孫永福，王禮恒，孫棕檀，王崑聲，胡良元，崔劍，徐源，康熙瞳

（1. 中國工程院，北京 100088；2. 中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京 100048）

引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵與遴選研究

孫永福1，王禮恒1，孫棕檀2，王崑聲2，胡良元2，崔劍2，徐源2，康熙瞳2

（1. 中國工程院，北京 100088；2. 中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京 100048）

引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)具有技術(shù)突破性、產(chǎn)品替代性、市場廣泛性與產(chǎn)業(yè)變革性特征，會對社會發(fā)展和人民生活產(chǎn)生深遠的影響。本文首先從產(chǎn)業(yè)和技術(shù)角度出發(fā)，提出引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵；其次，建立相應的指標評價體系；最后，通過兩輪問卷調(diào)查，以定性和定量相結(jié)合的方式，遴選出20多項引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，從而為進一步研究顛覆性技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革間的規(guī)律、開展技術(shù)預測工作提供支撐。

產(chǎn)業(yè)變革；顛覆性技術(shù)；指標評價體系；遴選；調(diào)查問卷

一、前言

顛覆性技術(shù)創(chuàng)新在歷次科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的孕育、發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用，對社會發(fā)展和人民生活產(chǎn)生了深遠的影響[1]。當前，世界正處于新一輪科技革命的前夜，新一輪顛覆性技術(shù)發(fā)展十分活躍，信息技術(shù)、能源技術(shù)、生命科學技術(shù)交叉融合、深度滲透和群體興起，增材制造、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、石墨烯等顛覆性技術(shù)已經(jīng)處于產(chǎn)業(yè)化突破的臨界點[2,3]。世界各國紛紛瞄準這一時代契機，從政府頂層到企業(yè)層面，相繼發(fā)布推動技術(shù)創(chuàng)新和促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃與政策措施，謀劃搶占科技制高點和市場先機。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式形成歷史性交匯，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑，我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級如逆水行舟，不進則退。我國應緊緊抓住當前的重大歷史機遇，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中搶占戰(zhàn)略制高點，才有可能實現(xiàn)彎道超車、后來居上。

在這樣的背景下，若能準確把握與預測引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)的發(fā)展方向，將為我國制定重大科技發(fā)展規(guī)劃及政策提供決策支撐，為我國選擇產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的著力點、關(guān)系全局和長遠發(fā)展的戰(zhàn)略必爭領域和優(yōu)先發(fā)展方向提供重要參考。對引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)的預測，可采用以下循序漸進的研究思路：首先研究引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵；再采用科學、準確的手段對引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)進行定性與定量遴選；進而總結(jié)引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革顛覆性技術(shù)的特征與發(fā)展規(guī)律，開展探索性技術(shù)預測。

引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵研究與定性定量遴選引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)是“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的重大顛覆性技術(shù)預測研究”項目的一部分?！耙l(fā)產(chǎn)業(yè)變革的重大顛覆性技術(shù)預測研究”是中國工程院2016年立項的重大咨詢項目，旨在貫徹中國共產(chǎn)黨第十八屆中央委員會第五次全體會議提出的創(chuàng)新發(fā)展理念和“重視顛覆性技術(shù)創(chuàng)新”的要求，匯集專家群體智慧、廣泛調(diào)研國內(nèi)外各領域最新的研究成果，遴選、提出和研究未來10年國內(nèi)外正在引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，以及有共識的未來20年必然引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革或可能引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)。項目從產(chǎn)業(yè)和技術(shù)結(jié)合的角度提出了引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵，并建立引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)指標評價體系，通過第一輪問卷調(diào)查定性遴選出約160項技術(shù)，再應用指標評價體系通過第二輪問卷調(diào)查定量遴選出約20項技術(shù)，從而為進一步研究顛覆性技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革間的規(guī)律、開展技術(shù)預測奠定基礎。

