颠覆性技术感知响应系统框架研究

赵志耘，潘云涛，苏 成，赵筱媛

（中国科学技术信息研究所，北京 100038）

1 引 言

颠覆性技术是指通过新的科技突破、技术的颠覆性创新组合或技术的颠覆性创新应用，突破传统或主流的技术、产品、商业思维和路线，对已有的技术、产品、商业模式、工艺流程、设计方法等进行一种另辟蹊径的革新，破坏原有的技术、产品、市场发展轨道，逐步取代目前的主流技术、主流产品，进而完成技术替代、市场替代和产业替代，并产生重塑产业格局、生产方式、商业模式、生活方式、战争规则乃至推动全球经济、社会、军事等的革命性、颠覆性进步。

当前，全球科技创新进入空前密集活跃的时期，一些重大的科学问题和关键技术发生革命性突破的先兆已经显现，并深度融合和广泛渗透到人类社会的各个方面，颠覆性技术有望成为重塑世界格局、创造人类未来的主导力量。

实践证明，谁及时抓准了颠覆性技术创新，谁就赢得了发展先机。面对即将到来的新科技革命，世界主要国家普遍认识到发展颠覆性技术的重要性，都将颠覆性技术作为提升国家综合国力、科技创新力和产业国际竞争力的先导途径，并设立了专门的机构或基金来资助颠覆性技术，如美国的国防高级研究计划局[1]、欧盟的欧洲创新理事会[2]、法国的创新与工业基金[3]、俄罗斯的先期研究基金会[4]、日本的颠覆性技术创新计划[5]、韩国的创新挑战项目[6]、爱尔兰的颠覆性技术创新基金[7]等。

我国高度重视颠覆性技术，对颠覆性技术创新做了一系列战略部署。2017 年5 月，国家“十三五”规划纲要首次提出要“更加重视原始创新和颠覆性技术创新”[8]。2017 年10 月，党的十九大报告强调，加快建设创新型国家，要突出颠覆性技术创新[9]。2018 年5 月，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会开幕会上强调，要“以关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新为突破口，敢于走前人没有走过的路，努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中”[10]。“十三五”期间，科技部部署了“变革性技术关键科学问题”专项进行颠覆性技术研究[11]。2021 年，科技部将部署专门的“颠覆性技术创新重点专项”。

2019 年12 月，由中国科学技术信息研究所牵头承担的国家重点研发计划项目“颠覆性技术感知响应平台研发与应用示范”正式立项，项目围绕科技战略布局等需求，开展颠覆性技术感知响应理论模型、颠覆性技术识别方法、早期弱信号识别技术、颠覆性技术非常规评价方法、开发颠覆性技术感知响应平台等研究工作，为科技部、创新主体等提供颠覆性技术研究、监测、预警、识别、评估、培育等服务，切实支撑我国“颠覆性技术创新重点专项”实施，推动我国颠覆性创新发展，保障国家科技、产业安全。

2 研究现状及存在问题

本文从颠覆性技术创新理论、识别方法、评价方法等方面对国内外相关研究现状进行了系统梳理，总结了存在问题，并进行了一些先期研究[12-16]，为构建一个能提供颠覆性技术研究、监测、预警、识别、评估、培育等服务的颠覆性技术感知响应系统框架奠定了良好的理论、方法基础。

