颠覆性创新识别研究

汪锦霞

(华中师范大学 信息管理学院，湖北 武汉 430079)

0 引言

知识经济时代背景下，技术创新是经济增长的主要来源，也是企业提升绩效、提高核心竞争力的重要途径。随着熊彼特提出创新理论，关于技术创新的研究也在不断地深化和拓展，有学者按照创新的程度进行分类，将创新分为渐进式创新和颠覆性创新，也有学者将渐进式创新称为连续性创新，将颠覆性创新成为突破式创新。渐进式创新指对现有的技术进行增量式改进的创新，颠覆性创新是导致现有技术产生重大的技术变革、产品性能指标发生巨大跃迁的一类创新[1]。颠覆性创新不仅包括对现有技术的融合改进，还包括在创新活动中产生的重大范式转换，为产品和服务带来了全新的功能属性、市场价值和竞争地位。

由于技术发展的路径依赖特性，颠覆性创新出现的成本是非常高的，渐进式的创新活动更符合发展规律，而颠覆性创新对于企业、行业甚至国家具有巨大的价值，这一类创新活动的出现是尤为难得的。颠覆性创新的发展一般需要历经几个阶段，刚出现有一段“潜伏期”，经过与市场的磨合最终被市场接受甚至主导市场，例如：4G技术可以认为是相对于传统3G通信技术的一个颠覆性创新，即将进入的万物互联、万物智能的5G时代也是对4G的颠覆性创新；创新型企业大疆研发的无人机占全球民用小型无人机约70%的市场份额，大疆成为全球领先的无人飞行器控制系统及无人机解决方案的研发和生产商，多项颠覆性创新建立起高技术壁垒。

某种程度上说，全球经济竞争可以归因为技术创新竞争，颠覆性创新能力与企业生存能力和长期盈利密切相关[2]，企业需要把握行业市场动向，提高自身创新能力的同时，也要准确识别出技术领域的颠覆性创新和可能发生范式转换的机会，对企业实现转型升级至为关键，对创新领域的研究也具有重大意义。

对于颠覆性创新的识别方法主要分为两大类：基于主观判断，比如基于专家意见的德尔菲法或“水平扫描”调查方法，可以分析颠覆性技术创新的技术或市场变化[3，4]；Kostoff采用文本挖掘结合专家意见的方法，识别具有颠覆性的技术创新[5]。从客观性研究来说，基于专利数据的技术创新研究早已被广泛运用在技术路径发现、技术主题挖掘等方面。也有学者采用对专利文本信息的挖掘来发现技术发展中的颠覆性创新，Shibata N等[6]运用文献引用网络图，以再生医学领域为例识别技术前沿。我国学者黄鲁成[7]等基于专利分析的方法提出了一个识别颠覆性技术创新的框架，借鉴物种入侵模型和集对分析方法，对其颠覆性强度进行有效测度。

以上颠覆性创新识别方法多是基于专利文本信息，本文的研究从专利引用数据出发，加入时间序列并结合技术生命周期理论，利用动态专利引用率更直观地揭示出技术发展中的颠覆性创新，并为颠覆性技术创新的早期识别和预测提供一定的思路。

1 颠覆性创新对技术的颠覆性分析

相对于持续性创新而言，颠覆性创新是对于现有技术性能的一次大跃迁，形成阶跃式的性能提升轨道。颠覆性创新随着技术的不断提升以及与市场的磨合，会以不断增加的速率推动新的技术属性完善。因此，从技术生命周期生长曲线来看，可以推断当颠覆性创新出现时，曲线会出现突变点，并进入新一轮的生长曲线，成为新S曲线的起点。

图1 颠覆性创新技术生命周期曲线

当颠覆性创新进入现有的技术领域时，会改变当前技术的性能衡量标准，呈现出阶跃式的技术性能轨道。颠覆性创新的性能衡量标准与当前技术的性能衡量标准不同，从当前技术的技性能轨道出发，粗略的技术生命周期阶段划分导致整个生命周期曲线将是一个平滑的S曲线，无法展现出颠覆性创新的颠覆性作用。由于技术发展的动态性，时间序列的作用不可忽视，因此需要采用动态分析方法，运用LOGISTIC拟合划分技术阶段，重点关注不同阶段的承接处是否存在颠覆性转变，运用专利引用数据构建颠覆性创新的识别框架。

2 颠覆性创新的识别研究

2.1 LOGISTIC拟合与颠覆强度计算模型

S曲线又称生命周期曲线，是以目标技术领域的资源为计算数据源，选择最佳的线性回归方法，模拟出成长曲线，并推测未来的发展态势。一般来说，一个领域的技术发展会经历萌芽期、成长期、成熟期以及饱和期4个阶段，这些阶段组成了该领域的技术生命周期，见图2。

图2 技术生命周期

LOGISTIC预测模型是1838年Verhulst为预测人口数量及控制人口增长提出来的，后来不仅被用于动植物生长发育和繁殖等研究，还应用于社会现象研究。一个由此变化而来的方程式为：

(1)

在最初的生物类应用场景中，式(1)中的N代表的3个指标分别为：生物量(biomass)、生长量(growth)和其他数量指标(如发病数等)，t为时间(或温度等)序列，r与k两者都代表了常数，其中常数r为内禀自然增长率或瞬时增长率(instantaneous growth rate)，k则代表了环境负载力或容纳量(carrying capacity)，e为自然对数底，a为积分常数。公式即为S形LOGISTIC累计分布曲线方程。LOGISTIC分布的运用范围已经从生物群体扩展到了人口统计学、经济学、政治学、化学等各个方面。很多学者研究了该模型的参数估计、估计的容许性、假设检验和预测，结合LOGISTIC模型的增长规律，对某一个领域的发展生命周期进行拟合分析。

