核心技术微观机理与突破路径——以中国汽车AMT技术为例

李显君，孟东晖，刘 暐

(1.清华大学 汽车工程系，北京 100084；2.清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084)

一、引言

核心技术不仅是企业核心能力的重要组成[1-2]，更是核心能力转化为竞争优势的关键[3]。缺乏核心技术，一直是我国产业创新和国际竞争的“软肋”和“瓶颈”；核心技术突破仍是我国今天的战略性难课，是制造业从“大而不强”迈向“既大又强”的必由之路。

自20世纪80年代中期，特别是近十年来，我国政府和企业一直基于西方创新理论和技术追赶理论，并借鉴国外成功经验寻求产业核心技术的突破，但总体上很多产业仍未能实现核心技术突破，主要有以下3点原因。

一是西方企业的技术创新是在原有产业核心技术基础上的再创新，是技术变革下在位企业自身核心技术的更新、发展和转移[4-6]。而没有产业核心技术基础的中国企业，按照技术创新的一般规律、简单地复制正向开发模式很难实现核心技术的突破。二是韩日等国成功实现追赶年代的核心技术相对简单，但今天制造业核心技术越来越是多种复杂性技术的融合。三是核心技术对于后发企业而言属于技术“黑箱”，包括了大量的隐性知识，其突破壁垒高、难以模仿和复制[7-8]。领先企业为使其专有信息、技术诀窍[9]或高度默会的核心知识[7]免遭模仿而设立了严格的保护和独占机制[3]，使得后发企业作为使用者能看到输入和输出但根本无法了解具体形成过程[10]。

后发国家产业的成功追赶最终依赖于核心技术所建立的持久创新能力[11]。核心技术不能依靠引进现成或成套技术来获得[12-13]，必须通过技术学习和整合来实现突破，其前提是打破核心技术的“黑箱”桎梏。“黑箱”技术是经过筛选处理的集成技术，与自主生成的技术完全不同，后来者无法对其完整理解[14]。因此，只有首先打开核心技术的黑箱，才能找到突破的路径和机制。尽管创新研究领域关于技术结构、技术演化方向及路径的文献十分丰富，但是关于核心技术的研究还存在两个缺口：一是主流技术创新及技术追赶理论专门研究核心技术的文献几乎没有，仅仅在部分文献中提及核心技术[3,13,15]，且都将其视为“自明性概念”而“黑箱”化处理。少量关于核心技术构成的文献都是基于物理属性或功能属性[6,16-17]的表层认知，而现有对核心技术的知识属性区分[10,18-19]也都是依托于产品的物理层次，因此都没有真正打开核心技术“黑箱”的内在结构。另一个缺口是以A-U模型[20-21]为代表的西方产业技术演化路径和以逆A-U模型[12,22]及“OEM-ODM-OBM”模型[23]为代表的后发国家技术追赶路径，都没有把核心技术从一般技术中分离出来，专门探讨其演化方向及创新路径。相对而言，由于现实瓶颈和政府自主创新政策导向，国内关于核心技术的研究文献更为丰富，但大多仅触及核心技术的来源[24]或创新机制[25]，同时都是遵循技术创新和技术追赶研究的一般范式，仍没有从核心技术的内在结构切入，系统、深入地研究核心技术突破路径的高质量文献还很罕见。

本研究力图填补上述两个缺口，探索核心技术微观演化机理，主要关注两个问题：一是核心技术内在结构，即核心技术内部组成部分及其逻辑关系是什么？二是核心技术演化规律，即核心技术突破遵循什么路径？本文聚焦汽车电控机械自动变速箱(AMT)技术，深入研究我国企业突破该项技术的纵向历程。AMT是汽车核心部件，欧美于20世纪60年代开始研发，20世纪80年代实现量产；我国企业从20世纪80年代开始研究，但2000年以前始终停留在实验室样机阶段。在2010年前后，先后由苏州绿控、一汽等企业通过自主创新突破了AMT核心技术，打破了美国伊顿等公司的垄断，并迫使跨国公司产品降价。例如，美国伊顿用于混合动力大客车的AMT已从2009年40万/套降至2015年20万/套以下。我国AMT核心技术突破案例包含现有技术追赶理论所不能解释的独特现象。例如，其突破并非从引进成熟及成套技术起步，而是从本土高校的理论研究开始；高校在技术突破过程中发挥了至关重要的作用，是案例企业最初技术来源。

我国AMT核心技术的突破，为研究核心技术微观机理提供了绝佳机会，也为广受社会诟病的我国汽车产业探索新的核心技术突破路径提供了条件。本文采用纵向多案例研究方法，选取两家没有相关基础却实现AMT技术突破的本土企业作为研究对象。通过研究，我们打开了核心技术黑箱，识别出核心技术的三个组成部分：原理性核心技术、性能性核心技术和可靠性核心技术，三者的“黑箱度”即突破难度依次提高；其中，可靠性核心技术突破难度最大，且只能依靠企业自身的经验和数据积累，而这一点被现有创新研究文献所忽略。核心技术的突破过程就是逐步打开“黑箱”的过程，其路径是：以突破原理性核心技术为起点，再依次实现性能性技术和可靠性核心技术的突破。这一发现对主流技术追赶理论的逆A-U模型提出了挑战。本研究揭示了核心技术内在结构及其演化机理，丰富了技术创新及技术追赶理论，为中国及其他发展中国家企业技术创新路径选择和政府创新政策制定提供了独特新颖的思路；特别是将我国创新领域学者的注意力从对自主创新模式的宏观研究，拉回到对核心技术微观机理的探讨，因为无论采取什么样创新模式，最终要实现核心技术的突破。

二、文献综述

(一)核心技术及其结构

学术界对核心技术概念的认识基本达成一致，认为核心技术是在产品系统或技术系统中起关键(crucial or critical)或核心(core)作用的技术[6,16,26-28]，且是企业核心专有信息、技术诀窍[9]。

