譚 曉 西桂權(quán) 蘇 娜 李佳娛 李 輝 靳曉宏
(1.北京市科學(xué)技術(shù)研究院科技情報(bào)研究所 北京 100044;2. 中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院 北京 100190)
隨著科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)一體化程度的不斷提高,技術(shù)創(chuàng)新與國(guó)家治理、國(guó)家安全、發(fā)展的聯(lián)系日益密切,科學(xué)技術(shù)活動(dòng)逐漸成為體現(xiàn)國(guó)家意志的活動(dòng)[1]。顛覆性技術(shù)作為構(gòu)筑領(lǐng)域先發(fā)優(yōu)勢(shì)、在國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)彎道超車的重要路徑,國(guó)家對(duì)此高度重視。顛覆性技術(shù)的早期識(shí)別可以幫助政策制定者和企業(yè)決策者減少不確定性,并逐漸凝聚政策干預(yù)或投資的焦點(diǎn),并盡早為新技術(shù)的后果制定計(jì)劃。越早確定顛覆帶來(lái)的結(jié)果,從中獲取的利益會(huì)帶來(lái)更大的優(yōu)勢(shì)。
顛覆性技術(shù)創(chuàng)新是從結(jié)果的視角進(jìn)行定義的,即技術(shù)對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生的影響是顛覆的。最早提出相似概念的是經(jīng)濟(jì)學(xué)家熊彼特[2],其創(chuàng)造性破壞理論觀點(diǎn)認(rèn)為每次大規(guī)模的創(chuàng)新都淘汰舊的技術(shù)體系和生產(chǎn)體系,并建立新的生產(chǎn)體系。顛覆性技術(shù)是由于應(yīng)用新的科學(xué)原理、技術(shù)組合、應(yīng)用新場(chǎng)景等技術(shù)創(chuàng)新手段而對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生了顛覆,并最終替代原有技術(shù)或產(chǎn)品。市場(chǎng)是檢驗(yàn)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的最終標(biāo)準(zhǔn),市場(chǎng)接受程度是衡量顛覆性創(chuàng)新的最終指標(biāo)。Christensen[3]認(rèn)為市場(chǎng)端的顛覆性技術(shù)的特征是商品增加了新的性能改進(jìn)的軌道,同時(shí)導(dǎo)致市場(chǎng)績(jī)效增長(zhǎng),并產(chǎn)生了新價(jià)值網(wǎng)絡(luò)。并以硬盤為例說明某些性能的躍遷并不一定是基于科技端的突破,市場(chǎng)端的變革是由于性能改進(jìn)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)軌道產(chǎn)生了破壞。
伴隨現(xiàn)代化程度的不斷推進(jìn),科技與商業(yè)、社會(huì)、軍事的融合程度及相互影響不斷加深,對(duì)顛覆性技術(shù)在不同的應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)涵有了新的認(rèn)知。Arthur[4]認(rèn)為顛覆性技術(shù)不同于持續(xù)性技術(shù),是一種高度不連續(xù)或革命性的創(chuàng)新類型,其萌芽期是新技術(shù)軌道的開始,慢慢成為持續(xù)性技術(shù),隨著技術(shù)生命周期的完成,會(huì)被另一個(gè)顛覆性技術(shù)取代,形成新的軌道。德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)認(rèn)為:顛覆性技術(shù)就是能夠改變已有規(guī)則的技術(shù),與現(xiàn)有技術(shù)相比,在性能或功能上有重大突破。國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞顛覆性技術(shù)的內(nèi)涵要點(diǎn)從特征出發(fā)進(jìn)行顛覆性技術(shù)的識(shí)別,多用于利用指標(biāo)體系進(jìn)行顛覆性技術(shù)遴選。Leifer等[5]的研究表明,顛覆性技術(shù)是能帶來(lái)或可能引發(fā)一個(gè)或幾個(gè)方面效果的技術(shù)創(chuàng)新類型;Kotelnikov[6]認(rèn)為顛覆性技術(shù)能使產(chǎn)品、工藝或服務(wù)具有前所未有的性能特征或者具有相似的特征,但是性能有巨大提升或者創(chuàng)造出新產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新。孫永福[7]認(rèn)為引發(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(chǔ)和前提的,以該項(xiàng)技術(shù)為核心的產(chǎn)品具有顛覆性創(chuàng)新特征,能催生潛力巨大的市場(chǎng),并引發(fā)從生產(chǎn)、組織管理、商業(yè)模式等的變革。王康等[8]辨析了與顛覆性技術(shù)相關(guān)的概念,并從商業(yè)視角和國(guó)家戰(zhàn)略視角總結(jié)出區(qū)別及共性。
Christensen提出的顛覆性理論用于解釋技術(shù)變革時(shí),主流技術(shù)擁有者被新興技術(shù)企業(yè)所替代的現(xiàn)象。隨著對(duì)顛覆性技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷加深,顛覆性技術(shù)不應(yīng)從技術(shù)對(duì)市場(chǎng)的作用模式上進(jìn)行區(qū)分,而應(yīng)該從結(jié)果和影響進(jìn)行界定。顛覆性技術(shù)根源在于技術(shù)本身的更新(科技領(lǐng)域),作用的影響是對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的變革:技術(shù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)范式的變革(對(duì)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)、科技、社會(huì)宏觀結(jié)構(gòu)的影響)和軍事變革。本文探討的顛覆性技術(shù)主要是從技術(shù)和市場(chǎng)兩個(gè)視角綜合來(lái)看,既要從創(chuàng)新鏈的基礎(chǔ)研究端看技術(shù)發(fā)展的溫床和培養(yǎng)皿,又要從創(chuàng)新鏈的市場(chǎng)端看技術(shù)拉動(dòng)的需求和影響。