引发产业变革的颠覆性技术内涵与遴选研究

孙永福 ,  王礼恒 ,  孙棕檀 ,  王崑声 ,  胡良元 ,  崔剑 ,  徐源 ,  康熙瞳

中国工程科学 ›› 2017, Vol. 19 ›› Issue (5) : 9 -16.

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中国工程科学 ›› 2017, Vol. 19 ›› Issue (5) : 9 -16. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2017.05.002
综合研究

引发产业变革的颠覆性技术内涵与遴选研究

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Connotation and Selection of Disruptive Technologies that Lead Industrial Change

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摘要

引发产业变革的颠覆性技术具有技术突破性、产品替代性、市场广泛性与产业变革性特征，会对社会发展和人民生活产生深远的影响。本文首先从产业和技术角度出发，提出引发产业变革的颠覆性技术内涵；其次，建立相应的指标评价体系；最后，通过两轮问卷调查，以定性和定量相结合的方式，遴选出20多项引发产业变革的颠覆性技术，从而为进一步研究颠覆性技术与产业变革间的规律、开展技术预测工作提供支撑。

Abstract

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.

关键词

产业变革 / 颠覆性技术 / 指标评价体系 / 遴选 / 调查问卷

Key words

产业变革 / 颠覆性技术 / 指标评价体系 / 遴选 / 调查问卷 / industrial change / disruptive technologies / index evaluation system / selection / questionnaire survey

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孙永福,王礼恒,孙棕檀,王崑声,胡良元,崔剑,徐源,康熙瞳. 引发产业变革的颠覆性技术内涵与遴选研究[J]. 中国工程科学, 2017, 19(5): 9-16 DOI:10.15302/J-SSCAE-2017.05.002

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一、前言

颠覆性技术创新在历次科技革命和产业革命的 孕育、发生和发展过程中发挥了重要作用，对社会 发展和人民生活产生了深远的影响 [1]。当前，世 界正处于新一轮科技革命的前夜，新一轮颠覆性技术发展十分活跃，信息技术、能源技术、生命科学 技术交叉融合、深度渗透和群体兴起，增材制造、 物联网、移动互联网、云计算、大数据、石墨烯等 颠覆性技术已经处于产业化突破的临界点 [2,3]。世 界各国纷纷瞄准这一时代契机，从政府顶层到企业层 面，相继发布推动技术创新和促进产业发展的战略规 划与政策措施，谋划抢占科技制高点和市场先机。

新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经 济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正 在重塑，我国产业转型升级如逆水行舟，不进则退。 我国应紧紧抓住当前的重大历史机遇，在新一轮科 技革命和产业变革中抢占战略制高点，才有可能实 现弯道超车、后来居上。

在这样的背景下，若能准确把握与预测引发产 业变革的颠覆性技术的发展方向，将为我国制定重 大科技发展规划及政策提供决策支撑，为我国选择 产业转型升级的着力点、关系全局和长远发展的战 略必争领域和优先发展方向提供重要参考。对引发 产业变革的颠覆性技术的预测，可采用以下循序渐 进的研究思路：首先研究引发产业变革的颠覆性技 术内涵；再采用科学、准确的手段对引发产业变革 的颠覆性技术进行定性与定量遴选；进而总结引发 产业变革颠覆性技术的特征与发展规律，开展探索 性技术预测。

引发产业变革的颠覆性技术内涵研究与定性定 量遴选引发产业变革的颠覆性技术是“引发产业变 革的重大颠覆性技术预测研究”项目的一部分。“引 发产业变革的重大颠覆性技术预测研究”是中国工 程院 2016 年立项的重大咨询项目，旨在贯彻中国 共产党第十八届中央委员会第五次全体会议提出的 创新发展理念和“重视颠覆性技术创新”的要求， 汇集专家群体智慧、广泛调研国内外各领域最新的 研究成果，遴选、提出和研究未来 10 年国内外正 在引发产业变革的颠覆性技术，以及有共识的未来 20 年必然引发产业变革或可能引发产业变革的颠覆 性技术。项目从产业和技术结合的角度提出了引发 产业变革的颠覆性技术内涵，并建立引发产业变革 的颠覆性技术指标评价体系，通过第一轮问卷调查 定性遴选出约 160 项技术，再应用指标评价体系通 过第二轮问卷调查定量遴选出约 20 项技术，从而 为进一步研究颠覆性技术与产业变革间的规律、开 展技术预测奠定基础。