但是学术界对核心技术内在构成的认识尚未达成一致。总结为数不多的相关文献，可以归纳出三类观点：一是“模块论”，认为核心技术可分解成不同部件或子系统。例如，付于武认为汽车核心技术包括六个方面，整车开发技术、底盘技术、电子技术、轻量化技术、智能交通和新能源汽车技术[29]，而张曙光认为高铁核心技术由牵引系统、转向架、网络控制等十大核心技术构成[30]。二是“链接论”，认为核心技术是一系列支撑产业活动的技术关键环节的链接[31-32]。洪勇、苏敬勤指出核心技术由关键制造技术、核心元件技术和产品架构技术三个环节组成[32]。三是“知识论”，从“技术的本质是知识[33-35]”的认识论观点出发，区分了不同类型的技术知识，例如根据载体的不同分为物质形态和观念形态的知识[36-38]，根据对事物内在规律反映程度的不同分为经验知识和理论知识[35,38]。郭丽岩认为核心技术本质上是一种记录研发过程中“试错”数据的经验性技术体系[10]。因此，“知识论”的观点认为核心技术属于高度默会知识[3,7]。

上述三类观点从不能侧面揭示了核心技术内涵和外延，但都具有局限性，都没有真正打开其“黑箱”。“模块论”和“链接论”突出了核心技术最直观、重要的特征，但都是基于物理属性对核心技术进行表层或外在的归类，没能切入内部分解其微观结构。而每一个核心技术子模块，如汽车发动机等“核心元件技术”或“核心制造技术”都可以进一步分解，其内部又是由什么构成的、特征和突破难度如何？这两类观点不能给出回答。特别是“模块论”把核心技术看作静态独立的单元，而技术最重要的特性是相互的匹配性或者联结性(Linkage)，这是构架技术的基本属性[18]。“知识论”尽管区分了核心技术中的经验和理论知识或者物质和观念知识的具体类型，但这些概念本身难以界定、彼此间关系模糊。比如，核心技术被广泛认为是高度默会性知识的抽象性使其难以具体分解，更难以为企业的创新实践提供直接指导。

(二)发达国家技术演化及创新路径

核心技术的突破本质上是技术质的演化及根本性创新。技术演化是一个动态而非静态的过程，演化的方向和路径即为技术轨道[37,39-40]；技术创新是一个循环变革的过程[41]。关于发达国家技术演化及创新路径，国内外现有研究可以总结为如下两大类。

一是A-U模型[20-21]，认为技术创新是三个阶段继起、三个方面并行的复杂动态过程，技术从兴起到成熟依次经历流动(fluid)、过渡(transitional)和明确(specific)等三个阶段，同时伴随着产品创新、工艺创新和组织创新频率的变化。二是Rothwell将西方企业技术演化总结为五代创新模型[42]，其实质是围绕企业新产品开发过程(NPDprocess)阐述的，即从新产品构思到商业化的整个经营管理活动[43]。

上述模型表明：西方发达国家技术演化是一个产品能力和技术能力同步发展并交互作用的过程。企业技术创新是基于已有核心技术及长期能力积累，通过正向研发快速达到技术前沿[13,44]。但先发企业与后发企业技术创新目标有所差异，前者旨在延续、深化和更新已经存在的创新能力，后者则是要建立和发展之前不存在的能力[13]。A-U模型、五代创新模型以及NPDP理论为后发企业掌握正向开发、实现核心技术突破提供了思想和工具，但并没有专门就核心技术提出有针对性的理论，都没有打开核心技术“黑箱”。由于先发企业的新产品开发及创新活动是建立在自身已有相关技术积累、开发经验和数据库等基础之上，因此还不足以全面指导零技术基础和创新能力薄弱的后发企业创新实践。

(三)追赶国家技术演化及创新路径

发展中国家与发达国家产业的根本区别在于前者没有以核心技术为基础的“知识资产”[13,45]，但技术发展路径具有累积性，受先期经验和知识基础的强烈影响[13]，因此后来者需要通过技术引进、逆向工程实现从模仿到创新[8,12,15,22-23]、从生产能力到技术能力、或从工程能力到创新能力[13,46]的转化。Kim基于韩国的创新实践提出了与A-U模型路径相反的“追赶模型(Catchingup)”[12,22,47]，认为后发企业的技术创新是“从生产能力到工程能力和创新能力的演化过程，与发达国家从研究到开发再到工程的顺序正好相反”[47]。Hobday进一步提出后发企业从工艺创新到产品创新、从OEM到ODM再到OBM的渐进演化过程[23]。

但一些学者对上述逆向追赶路径提出质疑，认为在新兴技术领域后发企业应遵循从产品技术到工艺技术的正向路径[15,48-49]，因为新兴技术发展早期所需要的知识基础门槛较低，且更多属于理论知识，可以通过公开途径获得；同时也相对容易找到国外合作伙伴，容易在合作的基础上实现自主研发[15,49]。后发企业要抓住新兴技术的机会窗口，尤其利用技术轨道发生变迁的动荡期，选择合适的技术战略，替代先发企业所谓的“最佳实践”[50]，摆脱对发达国家技术的依赖，在新的技术范式实现真正追赶，即技术跨越[15,49]。

但上述两种追赶路径对核心技术突破所能提供的指导有限。一方面，经典追赶模型中的引进或模仿都不适合于核心技术的突破。核心技术往往只被少数发达国家寡头企业垄断，他们为巩固自身竞争优势，会对自身核心专有信息或技术诀窍[9]、高度默会的核心技术[7]进行严格保护，建立独占机制使其免受外部模仿[3,26,51]。对成熟产品进行分解研究是成功模仿的基础，但这一策略更适合由高度标准化的要素或元器件结合的产品(如整车、手机等终端产品构架技术)，对于包含了过多特性和企业独有技术的目标产品(汽车发动机、手机芯片、控制软件等)则难以成功[12]，而核心技术往往就封装到这类产品之中，形成企业原创性技术“黑箱”[10,52]。另一方面，技术跨越或正向路径观点并不适合于起步很早、已相对成熟的关键技术的突破。核心技术相比一般技术的特征之一是更加依赖于基础研究和已有经验的积累[10,25,53]，即便出现新的技术范式，后发企业的知识和经验基础也难以支持其实现跨越。因此，现有两种后发企业创新路径并不完全适用于核心技术的突破。