顛覆性技術(shù)是具有對(duì)行業(yè)或領(lǐng)域進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)的技術(shù)群,即由于新技術(shù)的出現(xiàn)(源于技術(shù)驅(qū)動(dòng)或者需求拉動(dòng)),使得生產(chǎn)商陸續(xù)轉(zhuǎn)向面向新技術(shù)的產(chǎn)品或相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn),以滿足市場(chǎng)需求,進(jìn)而使得該行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游均發(fā)生聯(lián)動(dòng)變化,競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則進(jìn)而發(fā)生變化。顛覆性技術(shù)是相對(duì)于領(lǐng)域/行業(yè)的新技術(shù)或技術(shù)群,可以是完全創(chuàng)新的技術(shù),也可以是跨領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)或組合技術(shù)。
顛覆性技術(shù)方法層面研究已經(jīng)取得豐碩的成果:Buchanan[9]利用專利權(quán)人的影響力識(shí)別和評(píng)估技術(shù)的顛覆性;蘇敬勤[10]利用智能手機(jī)專利,通過分析專利量、專利引用量和專利引用率等隨時(shí)間變化的J-L型曲線,從而揭示了顛覆性技術(shù)的演化軌道,并提出了“專利影響因子”這一計(jì)量指標(biāo);欒春娟[11]基于專利申請(qǐng)數(shù)量、專利被引數(shù)、IPC號(hào)等綜合指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別;黃魯成[12]基于生物入侵模型,對(duì)主流技術(shù)及新技術(shù)屬性相似度進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,認(rèn)為相似度小的顛覆性大;考慮到萌芽狀態(tài)的技術(shù)作為顛覆性技術(shù)研究對(duì)象,對(duì)于戰(zhàn)略布局的時(shí)機(jī)問題意義重大,首先從創(chuàng)新性和獨(dú)創(chuàng)性篩選出潛在顛覆性技術(shù),然后利用新功能間接側(cè)端市場(chǎng)影響力[13];張金柱[14]利用專利對(duì)引用科學(xué)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞主題/簇類、學(xué)科分類等維度的突變進(jìn)行突破性技術(shù)的識(shí)別。目前對(duì)于顛覆性技術(shù)的識(shí)別集中于論文或?qū)@姆治?,無(wú)法應(yīng)用于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的顛覆性技術(shù)的識(shí)別。市場(chǎng)分析方法不注重技術(shù)層面的分析,沒有提出與顛覆性技術(shù)直接相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)。從系統(tǒng)的角度看,顛覆性技術(shù)的研究應(yīng)該將科技端和市場(chǎng)端聯(lián)合起來(lái)。
有很多學(xué)者從案例出發(fā)進(jìn)行顛覆性技術(shù)有關(guān)特征和模式的研究分析,認(rèn)為顛覆性創(chuàng)新中存在低端和高端兩種模式,并且呈現(xiàn)了不同特征[15-18],高端創(chuàng)新產(chǎn)品具有跨行業(yè)、價(jià)格高、性能好的特點(diǎn),低端創(chuàng)新產(chǎn)品具有行業(yè)內(nèi)、便捷性、價(jià)格低的特點(diǎn)。Christensen的研究?jī)?nèi)容偏向“從低端市場(chǎng)侵蝕,逐步取代主流技術(shù)的創(chuàng)新”,但在當(dāng)前階段已經(jīng)很難再能產(chǎn)生顛覆性效果。從技術(shù)來(lái)源看,當(dāng)前更著重跨行業(yè)融合應(yīng)用、技術(shù)突破兩種方式。從創(chuàng)新鏈條基礎(chǔ)研究-技術(shù)研究-市場(chǎng)應(yīng)用看,研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)是承擔(dān)基礎(chǔ)研究、技術(shù)研究的載體,消費(fèi)者、政府是市場(chǎng)需求的主體,Nagy等[19]也認(rèn)為全過程視角探討創(chuàng)新活動(dòng),應(yīng)當(dāng)綜合考慮技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)流程、商業(yè)模式及市場(chǎng)環(huán)境等影響因素。在該部分通過跨行業(yè)融合應(yīng)用及技術(shù)突破進(jìn)行兩個(gè)典型案例的分析,試圖分析創(chuàng)新主體技術(shù)及市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)因素、創(chuàng)新演進(jìn)過程及顛覆性特征。
本部分選用手機(jī)和新能源汽車作為案例進(jìn)行顛覆性技術(shù)特征的定性分析。手機(jī)行業(yè)的發(fā)展大致可以分為:模擬手機(jī)時(shí)代、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)時(shí)代、智能手機(jī)時(shí)代。從產(chǎn)品本身看,橫向比較整合的不同行業(yè)技術(shù),相比較同時(shí)期的游戲、MP3、照相機(jī)等產(chǎn)品技術(shù),均低于當(dāng)時(shí)的主流技術(shù);縱向看智能手機(jī)相對(duì)功能手機(jī)的技術(shù)發(fā)展,技術(shù)軌道發(fā)生了重大變化,智能手機(jī)更多的是便攜式計(jì)算機(jī)的思想在手機(jī)行業(yè)的實(shí)現(xiàn),操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序的應(yīng)用使得手機(jī)同時(shí)具備了掌上電腦的功能。盡管智能手機(jī)的功能均低于單個(gè)的產(chǎn)品功能和配置,但是滿足了集多種功能于一體的需求,市場(chǎng)價(jià)格低于多個(gè)單品的總和,且便攜。從對(duì)行業(yè)外的影響看,其他行業(yè)的在位企業(yè)沒有意識(shí)到行業(yè)外產(chǎn)品對(duì)其產(chǎn)品的顛覆威脅,當(dāng)時(shí)的Palm為掌上電腦的在位企業(yè),由于沒有意識(shí)到行業(yè)外產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)性,仍與智能手機(jī)企業(yè)進(jìn)行操作系統(tǒng)、觸摸屏等方面的合作,忽視了行業(yè)外具有交叉功能產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。