2.1 颠覆性技术创新理论研究现状及存在问题

1995 年 ， Christensen 和 Bower 发 表 了 “Disrup‐tive Technologies: Catching the Wave”[17]一文，首次提出颠覆性技术概念，从而开创了颠覆性技术创新理论研究。1997 年，Christensen 在The Innovator’s Dilemma:When New Technologies Cause Great Firm to Fail[18]一书中对颠覆性技术做了进一步阐述，他认为技术创新可分为两类，即“延续性技术”和“颠覆性技术”，两种创新模式最大的差异在于是否具备“变革市场的潜力”。延续性技术是指沿着现有的改进轨迹向前推进的产品和技术；颠覆性技术是指性能最初可能低于主流市场的产品，但具有边缘消费者看重的其他特性，随着性能与功能的不断完善，未来将对已有技术进行取代。2003 年，Chris‐tensen 在The Innovator's Solution:Creating and Sustaining Successful Growth[19]一书中用“颠覆性创新”的概念代替了“颠覆性技术”，指出颠覆性创新并不局限于技术本身，还包括服务与商业模式创新；并将颠覆性技术分为低端颠覆和新市场颠覆，低端颠覆是指从低端市场切入，依靠更便宜、小巧等特点满足非主流消费者，不强调技术优势，而新市场颠覆则是依靠技术颠覆在位者或者主流市场。从而增强了理论的可解释性，扩大了理论的应用范围。2004 年，Christensen 等[20]基于以上理论，提出了一个三步模型，用于帮助决策者发现行业变化，制订行动计划，尝试将颠覆性创新理论投入实际应用。2006 年，Christensen[21]从理论的构建过程、理论的改进等方面回应了相关学者对于颠覆性创新理论的批评和讨论，进一步完善和优化了颠覆性创新理论。但是Christensen 把颠覆性创新视为一种低性能、低价格的低端创新，难以解释高性能、高价格的高端颠覆性现象。因此Govindarajan 等[22]与Sood等[23]扩展了颠覆性技术创新的内涵，认为颠覆性创新既可以先从低端市场切入，开始以较低价格提供较低性能的产品服务，通过逐步提高性能与功能逐步替代主流产品，也可以是首先立足于高端市场，一开始就提供更好性能与功能的产品和服务替代主流产品。

颠覆性创新理论自提出之后，其研究热度一直居高不下。有不少研究者从不同角度对颠覆性技术的特点进行了阐述。Nagy 等[24]认为颠覆性技术具有“社会影响力大、提供新功能、基于不同技术轨道”等特点；Hüsig 等[25]总结了颠覆性技术七个特征：①廉价、简单，最初性能较低，然后快速改进；②主流技术性能供过于求；③主流客户一开始会拒绝使用颠覆性技术，因为它在首次推出时性能方面不及主流技术；④低利润；⑤适应新兴市场；⑥功能范围大；⑦当性能供应轨迹与用户需求轨迹互有交叉时就开始侵占市场。Sood 等[23]认为颠覆性技术具有“源于领域交叉、在位企业对颠覆性技术更敏感”等特点。Danneels[26]认为颠覆性技术具有“社会影响力大”的特点。苏鹏等[13]认为颠覆性技术具有“基于不同的技术轨道、能够满足未被在位技术所发掘的潜在需求、颠覆性技术优势长期保持、早期颠覆性技术主流性能劣势、颠覆性技术主流性能持续提升、颠覆性技术性能供应效率较高、颠覆性技术须与主流创新领域现有需求关联（即功能层面的完全覆盖）”等7 个特点。

应该说，颠覆性技术创新理论自提出以来，其发展速度迅猛，取得了一些成果，但是因为颠覆性创新涉及因素多，具有复杂、模糊、认知难度大等特点，加上其发展时间尚短，所以还存在很多问题。主要问题有：①颠覆性创新理论不成熟，不够系统全面；对其本质、特征等的认识肤浅且共识度不高；对其演变过程、动力机制等的认识还不够清晰。②颠覆性创新理论的描述偏于抽象，不够具体清晰，难以真正应用于颠覆性技术识别，实操性较差。③因为对颠覆性技术的本质、特征认识不够清晰，利用现有颠覆性创新理论指导的颠覆性技术识别的效果不好。

2.2 颠覆性技术识别方法研究现状及存在问题

我们在先期研究[12-16]中对颠覆性技术识别方法进行了系统梳理，发现目前颠覆性技术识别方法主要有文献分析法、专利分析法、技术定义法、问卷调查法、场景模拟法、技术路线图法或几种方法的综合灵活运用，从大的方面来讲可以分为三类：借助专家智慧的主观判断、基于数据的客观推导和结合两者的综合方法。