特别需要指出的是，主流技术追赶理论(无论是逆向追赶还是正向追赶)主要来自韩国等东亚小经济体创新实践[54]，而中国是规模最大的发展中国家、全球第二大经济体，而且拥有不同的经济体系和文化背景，其创新实践不能被基于韩国等小经济体得出的模型所充分解释。因此，基于中国情境的技术追赶和创新模式研究十分必要，但现有文献基本上是对上述两种主流模型的验证和发展。总之，现有关于中国企业的技术追赶或自主创新研究都没有超越主流追赶和西方技术创新范式，专门针对中国核心技术演化的高质量文献仍十分罕见，同时都没有打开核心技术黑箱和研究其微观演化机理。

三、研究设计

(一)研究方法

本文采用纵向多案例研究方法对核心技术的内在结构和突破路径进行探索性研究，主要出于四点考虑。第一，本文的研究对象——核心技术在现有文献中关注较少，已有理论难以充分阐述其内在结构及突破路径，而案例研究适用于研究现有理论不适合解释或解释不充分的现象[55-56]。第二，本文的研究问题为核心技术的内在结构“是什么”以及“如何”实现核心技术突破，案例研究对于回答此类问题具有明显的优势[57]。第三，与单案例研究相比，运用多案例的优势在于所得出的证据更有说服力[58]。多案例研究能通过案例的重复支持研究结论，更全面地了解和反映案例的不同方面，从而形成更完整的理论并且提高研究的效度[55]。由于企业创新的内容和方式多种多样、结果各不相同，而创新活动的本质就在于差异性，单案例研究难以总结出普适性的一般规律。第四，核心技术的突破往往是长期的复杂过程，通过纵向案例研究可以确认其中的关键事件[59]、捕捉创新实践中涌现的新现象[60]。

(二)案例选择

与大多数管理学案例研究以企业作为直接案例的做法不同，本研究首先选择汽车电控机械式自动变速箱(Automated Mechanical Transmission，AMT)技术作为一级案例，直接观察分析其中的具体工程技术难题和解决问题的细节，然后再进一步选择突破AMT技术的相关企业作为二级案例，追溯其实现突破的整个过程。需要指出的是，尽管纳入企业作为案例，但作为一级案例的技术问题才是首要的观察和分析单元，这是本文研究思路和研究设计上与主流案例研究切入点相比所具有的独特之处。

基于理论抽样方法[56]，本文选择AMT技术作为案例，有两点原因：第一，AMT属于我国已突破的核心技术，符合本文研究主题。自动变速箱技术是最重要的汽车核心零部件技术之一，而AMT是三类主流自动变速箱中的一类。2010年前后我国多家企业实现自主AMT产品的批量生产，成功装配到轿车、客车及重型卡车上。第二，研究者的专业技术背景能够保障其对AMT技术内容的全面、准确理解。本文作者曾系统学习汽车底盘设计、车辆控制工程、汽车构造、汽车理论、发动机原理等专业课程，同时所在单位汇集了多位我国汽车工程技术顶级专家，因此能够从微观视角直接切入创新内容。

本文选择苏州绿控传动科技有限公司(下简称“绿控”)和一汽车集团(下简称“一汽”)作为企业样本，原因有四点：第一，案例企业目前都已全面掌握AMT核心技术，2010年至2013年先后实现量产，技术上完全不受制于国外，且产品主要技术指标和市场份额已超越国外竞争者。第二，案例企业在AMT领域属于没有任何前期技术基础、完全处于技术劣势的后来者(latecomer)[23]，符合核心技术突破的研究主题。第三，案例技术和产品具备可比性，都主要面向大型商用车市场，与此同时两者在细分市场、技术方案、企业规模和所有权结构(绿控是民营小企业、一汽为国有大企业)等方面又有所差异，保证了案例企业的多样性。第四，数据可获得性。本文作者所在单位的诸多资深教授和校友正是我国AMT技术突破过程的见证者、参与者和主导者，因此能够保证本案例纵向数据的可获得性和真实性。

(三)数据搜集

本研究采用多种数据来源以形成三角测量，对数据进行交叉验证，尽可能获得翔实的信息[55,57]。具体包括半结构化访谈、非正式访谈、现场观察和二手资料收集等不同数据收集方法，数据的搜集和分析同步进行。

1.半结构化访谈

本文研究问题要求必须详尽了解企业的具体研发活动及历程，特别是研发人员遇到的具体技术难题及解决过程，这些信息难以通过二手资料获取，故本文作者进行了多次深入的实地调研访谈。为增加对AMT技术及突破过程的理解和有效调研，我们首先访谈了我国汽车行业AMT理论研究和并使AMT率先实现产业化的资深专家宋健教授。自2015年11月至2015年12月，作者实地调研案例企业实现AMT技术突破过程，对7位从事AMT技术开发的高管和骨干人员进行了深度访谈，每次访谈和讨论平均时间约2小时(表1)。

表1 调研访谈情况

在访谈过程中，研究人员对已收集到的数据或信息进行确认，询问公开材料中难以确认的问题，对受访者提出的重要现象或观点进行深入追问。每次访谈至少有两位研究人员参与，每位研究者都对访谈内容做详细的笔记，包括访谈过程中全部信息和数据，而不是仅记录看起来重要的信息，并对访谈进行了全程录音。参与访谈的研究者在每次访谈结束后的当晚对已获得信息进行整理、确认和讨论，并在结束72小时内完成录音转录，合计转录13.1万字。

2.非正式访谈

除正式访谈之外，本文作者通过31人次非正式访谈获取AMT核心技术构成、各案例企业研发历程等信息，包括与清华大学汽车系动力学与控制课题组5位研究人员，以及与绿控、一汽技术部门的26位员工多次的办公交流、午餐交流、随机访谈及电话回访。

3.现场观察

本文作者多次实地参观清华汽车系动力学与控制课题组及其实验室、苏州绿控、一汽技术中心及AMT实验室、生产线、展厅等等，在参观基础研究、产品开发和工艺设施的过程中与技术人员和管理人员就技术突破和创新的详细过程、关键点等进行了细致的交流，获取了大量一手数据，为本研究提供了丰富的原始素材。

