趙東偉, 戚文謙. 人機融合創新設計[J]. 包裝工程, 2021, 42(12): 7-15.

SUN Shou-qian, ZHAO Dong-wei, QI Wen-qian. Hu-man-Machine Fusion and Innovative Design[J]. Pack-aging Engineering, 2021, 42(12): 7-15.

[37] 胡潔, 陳斌. 創新設計中的源泉、機制和評價問題研究綜述[J]. 包裝工程, 2020, 41(18): 60-70.

HU Jie, CHEN Bin. Source, Operating Mechanism, and Evaluation of Innovative Design[J]. Packaging Engi-neering, 2020, 41(18): 60-70.

[38] 鄧衛斌, 王彤彤, 葉航. 基于參數化思維的產品創新設計方法[J]. 包裝工程, 2022, 43(8): 76-84.

DENG Wei-bin, WANG Tong-tong, YE Hang. Product Innovation Design Method Based on Parametric Thought[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(8): 76-84.

[39] 林麗, 李智美. 基于原型理論的產品造型風格創新設計方法研究[J]. 包裝工程, 2022, 43(8): 42-49.

LIN Li, LI Zhi-mei. Innovative Design Method of Product Modeling Style Based on Prototype Theory[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(8): 42-49.

[40] 檀潤華, 曹國忠, 劉偉. 創新設計概念與方法[J]. 機械設計, 2019, 36(9): 1-6.

TAN Run-hua, CAO Guo-zhong, LIU Wei. Concepts and Methods of Innovative Design[J]. Journal of Ma-chine Design, 2019, 36(9): 1-6.

[41] DRUCKER P F. The Discipline of Innovation[J]. Har-vard Business Review, 1985, 63(3): 67-72.

[42] BARON R A. Opportunity Recognition as Pattern Rec-ognition: How Entrepreneurs “Connect the Dots” to Identify New Business Opportunities[J]. Academy of Management Perspectives, 2006, 20(1): 104-119.

[43] 魏麗坤. Kano模型和服務質量差距模型的比較研究[J]. 世界標準化與質量管理, 2006(9): 10-13.

WEI Li-kun. A Comparative Study on Kano Model and Gaps Model of Service Quality[J]. World Standardization & Quality Management, 2006(9): 10-13.

[44] 檀潤華. TRIZ及應用技術創新過程與方法[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010.

TAN Run-hua. TRIZ and applications[M]. Beijing: Higher Education Press, 2010.

[45] 于菲, 劉芳, 檀潤華, 等. TRIZ輔助多層次裁剪方法集構建[J]. 機械工程學報, 2015, 51(21): 156-164.

YU Fei, LIU Fang, TAN Run-hua, et al. Construction of Multi-Level Trimming Method Set Based on TRIZ[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(21): 156-164.

[46] 劉芳, 江屏, 檀潤華. 基于技術雜交的一類產品技術集成創新設計[J]. 機械工程學報, 2011, 47(21): 123-132.

LIU Fang, JIANG Ping, TAN Run-hua. Product Integrated Innovation Based on the Technological Hybridization[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(21): 123-132.

[47] 劉力萌, 檀潤華, 劉偉, 等. 基于情景的模糊前端創新機會識別[J/OL]. 計算機集成制造系統, 2021: 1-20. (2021-06-18) [2022-04-15]. https://kns.cnki.net/kcms/ detail/11.5946.TP.20210618.0946.010.html.

LIU Li-meng, TAN Run-hua, LIU Wei, et al. Identification of Innovation Opportunities in Fuzzy Front End Based on Scenario[J/OL]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2021: 1-20. (2021-06-18)[2022-04-15]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5946.TP.20210618.0946.010.html.

[48] KRUMNACK U, KAI K, SCHWERING A, et al. Analogies and Analogical Reasoning in Invention[M]. New York: Springer, 2013.

[49] 陳英和, 趙笑梅. 類比問題解決的理論及研究[J]. 北京師范大學學報(社會科學版), 2008(1): 50-56.

CHEN Ying-he, ZHAO Xiao-mei. Theoretical Issues in Analogical Problem Solution: A Survey[J]. Journal of Beijing Normal University (Social Sciences), 2008(1): 50-56.

[50] WAREHAM T, EVANS P, VAN ROOIJ I. What does (and Doesn't) Make Analogical Problem Solving Easy? A Complexity-Theoretic Perspective[J]. The Journal of Problem Solving, 2011, 3(2): 30-71.

[51] 檀潤華, 張瑞紅, 劉芳, 等. 基于TRIZ的二級類比概念設計研究[J]. 計算機集成制造系統, 2006, 12(3): 328-333.

TAN Run-hua, ZHANG Rui-hong, LIU Fang, et al. Two Stages Analogy-Based Conceptual Design Based on TRIZ[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2006, 12(3): 328-333.

[52] LITVIN S, FEYGENSON N, FEYGENSON O. Advanced Function Approach[J]. Procedia Engineering, 2011(9): 92-102.

[53] 檀潤華. C-TRIZ及應用——發明過程解決理論[M]. 北京: 高等教育出版社, 2020.

TAN Run-hua. C-TRIZ and its Application[M]. Beijing: Higher Education Press, 2020.

[54] 李志廣. 基于功能和物理定律的概念設計研究[D]. 天津: 河北工業大學, 2014.

LI Zhi-guang. Study on Conceptual Design Based on Function and Physical Laws[D]. Tianjin: Hebei University of Technology, 2014.

[55] MONTECCHI T, RUSSO D. FBOS: Function/Beha-viour-Oriented Search[J]. Procedia Engineering, 2015, 131: 140-149.

[56] TAN Run-hua. TRIZ and Applications[M]. Beijing: Higher Education Press, 2010.

[57] WANG Kang, TAN Run-hua, PENG Qing-jin, et al. Radical Innovation of Product Design Using an Effect Solving Method[J]. Computers & Industrial Engineering, 2021, 151: 106970.

[58] BARTINI R. Relations Between Physical Constants[J]. Progress in Physics, 2005, 1(3): 34-40.

Study of Radical Innovation and Radical Innovative Design

TAN Run-hua, WANG Fan-fan, ZHANG Jun-lei, LIU Fang

(Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)

The paper aims to separate the radical innovative design from the radical innovation and innovative design as an independent design method for thematic analysis. The basic method for study is interdisciplinary literature search both in technological innovation management and design. The first, three topics is divided from the studies of the technological innovation management. Then, the analysis is carried out for the studies of the design, engineering design and innovative design. The innovative design is divided into three types and the radical innovative design is one of them. The opportunities, key implement methods for radical technologies and process models for radical innovative design is analyzed. Some conclusions are drawn from the literature analysis. The first is that the three features of radical innovations given by Leifer can be the key features for radical innovative designs. The second, the radical innovative design is a kind of innovative design in which interdisciplinary knowledge and technologies are searched and applied. The topics for the radical innovative design are opportunity identification, radical technology implementation and design process model development. Under C-TRIZ framework a few design models for radical innovation have been developed. The last, the both studies in the technological innovation management and the design for radical innovation can be reference each other. This view is a new thinking for interdisciplinary study of innovative designs.

radical innovation; innovative design; radical innovative design; opportunity identification; radical technologies; design process model

TB472

A

1001-3563(2022)18-0009-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.18.002

2022–08–07

國家自然科學基金資助項目（51675159）；中央引導地方科技發展專項資助項目（18241837G）；國家創新方法專項（2020IM020600）

檀潤華（1958—），男，博士，教授，主要研究方向為創新設計。

責任編輯：陳作