較之智能手機(jī)的演化,新能源汽車除了受企業(yè)自身的因素外,更多地受到市場(chǎng)需求、基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)、政策層面的影響。在其整個(gè)發(fā)展過程中,更能體現(xiàn)出科技創(chuàng)新生態(tài)。從參與主體看,涉及政府、高校/科研機(jī)構(gòu)、企業(yè),以政策導(dǎo)向,企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行資源共享,協(xié)同創(chuàng)新,拓展顛覆性技術(shù)框架;從創(chuàng)新鏈條看,材料學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究,聯(lián)動(dòng)鋰電池技術(shù)的突破,打破了一直以來(lái)限制電動(dòng)汽車發(fā)展的能源瓶頸,同時(shí)在市場(chǎng)端的消費(fèi)者和政策環(huán)境,通過科技計(jì)劃、研發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建為發(fā)展新能源汽車技術(shù)變革打下基礎(chǔ),在宣傳、補(bǔ)貼、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)等方面增強(qiáng)了消費(fèi)者環(huán)保意識(shí),促進(jìn)了消費(fèi)者的需求。
顛覆性技術(shù)與其他技術(shù)相同,都要經(jīng)歷從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)/產(chǎn)業(yè)/軍事應(yīng)用的發(fā)展,而且需要在較短時(shí)間迅速迭代擴(kuò)張,實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的取代和顛覆(見圖1)。
圖1 顛覆性技術(shù)演化特征分析
顛覆性技術(shù)區(qū)別于漸進(jìn)性技術(shù),不是在原有技術(shù)軌道上的性能提升,而是基于新的技術(shù)軌道,這已是共識(shí)[19-21]。
從創(chuàng)新來(lái)源層面來(lái)看,顛覆性技術(shù)來(lái)源于基礎(chǔ)理論創(chuàng)新或技術(shù)突破、跨領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用、多項(xiàng)技術(shù)集成創(chuàng)新[22-23]。智能手機(jī)領(lǐng)域從縱向技術(shù)發(fā)展看來(lái),盡管有手機(jī)架構(gòu)等區(qū)別于功能手機(jī)技術(shù)創(chuàng)新,但更多的來(lái)源于便攜電腦的移植,承載了跨領(lǐng)域多種技術(shù)集成融合,其過程歷經(jīng)了一代代的技術(shù)更迭;新能源汽車核心部件(電驅(qū)動(dòng)、電池、電控)的創(chuàng)新,特別是電池技術(shù)的突破經(jīng)歷了很長(zhǎng)的鏈路,最終產(chǎn)生技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)行業(yè)的顛覆性變革,不論技術(shù)來(lái)源于哪里,都是突破理論選擇和需求的生產(chǎn)兩個(gè)環(huán)節(jié)[24]。
從市場(chǎng)/社會(huì)需求層面,顛覆性技術(shù)是相對(duì)于領(lǐng)域主流技術(shù),是個(gè)動(dòng)態(tài)相對(duì)的概念,作為承載該顛覆性技術(shù)/技術(shù)群的載體,產(chǎn)品更多地滿足了新的應(yīng)用場(chǎng)景,具有主流技術(shù)產(chǎn)品不具備的功能,或者滿足了新的需求,例如新能源汽車滿足了節(jié)能、環(huán)保的需求,智能手機(jī)滿足了休閑、工作多種場(chǎng)景的需求。
顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)并未受到主流技術(shù)企業(yè)的重視,或者主流技術(shù)企業(yè)盡管意識(shí)到其威脅,但無(wú)法在原有技術(shù)軌道上進(jìn)行突破或者融合創(chuàng)新。當(dāng)顛覆性技術(shù)成為主流技術(shù),其產(chǎn)品性能會(huì)不斷提升,例如智能手機(jī),經(jīng)歷了3G、4G時(shí)代,迎來(lái)了5G時(shí)代,不管是GPU的算力還是速度、性能均有了大幅提升;新能源汽車電池技術(shù)也在不斷突破,新材料基礎(chǔ)研究的突破使得電池容量、安全性能不斷提升,而隨著氫能源的廣泛應(yīng)用,新能源汽車又會(huì)迎來(lái)一個(gè)新時(shí)代,而這些均是基礎(chǔ)研究、技術(shù)應(yīng)用、市場(chǎng)需求共同作用下產(chǎn)生的,即顛覆性技術(shù)生態(tài)環(huán)境。
國(guó)家十四五規(guī)劃明確指出要建立以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系。特別是在范式轉(zhuǎn)變、技術(shù)變革的窗口期,要以全過程視角探討創(chuàng)新活動(dòng),綜合考慮科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)及市場(chǎng)環(huán)境的影響因素以及參與的主體互動(dòng)情況。
科學(xué)研究的突破往往會(huì)帶來(lái)一系列科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明,如電磁理論的建立推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)入了電氣化時(shí)代;產(chǎn)品的開發(fā)與創(chuàng)新過程既需要基礎(chǔ)理論突破,又需要相關(guān)專利的開發(fā)應(yīng)用,如高端芯片研發(fā)既需要數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的綜合知識(shí)基礎(chǔ),又需要設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝和測(cè)試多種技術(shù);新型儀器的研發(fā)又有助于基礎(chǔ)研究的突破,如隨著加速器的不斷改進(jìn),對(duì)微觀物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)逐步深入,粒子物理研究取得了巨大的成就。市場(chǎng)端的用戶需求、政策引導(dǎo)往往是這個(gè)過程的催化劑。