二、引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵與指標評價體系

（一）引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵

顛覆性技術(shù)是采用科學原理進行創(chuàng)新應用、或由技術(shù)集成創(chuàng)新產(chǎn)生的新技術(shù)；這些新技術(shù)具有重大突破性，對相關(guān)技術(shù)具有替代性，具有廣泛的應用價值，并將對產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。產(chǎn)業(yè)變革是以技術(shù)創(chuàng)新為基礎，經(jīng)歷新事物從無到有、從小到大、逐步擴散到日常生產(chǎn)和生活的過程[4]，進而推動產(chǎn)業(yè)組織管理模式、產(chǎn)品制造生產(chǎn)模式、商業(yè)運行模式等變革性發(fā)展，甚至催生新興產(chǎn)業(yè)。

引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)是以技術(shù)取得重大突破為基礎和前提，以該項技術(shù)為核心的產(chǎn)品具有顛覆性創(chuàng)新，能夠催生潛力巨大的市場，并引發(fā)產(chǎn)業(yè)組織管理模式、產(chǎn)品制造生產(chǎn)模式、商業(yè)運行模式等的變革。

引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)具有以下特征。

一是技術(shù)突破性?？茖W原理的創(chuàng)新應用，或跨學科、跨領域技術(shù)的集成創(chuàng)新等取得重大突破，或工藝技術(shù)取得突破，能夠?qū)Ξa(chǎn)品性能或形態(tài)產(chǎn)生重大影響。

二是產(chǎn)品替代性。在技術(shù)取得重大突破后,以該項技術(shù)為核心的產(chǎn)品具有顛覆性創(chuàng)新，有望引發(fā)產(chǎn)品與服務（還包括工藝裝備和設計方法）的更新?lián)Q代，或者創(chuàng)造全新的產(chǎn)品形態(tài)。

三是市場廣泛性。對新產(chǎn)品或服務需求廣泛，可強勁擠占原有的產(chǎn)品市場，市場和產(chǎn)業(yè)的容量大；或者引發(fā)和培育出新市場需求，形成規(guī)模龐大的新市場，對產(chǎn)業(yè)具有廣泛的可嵌入性。

四是產(chǎn)業(yè)變革性。由于顛覆性產(chǎn)品的市場需求強勁或產(chǎn)生新的需求形態(tài)等，與其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)在組織管理模式、產(chǎn)品制造生產(chǎn)模式、商業(yè)運行模式等方面必須進行相適應或創(chuàng)新性變革。

（二）引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)指標評價體系

指標評價體系緊扣“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)”內(nèi)涵與特征，設為4個一級指標和12個二級指標。4個一級指標與“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)”的4個特征，即“技術(shù)突破性、產(chǎn)品替代性、市場廣泛性、產(chǎn)業(yè)變革性”相對應。同時，設計了每個二級指標的初始權(quán)重值（見表1），為引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)的定量遴選提供可操作的方法。

表1 引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)指標評價體系

表2 技術(shù)需求性指標評價準則

2.技術(shù)提升性指標

該指標表征關(guān)鍵技術(shù)的核心指標提升情況。相比原有技術(shù)，提升率越高顛覆性影響越明顯（見表 3）。

表3 技術(shù)提升性指標評價準則

3.技術(shù)成熟度指標

該指標表征核心關(guān)鍵技術(shù)的成熟度。成熟度越高，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的潛力越大。因為項目著重關(guān)注10年內(nèi)引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，考慮到無論是技術(shù)成熟與培育，還是技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品再到進入市場，都需要一定的年限，故著眼于技術(shù)成熟度（TRL）≥4的技術(shù)。該項指標得分小于4（TRL＜ 4）的技術(shù)將不予考慮（見表4）。

表4 技術(shù)成熟度指標評價準則

4.產(chǎn)品突出性指標

該指標表征技術(shù)引發(fā)的產(chǎn)品或服務對舊有產(chǎn)品或服務的替代作用與影響。該項指標得分越高，替代性越強（見表5）。

表5 產(chǎn)品突出性指標評價準則

每個二級指標均設立可量化標準，根據(jù)相應的評價標準有相應得分（0～10分）。

1.技術(shù)需求性指標

“需求”能體現(xiàn)技術(shù)對重大問題的解決。通過設立該指標來判斷某項技術(shù)是否具有強烈的應用需求，以及需求推動程度（見表2）。

5.制造成熟度指標

該指標表征產(chǎn)品制造過程中關(guān)鍵制造技術(shù)的成熟程度，以及技術(shù)轉(zhuǎn)化過程中的制造風險。制造成熟度越高，應用價值越大（見表6）。

