張 奔 楊 柳 紀(jì)亞琨 葛慧磊

(華中科技大學(xué)管理學(xué)院 武漢 430074)

0 引 言

隨著“中國(guó)制造2025”等國(guó)家戰(zhàn)略綱要的提出，中國(guó)許多新興產(chǎn)業(yè)都急需顛覆性技術(shù)的突破來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，從而在全球化進(jìn)程中提升競(jìng)爭(zhēng)力。目前對(duì)于顛覆性技術(shù)特性的研究仍處于探索階段，需要從多個(gè)方面加深對(duì)其發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)?？死锼固股念嵏残詣?chuàng)新理論強(qiáng)調(diào)小規(guī)模企業(yè)的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)[1]，但主要是從市場(chǎng)角度展開觀察。顛覆性技術(shù)對(duì)于在位者技術(shù)具有顯著的技術(shù)替代效應(yīng)，在其技術(shù)成熟度達(dá)到一定程度時(shí)能夠直接影響產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)并促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)鏈分支的形成。而其演變過程是一種激進(jìn)的發(fā)展方式，相比漸進(jìn)式技術(shù)創(chuàng)新其技術(shù)生命周期更加復(fù)雜，并表現(xiàn)出不穩(wěn)定和隨機(jī)性等特點(diǎn)，這使得需要綜合多個(gè)視角來描繪其發(fā)展軌跡。技術(shù)發(fā)展過程可抽象為具有特定規(guī)律的技術(shù)軌跡并與專利布局相對(duì)應(yīng)[2]，在這一軌跡中通過劃分技術(shù)發(fā)展區(qū)間能夠幫助確定技術(shù)發(fā)展過程中的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并且有助于決策者判別技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及預(yù)測(cè)技術(shù)發(fā)展的未來走向[3-4]。通過研究典型顛覆性技術(shù)的演化趨勢(shì)對(duì)于揭示顛覆性技術(shù)的形成機(jī)制及發(fā)展規(guī)律具有重要意義，并對(duì)于其他技術(shù)領(lǐng)域預(yù)示顛覆性創(chuàng)新具有積極啟示。

1 相關(guān)研究評(píng)述

新興技術(shù)的演化過程一直是科學(xué)計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其中顛覆性創(chuàng)新和漸進(jìn)式創(chuàng)新是兩種典型的演化范式。自從Christensen系統(tǒng)性提出顛覆性創(chuàng)新理論[5]以來，學(xué)界就對(duì)什么是顛覆性創(chuàng)新進(jìn)行了廣泛討論。早期的一些研究運(yùn)用技術(shù)路線圖來展現(xiàn)顛覆性技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和創(chuàng)新路徑。如Walsh提出了一種多層次技術(shù)路線圖的構(gòu)建方法[6]，強(qiáng)調(diào)“技術(shù)推動(dòng)”和“市場(chǎng)拉動(dòng)”的作用。而Kostoff等人則是從語義分析的角度，提出了一種基于文本挖掘的技術(shù)路線圖構(gòu)建方法[7]，指出技術(shù)演化路徑應(yīng)當(dāng)具備“技術(shù)問題——解決方案”的多層對(duì)應(yīng)機(jī)制。技術(shù)路線圖能夠全面直觀地展現(xiàn)技術(shù)發(fā)展過程，但在構(gòu)建過程中較為依賴主觀判斷且耗費(fèi)的時(shí)間和精力較多。

識(shí)別顛覆性技術(shù)或新興技術(shù)需要通過技術(shù)演化過程的相關(guān)指標(biāo)及算法來綜合判斷。其中評(píng)價(jià)指標(biāo)包括定性、定量以及混合等幾類，現(xiàn)有研究主要是通過提出新指標(biāo)和擴(kuò)展應(yīng)用，如蘇敬勤等使用專利影響因子對(duì)顛覆性技術(shù)進(jìn)行早期識(shí)別[8]，李牧南等使用主要功能價(jià)值指標(biāo)識(shí)別石墨烯的創(chuàng)新演化[9]等。在算法方面，則是根據(jù)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)特征構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，探索子技術(shù)之間的特有關(guān)聯(lián)[10]或是對(duì)技術(shù)成熟度進(jìn)行評(píng)估[11]。已有文獻(xiàn)較多的是從技術(shù)層面入手來識(shí)別技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，如黃魯成等通過屬性集相似性算法提出了一個(gè)顛覆性技術(shù)識(shí)別框架[12]。上述這些指標(biāo)和算法從不同方面描述技術(shù)的潛在價(jià)值和發(fā)展前景，有助于鎖定顛覆性技術(shù)分支的具體范圍，但較難挖掘出技術(shù)發(fā)展過程在時(shí)間維度上的趨勢(shì)信息。