從顛覆性技術(shù)的創(chuàng)新來(lái)源方向(一是基于科學(xué)原理的重大突破產(chǎn)生的顛覆性技術(shù),二是技術(shù)集成創(chuàng)新產(chǎn)生顛覆性技術(shù),即新技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)的組合,三是技術(shù)的顛覆性應(yīng)用形成顛覆性技術(shù),即跨領(lǐng)域應(yīng)用,四是以顛覆性思路解決問題催生顛覆性技術(shù))發(fā)現(xiàn)顛覆性技術(shù)一定是新技術(shù),是有可能改變現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品或創(chuàng)造全新的技術(shù),顛覆性技術(shù)蘊(yùn)含著從基礎(chǔ)研究到市場(chǎng)應(yīng)用整個(gè)創(chuàng)新鏈的上下游,因此從創(chuàng)新過程的視角出發(fā),顛覆性技術(shù)的創(chuàng)新過程可以用科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)形成的模型來(lái)描述,對(duì)應(yīng)產(chǎn)品、技術(shù)、科學(xué)理論方法,其互動(dòng)體現(xiàn)在依賴關(guān)系及內(nèi)部聯(lián)系(見圖2)。顛覆性技術(shù)的產(chǎn)生可能來(lái)源于基礎(chǔ)理論的重大突破,可能是技術(shù)、方法、理論的跨領(lǐng)域應(yīng)用,可能是當(dāng)前技術(shù)和新技術(shù)的組合創(chuàng)新,也可能是全新技術(shù),基于該模型,研究三者的聯(lián)動(dòng)共生關(guān)系,進(jìn)而提升培育/孵化顛覆性技術(shù)產(chǎn)業(yè)路徑(理論、產(chǎn)品),為加強(qiáng)科技安全保障能力提供借鑒。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段,市場(chǎng)部分的數(shù)據(jù)主要考量了國(guó)家需求、企業(yè)自主研發(fā)需求,因此數(shù)據(jù)選取了項(xiàng)目數(shù)據(jù),構(gòu)建了科學(xué)-技術(shù)-項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行探討分析。
圖2 創(chuàng)新過程中科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)互動(dòng)模型
顛覆性技術(shù)的創(chuàng)新過程可以用科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)形成的模型來(lái)描述(見圖3),對(duì)應(yīng)科學(xué)理論、技術(shù)方法、市場(chǎng)需求,其互動(dòng)體現(xiàn)在依賴關(guān)系以及內(nèi)部聯(lián)系。顛覆性技術(shù)的產(chǎn)生可能來(lái)源于基礎(chǔ)理論的重大突破,可能是技術(shù)、方法、理論的跨領(lǐng)域應(yīng)用,可能是當(dāng)前技術(shù)和新技術(shù)的組合創(chuàng)新,也可能是全新技術(shù),基于該模型,研究科學(xué)-技術(shù)、技術(shù)-市場(chǎng)、科學(xué)-市場(chǎng)的聯(lián)動(dòng)共生關(guān)系,進(jìn)而提升培育/孵化顛覆性技術(shù)產(chǎn)業(yè)路徑(理論、產(chǎn)品),為加強(qiáng)科技安全保障能力提供借鑒。在顛覆性技術(shù)創(chuàng)新過程中,包括了來(lái)自基礎(chǔ)研究的科研機(jī)構(gòu)及高校、技術(shù)研發(fā)的主體企業(yè)及市場(chǎng)端的政府、其他企業(yè)以及用戶等??蒲袡C(jī)構(gòu)和高校進(jìn)行的知識(shí)創(chuàng)新是顛覆性技術(shù)的根源;企業(yè)利用技術(shù)、知識(shí)積淀,進(jìn)行的技術(shù)場(chǎng)景和應(yīng)用的探索、辨識(shí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、打破市場(chǎng)主流的障礙、以技術(shù)突破或跨領(lǐng)域技術(shù)融合創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)技術(shù)軌道的躍遷,并迅速通過迭代創(chuàng)新進(jìn)行技術(shù)內(nèi)容層面的顛覆,是顛覆性技術(shù)的培養(yǎng)皿;顛覆性技術(shù)以滿足用戶需求為導(dǎo)向,同時(shí)它的出現(xiàn)滿足于當(dāng)前國(guó)家重大問題的解決,加之行業(yè)企業(yè)間的競(jìng)合關(guān)系,使得顛覆性技術(shù)的科技生態(tài)良性構(gòu)建,使得市場(chǎng)成為顛覆性技術(shù)破壞主流技術(shù)的催化劑。
圖3 科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)模型的創(chuàng)新過程
4.1.1方法流程
應(yīng)用科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)模型進(jìn)行演化路徑下顛覆性技術(shù)識(shí)別,在實(shí)證具體應(yīng)用中,市場(chǎng)的數(shù)據(jù)考量了國(guó)家需求和企業(yè)自主研發(fā)需求,構(gòu)建科學(xué)-技術(shù)-項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行應(yīng)用。將網(wǎng)絡(luò)作為研究對(duì)象,需要進(jìn)行社團(tuán)主題識(shí)別、主題演變分析以及可能的異軌主題發(fā)現(xiàn)。以關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象,通過共現(xiàn)關(guān)系和主題模型社團(tuán)發(fā)現(xiàn)主題分析,在主題發(fā)現(xiàn)中應(yīng)用社團(tuán)識(shí)別,在類簇中權(quán)重大的為該聚類的主題。通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的中心度、密度、主題相似性、主題隨時(shí)序演化等特征進(jìn)行主題演變規(guī)律的分析??赡墚愜壷黝}在本文中應(yīng)用的是突變性指標(biāo)、主題規(guī)模和主題質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。