因为颠覆性技术具有高度复杂、模糊、认知难度大等特点，目前颠覆性技术识别方法还存在很多问题，主要有：①针对性不强。现有好多研究都是把一般技术监测识别方法直接用于颠覆性技术识别，并未针对其特点进行必要的调整优化。②难以实现早期识别。现有研究多采用的专利分析、论文分析、数据挖掘等方法探测的着眼点多数在于热点技术问题，即强信号的信息，难以实现早期识别；而对早期识别具有重要意义的强度不高、或清晰度不高的信息，即弱信号的信息往往被排除在外。③依托数据不够丰富。现有很多研究仅是依托一种或少量几种数据进行颠覆性技术识别，而颠覆性技术涉及科技、市场、产业、政策等多方面，仅用一种或少量几种数据难以保证结果的准确性。④方法单一，定性与定量方法有效融合不够。颠覆性技术的特点决定了对其识别宜采用定性、定量结合的综合方法，而现有识别方法大多采用定量或定性的单一方法，即使有采用定量与定性方法结合的研究，其方法的有效融合程度也很弱。⑤影响因素的考虑不够全面。现有大多数研究一般多考虑技术因素，对技术与市场环境间关系考虑较少，对创新主体、政策等因素考虑较少。⑥不能满足不同层次需要。国家、产业、企业等不同层次主体对颠覆性技术识别的需求是不一样的，现有研究多集中于企业层次，还未见到针对不同层次的识别方法。⑦没有针对不同时长的识别方法。颠覆性技术不同颠覆过程具有不同的特征，因此短期能够颠覆的技术与中期、长期能够颠覆的技术也会表现出不同特点，至今还未见到专门针对不同时长特点的识别方法。

2.3 颠覆性技术评价方法研究现状及存在问题

目前，颠覆性技术评估研究多采用基于颠覆性技术创新理论框架构建指标体系的方式。Hall 等[27]提出了一个综合了利益相关者理论、创新管理理念和波普尔的科学进化学习方法论的评价框架。Sainio等[28]引入新技术颠覆性潜力等重要性指标，从顾客利益、核心战略、战略资源和价值网络等四个维度构建颠覆性技术评价体系。林春培等[29]提出了基于颠覆性技术特征标准、技术性能供给和需求变化轨迹的颠覆性技术识别框架。孙永福等[30]从技术、产品、市场、产业等四个维度构建颠覆性技术指标评价体系。许泽浩等[31]基于TRIZ 理论，提出了新技术颠覆性创新潜力评价体系。孟祥翠等[32]基于战略生态位管理理论，从技术、市场和环境等三个维度构建颠覆性技术国际竞争力的评价指标体系。

但是我们知道，颠覆性技术普遍具有非共识性、难以计算投入产出效益、偶然性、突破传统颠覆现有认知等特点，而现有大多数研究提出的颠覆性技术评价体系基本难以适应这些特点，存在的主要问题有：①指标多是基于已有学术价值观的共识，难以遴选出真正的颠覆性技术；②描述性指标较多，可测度性差，难以实操；③评估内容与评估标准没有考虑颠覆性技术多样性特点，不同的颠覆性技术没有采用不同的评价标准与评价方式。

3 颠覆性技术感知响应系统框架

从以上分析的颠覆性技术创新理论、识别方法、评价方法等方面存在的问题出发，深入分析了颠覆性技术感知响应系统的整体规划和需求，坚持问题导向和可操作性原则，按照发现问题、分析问题、确定框架流程，我们提出了能支撑我国颠覆性技术创新工作需要的颠覆性技术感知响应系统框架。

3.1 系统框架设计原则

颠覆性技术感知响应系统框架设计遵循以下两个基本原则。

1）问题导向原则

即紧紧围绕颠覆性技术监测、识别、评估、服务等方面的重点、难点、焦点问题，展开研究，构建一个以解决上述问题为主的、能支撑我国颠覆性技术创新工作需要的颠覆性技术感知响应系统框架。

2）可操作性原则

颠覆性技术感知响应是实践性很强的工作，其系统框架的实用性是确保颠覆性技术感知响应平台的重要基础。我们在设计系统框架时，特别注意了以下两个方面：

（1）有可靠的、持续的数据支撑基础。颠覆性技术监测、识别、评估、服务等功能的实现均需要相应的海量的多源数据库的持续支撑，我们在设计技术框架时特别注意了这一点，综合考虑了数据库的可信性、持续更新能力等条件，保证系统持续可实现。