而在考慮時(shí)間維度的現(xiàn)有研究中，有較多文獻(xiàn)從技術(shù)生命周期的視角對(duì)此展開了探索。傳統(tǒng)的技術(shù)生命周期實(shí)證模型是基于生態(tài)學(xué)中的Logistic方程等模型，將技術(shù)發(fā)展過程與前述模型所對(duì)應(yīng)的S型曲線進(jìn)行擬合[13]，從而通過相應(yīng)的技術(shù)生命周期相關(guān)指標(biāo)來探索技術(shù)發(fā)展過程的特征，如花磊等通過社會(huì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)構(gòu)建仿真模型探索最優(yōu)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[14]，胡雯等通過協(xié)同度、合作產(chǎn)出、協(xié)同效應(yīng)等指標(biāo)構(gòu)建模糊集合識(shí)別模型[15]，張海峰等通過周期階段指標(biāo)構(gòu)建模糊貼近度模型評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展程度[16]。羅建強(qiáng)等通過技術(shù)生命周期的案例分析提出了后發(fā)企業(yè)的創(chuàng)新軌道演化模型[17]。這些研究從不同角度對(duì)技術(shù)發(fā)展過程展開了綜合評(píng)價(jià)，重點(diǎn)在于分析技術(shù)發(fā)展過程的結(jié)構(gòu)特征或周期特征。

由于經(jīng)典S型曲線擬合方法存在諸多不足，因而在最近的研究中有較多是對(duì)技術(shù)生命周期模型進(jìn)行改進(jìn)，如通過模糊集[18]和貝葉斯算法[19]修正以提升擬合精度和模型穩(wěn)健性。此外，技術(shù)成熟度曲線(Technology Hype Curve，THC)是一種典型的改進(jìn)技術(shù)發(fā)展曲線。通過這一曲線對(duì)各個(gè)新興技術(shù)展開評(píng)估，能夠預(yù)測(cè)新興技術(shù)潛在的發(fā)展趨勢(shì)。相比經(jīng)典S型曲線擬合模型，THC能夠更加直觀地反映技術(shù)所處的發(fā)展階段，從而為利益相關(guān)者提供決策支撐意見[20-21]，并且可以對(duì)特定技術(shù)領(lǐng)域評(píng)價(jià)其中較為成熟的關(guān)鍵技術(shù)分支[22]。但THC主要適用在特定產(chǎn)品的成熟度評(píng)估方面，以幫助公眾正確理解新興技術(shù)的價(jià)值而避免過分炒作。這一模型有助于新興技術(shù)領(lǐng)域的商業(yè)轉(zhuǎn)化過程，但難以從技術(shù)發(fā)展過程中區(qū)分多個(gè)共同演化趨勢(shì)。

上述研究對(duì)于探索新興技術(shù)和顛覆性技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)形成了一些積極進(jìn)展，但尚未指出如何從技術(shù)發(fā)展過程中識(shí)別出具體的演化方向和路徑。直接識(shí)別顛覆性技術(shù)具有哪些特征存在困難，并且在識(shí)別方法方面，采用主觀方法相對(duì)來說耗時(shí)耗力而采用客觀方法又難以提升精準(zhǔn)性，如何平衡兩者的優(yōu)劣也是一大挑戰(zhàn)。綜上所述，識(shí)別特定技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)演化趨勢(shì)是本研究所要解決的主要問題?，F(xiàn)有研究較多的是從技術(shù)推動(dòng)與市場(chǎng)拉動(dòng)兩個(gè)視角之一來識(shí)別，本研究則是擬將這兩個(gè)視角與技術(shù)生命周期結(jié)合起來進(jìn)行考察，并通過應(yīng)用技術(shù)生命周期的關(guān)鍵時(shí)間區(qū)間分布來總結(jié)趨勢(shì)特征。