a.基于共現(xiàn)關(guān)系和主題模型的社團(tuán)發(fā)現(xiàn)和主題識(shí)別。通過共現(xiàn)關(guān)系和主題模型社團(tuán)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行主題識(shí)別。根據(jù)文獻(xiàn)的共現(xiàn)關(guān)系,計(jì)算兩篇文獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)共現(xiàn)度。
(1)
其中Nx為文獻(xiàn)x的關(guān)鍵詞數(shù)量,Ny為文獻(xiàn)y的關(guān)鍵詞數(shù)量,Nxy為文獻(xiàn)x與文獻(xiàn)共現(xiàn)的關(guān)鍵詞數(shù)量?;贚DA模型的文章映射的主題向量為di=(t1,t2,…,tk),兩篇文章的相似度計(jì)算采用兩個(gè)主題向量的余弦值計(jì)算公如式下:
(2)
本部分將基于LDA形成的文獻(xiàn)相似矩陣和基于引文耦合形成的文獻(xiàn)關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)矩陣進(jìn)行語(yǔ)義及結(jié)構(gòu)融合?;谝鸟詈暇W(wǎng)絡(luò)(標(biāo)準(zhǔn)化值≥0.06),根據(jù)語(yǔ)義信息,對(duì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行調(diào)整,并調(diào)整其權(quán)重:
sim(i,j)=
(3)
其中,simLDA是文獻(xiàn)相似值;coco-occ是標(biāo)準(zhǔn)共現(xiàn)度;co(i,j)是指任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)i,j(節(jié)點(diǎn)是文獻(xiàn)的映射)是否在基本共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中相鄰,若co(i,j)=0則不相鄰,若cite(i,j)>0則相鄰。公式(3)中,a的確定:按相似度由高到低的順序排序選取滿足一定閾值的值,其中最小的值即為a;b的確定:按相似度由低到高降序排列,選取滿足一定閾值的值,其中最大值即為b?;诨揪W(wǎng)絡(luò),如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間沒有鏈接,且兩點(diǎn)間的語(yǔ)義相似度高于所有節(jié)點(diǎn)兩兩間相似度的,則在基本網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上添加鏈接;如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間有鏈接,且兩點(diǎn)間的語(yǔ)義相似度高于基本網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)義相似度b的,保持兩點(diǎn)的鏈接。在本研究中λ選取0.5,閾值選擇top10%。利用大規(guī)模社團(tuán)發(fā)現(xiàn)Louvain算法進(jìn)行社團(tuán)劃分,該算法是一種基于模塊度的圖算法模型,權(quán)重大的為該類團(tuán)的主題。
b.基于主題相似度的主題演化分析和異軌主題發(fā)現(xiàn)。主題演變過程中,通過主題相似度分析主題在時(shí)間序列演變下的關(guān)聯(lián)。考慮主題的數(shù)量和質(zhì)量,即用社團(tuán)的節(jié)點(diǎn)規(guī)模表示數(shù)量,社團(tuán)中心性表示社會(huì)網(wǎng)絡(luò)地位,用此表示主題質(zhì)量。主題相似性的計(jì)算依據(jù)GED,并增加了主題規(guī)模和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在兩個(gè)相鄰時(shí)間段,兩個(gè)主題的相似性取決于主題關(guān)聯(lián)度,主題關(guān)聯(lián)度與兩個(gè)主題包含的共同節(jié)點(diǎn)的中心性相關(guān)。
節(jié)點(diǎn)i的相對(duì)中心度標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式:
(4)
t時(shí)間窗口的主題Ct在t+1時(shí)間窗口的主題Ct+1的關(guān)聯(lián)度計(jì)算如下:
(5)
戰(zhàn)略坐標(biāo)圖在主題聚類的基礎(chǔ)上,對(duì)不同主題間的內(nèi)外關(guān)聯(lián)進(jìn)行可視化,評(píng)估主題演化發(fā)展的重要性和發(fā)展程度。借助于密度和向心度構(gòu)建而為指標(biāo),四個(gè)象限的定性表示:第一象限是高成熟度和核心的主題;第二象限是高成熟度和孤立的主題;第三象限是新興主題或者即將消失的主題;第四象限是成熟度低的基礎(chǔ)主題,可能成為研究熱點(diǎn)或未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)?;趹?zhàn)略坐標(biāo)結(jié)合時(shí)序,分析主題在演變中密度、中心度、規(guī)模的變化,在第三象限的主題可能成為異軌主題,并通過主題的關(guān)聯(lián)計(jì)算,得出可能的顛覆性主題(見圖4)。
圖4 戰(zhàn)略坐標(biāo)圖各象限示意圖
具體的數(shù)據(jù)處理、文本挖掘及基于網(wǎng)絡(luò)的主題演化分析流程如圖5所示。
圖5 基于論文、專利、項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)主題分析流程
4.1.2數(shù)據(jù)說明