本文对技术专利数据利用LOGISTIC拟合，计算技术生命周期，并依据多波S曲线进行技术阶段划分，认为不同的技术阶段的连接处极有可能存在颠覆性创新。专利数据通常被认为可以直接反映该技术的发展情况，专利引用量、专利引用率随时间分布的曲线可以分析的颠覆强度，考虑技术发展的动态性和时效性，将一项专利技术在其公开当年的引用量、第二年的引用量以及第三年的引用量之和与该技术在此年的专利量之比作为颠覆性强度，以此判断当前专利是否为颠覆性技术创新。

2.2 实验结果

本文选取有机发光二极管(OLED，organic light-emitting diodes)领域的美国授权专利进行分析。 采用“OLED”、“organic LED”、“organic light-emitting diodes”、“organic electroluminescent”、“organic electro-luminescence”、“polymer light-emitting diodes”和“polymer LED”检索词从美国授权专利数据库(1976.1-2018.5)从“关键词”、“标题”中进行检索，得到7343条发明专利及其相关著录信息，如专利号、题名、摘要、授权日、技术分类号(IPC)、权利要求项数量和参考文献(仅限参考的专利文献)等信息。

首先将7343条专利数据按照专利授权时间先后顺序排列，得到历年OLED技术专利数量发展态势，以专利累积件数为纵轴，年份为横轴，使用Loglet Lab4软件网页版描绘出OLED技术专利数量发展趋势图以及增长率趋势图。

由于OLED 专利首次出现在1976年，1976-1990年这一阶段专利数据量极小，故累积到1991年，本文中研究1991-2018年OLED技术领域的技术轨道识别。图3显示了1991-2018年间OLED技术专利授权量的年度数量与累计数量的趋势图，从图中可以看出，OLED技术相关专利数量呈现一种逐年上升的趋势。

首先对OLED样本数据进行了单波LOGISTIC拟合，置信区间设置为95%，结果如图4所示，结合系统生成的指标进行解读，从增长率曲线可以发现OLED技术专利数量增长呈现两波增长态势，第一波出现在2004年左右，第二波2013年左右。由此可以对专利数据进行两波LOGISTIC拟合。

图3 OLED技术专利授权年度数量与累积数量走势

图4 1991-2018年专利累积量单波LOGISTIC曲线与专利数量增长率曲线

将样本数据再次进行两波拟合，置信区间设置为95%，结果如图5所示，结合系统生成的指标进行解读，可以发现该样本数据的两波拟合程度较为理想。

图5 1991-2018年专利累积量两波LOGISTIC曲线与专利数量增长率曲线

通过对OLED专利数据量的分析可以发现，OLED领域从首个专利出现到进入专利数量饱和，大约经过了30年。在这30年左右的时间里，OLED技术会经历从萌芽到迅速发展的阶段式增长形势。在第一波发展到2004年左右开始进入技术瓶颈，专利累计申请量不再上升，但是另一个分支领域的专利的出现会将技术的发展引入一个新的快速成长时期，说明OLED领域的发展确实伴随着技术的更替，这就有必要对技术轨道进行划分，找出导致轨道跃迁的关键节点。

通过比较最终将1991-2018年的专利累积数量确定为两波LOGISTIC拟合，第一波大致为1991-2013年，第二波为2004-2018年，可以发现这两波出现了重合，重合部分为2004-2013年。一般而言，技术的发展始终伴随着技术创新、技术改进，甚至会偏离原先的发展轨道而出现技术替代，因此2004-2013年出现的技术专利很难将其划分开。根据本研究要解决的问题，将OLED技术发展划分为3个阶段，即1976-2004年、2005-2012年、2013-2018年，故可以认为OLED技术发展的三个重要跃迁时刻发生在2004-2005年、2012-2013年这两个阶段。通过对提取到的年份数据进行统计分析，绘制出三年引用率(颠覆性强度)随时间变化的趋势图。

图6 1991-2018年专利三年引用率随时间变化的曲线图

从图6中可以看到，OLED技术三年引用率在早期表现较差，但是在2002年达到第一次新高，这段时间对应的是图5中OLED技术的第一次颠覆性创新。特别是在2004年， OLED技术专利的三年引用率超过3.5，说明此时OLED技术实现了重要的创新突破，并引起了广泛关注。第二次发生在2011-2013年期间，专利三年引用率接近4，这个时期对应于图5中OLED 技术第三个阶段的起始，可以认为是OLED技术的第二次颠覆性创新。通过对OLED技术的技术发展阶段的分析，利用专利引用数据构建的新指标颠覆性强度得到OLED技术的颠覆性强度曲线，识别出2002-2004年以及2011-2013年两个阶段的技术专利为颠覆性创新。

3 结语

本文通过对美国专利数据库中OLED技术的专利进行深入分析，考虑技术发展的动态性特点，加入时间序列，结合技术生命周期理论对OLED技术划分技术阶段，认为处在不同技术阶段的连接处的专利可能是颠覆性创新，利用专利的引用数据计算颠覆性强度——专利前三年引用率，实现了对颠覆性创新阶段的验证，结果与技术生命周期的分析结果相符，识别出OLED技术的颠覆性创新阶段为2002-2004年以及2011-2013年。

本文还存在一些不足，技术跃迁的发生需要一段时间的“潜伏”，经过多次技术突破，通常在实现第二次技术突破时才会引起广泛的关注，使用本文提出的模型暂时无法预测那些即将成为颠覆性创新的专利，可能需要加入随时间变化的专利被引率——即专利总被引量除以全年专利申请量，可以更好地实现对某些潜在的颠覆性创新的早期识别，这也是今后的工作重点之一。