2 研究設(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)來源本文選取高鐵軌道技術(shù)領(lǐng)域作為案例展開研究。在中國(guó)，高鐵技術(shù)是典型的顛覆式創(chuàng)新代表之一，不僅實(shí)現(xiàn)了國(guó)外高鐵技術(shù)的關(guān)鍵性能，而且還通過技術(shù)創(chuàng)新形成了新的突破。目前中國(guó)高鐵線路的總里程，已經(jīng)大大超過了世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家。在如此驚人的飛速發(fā)展中，中國(guó)高鐵技術(shù)實(shí)際上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)外技術(shù)的顛覆性突破，并通過系統(tǒng)集成能力的共演化實(shí)現(xiàn)技術(shù)追趕[23]。如中國(guó)將高鐵線路延伸到高寒凍土地區(qū)，完成了哈爾濱至牡丹江以及哈爾濱至齊齊哈爾的兩條高鐵線路建設(shè)。這一技術(shù)突破率先解決了在高寒凍土地區(qū)修建高速鐵路的難題[24]，在建設(shè)的過程中中國(guó)高鐵企業(yè)運(yùn)用了先進(jìn)的建設(shè)材料和技術(shù)，來克服高寒地區(qū)的隧道防水及車身防寒等關(guān)鍵技術(shù)問題。由此可見，軌道建設(shè)及相關(guān)技術(shù)是高鐵產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系中的重要組成部分，對(duì)其進(jìn)行研究具有代表性意義。

為展開實(shí)證分析，本文主要從德溫特創(chuàng)新索引(Derwent Innovation Index, DII)數(shù)據(jù)庫搜集相關(guān)專利數(shù)據(jù)，在咨詢相關(guān)技術(shù)專家意見的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)庫中的高速鐵路軌道專利進(jìn)行檢索，相應(yīng)的專利檢索式為：((TS=(high AND speed AND rail*) OR TS=(high AND speed AND train) OR TS=(rapid AND transit AND train) OR TS=(rapid AND transit AND rail*) OR TS=(bullet AND train) OR TS=(express AND rail*) OR TS=(express AND train) OR TS=(fast AND moving AND train) OR TS=(fast AND move* AND train) OR TS=(fast AND rail*) OR TS=(quick AND rail*) OR TS=(rapid AND rail*) OR TS=(rapid AND train))) AND (TS=(rail* AND track) OR TS=(rail* AND trackage)) NOT PN=CN*U，檢索結(jié)果為5 518件，時(shí)間跨度為1963-2019年。在檢索過程中排除了中國(guó)實(shí)用新型專利，主要是將高鐵軌道技術(shù)的中國(guó)發(fā)明專利和其他國(guó)家或地區(qū)的發(fā)明專利綜合起來進(jìn)行分析。

2.2研究方法本研究的主要流程如圖1所示，具體說明如下：首先對(duì)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行多段S型曲線擬合，分別對(duì)總體專利數(shù)量、專利權(quán)人數(shù)量以及技術(shù)分支數(shù)量展開擬合分析。其次是根據(jù)擬合分析結(jié)果劃分技術(shù)發(fā)展過程中的關(guān)鍵時(shí)間區(qū)間，并得到各段周期線性擬合的軌跡分布，最后根據(jù)分析結(jié)果從技術(shù)發(fā)展過程中總結(jié)技術(shù)演化趨勢(shì)。通過上述流程能夠?qū)我话l(fā)展過程分解為多個(gè)相互銜接的區(qū)間，并從區(qū)間轉(zhuǎn)換中解讀技術(shù)演化軌跡，并能夠適用于產(chǎn)業(yè)集群中多個(gè)演變趨勢(shì)的分析。