在科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上,本部分?jǐn)?shù)據(jù)圍繞論文、專利、項(xiàng)目(一定程度上體現(xiàn)企業(yè)自由探索的項(xiàng)目),對(duì)人工智能領(lǐng)域進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)選擇CNKI、智慧芽以及各級(jí)人工智能項(xiàng)目(國(guó)家自然科學(xué)基金、工信部、發(fā)改委、科技創(chuàng)新、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目)、政策數(shù)據(jù)。整個(gè)研究的假設(shè)來(lái)源于顛覆性技術(shù)是新技術(shù),該技術(shù)可以是基礎(chǔ)理論突破、技術(shù)突破形成的新技術(shù),也可能是已有技術(shù)的集成融合形成的新技術(shù),或者是已有技術(shù)的跨領(lǐng)域應(yīng)用。
論文作為創(chuàng)新思想的載體,更多地體現(xiàn)了研究的基礎(chǔ)和成果,是科學(xué)家對(duì)科學(xué)問題所做的探索和突破[25],是科學(xué)知識(shí)的主要來(lái)源。專利是發(fā)明這種創(chuàng)新技術(shù)對(duì)外的最重要公開方式,專利文獻(xiàn)更多地體現(xiàn)的是技術(shù)的先進(jìn)性,包含著與創(chuàng)新意圖和技術(shù)發(fā)展相關(guān)的規(guī)范化數(shù)據(jù)[26],可以作為衡量企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)焦點(diǎn)的工具。項(xiàng)目是面向科學(xué)問題進(jìn)行的探索和研究?;痦?xiàng)目更側(cè)重基礎(chǔ)研究,體現(xiàn)國(guó)家需求的履行和實(shí)現(xiàn);其他部委和企業(yè)項(xiàng)目更偏向科學(xué)難點(diǎn)的突破和工程的實(shí)現(xiàn),一定程度上體現(xiàn)了國(guó)家和企業(yè)的需求。
因此,在實(shí)證上利用論文、專利、項(xiàng)目,輔以政策規(guī)劃數(shù)據(jù)一定程度上反映科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)模型的應(yīng)用。
近年來(lái),我國(guó)政府高度重視人工智能技術(shù)的發(fā)展,相繼出臺(tái)了多項(xiàng)戰(zhàn)略規(guī)劃,不斷推動(dòng)人工智能技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化。搜集近年來(lái),我國(guó)頒布的相關(guān)政策,立足當(dāng)前相關(guān)政策的發(fā)展歷程,可以發(fā)現(xiàn)人工智能相關(guān)政策經(jīng)歷了3個(gè)階段。
a.人工智能——“智能制造”時(shí)期(2015-2016年)
隨著兩化融合政策的深入推進(jìn),2015年開始,國(guó)家將現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)與信息化、智能化技術(shù)相結(jié)合,利用信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將實(shí)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行智能化擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)兩化融合,開啟了人工智能的發(fā)展道路。
b.人工智能——“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)期(2016-2017年)
在這期間,人工智能在“互聯(lián)網(wǎng)+”、新興產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新等政策中所占的比重越來(lái)越大,“互聯(lián)網(wǎng)+”與人工智能首次由國(guó)家發(fā)展改革委、科技部、工業(yè)和信息化部、中央網(wǎng)信辦將工作規(guī)劃提上部委章程,同時(shí)國(guó)家也越來(lái)越重視“人工智能”對(duì)智能制造的重要性。
c.人工智能——國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃期(2017年-至今)
隨著2017年國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,人工智能正式進(jìn)入國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃期,作為一項(xiàng)重要的國(guó)策,成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大主題。同時(shí)人工智能技術(shù)、應(yīng)用及人才相關(guān)指導(dǎo)意見與落地政策紛紛頒布,各行業(yè)也將與人工智能的結(jié)合作為發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)。
隨著人工智能向社會(huì)各領(lǐng)域的全要素滲透、與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的全過程融合,必將帶來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)生產(chǎn)、城市管理等方面的顛覆性變革,全球領(lǐng)域的智能化競(jìng)爭(zhēng)已悄然拉開了帷幕。依據(jù)人工智能發(fā)展需求,近年來(lái),我國(guó)在人工智能領(lǐng)域的項(xiàng)目布局也逐步向縱深鋪開。
獲取2009年-2018年以來(lái)相關(guān)論文、專利和項(xiàng)目構(gòu)建上述論文-專利-社會(huì)/政策三方面數(shù)據(jù)的融合網(wǎng)絡(luò)(為了避免語(yǔ)言的不一致,本次數(shù)據(jù)驗(yàn)證選取的均是國(guó)內(nèi)相關(guān)資源)。
在下載相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí),首先對(duì)體現(xiàn)國(guó)家需求的項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,選取布局層面主題,在設(shè)置論文、專利檢索策略時(shí),除了“人工智能”“AI”之外,增加了項(xiàng)目布局的主題,例如機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、機(jī)器視覺等。CNKI共計(jì)16 043篇,智慧芽共計(jì)33 278項(xiàng),項(xiàng)目共計(jì)4 363項(xiàng)。專利數(shù)據(jù)和項(xiàng)目數(shù)據(jù)均采用關(guān)鍵詞進(jìn)行抽取,并把所有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為wos文本格式,以用于可視化共詞聚類。