6.制約因素指標

該指標表征技術(shù)成功轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或服務時所需付出的努力與面臨的困難。該指標作為唯一的負向指標，包括成本、基礎設施和政策等因素，得分越高，技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或服務的潛力越大（見表7）。

表6 制造成熟度指標評價準則

表7 制約因素指標評價準則

7.民眾生活指標

該指標表征顛覆性技術(shù)對生活資料（消費者）市場的影響，體現(xiàn)在衣食住行甚至社交娛樂等精神層面需求的改變與提升，以及衣食住行甚至社交娛樂等精神層面成本的降低（見表8）。

表8 民眾生活指標評價準則

8.生產(chǎn)資料指標

該指標表征顛覆性技術(shù)對生產(chǎn)資料市場的影響，體現(xiàn)在生產(chǎn)資料中設備、原材料、工具、輔助品等各要素的改變，涵蓋了日用品制造、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)耕作與武器裝備研制等多種生產(chǎn)資料市場（見表 9）。

表9 生產(chǎn)資料指標評價準則

9.受益群體指標

該指標表征技術(shù)對市場終端——廣義消費者的影響，該項指標得分越高，顛覆性技術(shù)產(chǎn)生的受眾影響越大。廣義消費者包括消費者（普通民眾）、生產(chǎn)者、服務者（生產(chǎn)與制造、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)）、特定人群（軍事人員及其他）等（見表10）。

表10 受益群體指標評價準則

10.產(chǎn)業(yè)運行模式指標

該指標表征產(chǎn)業(yè)運行模式的發(fā)展與改變，包括組織管理模式、制造模式與商業(yè)模式的改變與發(fā)展（見表11）。

表11 產(chǎn)業(yè)運行模式指標評價準則

11.產(chǎn)業(yè)規(guī)模指標

該指標從從業(yè)人數(shù)、產(chǎn)業(yè)集中程度、市場規(guī)模與占有率、經(jīng)濟價值等角度表征產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大和改變（見表12）。

表12 產(chǎn)業(yè)規(guī)模指標評價準則

12.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標

該指標表征由于產(chǎn)品比例或服務形態(tài)的改變，引發(fā)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻變化，將逐步催生新興產(chǎn)業(yè)、改造原有產(chǎn)業(yè)、淘汰夕陽產(chǎn)業(yè)（見表 13）。

表13 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標評價準則

三、引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革顛覆性技術(shù)的定性遴選

對引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)的定性遴選，需經(jīng)歷三個步驟：首先，綜合國內(nèi)外各類顛覆性技術(shù)研究報告與技術(shù)熱點，形成“技術(shù)選項清單”（313項技術(shù)）；其次，依托院士智慧與專家力量，在“技術(shù)選項清單”的基礎上，開展問卷調(diào)查；最后，根據(jù)問卷調(diào)查的結(jié)果，進行多渠道技術(shù)補充，形成“技術(shù)備評清單”（165項），具體流程見圖1。

圖1 引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)的定性遴選流程

（一）技術(shù)選項清單的形成

持續(xù)跟蹤主要國家和機構(gòu)開展的顛覆性技術(shù)研究與預測報告，從中梳理出與產(chǎn)業(yè)相關(guān)的顛覆性技術(shù)；并對國內(nèi)政策文件與熱點詞匯進行整理，對涉及到的顛覆性技術(shù)進行篩選、歸類；再借鑒吸收《中國工程科技2035發(fā)展戰(zhàn)略研究》技術(shù)清單、科技部面向“十三五”技術(shù)預測的部分成果，最后形成包含313項技術(shù)的“技術(shù)選項清單”。