圖1 研究流程圖

2.2.1 多段S型曲線擬合 基于技術(shù)生命周期理論，技術(shù)的發(fā)展過程可劃分為若干個(gè)發(fā)展階段。而階段與階段之間的時(shí)間節(jié)點(diǎn)是技術(shù)演化趨勢(shì)轉(zhuǎn)變的重要體現(xiàn)，包括初始期、萌芽期、第一和第二增長(zhǎng)期、成熟期、衰退期等階段[25]。結(jié)合技術(shù)發(fā)展的這一特性，采用時(shí)間序列的專利數(shù)據(jù)分析是實(shí)現(xiàn)演化路徑識(shí)別的有效方法，主要體現(xiàn)在生長(zhǎng)曲線方程與S型曲線可視化的結(jié)合應(yīng)用[26]。S型生長(zhǎng)曲線與技術(shù)的發(fā)展軌跡具有良好的相適應(yīng)性，因而能為技術(shù)預(yù)測(cè)提供可靠的參考建議。相較其他S型曲線方程模型，Gompertz方程的擬合效果較好[27]，因此本文選取這一方程對(duì)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。其中Gompertz方程公式如下：

y=(K-d)e-er(t-tm)+d

在該公式中，y為生長(zhǎng)曲線方程中代表增長(zhǎng)總量的因變量；t代表S型曲線的發(fā)展時(shí)間(t>0)，是生長(zhǎng)曲線方程中的自變量；K為S型曲線所能達(dá)到的上限值；tm為S型曲線的增長(zhǎng)總量y達(dá)到K值的1/2時(shí)的時(shí)間點(diǎn)；d、c、v均為常數(shù)。上述所述方程主要針對(duì)的是單一技術(shù)生命周期的S型曲線，在實(shí)際的技術(shù)發(fā)展過程中往往會(huì)包含多個(gè)技術(shù)生命周期。因此，技術(shù)發(fā)展過程中可能表現(xiàn)出多個(gè)生命周期[28]。Gompertz方程的多段S型曲線擬合公式如下：

(2)

通過上述方法及總體專利數(shù)量可以挖掘出技術(shù)發(fā)展所具有的生命周期特征，并可根據(jù)技術(shù)隨時(shí)間演變的線性軌跡來進(jìn)一步觀察技術(shù)演化趨勢(shì)。然而，總體專利數(shù)量對(duì)于技術(shù)演化趨勢(shì)的反映還不夠充分?？紤]到技術(shù)推動(dòng)和市場(chǎng)拉動(dòng)的作用，可基于專利權(quán)人及技術(shù)分支的數(shù)量演變趨勢(shì)進(jìn)一步從側(cè)面進(jìn)行考察。

2.2.2 技術(shù)演變趨勢(shì)識(shí)別 由于技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在特性，多段生長(zhǎng)曲線的擬合有多種類別，這些可以為識(shí)別技術(shù)演變趨勢(shì)特征提供參考。圖2展示了擬合結(jié)果的主要類別，圖中橫軸代表了演變的時(shí)間發(fā)展過程，縱軸代表了技術(shù)生命周期發(fā)展程度。另外，圖2中左側(cè)為多段S型曲線的復(fù)合擬合圖，右側(cè)為多段S型曲線對(duì)應(yīng)的線性擬合圖。從圖2可知，擬合結(jié)果大致可分為四類，各個(gè)類別所具有的特征分別為：a.后繼性。該特征表明各分段S型曲線的擬合結(jié)果幾乎沒有重疊(如圖2(a)所示)，后一段S型曲線基本上是在前一段S型曲線發(fā)展到承載上限K的99%時(shí)才開始產(chǎn)生增長(zhǎng)。b.同步性。該特征表明各分段S型曲線的擬合結(jié)果之間存在較為明顯的重疊(如圖2(b)所示)，特別是后一段S型曲線基本上是在前一段S型曲線發(fā)展到承載上限K的50%時(shí)就已經(jīng)開始產(chǎn)生增長(zhǎng)。c.增強(qiáng)趨勢(shì)。該特征表明各分段S型曲線的擬合結(jié)果會(huì)在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)達(dá)到相同的發(fā)展階段(如圖2(c)所示)，其中后一段S型曲線的增長(zhǎng)速度和承載上限相比前一段S型曲線更高，指示出技術(shù)發(fā)展速度具有顯著的提升。d.衰減趨勢(shì)。該特征表明各分段S型曲線的擬合結(jié)果在相同或相近的時(shí)間點(diǎn)開始產(chǎn)生增長(zhǎng)(如圖2(d)所示)，但在一開始就以不同的增長(zhǎng)速度和承載上限進(jìn)行，其中后一段S型曲線的增長(zhǎng)速度和承載上限相比前一段S型曲線更低，指示出技術(shù)發(fā)展速度在減緩。通過多段S型曲線擬合有助于界定技術(shù)發(fā)展過程中的關(guān)鍵發(fā)展階段，從而為識(shí)別技術(shù)長(zhǎng)期演變過程中關(guān)鍵的技術(shù)演變趨勢(shì)提供支持。