按時(shí)序分析,得到主題/關(guān)鍵詞隨時(shí)間的發(fā)展,并由此得到該時(shí)間范疇中的新技術(shù)關(guān)鍵詞、文本及由此產(chǎn)生的關(guān)系。分別劃分2009—2010年,2011—2012年,2013—2014年,2015—2016年,2017—2018年5個(gè)時(shí)間段。以主題各時(shí)段包含的關(guān)鍵詞數(shù)量、中心度、密度、相鄰時(shí)間段中主題間的關(guān)聯(lián)相似性,來(lái)描述人工智能領(lǐng)域發(fā)展過程中新技術(shù)的出現(xiàn)、融合、擴(kuò)張、突變的識(shí)別。在不同時(shí)間窗口,網(wǎng)絡(luò)演化包括了基于共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聚類的類團(tuán)數(shù)量、大小、密度、中心度、結(jié)構(gòu)的一些屬性變化,也包含了代表類團(tuán)語(yǔ)義的主題的演變和突變,見表1。
表1 2009-2018年各時(shí)間窗口各類團(tuán)的中心度、密度及規(guī)模
共形成6個(gè)類簇,根據(jù)簡(jiǎn)單中心度權(quán)重計(jì)算每個(gè)類團(tuán)中的主題詞篩選,得到:
Cluster1:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
Cluster2:群體智能
Cluster3:特征抽取 人臉識(shí)別 腦機(jī)接口
Cluster4:目標(biāo)跟蹤
Cluster5:數(shù)據(jù)挖掘 關(guān)聯(lián)規(guī)則
Cluster6:字符分割
主題的大小與類團(tuán)規(guī)模有關(guān),字符分割處于成熟且邊緣位置(第二象限),屬于基礎(chǔ)性橫向發(fā)展的主題,在2009—2010年處于邊緣階段。目標(biāo)跟蹤處于不成熟且邊緣位置。主題大部分處于重要且不成熟階段(第四象限),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、群體智能、特征抽取、人臉識(shí)別、腦機(jī)接口說明主題研究已經(jīng)初具規(guī)模,仍具有進(jìn)一步發(fā)展空間,這些主題與其他主題具有緊密的聯(lián)系,所屬研究領(lǐng)域表現(xiàn)活躍,是基礎(chǔ)研究主題,主題內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為松散,發(fā)展不夠成熟。
Cluster1:腦機(jī)接口
Cluster2:群體智能
Cluster3:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
Cluster4:數(shù)據(jù)挖掘
Cluster5:目標(biāo)跟蹤
如圖6所示,2011—2012年主題腦機(jī)接口、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)挖掘處于第四象限,重要且不成熟階段,在規(guī)模上比腦機(jī)接口略較于前一階段規(guī)模有所增加,且較之上一階段的緊湊程度逐漸增強(qiáng),研究更加集中,說明有了共同導(dǎo)向的問題。數(shù)據(jù)挖掘較之前一階段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散,說明研究有了新的研究主題,數(shù)據(jù)挖掘較之上階段在新階段突現(xiàn)出計(jì)算智能、智能決策、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、半監(jiān)督學(xué)習(xí)等關(guān)鍵詞,說明在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域與機(jī)器學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)度不斷增強(qiáng),新的智能算法為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘帶來(lái)新的應(yīng)用場(chǎng)景。但目標(biāo)跟蹤較之前一階段規(guī)模減少,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主題的成熟度和重要性在不斷增強(qiáng),作為人工智能領(lǐng)域的重要和根本算法,在于其他主題的關(guān)聯(lián)不斷加強(qiáng)。字符分割類團(tuán)在該階段融入進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類團(tuán)中,方法使用中應(yīng)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
圖6 2011—2012年時(shí)間窗聚類子圖(以Cluster5為例)
Cluster1:人臉識(shí)別
Cluster2:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
Cluster3:群體智能
Cluster4:數(shù)據(jù)挖掘
Cluster5:腦機(jī)接口
如圖7所示,2013—2014年時(shí)間段,人臉識(shí)別由上階段的目標(biāo)跟蹤演化而來(lái),較之2011-2012,規(guī)模上變?yōu)樵瓉?lái)的2倍多,由原來(lái)內(nèi)部緊湊變?yōu)樗缮?,說明研究方向進(jìn)行了擴(kuò)展,且由原來(lái)的成熟階段變?yōu)椴怀墒祀A段,說明應(yīng)用了很多新的方法解決新問題,觀察子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容,應(yīng)用場(chǎng)景由視頻識(shí)別,擴(kuò)展到信息多元融合,圖像、語(yǔ)音、視頻、字符,包括表情識(shí)別等,使用方法上應(yīng)用了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多示例學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等多種智能算法。腦機(jī)接口由上階段邊緣位置上升到重要位置,說明作為基礎(chǔ)研究逐漸成為研究主要方向。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較之上一階段,逐漸成為研究熱點(diǎn),隨著研究的不斷深入,可能產(chǎn)生了新的主題,且規(guī)模不斷擴(kuò)大。群體智能較上一階段經(jīng)過一定時(shí)間的積累,在規(guī)模上變化不大,但是在主題上經(jīng)歷了趨勢(shì)-新方法出現(xiàn)-研究逐漸集中的階段,在方法上除了傳統(tǒng)的蟻群、粒子群等算法,出現(xiàn)了蚊群、貓群、蝙蝠、果蠅算法改進(jìn)等新的群體智能算法。數(shù)據(jù)挖掘較之上階段規(guī)模上變化不大,但在主題方向上可能更為集中,逐漸將應(yīng)用新的智能算法處于成熟階段。