4.二手资料

本研究二手资料包括三个方面：一是AMT基础技术资料，以对AMT技术形成较为全面、深入的认识。来源包括清华汽车系AMT相关课程资料、图书馆书籍，中国知网、SAE等数据库中的相关文献，中外专利数据库相关专利，以及通过Google、百度等搜索引擎搜集的相关信息。二是在上述技术资料中特别关注和整理了参与我国AMT技术突破过程的高校研发团队及合作企业发表的文献、申报的专利，以了解其技术突破过程，从而与一手数据进行交叉验证。三是我国AMT产业、相关企业及高校的基本情况，主要包括有关我国AMT产业的学术文献、新闻报道、研究报告、案例企业及高校的官方网站、研究报告和新闻报道、高校研究团队的内部资料。

(四)分析程序

本研究的数据分析分为以下三个步骤。

第一，AMT基础技术资料分析。内容包括AMT功能原理、系统构成、技术难点、国内外研发历史及现状。这一阶段研究者对不同来源的信息进行汇总整理，特别是对AMT的技术难点做到尽可能准确深入理解，这是后续分析核心技术构成及突破路径的重要基础。

第二，单案例分析。研究者首先分别对三个案例企业的AMT技术从无到有的详细历程进行分别分析，包括阶段划分、关键事件、遇到技术难题及解决方式和处理结果。作者首先分析绿控6的技术突破历程。具体步骤为：一名研究者首先整合全部访谈和二手数据，并对相关数据进行编码，然后分析总结所涉及的构念并得到初步结论，列出相关证据；然后，其他研究者分别对原始数据进行综合分析，形成各自的观点，对初步结论进行检验；最后，本研究率先采纳一致的结论，不一致的结论由研究者再进行充分讨论，直至达成一致。绿控案例分析完成后，作者遵从同样的标准对其他两个企业案例进行分析。

第三，案例间整合分析。研究者提取案例企业技术突破过程中的共性特征，特别是解决了哪些相同或类似的技术难题，经历了哪些相同或类似的发展阶段。研究者寻找其中的相似构念，对比分析辨别构念的异同，重新检视数据以确认不同案例是否呈现出了共同模式，最终通过案例间的相互印证和补充形成更为完善的解释框架。过程中大量使用图表工具以方便对比分析和构念整合[61]。

(五)信度和效度策略

本文使用了多种策略以保证研究信度和效度。第一，本研究严格遵循规范的多案例研究方法，子案例之间进行交叉检验，且在基于复制法则选择案例时，既考虑了案例企业间的可比性，又保证了足够的差异性，从而充分保证本研究的内外部效度。第二，长期的纵向案例设计可以确认关键事件发生的次序，从而有利于因果关系的识别[59]，提高了内部效度。第三，在证据来源方面，本研究使用了多种数据来源以获得对研究现象多视角的描述[62]，多数据来源保证构建了证据链，实现证据间的“三角验证”，从而提高研究信度和效度[55,57]。第四，在分析技术方面，本文作者建立了案例研究资料库并对各类数据进行了编码，确保研究的可重复性；多位研究成员分别进行案例分析，并就一些关键议题的理解进行了交叉检验，以降低评估者偏差[55]；不断利用图表来促进分析，在数据收集、数据分析和概念化之间的不断交叠，直到理论达到令人满意的饱和程度[62]。第五，对得出核心技术内在结构及突破路径模型作进一步验证，与案例企业专家、国内顶尖整车及零部件企业技术高管和开发人员、清华大学汽车工程领域教授等56人进行了面对面交流，充分讨论模型的合理性与准确性，获得了丰富的修改意见。

四、研究发现、理论模型及讨论

对比绿控和一汽AMT技术突破案例可以发现，两者在核心技术内在结构和突破路径上存在相同之处。首先，从内容来看，案例反映出三类共性核心技术问题，分别是原理问题、性能问题和可靠性问题；三者对应的技术目标、需要突破的方式存在明显差异，对后来者而言它们是突破核心技术之前必须打通的三道“关卡”。其次，从路径来看，后来者实现核心技术突破的过程就是逐步攻克上述三类问题的过程，两个案例中的问题解决先后次序是一致的，即先解决原理问题，再解决性能问题，最后解决可靠性问题。以下基于案例企业在解决这三类核心技术关键问题过程中的共同特征，总结提炼出核心技术内在结构与突破路径的理论模型。

(一)技术原理突破

从基础理论研究起步进而实现原理突破是AMT技术突破的一个共性特征。绿控和一汽的最初技术来源无一例外是本土高校所进行的AMT换挡规律研究。换挡规律是指变速箱两排挡间自动换挡时刻随着控制参数变化的规律[63]。一汽与吉林大学葛安林教授团队合作，绿控与清华大学宋健教授团队合作，两者均在理论研究中提出了新的自动换挡规律，这一阶段的知识产出体现在公开发表学术论文之中，如动态三参数换档规律[64]和拟人式智能换档规律[65]，参见图1和图2。实体成果产出则是用于原理验证的功能样机，它只能完成功能的实现甚至只能进行功能的“演示”，即变速箱可以换挡、装车后车能跑起来，但距离量产和实际应用还非常遥远。例如功能样机的关键元器件往往都是购买现成的而非专门开发，也不考虑成本和制造工艺等各方面问题，因此性能、可靠性等方面完全不能保证；一汽与吉大合作的液压AMT功能样机装车后能跑起来，但是每跑2、3公里就会有零件掉落或开裂。理论研究期间形成的技术积累和原理突破是AMT性能和可靠性突破，以及是两者实现产业化突破的前提。

图1 解析法求解动态三参数最佳换档规律[64]

图2 驾驶员意图识别的模糊推理模型、以及基于平衡节气门开度的隶属度函数定义式[65]