圖2 多段S型生長(zhǎng)曲線發(fā)展路徑的主要類別

3 實(shí)證分析結(jié)果

3.1總體專利數(shù)量演化趨勢(shì)高鐵軌道專利的增長(zhǎng)數(shù)據(jù)與Gompertz方程各個(gè)分段模型的擬合情況如表1所示，通過誤差平方和、均方誤差、平均絕對(duì)偏差、標(biāo)準(zhǔn)誤差等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)可以判斷擬合效果，從而確定分段擬合的最佳模型。表1顯示Gompertz方程擬合的三段模型的各項(xiàng)模型評(píng)價(jià)指標(biāo)在四個(gè)擬合結(jié)果中是最低的，反映出擬合情況較好，其他分段擬合結(jié)果中S型曲線與實(shí)際專利數(shù)據(jù)產(chǎn)生了較大偏離，反映出這些模型難以準(zhǔn)確反映出技術(shù)發(fā)展過程。由此可以得出三段Gompertz方程是適應(yīng)性表現(xiàn)較好的一個(gè)，可基于這一模型的擬合情況展開探索分析。

表1 各分段Gompertz方程擬合情況

圖3是三段Gompertz方程的分段擬合圖，其中各段S型曲線的增長(zhǎng)上限分別為1 008、1 583、6 175。由于Gompertz方程對(duì)應(yīng)S型曲線具有非對(duì)稱性的特點(diǎn)，其曲線增長(zhǎng)軌跡先快后慢。根據(jù)擬合結(jié)果，其分段S型曲線的中點(diǎn)在其曲線K值的37%處。圖3中階段1的S型曲線從其K值的37%增長(zhǎng)到90%的時(shí)間區(qū)間為1979-2000年，階段2的S型曲線從其K值的1%增長(zhǎng)到37%的時(shí)間區(qū)間為1986-1999年，這兩個(gè)時(shí)間區(qū)間的重疊部分為1986-1999年。而階段2的S型曲線從其K值的37%增長(zhǎng)到90%的時(shí)間區(qū)間為1999-2020年，階段3的S型曲線從其K值的1%增長(zhǎng)到37%的時(shí)間區(qū)間為2006-2017年，這兩個(gè)時(shí)間區(qū)間的重疊部分為2006-2017年。上述的這兩個(gè)重疊部分時(shí)間區(qū)間均在階段1的S型曲線的增長(zhǎng)期內(nèi)，反映出該領(lǐng)域的多個(gè)技術(shù)生命周期在特定時(shí)期內(nèi)為共同演變過程。

圖3 總體專利數(shù)量分段擬合圖

通過將Gompertz方程分段擬合結(jié)果進(jìn)行Fisher-Pry轉(zhuǎn)換，得到結(jié)果如圖4所示。該圖為高鐵軌道技術(shù)總體專利的多段線形擬合圖，這三條直線的斜率分別為0.11，0.11和0.146。由直線斜率可知階段1和階段2的增長(zhǎng)速率相同，而階段3的增長(zhǎng)速率較高。在圖4中，階段1與階段2所對(duì)應(yīng)的兩條擬合直線相互平行，并且階段2的增長(zhǎng)期時(shí)間區(qū)間全部落在階段1的時(shí)間區(qū)間內(nèi)(1986-2020年)，反映出這兩個(gè)階段之間存在完全的技術(shù)生命周期重疊。這些表明從階段1到階段2的技術(shù)生命周期演變具有同步性，但不具有增強(qiáng)趨勢(shì)或衰減趨勢(shì)。階段2的發(fā)展過程與階段1同步進(jìn)行，并為階段3的發(fā)展形成基礎(chǔ)。