二、引发产业变革的颠覆性技术内涵与指标 评价体系

（一）引发产业变革的颠覆性技术内涵

颠覆性技术是采用科学原理进行创新应用、 或由技术集成创新产生的新技术；这些新技术具 有重大突破性，对相关技术具有替代性，具有广 泛的应用价值，并将对产业发展产生深远的影响。 产业变革是以技术创新为基础，经历新事物从无 到有、从小到大、逐步扩散到日常生产和生活的 过程 [4]，进而推动产业组织管理模式、产品制造 生产模式、商业运行模式等变革性发展，甚至催 生新兴产业。

引发产业变革的颠覆性技术是以技术取得重大 突破为基础和前提，以该项技术为核心的产品具有 颠覆性创新，能够催生潜力巨大的市场，并引发产 业组织管理模式、产品制造生产模式、商业运行模 式等的变革。

引发产业变革的颠覆性技术具有以下特征。

一是技术突破性。科学原理的创新应用，或跨 学科、跨领域技术的集成创新等取得重大突破，或 工艺技术取得突破，能够对产品性能或形态产生重 大影响。

二是产品替代性。在技术取得重大突破后 , 以 该项技术为核心的产品具有颠覆性创新，有望引发 产品与服务（还包括工艺装备和设计方法）的更新 换代，或者创造全新的产品形态。

三是市场广泛性。对新产品或服务需求广泛， 可强劲挤占原有的产品市场，市场和产业的容量大； 或者引发和培育出新市场需求，形成规模庞大的新 市场，对产业具有广泛的可嵌入性。

四是产业变革性。由于颠覆性产品的市场需求 强劲或产生新的需求形态等，与其相关的产业在组 织管理模式、产品制造生产模式、商业运行模式等 方面必须进行相适应或创新性变革。

（二）引发产业变革的颠覆性技术指标评价体系

指标评价体系紧扣“引发产业变革的颠覆性技 术”内涵与特征，设为 4 个一级指标和 12 个二级 指标。4 个一级指标与“引发产业变革的颠覆性技 术”的 4 个特征，即“技术突破性、产品替代性、 市场广泛性、产业变革性”相对应。同时，设计了每个二级指标的初始权重值（见表 1），为引发产业 变革的颠覆性技术的定量遴选提供可操作的方法。

表 1 引发产业变革的颠覆性技术指标评价体系

每个二级指标均设立可量化标准，根据相应的 评价标准有相应得分（0~10 分）。

1. 技术需求性指标

“需求”能体现技术对重大问题的解决。通过 设立该指标来判断某项技术是否具有强烈的应用需 求，以及需求推动程度（见表 2）。

表 2 技术需求性指标评价准则

2. 技术提升性指标

该指标表征关键技术的核心指标提升情况。 相比原有技术，提升率越高颠覆性影响越明显（见 表 3）。

表 3 技术提升性指标评价准则

3. 技术成熟度指标

该指标表征核心关键技术的成熟度。成熟度越 高，转化为产品的潜力越大。因为项目着重关注 10 年内引发产业变革的颠覆性技术，考虑到无论是技 术成熟与培育，还是技术转化为产品再到进入市场， 都需要一定的年限，故着眼于技术成熟度（TRL） ≥ 4 的技术。该项指标得分小于 4（TRL< 4）的技 术将不予考虑（见表 4）。

表 4 技术成熟度指标评价准则

4. 产品突出性指标

该指标表征技术引发的产品或服务对旧有产品 或服务的替代作用与影响。该项指标得分越高，替 代性越强（见表 5）。

表 5 产品突出性指标评价准则

5. 制造成熟度指标

该指标表征产品制造过程中关键制造技术的成 熟程度，以及技术转化过程中的制造风险。制造成 熟度越高，应用价值越大（见表 6）。

表 6 制造成熟度指标评价准则

6. 制约因素指标

该指标表征技术成功转化为产品或服务时所需付出的努力与面临的困难。该指标作为唯一的负向 指标，包括成本、基础设施和政策等因素，得分越 高，技术转化为产品或服务的潜力越大（见表 7）。

表 7 制约因素指标评价准则

7. 民众生活指标

该指标表征颠覆性技术对生活资料（消费者） 市场的影响，体现在衣食住行甚至社交娱乐等精神 层面需求的改变与提升，以及衣食住行甚至社交娱 乐等精神层面成本的降低（见表 8）。