原理(principle)，即具有普遍意义的基本规律，往往是现成的公共知识，但核心技术原理并不直观，也不易扩散[66]，后来者并不能搭便车，直接利用现有成果[67-68]，而必须通过主动、持续的基础研究来真正理解核心技术原理[25,69]。核心技术的所依托的原理或基本规律，并非简单、直观的常识或一般理论，而是产品基本功能实现过程的基础与核心规律。例如AMT自动换挡规律涉及选择什么样的换挡控制参数、在何时进行换挡等问题，直接影响车辆的燃油经济性和动力性，是自动变速控制系统的核心[65,70]，是“大脑”(控制器)实施控制的基本依据。核心技术原理具有理论性，但并不是纯粹的“科学”(如数学、物理学)，它与具体的工程应用和实践背景紧密相关，针对非常具体的产品对象，例如宋健教授的“拟人式换挡规律”、葛安林教授的“两参数换挡”都是先进控制理论(纯粹“科学”)在自动变速器换挡这一具体技术问题上的应用。因此，两位教授研究团队不仅仅是简单地学习或复制成熟理论，而是在此基础上做出进一步的创新，如此才能真正掌握AMT核心技术原理的本质。

案例企业的AMT产品都是来源于高校用于科研实验的原理样机，因此原理突破是研发人员对产品功能形成初步设想和定义的前提，是破解AMT核心技术必须跨越的第一步，是“零”的突破。因此，原理问题依靠深入的基础研究来实现突破，具体包括：文献学习，即全面学习已有公开文献；理论创新，即在经典理论之上进行进一步的发展或合理推论，提出具备更多、更好功能的技术路线；实验验证，即通过计算机模拟、台架及实车实验的方式来验证新理论。这一过程依靠本土高校中具备雄厚专业基础的科研团队来实现，如AMT案例中的清华汽车系宋健团队和吉大汽车学院葛安林团队。案例企业后续技术突破的主导者全部作为团队成员深度参与了基础理论研究，包括绿控的李磊博士、一汽的卢新田博士和王玉海博士。

(二)技术性能突破

核心技术原理突破后，案例企业均开始进入AMT性能开发，这一阶段是介于原理突破和可靠性验证之间，对应绿控案例是2003年至2010年，一汽案例是2004年至2013年。性能突破的知识产出是完整的产品设计方案(及其设计思路、理由)、核心算法，体现在图纸、参数文件、专利之中。实物产出则是工装样机，能够进行性能验证，在关键性能指标上已经能够达到甚至部分超越国外成熟产品，例如绿控2011年的大客车AMT、一汽2013年的卡车气电混合AMT。但是仅仅做到这一步还不是最终的成熟产品，因为其可靠性水平还与国外相比存在较大差距。

性能(performance)，即产品功能所能达到的水平，是可测量的结果(ISO9000:2015)。对AMT而言，换挡速度(够不够快)和换挡平顺性(冲击多大)是其最重要的两个性能。性能突破意味着让自主产品在关键性能指标上的表现赶超成熟产品，而要做到这一点需要解决一系列问题。例如，换挡速度和平顺性只是性能的两个大方面，又分别对应着诸多具体的测试指标，那么该如何评价产品重要性能、认定关键指标？再如，产品的诸多性能指标客观上存在内在矛盾，例如换挡速度快一定冲击大，冲击小一定就一定速度慢，那么如何在指标间进行平衡和取舍，以使产品最好地满足客户需求？另外，如何形成一整套产品设计方案，使其能够实现上述性能指标组合？等等。因此，性能突破对应着功能的最优化设计及其具体开发实现，它是产品“从无到有”的过程。

性能突破要求的是规范、完整的产品设计及开发能力。做产品不能再像做功能样机一样要求速度快、实现原理即可，而必须建立在严谨科学的标准和流程之上，要求研发团队必须掌握汽车产品规范化开发流程、计算机辅助设计方法(CAE)、测试试验标准、零部件验收标准等各方面知识。另外创新对象不再局限于核心原理方面，而必须根据功能定义及性能设计开发出一整套软硬件的具体方案，包括AMT软件中的算法、模型、控制策略的编写，电子及机械硬件系统及元器件的结构、材料、参数的选型设计等。研发人员必须广泛了解产品各个技术要素各个方面的特点，例如各种技术方案及元器件的优劣、具体应用环境(如接口及安装空间)限制、成本水平、用户需求，还包括企业自身研发能力水平、供应商制造能力、技术优势及劣势等。

不同于原理突破阶段，后来者解决产品性能问题最直接的手段是模仿。一种方式是复制已有成熟产品的经典设计，绿控甚至坚持在专利许可范围内“能做多像做多像”，即复制性模仿[12]；另一种方式是仅参考成熟产品的传动方式、动力源、结构布局等宏观形式，具体选用哪一种方案、定多大的参数则是充分考虑自身能力水平、需求特点并进行实验验证之后自主决定，即创造性模仿[12]，如一汽采用了综合ZF和EATON的气电混合式设计。除模仿之外，对外技术咨询或合作也被案例企业广泛采用，对象包括本土供应商(贵州红林、北京金万安)、本土高校或科研机构(清华和吉大)和第三方技术咨询公司(Ricardo、AVL等)。在案例中，性能突破不同阶段依托主体有所不同：初期高校+企业，后期高校退出。

(三)技术可靠性突破

AMT性能开发突破后，案例企业均开始进入产品可靠性试验，并实现了批量生产：对应绿控是2010年至今，一汽是2013年至今。可靠性突破的主要知识产出为产品故障或失效模式数据库(如DFMEA)，实物产出即为已经实现量产、具备高可靠性的成熟产品。例如，案例企业在现阶段的产品都已在可靠性上满足量产条件，大大高于此前的表现。但是由于起步晚，他们当下解决的问题往往是领先者早已解决的，两者间的差距绝非短时间内即可消失，一汽工程师直言与美国伊顿等企业相比“我们吃的亏还不够多”。

可靠性(reliability)是在一定条件下、特定时间内，产品按特定的功能进行工作而不发生故障的可能性，度量指标包括平均故障间隔时间(MTBF)、故障率等[71-72]。可靠性概念范畴非常广，产品出现的各种各样的故障问题都属于可靠性问题，只有具备不易损坏、适用性强、耐久性好、寿命长才具备高可靠性。可靠性突破意味着产品在上述各个方面都做到优秀，这是产品“从有到优”的过程。汽车行业通用质量管理体系TS16949要求研发人员在性能开发的同时就要考虑可靠性问题，因此在大规模量产前还必须进行充分的可靠性验证试验和小批量用户跟踪验证，在此期间尽可能多地暴露故障问题并尽快找到原因、加以解决。