圖4 總體專利數(shù)量分段線性擬合圖

圖4中階段3也與階段2具有部分重疊(2006-2020年)，其啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)位于階段2的K值的60%處附近，表明階段2到階段3的技術(shù)生命周期演變具有部分同步性。這說明階段3的演變過程在階段2的增長(zhǎng)過程中就已經(jīng)開始，并受到階段2發(fā)展過程的支撐。此外，圖4中階段3雖然在增長(zhǎng)過程中與階段1和階段2不存在交叉，但這幾個(gè)階段的延長(zhǎng)線相交，表明階段2到階段3的技術(shù)生命周期演變具有增強(qiáng)趨勢(shì)。以上這些分析共同說明階段2在階段1和階段3之間起到過渡作用，使得階段3的技術(shù)發(fā)展的承載上限和速率都有了明顯上升。

總體專利數(shù)量的演化趨勢(shì)顯示了高鐵軌道技術(shù)至少存在3個(gè)技術(shù)發(fā)展周期，并且在后期得到了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。而從各段周期之間的同步性演變過程來看，下一周期的技術(shù)發(fā)展預(yù)計(jì)也會(huì)在階段3的周期過程中開始形成。

3.2專利權(quán)人及技術(shù)分支演化趨勢(shì)根據(jù)多段擬合結(jié)果，可將技術(shù)發(fā)展過程劃分為六個(gè)時(shí)間區(qū)間(右側(cè)為對(duì)應(yīng)的專利數(shù)量)，具體如圖5所示。而下方兩排分別為對(duì)應(yīng)的前十專利權(quán)人及前十技術(shù)分支(通過專利權(quán)人代碼和德溫特專利分類代碼表示)，右側(cè)表示相應(yīng)專利數(shù)量占該時(shí)間區(qū)間專利數(shù)量的比例。該圖反映了長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)下的微觀演變過程，各時(shí)間區(qū)間之間的專利權(quán)人及技術(shù)分支組成結(jié)構(gòu)有較大差異，表明競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)和技術(shù)結(jié)構(gòu)均隨時(shí)間發(fā)生變化。

圖5 主要專利權(quán)人及技術(shù)分支演變過程

專利權(quán)人方面，前期國(guó)外專利權(quán)人占據(jù)了主要的專利份額，代表性的有普拉賽(PLAF-C)、西門子(SIEI-C)、日立(HITA-C)等。而在2006年之后，中國(guó)專利權(quán)人的專利份額逐步上升并取代了前列位置，代表性的有西南交大(UYSJ-C)、北京交通大學(xué)(UBJI-C)、鐵科院(CRTC-C)以及企業(yè)如中國(guó)鐵建(CRCC-C)、中國(guó)中鐵(CREN-C)、中國(guó)中車(CRRC-C)等。而Q41(公路、鐵路、橋梁的建設(shè))、Q21(鐵路)、X23(電氣化鐵路和信號(hào)系統(tǒng))等則是高鐵軌道技術(shù)領(lǐng)域中的核心技術(shù)分支，在所有時(shí)間區(qū)間中都占據(jù)了較大的比例。應(yīng)當(dāng)注意的是，一些新興技術(shù)分支開始占據(jù)前列，如T01(電子計(jì)算機(jī))。此外，S02(工程設(shè)備)、Q35(垃圾收集、輸送機(jī))、A93(道路、建筑、建造物的鋪地)、X25(工業(yè)電氣設(shè)備)、S03(科學(xué)儀器)、W06(航空、航海和雷達(dá)系統(tǒng))等占比較少，但也是該領(lǐng)域不可缺少的外圍技術(shù)分支。為了進(jìn)一步探索專利權(quán)人和技術(shù)分支的演化趨勢(shì)特征，通過對(duì)專利權(quán)人和技術(shù)分支的演化過程進(jìn)行Gompertz方程多段擬合分析。