（二）第一輪調(diào)查問卷工作

問卷調(diào)查將以中國工程院院士為核心、專家為骨干、學部為主體，旨在廣泛征集并匯聚院士、專家意見，充分發(fā)揮各學部各領域院士、專家的作用。依照各學部設置，共設置8份“技術(shù)選項子清單”，院士專家在每份“技術(shù)選項子清單”選出不超過20項的引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)，并可進行技術(shù)增補。對問卷進行回收統(tǒng)計時，按各技術(shù)入選頻次對技術(shù)進行排序，并對院士專家補充的技術(shù)進行詳細記錄（見表14）。

表14 第一輪問卷調(diào)查統(tǒng)計情況

（三）技術(shù)備評清單的形成

通過入選技術(shù)數(shù)、第一輪問卷入選技術(shù)數(shù)、《中國工程科技2035發(fā)展戰(zhàn)略研究》渠道入選技術(shù)數(shù)、院士補充渠道入選技術(shù)數(shù)、其他渠道入選技術(shù)數(shù)五個渠道，對技術(shù)進行集成、歸并和刪減，最終形成包含165項技術(shù)的“技術(shù)備評清單”（見表15）。此外，還對165項技術(shù)的預計實現(xiàn)年份及數(shù)量進行了統(tǒng)計（見表16）。

表15 “技術(shù)備評清單”中的技術(shù)來源 項

表16 技術(shù)預計實現(xiàn)年份及數(shù)量統(tǒng)計 項

四、引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)定量遴選

在包含165項技術(shù)的“技術(shù)備評清單”的基礎上，采用指標評價體系，設計第二輪調(diào)查問卷；仍以中國工程院各學部院士為核心，廣泛征集并匯聚院士意見，填寫第二輪調(diào)查問卷；最后對問卷結(jié)果進行統(tǒng)計，與院士補充的技術(shù)數(shù)量綜合后，形成26項“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革顛覆性技術(shù)備研清單”（見圖2）。

圖2 引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)定量遴選流程

問卷中對單項技術(shù)的遴選設置如圖3所示。對調(diào)查問卷出現(xiàn)的以下幾種情況做如下處理。

圖3 第二輪調(diào)查問卷中對單項技術(shù)的遴選設置

（1）對技術(shù)“很熟悉、熟悉、一般”的專家，在統(tǒng)計技術(shù)得分時按3∶2∶1的比重進行處理。

（2）對未做出“是否為顛覆性技術(shù)”判別或做出否定判別的問卷，不納入問卷統(tǒng)計。

（3）對只做出“技術(shù)熟悉程度”判別但未進行評價勾選的問卷，進行“入選次數(shù)”統(tǒng)計，不進行“技術(shù)得分”統(tǒng)計。

（4）對做出技術(shù)評價勾選但未做出“技術(shù)熟悉程度”判別的問卷，統(tǒng)一處理為“技術(shù)熟悉程度一般”。

第二輪問卷調(diào)查共回收178份有效問卷，回收率接近20%。按照“技術(shù)得分”和“入選次數(shù)”兩個序列，對技術(shù)進行排序，再結(jié)合院士增補的29項技術(shù)，經(jīng)過篩選后，形成初步的“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革顛覆性技術(shù)備研清單”（現(xiàn)有26項）。后續(xù)將開展企業(yè)研討、雙創(chuàng)群體研討與其他形式的調(diào)研，確定最終的“技術(shù)備研清單”。

26項引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)如下：無人駕駛交通系統(tǒng)技術(shù)、新能源汽車動力技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)/數(shù)字貨幣、智能計算與智能化軟件、大數(shù)據(jù)開發(fā)與利用、人工智能及腦認知的形式化、生物3D打印先進制造技術(shù)和設備、超導材料、面向高效能量轉(zhuǎn)化與存儲的納米材料技術(shù)、碳納米管及石墨烯等碳基材料制備技術(shù)、新一代核反應堆技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)、天然氣水合物大規(guī)模安全經(jīng)濟開采關(guān)鍵技術(shù)、規(guī)?；滦碗娔艽鎯夹g(shù)、井下油水分離同井注采技術(shù)、數(shù)值天氣預報、建筑工程的3D打?。ńㄔ欤┘夹g(shù)、現(xiàn)代高效節(jié)水灌溉技術(shù)、超級高速鐵路、紡織全流程智能制造、新型農(nóng)藥、農(nóng)作物先進育種技術(shù)、基因編輯技術(shù)、健康醫(yī)學、生物醫(yī)藥、慢病防控工程與治療關(guān)鍵技術(shù)。