表 8 民众生活指标评价准则

8. 生产资料指标

该指标表征颠覆性技术对生产资料市场的影 响，体现在生产资料中设备、原材料、工具、辅助品等各要素的改变，涵盖了日用品制造、工业生产、 农业耕作与武器装备研制等多种生产资料市场（见 表 9）。

表 9 生产资料指标评价准则

9. 受益群体指标

该指标表征技术对市场终端——广义消费者的 影响，该项指标得分越高，颠覆性技术产生的受众 影响越大。广义消费者包括消费者（普通民众）、 生产者、服务者（生产与制造、农业、服务业）、 特定人群（军事人员及其他）等（见表 10）。

表 10 受益群体指标评价准则

10. 产业运行模式指标

该指标表征产业运行模式的发展与改变，包括 组织管理模式、制造模式与商业模式的改变与发展（见表 11）。

表 11 产业运行模式指标评价准则

11. 产业规模指标

该指标从从业人数、产业集中程度、市场规 模与占有率、经济价值等角度表征产业规模的扩 大和改变（见表 12）。

表 12 产业规模指标评价准则

12. 产业结构指标

该指标表征由于产品比例或服务形态的改 变，引发产业结构发生深刻变化，将逐步催生 新兴产业、改造原有产业、淘汰夕阳产业（见 表 13）。

表 13 产业结构指标评价准则

三、引发产业变革颠覆性技术的定性遴选

对引发产业变革的颠覆性技术的定性遴选，需 经历三个步骤：首先，综合国内外各类颠覆性技 术研究报告与技术热点，形成“技术选项清单” （313 项技术）；其次，依托院士智慧与专家力量， 在“技术选项清单”的基础上，开展问卷调查；最后， 根据问卷调查的结果，进行多渠道技术补充，形成 “技术备评清单”（165 项），具体流程见图 1。

图 1 引发产业变革的颠覆性技术的定性遴选流程

（一）技术选项清单的形成

持续跟踪主要国家和机构开展的颠覆性技术研 究与预测报告，从中梳理出与产业相关的颠覆性技 术；并对国内政策文件与热点词汇进行整理，对涉 及到的颠覆性技术进行筛选、归类；再借鉴吸收《中 国工程科技 2035 发展战略研究》技术清单、科技 部面向“十三五”技术预测的部分成果，最后形成 包含 313 项技术的“技术选项清单”。

（二）第一轮调查问卷工作

问卷调查将以中国工程院院士为核心、专家为 骨干、学部为主体，旨在广泛征集并汇聚院士、专 家意见，充分发挥各学部各领域院士、专家的作用。 依照各学部设置，共设置 8 份“技术选项子清单”， 院士专家在每份“技术选项子清单”选出不超过 20 项的引发产业变革的颠覆性技术，并可进行技术增补。对问卷进行回收统计时，按各技术入选频次 对技术进行排序，并对院士专家补充的技术进行详 细记录（见表 14）。

表 14 第一轮问卷调查统计情况

（三）技术备评清单的形成

通过入选技术数、第一轮问卷入选技术数、《中 国工程科技 2035 发展战略研究》渠道入选技术数、 院士补充渠道入选技术数、其他渠道入选技术数五 个渠道，对技术进行集成、归并和删减，最终形成 包含 165 项技术的“技术备评清单”（见表 15）。此 外，还对 165 项技术的预计实现年份及数量进行了 统计（见表 16）。

表 15 “技术备评清单”中的技术来源 （项）

表 16 技术预计实现年份及数量统计（项）

四、引发产业变革的颠覆性技术定量遴选

在包含 165 项技术的“技术备评清单”的基 础上，采用指标评价体系，设计第二轮调查问卷； 仍以中国工程院各学部院士为核心，广泛征集并 汇聚院士意见，填写第二轮调查问卷；最后对问 卷结果进行统计，与院士补充的技术数量综合后， 形成 26 项“引发产业变革颠覆性技术备研清单” （见图 2）。