圖6 專利權(quán)人分段擬合圖

通過誤差平方和等指標(biāo)，可判斷擬合專利權(quán)人數(shù)量較好的是二段模型，由此得到分段擬合結(jié)果如圖6所示。該圖顯示當(dāng)前高鐵軌道技術(shù)領(lǐng)域的專利權(quán)人數(shù)量已處于第二增長(zhǎng)期，發(fā)展上限為161和603。而通過將S型曲線線性化，得到分段線性擬合結(jié)果如圖7所示，各段發(fā)展速率分別為0.059和0.154。兩段線性擬合中階段1與階段2存在重疊(2005-2022年)且相交，顯示專利權(quán)人分布的演化過程具有同步性和增強(qiáng)趨勢(shì)的特征，這表明后一段有更多的專利權(quán)人加入，使得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)程度上升。相比總體專利數(shù)量趨勢(shì)，專利權(quán)人數(shù)量趨勢(shì)周期更長(zhǎng)，但在后期增強(qiáng)幅度更大。其原因主要在于2005年之后有許多中國(guó)的專利權(quán)人開始加入專利布局，但單個(gè)專利權(quán)人專利數(shù)量都不多，使得該領(lǐng)域內(nèi)的專利布局較為分散。

圖7 專利權(quán)人分段線性擬合圖

圖8 技術(shù)分支分段擬合曲線圖

技術(shù)分支方面，通過誤差平方和等指標(biāo)判斷擬合較好的是三段模型，得到分段擬合曲線如圖8所示，各段發(fā)展上限分別為38.5、28、165。由于德溫特專利分類數(shù)量有限，因此技術(shù)分支數(shù)量的波動(dòng)幅度并不明顯，對(duì)此分析主要是觀察高鐵軌道技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)分支結(jié)構(gòu)的演變過程。通過線性轉(zhuǎn)化，得到分段線性擬合結(jié)果如圖9所示，發(fā)展速率分別為0.2、0.094、0.1，說明演化趨勢(shì)逐步減緩。由線性擬合可以看到，階段2有部分與階段1重疊(1980-1996年)，其余部分則是與階段3重疊(1997-2020年)。以上分析表明技術(shù)分支擴(kuò)展的演化過程具有部分同步性，并且在前期表現(xiàn)出衰減趨勢(shì)，而在后期則是表現(xiàn)出微弱的增強(qiáng)趨勢(shì)，說明專利數(shù)量在后期的大幅增長(zhǎng)過程中技術(shù)分支結(jié)構(gòu)有一定擴(kuò)張。

圖9 技術(shù)分支分段線性擬合圖

通過上述分析可以看到，高鐵軌道技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)演化趨勢(shì)具有市場(chǎng)拉動(dòng)與技術(shù)推動(dòng)的特征。其中，市場(chǎng)拉動(dòng)作用具體表現(xiàn)在專利權(quán)人數(shù)量在后期的大幅增長(zhǎng)，這表明市場(chǎng)盈利空間的擴(kuò)大讓專利權(quán)人看到機(jī)會(huì)并被吸引進(jìn)入該領(lǐng)域進(jìn)行專利布局。特別是大量中國(guó)專利權(quán)人的加入充分說明了中國(guó)市場(chǎng)的快速發(fā)展。而技術(shù)推動(dòng)作用表現(xiàn)在技術(shù)分支結(jié)構(gòu)的持續(xù)擴(kuò)展，既表現(xiàn)為核心技術(shù)分支與新興技術(shù)分支縱向突破下的專利數(shù)量增長(zhǎng)，也表現(xiàn)為橫向的外圍技術(shù)分支數(shù)量增加。