圖7 2013—2014年時(shí)間窗聚類子圖(以Cluster5為例)
Cluster1:深度學(xué)習(xí)
Cluster2:群體智能
Cluster3:人臉識(shí)別
Cluster4:腦機(jī)接口
Cluster5:數(shù)據(jù)挖掘
如圖8所示,2015—2016年時(shí)間段,腦機(jī)接口較上階段結(jié)構(gòu)較為松散,可能隨著新場(chǎng)景的應(yīng)用出現(xiàn)了新的主題,但整體上處于主要成熟階段。群體智能較之上一階段出現(xiàn)了新主題,規(guī)模上增加了1/3,在智能規(guī)劃、群體優(yōu)化和安全方面有了新的進(jìn)展。在人臉識(shí)別上較之上階段突現(xiàn)了人機(jī)交互、三維重建、流行學(xué)習(xí)等新主題。數(shù)據(jù)挖掘較之上階段逐漸成為成熟度較高的獨(dú)立主題,規(guī)模上驟減到上階段的1/4,這或許與深度學(xué)習(xí)的興起相關(guān),大部分的主題進(jìn)行分化融合到深度學(xué)習(xí),成為未來(lái)的熱點(diǎn)和新趨勢(shì),大數(shù)據(jù)成為規(guī)模出現(xiàn),成為突現(xiàn)主題。
圖8 2015—2016年時(shí)間窗聚類子圖(以Cluster5為例)
Cluster1:大數(shù)據(jù)
Cluster2:深度學(xué)習(xí)
Cluster3:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
Cluster4:腦機(jī)接口
Cluster5:強(qiáng)化學(xué)習(xí)
如圖9所示,2017—2018年時(shí)間段,在研究規(guī)模上較之上一階段都有了很大的提升,大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)成為新的研究趨勢(shì)和熱點(diǎn),深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用場(chǎng)景和方法較之上一階段更加復(fù)雜。腦機(jī)接口較之上一階段變化不大,突現(xiàn)了多模態(tài)融合、穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)發(fā)電位、虛擬現(xiàn)實(shí)、共同空間建模、腦機(jī)交互等主題。強(qiáng)化學(xué)習(xí)由上一階段的群體智能演化而來(lái),成為新的解決方案,且使群體智能變得較為獨(dú)立成熟。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是群體智能、數(shù)據(jù)挖掘和應(yīng)用領(lǐng)域交融的新主題,智慧醫(yī)療、智能交通、成為新的研究領(lǐng)域趨勢(shì),類腦計(jì)算、多目標(biāo)優(yōu)化、演化算法、群智涌現(xiàn)、復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)智能、認(rèn)知計(jì)算、語(yǔ)義理解、因果推理與決策成為新的突現(xiàn)主題。
圖9 2017—2018年時(shí)間窗聚類子圖(以Cluster5為例)
從演化視角整體看來(lái),人工智能領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景出現(xiàn)在醫(yī)療、交通等領(lǐng)域。面向重大需求的主題方向圍繞提升我國(guó)人工智能國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需求,更強(qiáng)調(diào)在“人機(jī)融合智能”領(lǐng)域的重點(diǎn)攻關(guān),突破新一代人工智能關(guān)鍵共性技術(shù),以算法為核心,數(shù)據(jù)和硬件為基礎(chǔ),全面提升感知識(shí)別、知識(shí)計(jì)算、認(rèn)知推理、協(xié)同控制與操作、人機(jī)交互等能力,形成開放兼容、穩(wěn)定成熟的技術(shù)體系。重點(diǎn)關(guān)注知識(shí)學(xué)習(xí)與計(jì)算引擎、場(chǎng)景主動(dòng)感知、群智激發(fā)匯聚、人機(jī)協(xié)同、自主智能為主的技術(shù)領(lǐng)域,并開始關(guān)注到技術(shù)應(yīng)用層的共性技術(shù),包括人機(jī)共駕系統(tǒng)、無(wú)人集群系統(tǒng)自主協(xié)同、風(fēng)險(xiǎn)感知與智能決策、人機(jī)交互服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)、機(jī)器人自主學(xué)習(xí)與進(jìn)化等關(guān)鍵技術(shù),更為突出人工智能技術(shù)對(duì)具體行業(yè)領(lǐng)域的支撐作用。
本研究以典型案例為切入點(diǎn),從創(chuàng)新過程視角探討顛覆性技術(shù)創(chuàng)新過程中的演化特征,并構(gòu)建了科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)模型,以人工智能領(lǐng)域?yàn)槔M(jìn)行了實(shí)證研究。當(dāng)前研究將項(xiàng)目數(shù)據(jù)在一定程度上能反應(yīng)國(guó)家需求和企業(yè)的自由探索,對(duì)于市場(chǎng)研究來(lái)說仍具有片面性,因此未來(lái)研究會(huì)基于該模型以及全過程創(chuàng)新視角,圍繞科學(xué)文獻(xiàn)、專利文獻(xiàn)、產(chǎn)業(yè)報(bào)告、政策、媒體等開源數(shù)據(jù)構(gòu)建科學(xué)-技術(shù)-市場(chǎng)多層網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行潛在顛覆性技術(shù)信號(hào)識(shí)別的量化研究。