可靠性突破所需要的本质上是一种经验性能力。汽车运行范围广，工作环境、客户驾驶习惯差异大，同时自动变速箱产品组成部件多，很多故障问题都只是千万分之一的小概率事件，没有任意一种理论或模型可以一劳永逸地纳入所有情境。因此研发人员能够事先准确预测和规避的往往只有之前已经遇到过、处理过的问题，提升可靠性没有捷径，只能是靠“穷举法”发现一个问题解决一个问题，了解产品可能面临的运行环境、用户可能的操作方式以及这些情景下可能会出现的故障问题，不断积累、持续丰富自身的产品失效模式数据库。国外领先企业起步早，经历了更长时间的经验积累，其研发人员对产品本身及其应用条件理解深刻，预判和处理可靠性问题的能力很强，如伊顿公司甚至不需要太多验证试验、仅靠前期大量的DFMEA积累就能保证产品可靠。但对于缺乏技术基础的后来者而言，开发第一款产品就做到事先考虑周全是不可能的，只能更多依靠事后的经验积累。如一汽的工程师提到，“我们做设计时对国外产品的一些小的细节注意不到，或者注意到了也不理解为什么是这样，最初不影响使用，但这些细节往往就对可靠性、寿命影响非常大，等到自己实际出问题了回过头来看才能发现人家做的道理”。

可靠性突破是一个发现问题、解决问题、积累经验的过程。缺乏相关积累的后发企业只能通过产品问题出现之后的反思补救，即试错式学习(trial and error)来逐步解决；同时将已经暴露的问题、原因及解决措施完整地记录，形成企业独有的失效模式数据库。创造性模仿在最初能够提供一些帮助，如一汽发现故障问题之后再回过头去理解成熟产品的设计细节，但随着问题解决不断深入，越到后面暴露的问题就越少见、越独特、越难解决，更加考验研发人员“对产品的理解”。同样，采取技术咨询或合作的方式也许能够解决个别问题，但作为后来者永远都不会获得合作方或咨询公司完整的数据库，即只见树叶不见森林，做不到知其然知其所以然，更做不到举一反三。绿控工程师指出，故障问题处理经验数据是“猫最后爬树那招，永远不会教给老虎的”，“有些事儿你没干过，你听别人讲多少遍，该犯的错误还是得犯”。不同于原理性和性能性突破，可靠性突破需要靠企业自己完成，高校在这一过程已完全退出。

(四)理论模型

1.核心技术内在结构

通过以上分析可以发现，原理、性能和可靠性是性质不同的三类核心技术问题，构成了突破核心技术的三道门槛。本文将装配型产品的核心技术总结为三类：(1)原理性核心技术(Principle Core Technology，PRCT)，是产品基本功能实现过程的基础与核心规律，以基本功能实现为目标，解决核心技术原理“从无到有”的问题，需要对基本技术规律和科学原理的深刻理解和创新能力；(2)性能性核心技术(Performance Core Technology，PFCT)，由产品开发的核心算法、模型、控制策略和设计方案构成，以功能最优化为目标，解决产品“从无到有”的问题，要求的是规范、完整的产品设计及开发能力，可以通过模仿或逆向工程方式来实现；(3)可靠性核心技术(Reliability Core Technology，RLCT)，包括关键故障解决技术和积累的失效模式，以批量生产后的耐久性、特殊环境及需求适用性等用户体验为目标，解决产品“从有到优”的问题，需要对潜在失效模式的设计预测和故障问题修复能力(图3)。

图3 核心技术的内在结构

从PRCT到PFCT再到RLCT，后来者面临的是越来越严密的技术封锁。其中，PRCT是技术中的“科学性”内容(应用科学、工程科学，而非物理学数学等基础科学)，突破的前端要基于成熟或经典理论，可以通过公开文献来查阅学习。但一般技术原理往往是现成的公共知识，而核心技术原理并不直观，也不易扩散[66]，因此不能够通过模仿或购买实现突破，而必须依靠深入的基础研究来实现突破。PFCT对后发企业而言并不属于完全公开的内容，它往往被先发企业以专利或者商业秘密的形式加以保护，形成较高门槛，但后发企业仍可以通过分解研究、逆向测试等方式来获取部分信息，另外还可寻求外部合作方的帮助进行联合开发或技术咨询。RLCT不同于基础理论或技术原理，更主要地与实践经验、特别是故障问题发现和处理经验相关，依赖于企业长期的失效模式数据库，属于技术诀窍(knowhow)，是企业核心的机密信息。逆向测绘可以获得产品的设计参数甚至性能指标，但企业的产品失效或故障数据库却不可能逆向获得，只能依赖自身的长期积累。本文将后来者面临的技术封锁程度及实现突破的难度称为“黑箱度”，从PRCT到PFCT再到RLCT，“黑箱度”越来越高；三者对应的实物产出、知识产出不同，实现突破的方式、所依托主体不同(表2)。

表2 核心技术内在结构特征

这一研究发现不同于已有文献中的核心技术解构视角。现有关于装配型产品技术结构的观点主要来自模块化理论[18,73-75]，是从装配型产品结构从上到下的层次差异出发，基于构成实体或功能模块的物理边界来分解核心技术。即认为产品是由若干部件或子系统构成，而任意一个部件又进一步分解为若干元件。因此，核心技术可按同样的层次划分为核心构架技术(Core Architectural Technology，CAT)、核心部件技术(Core Subsystem Technology，CST)和核心元件技术(Core Component Technology，CCT)，简称为ASC模型，这种方式正是我国学者提出的核心技术内在结构“模块论”[29]、“链接论”[31-32]观点，尽管简单直观、容易理解，但是还没有真正打开核心技术“黑箱”。比如上述任意一项CAT、CST或CCT又是由什么构成？三个维度中的哪一个是最难突破的？该模型无法回答。本文提出的PRCT-PFCT-RLCT三维模型关注后来者所需突破核心技术问题的类型和难度差异。对于任何一项实体核心技术，无论它处于构架层、部件层还是元件层，从其突破过程来看都要解决原理问题、性能问题、可靠性的三个方面问题，这一发现是对现有核心技术内在结构各类观点的深化，普适性的升华。