4 結(jié)論與啟示

本文以高鐵軌道這一顛覆性技術(shù)為例，通過運(yùn)用專利情報(bào)的時(shí)間序列分析方法，結(jié)合Gompertz方程擬合結(jié)果和分段S型曲線軌跡，從長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展過程中對(duì)技術(shù)演化趨勢(shì)展開識(shí)別。相比經(jīng)典S型曲線擬合及現(xiàn)有改進(jìn)方法，本研究除了探索多周期下的技術(shù)演化趨勢(shì)，還分別從專利權(quán)人和技術(shù)分支的角度探索了市場(chǎng)與技術(shù)的共同發(fā)展過程。這一方法適用于產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)演變趨勢(shì)識(shí)別，并為觀察顛覆性技術(shù)的發(fā)展規(guī)律提供了新的理解。而在實(shí)證分析中，本文首先探索了高鐵軌道技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)生命周期，然后分別對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)專利權(quán)人分布及技術(shù)分支結(jié)構(gòu)的演變過程展開分析，通過生長(zhǎng)曲線方程的擬合分析估計(jì)出技術(shù)演化的時(shí)間區(qū)間，從而綜合歸納出技術(shù)演變趨勢(shì)。

通過擬合分析本研究發(fā)現(xiàn)以下趨勢(shì)：a.高鐵軌道技術(shù)的總體發(fā)展大致包含三個(gè)技術(shù)生命周期，當(dāng)前正處于第三段周期的第二成長(zhǎng)期階段。其中第二段周期是技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，在這之后技術(shù)發(fā)展的速度和技術(shù)承載上限均有較大程度的提升。b.專利權(quán)人分布的演變周期較長(zhǎng)，且表現(xiàn)出趨于激烈的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。專利權(quán)人數(shù)量的爆發(fā)表明市場(chǎng)需求的上升，對(duì)于技術(shù)發(fā)展過程具有拉動(dòng)作用。中國(guó)有大量的專利權(quán)人活躍于該技術(shù)領(lǐng)域，逐步在專利數(shù)量上取代了國(guó)外專利權(quán)人的前列位置。但單個(gè)專利權(quán)人的專利不多，整體專利分布較為分散。c.技術(shù)分支結(jié)構(gòu)的演變過程表現(xiàn)為逐步減緩，對(duì)技術(shù)發(fā)展的支撐主要來源于核心技術(shù)分支。技術(shù)進(jìn)步對(duì)于技術(shù)發(fā)展過程的推動(dòng)作用除了表現(xiàn)在外圍技術(shù)分支(如Q21、S02、A93、X25、S03等)的擴(kuò)展，也表現(xiàn)在核心技術(shù)分支的持續(xù)突破(如Q41、Q21、X23等)，而后者的作用更為重要。此外，T01等作為新興技術(shù)分支也具有成為核心技術(shù)分支的重要潛力。

通過上述分析可得到一些高鐵軌道領(lǐng)域的技術(shù)管理啟示：a.面對(duì)當(dāng)前技術(shù)瓶頸的挑戰(zhàn)，需要加強(qiáng)研發(fā)以挖掘出更多的新興技術(shù)分支，從而激活新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)。解決技術(shù)發(fā)展瓶頸需要關(guān)鍵核心技術(shù)功效形成突破，并由此帶動(dòng)外圍技術(shù)的跟進(jìn)創(chuàng)新，最終使得整體的技術(shù)演化進(jìn)入到新一輪的生命周期。由于各周期之間具有較大的同步性，因此通過加強(qiáng)對(duì)近期潛在新興技術(shù)的挖掘是加快進(jìn)入新周期并推進(jìn)建立下一代的高鐵軌道技術(shù)的重要方式。通過采用和推廣顛覆性技術(shù)，對(duì)舊的技術(shù)體系進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，并在此基礎(chǔ)上展開研發(fā)促進(jìn)技術(shù)擴(kuò)散。b.需要構(gòu)建“核心-新興-外圍”的聯(lián)動(dòng)創(chuàng)新模式，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的顛覆性演化和轉(zhuǎn)型升級(jí)。大量的創(chuàng)新積累為傳統(tǒng)鐵路軌道技術(shù)的自我顛覆創(chuàng)造了條件，在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展下高鐵軌道技術(shù)經(jīng)歷了多次重大演化并趨于成熟。盡管整體技術(shù)發(fā)展水平依賴于核心技術(shù)分支所取得的突破，但也應(yīng)當(dāng)重視從其他外圍技術(shù)分支成為新興技術(shù)分支的可能性，根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來決定是否進(jìn)行政策支持。