图 2 引发产业变革的颠覆性技术定量遴选流程

问卷中对单项技术的遴选设置如图 3 所示。对 调查问卷出现的以下几种情况做如下处理。

图 3 第二轮调查问卷中对单项技术的遴选设置

（1）对技术“很熟悉、熟悉、一般”的专家， 在统计技术得分时按 3∶2∶1 的比重进行处理。

（2）对未做出“是否为颠覆性技术”判别或做 出否定判别的问卷，不纳入问卷统计。

（3）对只做出“技术熟悉程度”判别但未进 行评价勾选的问卷，进行“入选次数”统计，不 进行“技术得分”统计。

（4）对做出技术评价勾选但未做出“技术熟 悉程度”判别的问卷，统一处理为“技术熟悉程 度一般”。

第二轮问卷调查共回收 178 份有效问卷，回 收率接近 20 %。按照“技术得分”和“入选次数” 两个序列，对技术进行排序，再结合院士增补的 29 项技术，经过筛选后，形成初步的“引发产业变 革颠覆性技术备研清单”（现有 26 项）。后续将开 展企业研讨、双创群体研讨与其他形式的调研，确 定最终的“技术备研清单”。

26 项引发产业变革的颠覆性技术如下：无人驾 驶交通系统技术、新能源汽车动力技术、区块链技 术 / 数字货币、智能计算与智能化软件、大数据开 发与利用、人工智能及脑认知的形式化、生物 3D 打印先进制造技术和设备、超导材料、面向高效能 量转化与存储的纳米材料技术、碳纳米管及石墨烯 等碳基材料制备技术、新一代核反应堆技术、能源 互联网、天然气水合物大规模安全经济开采关键技 术、规模化新型电能存储技术、井下油水分离同井 注采技术、数值天气预报、建筑工程的 3D 打印（建造）技术、现代高效节水灌溉技术、超级高速铁路、 纺织全流程智能制造、新型农药、农作物先进育种 技术、基因编辑技术、健康医学、生物医药、慢病 防控工程与治疗关键技术。

五、结语

项目从研究引发产业变革的颠覆性技术内涵、 建立引发产业变革的颠覆性技术的指标评价体系入 手，通过两轮问卷调查，依托院士与专家智慧，逐 步从 313 项“备选技术清单”中定性遴选出 165 项 “备评技术”，再从这 165 项“备评技术”中定量遴 选出 26 项“备研技术”。对引发产业变革颠覆性技 术内涵与遴选所开展的逐步聚焦、定性定量相结合 的研究方法，是对颠覆性技术与产业变革规律把握 与理解的一种初步探索，也为项目后期开展技术预 测奠定基础。

项目在开展引发产业变革的颠覆性技术内涵与 遴选的研究工作中，也注重积累阶段性成果，探索 研究方法的创新性，主要体现在：对引发产业变革 的颠覆性技术案例的关注，整理形成 3 篇典型案例； 对国外颠覆性技术识别方法的梳理，进行简要的分 析对比；开展各行业知名企业座谈会，企业家介绍 了颠覆性技术的产业发展情况；与政府机构与军方 专家就颠覆性技术发展趋势、政策扶持、军民差异 等进行沟通等。

但与此同时，对引发产业变革的颠覆性技术的 内涵与遴选研究，也存在需要完善及进一步研究的 方面，主要体现在：各类技术清单中的技术还是存 在技术颗粒度大小不一的问题；未充分借助产业界 力量，把握处于产业孕育阶段的颠覆性技术；参与 问卷调查的专家数量与覆盖面还有所欠缺。这就需 要我们借鉴已开展的引发产业变革的颠覆性技术遴 选工作及其他研究项目的成果经验，在开展后续研 究时，设计更合理、科学与创新性的技术遴选机制， 设立学术界、产业界人士都广泛参与项目研究的机 制，并建立长期的技术、知识、专家库积累。通过 持续改进，更好地为引发产业变革的颠覆性技术预 测与分析工作的开展提供支撑与帮助。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
[1]

Bower J L. Christensen C M. Disruptive technologies: Catching the wave [J]. Harvard Business Review, 1995, 73(1): 43–53.
[2]

赵国栋, 易欢欢, 廖万军, 大数据时代的历史机遇: 产业变革与数据科学 [M]. 北京: 清华大学出版社, 2013.
[3]

麦肯锡. 颠覆性技术与商业趋势 [M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2013.
[4]

刘琦岩. 大力发展引领产业变革的颠覆性技术 [J]. 红旗文稿. 2016 (14): 19.

基金资助

中国工程院咨询项目“引发产业变革的重大颠覆性技术预测研究”(2016-ZD-12)()

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