在核心技术三个单元中，后来企业与先发企业差距最大、最难以突破的是RLCT。先发企业起步早，甚至与核心技术本身同龄[76]，其产品和工艺已经历了充分的试错，早已积累了丰富的经验。例如伊顿公司自1911年成立起就开始研发车辆动力总成，至今已积累的大量的开发经验和产品失效模式，超过100年的积累是伊顿最核心的技术诀窍，更是其产品可靠性的保证。绿控、一汽等后发企业最为缺乏的正是这种只能通过长期而持续的渐进创新和积累才能形成的技术经验[10]，例如产品开发试错数据、试验验证和用户反馈的失效数据、软件程序中的故障码、质量控制标准等企业机密信息，以及研发人员在反复实践、问题解决过程中形成的技术直觉或隐性知识[77]。这些是后发企业必须“交学费”的地方，既不能跨越，也不能靠购买、引进、模仿或逆向工程来获取，只能由企业自身在各自实践中不断充实和完善，例如绿控软件程序代码的行数从2005年的100行逐步积累到2015年的10万行。而绿控总经理李磊指出“后面的追赶可能会越来越慢、越来越难”。可见RLCT是后来者实现核心技术突破的最大障碍。

研究发现，我国AMT核心技术突破的过程中本土大学发挥了重要作用。核心技术突破需要深刻理解技术规律和科学原理并能够进行创新，缺乏理论和技术基础的后发企业难以达到这一能力要求，而高校科研人员在日常工作中可以实现，这一点是解释为何AMT突破源自高校、而同期也在做研发的我国数十家企业都没有成功的重要原因。主流技术追赶理论强调企业通过主动的技术学习实现对先发企业的追赶[12,54,78-81]，而对后发国家本土高校的作用重视不足，Kim认为人才培养和输送是韩国本土大学最主要作用，在技术层面企业还是更多依赖于引进国外成熟技术[12]。尽管产学研合作文献研究了大学与企业之间的技术转移及合作机制[82-84]，但却没有在明确技术本身演化规律的基础上加以细化研究，并没有回答本土高校如何帮助后发企业实现核心技术突破的问题。

2.核心技术突破路径

在路径方面，案例企业都是首先突破PRCT，再突破PFCT，最后突破RLCT。其中，PRCT突破对应着前期的基础理论研究阶段，PFCT突破对应中期的性能开发及试验验证阶段，RLCT突破始于中期性能开发和可靠性测试、直到后期的用户验证及可靠性提升阶段。从时间上看，PFCT与RLCT的突破阶段存在部分重合，即性能开发的同时就要考虑可靠性问题，而产品测试验证阶段既有性能方面的修改、优化也有可靠性问题的修复和提升，但如上所述两者对应性质不同的两类问题、需要两种不同的核心技术能力，特别是对于后来者而言可靠性能力的建立更多地依靠最后一个阶段来暴露问题和解决问题。PRCT-PFCT-RLCT是后来者实现核心技术从无到有、从弱到强的过程，更是核心技术演化的基本逻辑(图3)。三个核心技术单元的突破方式及所依托主体不同，其中PRCT通过大学的基础研究及理论创新实现突破，PFCT通过复制性模仿、创造性模仿、试错式学习及对外合作等四种方式实现突破，突破主体从大学+企业逐步过渡到企业，PLCT通过企业自身的试错式学习及经验积累实现突破。

PRCT-PFCT-RLCT的突破路径不能被现有理论充分解释。主流技术追赶理论认为后发国家企业需要引进发达国家成熟技术，通过逆向工程实现从模仿到创新[12,22-23]、从生产能力到技术能力或从工程能力到创新能力[13,46]。而我国AMT核心技术突破是以原理性核心技术为起点，这一过程并不遵循主流技术追赶模型；且PRCT及RLCT都不能通过追赶理论所强调的引进、模仿、逆向工程等方式实现突破。本文研究发现与我国学者基于自主开发还是引进技术所提出的“双路径与多路径追赶模式”[85]也有本质的不同，后者并不是基于核心技术本身的内在结构来探讨追赶路径。新产品开发(NPD)理论也提出了技术演化的不同阶段，但它主要关注设计(Design)与开发(Develop)，仅覆盖PPR模型中的性能突破阶段，而不能解释核心技术突破的全过程。同时，新产品开发不一定属于核心技术突破，成熟企业的研发活动都是基于已有失效模式数据库进行的，而本研究关注的是在没有任何前期基础的前提下后来者核心技术的突破过程。

图4 核心技术突破路径

五、研究结论及展望

(一)研究结论

核心技术内在构成单元及其逻辑关系是什么？依循怎样的路径实现突破？已有文献对这个两个问题缺乏完美系统的解释。本研究通过对我国AMT核心技术突破过程的纵向案例研究，打开了核心技术黑箱，提出核心技术内在结构及突破路径的“PPR模型”。

研究识别出核心技术的三个构成部分：(1)原理性核心技术(PRCT)，是产品基本功能实现过程的基础与核心规律，以基本功能实现为目标，需要对基本技术规律和科学原理的深刻理解和创新能力；(2)性能性核心技术(PFCT)，由产品开发的核心算法、模型、控制策略和设计方案构成，以功能最优化为目标，性能突破要求的是规范、完整的产品设计及开发能力；(3)可靠性核心技术(RLCT)，是关键故障解决技术和失效模式积累，以批量生产后的耐久性、特殊环境及需求适用性等用户体验为目标，需要对潜在失效模式的设计预测和故障问题修复能力。PRCT、PFCT、RLCT三者的黑箱度依次提高。

研究发现，后发企业产品核心技术的突破过程就是逐步打开“黑箱”的过程，其路径为：以PRCT突破为起点，再依次实现PFCT、RLCT的突破；对核心技术原理的掌握，为高效率地分解成熟产品、模仿先进技术，进而实现产品性能的突破奠定了坚实的知识基础。核心技术突破的过程伴随着产品实体形态的演进：从原理突破阶段用于原理验证的功能样机，过渡到性能突破阶段用于性能验证的工装样机，最终演化为可靠性突破阶段性能稳定及可靠的成熟产品。同时，不同阶段的知识产出有所差异，原理突破阶段为学术论文及技术核心规律，性能突破阶段为核心算法、设计图纸、参数文件、专利和设计方案等，可靠性破阶段为失效模式数据库。三个核心技术单元的突破方式不同：PRCT通过基础研究实现突破，PFCT通过复制性模仿、创造性模仿、试错式学习及对外合作等四种方式实现突破，PLCT通过试错式学习及经验积累实现突破。