五、結(jié)語

項目從研究引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵、建立引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)的指標評價體系入手，通過兩輪問卷調(diào)查，依托院士與專家智慧，逐步從313項“備選技術(shù)清單”中定性遴選出165項“備評技術(shù)”，再從這165項“備評技術(shù)”中定量遴選出26項“備研技術(shù)”。對引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革顛覆性技術(shù)內(nèi)涵與遴選所開展的逐步聚焦、定性定量相結(jié)合的研究方法，是對顛覆性技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革規(guī)律把握與理解的一種初步探索，也為項目后期開展技術(shù)預測奠定基礎。

項目在開展引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)內(nèi)涵與遴選的研究工作中，也注重積累階段性成果，探索研究方法的創(chuàng)新性，主要體現(xiàn)在：對引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)案例的關(guān)注，整理形成3篇典型案例；對國外顛覆性技術(shù)識別方法的梳理，進行簡要的分析對比；開展各行業(yè)知名企業(yè)座談會，企業(yè)家介紹了顛覆性技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況；與政府機構(gòu)與軍方專家就顛覆性技術(shù)發(fā)展趨勢、政策扶持、軍民差異等進行溝通等。

但與此同時，對引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)的內(nèi)涵與遴選研究，也存在需要完善及進一步研究的方面，主要體現(xiàn)在：各類技術(shù)清單中的技術(shù)還是存在技術(shù)顆粒度大小不一的問題；未充分借助產(chǎn)業(yè)界力量，把握處于產(chǎn)業(yè)孕育階段的顛覆性技術(shù)；參與問卷調(diào)查的專家數(shù)量與覆蓋面還有所欠缺。這就需要我們借鑒已開展的引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)遴選工作及其他研究項目的成果經(jīng)驗，在開展后續(xù)研究時，設計更合理、科學與創(chuàng)新性的技術(shù)遴選機制，設立學術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界人士都廣泛參與項目研究的機制，并建立長期的技術(shù)、知識、專家?guī)旆e累。通過持續(xù)改進，更好地為引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)預測與分析工作的開展提供支撐與幫助。

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Connotation and Selection of Disruptive Technologies that Lead Industrial Change

Sun Yongfu1, Wang Liheng1, Sun Zongtan2, Wang Kunsheng2, Hu Liangyuan2,Cui Jian2, Xu Yuan2, Kang Xitong2
(1. Chinese Academy of Engineering, Beijing 100088, China; 2. China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering, Beijing 100048, China)

Disruptive technologies that lead industrial change have many characteristics, including technological breakthrough, product substitution, market universality, and industrial transformation, all of which have profound impact on social development and people’s lives. First, from the industry and technology perspectives, this article proposes the connotation and selection of disruptive technologies that lead industrial change. Next, the corresponding index evaluation system is established. Lastly, through two rounds of questionnaire surveys utilizing qualitative and quantitative methods, this article selects approximately 20 disruptive technologies that are currently leading the industrial change; subsequent analysis provides support for further study on the law between disruptive technology and the industrial revolution, as well as carrying out technical forecasting.

industrial change; disruptive technologies; index evaluation system; selection; questionnaire survey

T-01

A

2017-08-22；

2017-09-22

孫永福，中國工程院，院士，教授級高級工程師，主要研究方向為鐵路工程管理；E-mail: yongfusun@163.com

中國工程院咨詢項目“引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的重大顛覆性技術(shù)預測研究”(2016-ZD-12)

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DOI 10.15302/J-SSCAE-2017.05.002