(二)理论贡献

本研究以装配型产品(assembly product)的核心技术(core technology，CT)为研究对象，基于中国AMT技术案例揭示了核心技术微观机理及其演化规律，提出了核心技术“三维内在结构”和“三阶段突破路径”的PPR模型，弥补了现有技术创新理论的不足，理论贡献概括为如下三个方面。

第一，打开了核心技术黑箱，发现了核心技术内在结构。现有技术追赶理论对技术本身的演化机理探讨不足[86]，把核心技术作为自明性概念而“黑箱化”处理。现有核心技术内在结构“模块论”[29-30]、“链接论”[31-32]是从产品的结构层次差异、构成实体或功能模块的物理边界来静态分解核心技术。本文提出的核心技术PPR模型关注产品核心技术从无到有、从有到优过程中解决不同核心技术关键问题的阶段性差异，揭示了研发人员对产品功能的认知水平和技术能力逐步提升的动态过程。这一发现整合和超越了现有核心技术的各类观点，为系统认知核心技术及其演化规律、为后发企业寻求核心技术突破路径奠定了理论基础。

第二，发现了可靠性核心技术(RLCT)是后发企业与先发企业的最大差距所在，也是最难突破的环节，而这一点被技术追赶理论所忽略。现有技术追赶和自主创新文献对技术从无到有的质变关注较多，主要覆盖产品性能维度的追赶，而很少关注从有到优的量变。尽管有的学者提出技术的经验性是后来者难以真正追赶的根本原因[10]，但尚未揭示核心技术内部经验的概念内涵及具体内容。本文发现可靠性核心技术在三类核心技术中黑箱度最高、障碍最大，其突破依赖于对产品故障问题的发现及处理过程中所积累的经验或技术诀窍(Know-how)，后发企业与先发企业真正的差距是对可靠性核心技术的掌握程度。

第三，发现了与主流技术追赶模型不同的创新路径，理论研究和高校在核心技术突破中扮演重要角色。主流技术追赶理论强调后发国家企业技术能力演化遵循“逆A-U”路径，从引进生产能力开始，通过模仿、逆向工程等方式实现到技术能力的追赶[12-13,22-23,46]。本文所提出“原理性核心技术—性能性核心技术—可靠性核心技术”的路径不同于上述主流观点。尽管在PFCT突破阶段遵循主流技术追赶模型，但核心技术突破的起始端PRCT必须依靠深入的基础研究、而非技术引进或逆向学习方式实现突破，本土高校在这一过程中发挥了至关重要的作用。

(三)实践启示

AMT技术是典型的汽车核心技术，本文对其突破过程的研究结论能够为我国汽车产业及其他制造业核心技术的突破提供借鉴；同时，对发达国家没有前期技术积累的后进入企业也具有一定的启示意义，具体包括四个方面。

第一，企业和政府要充分理解和把握核心技术内在结构的三个维度和三个演化阶段(PPR模型)，在资源配置、创新管理和政策制定上要统筹考虑、分类对待。我国政府及企业主要从模块化和技术宏观系统角度强调核心技术，没能关注核心技术的内在结构及演化机理，尤其是为对原理性及可靠性核心技术资助严重不足，而这两项是核心技术突破不可或缺的。

第二，实现我国产业核心技术发展方向战略转型，正确认识“引进、消化、吸收、再创新”的技术发展路径。我国产业及企业不能再从技术引进开始通过逆向开发来实现核心技术突破，而应从理论研究切入实现技术原理的创新，进而为核心技术突破奠定理性知识基础，即采取正向研发思路。

第三，加大对基础研究投入，重视理论创新，优化校企合作机制。原理性核心技术是核心技术的重要构成单元，理论创新是我国AMT核心技术突破的前提和基础。基础研究是核心技术突破所不可跨越的必经之路，政府和企业必须加大投入，企业应在组织结构设计上建立独立的基础研究部门。

第四，要充分认识可靠性核心技术的重要性和关键性，建立持续经验和数据积累机制。可靠性核心技术是实现突破的最后一关，其黑箱度最高，这是目前我国企业与发达国家企业的真正差距所在。我国企业应积极贯彻执行TS 16949及其五大工具、ISO 26262等成熟标准体系，既要注重显性技术经验或数据的编码化管理，也要重视研发人员个人的隐性技术的积累和管理，使其嵌于企业新产品开发流程和知识管理体系之中。

(四)研究局限及展望

本研究严格遵循了案例研究的规范方法，研究过程中充分考虑了研究效度与信度问题，但结论的普适性仍是该方法不可忽略的局限性之一。特别是对于本文的研究问题而言，不同产业、不同环节的核心技术千差万别，其内在结构和突破路径也势必差异巨大。因此，基于AMT案例提炼出的理论可能仅仅是众多路径中的一种，而非唯一。关于本研究发现的适用范围需要明确以下几点：(1)AMT的技术难点主要在于产品设计方面，而生产工艺并不复杂。工艺类核心技术的内在结构和突破路径可能不同于本文发现。(2)AMT是汽车部件，而整车产品与元件的核心技术突破一定有所不同。(3)本研究所讨论的核心技术突破是指完全没有先期基础的后来者白手起家、从无到有开发出第一代产品。事实上还有不少核心技术的突破过程是建立在已有基础之上的，如我国车用动力电池技术是基于消费电池技术实现突破，我国高铁核心技术是基于普通列车技术实现突破，等等。因此，为提高研究的适用性，必须挑选更多产业的核心技术案例和典型企业，考察其突破过程的独特现象及隐含的内在规律，努力建立更加完善和普适的核心技术内在结构与突破路径理论，丰富和发展技术创新和技术追赶理论，指导我国及其他后发国家产业的技术创新实践。