（2）最大限度减少不必要的人为操作。在兼顾颠覆性技术监测、识别、评估准确性的前提下，尽量利用信息技术实现自动处理，最大限度减少不必要的人为操作，从而减少时间和成本开销，减少人为判断的主观性。

3.2 整体框架

针对颠覆性技术理论方法研究尚不系统、依托数据不够丰富、缺少从创新主体角度出发的识别、没有可实际支撑决策的实用系统等问题，我们提出的颠覆性技术感知响应系统框架包含四个部分：第一部分，颠覆性技术识别理论方法与专家预判系统；第二部分，地平线扫描系统；第三部分，创新主体创新感知系统；第四部分，颠覆性技术感知响应平台开发与决策支撑应用。系统框架如图1所示。

图1 颠覆性技术感知响应系统框架

情报感知被认为是情报工作最重要的工作之一，它并非某个特定情报业务流程，而是指情报专业人员在常规性信息采集、加工和分析处理过程中，综合运用各种知识工具完成对情报用户需求、情报对象内容和情报任务组织的认知、解读和表达[33]。颠覆性技术“感知”与“响应”是密切相关的两项情报任务，针对颠覆性技术的情报感知重在尽早发现具有颠覆性特质的技术主体或客体对象，对感知发现的颠覆性技术对象或对象线索进行的跟踪、评估、投送通报以及应对性决策所提供的情报保障则是针对颠覆性技术的情报响应业务内容指向。在我们设计的感知响应系统框架中，第一部分（颠覆性技术识别理论方法与专家预判系统）主要为颠覆性技术情报感知提供理论、方法支撑，第二部分（地平线扫描系统）与第三部分（创新主体创新感知系统）主要实现情报感知功能，第四部分（颠覆性技术感知响应平台开发与决策支撑应用）主要实现情报响应功能。

3.2.1 各部分的相互关系

颠覆性技术感知响应系统框架各部分之间基本按照理论研究（第一部分）、资源建设与共性关键技术（第二部分和第三部分）、应用示范（第四部分）全链条布局，既各有侧重又相互关联，共同支撑实现颠覆性技术监测、识别、评估与决策支撑应用。第一部分（颠覆性技术识别理论方法与专家预判系统）主要研究颠覆性技术感知响应理论模型、颠覆性技术多维识别方法、颠覆性技术早期弱信号识别模型、颠覆性技术非常规评价体系、汇集专家与大众智慧的颠覆性技术预判系统，为第二、三、四部分提供识别理论模型、方法与专家评估等支撑；第二部分（地平线扫描系统）依据第一部分形成的理论模型、方法，研究多源异构数据采集与处理技术，主要围绕技术领域和政策战略两个方面形成特色监测池，构建地平线扫描系统与全球颠覆性技术政策战略感知系统，主要从技术领域、政策战略等角度出发，突破颠覆性技术早期弱信号识别技术，为第三、四部分提供数据、技术支撑；第三部分（创新主体创新感知系统）依据第一部分形成的理论、方法，在第二部分形成的数据基础上重构、丰富，形成科研机构、企业监测资源池，建设科研机构与企业创新感知系统，主要从创新主体活动角度出发，突破颠覆性技术早期弱信号识别技术，为第四部分提供数据、技术支撑；第四部分（颠覆性技术感知响应平台开发与决策支撑应用）研究基于RESTful 的微服务统一集成技术，实现第一、二、三部分构建的多个特殊任务小平台的服务和功能集成，在此基础上开展颠覆性技术感知响应平台建设与示范应用。

3.2.2 颠覆性技术识别理论、方法与专家预判系统

针对颠覆性创新理论研究不够系统全面深入、实操性较差、识别效果不好等问题，面向国家科技战略布局需求，通过颠覆性技术案例研究，厘清颠覆性技术内涵、特征、动力机制等，在此基础上，考虑颠覆性技术识别的高度复杂性，拟构建颠覆性技术感知探索构建颠覆性技术感知响应“过滤漏斗”模型，它采用逐步逼近方法，从发生机制、技术领域、创新主体等维度进行分步过滤，不断迭代反馈，中间每个步骤穿插专家预判，从而保证形成较为准确的潜在颠覆性技术清单。

针对现有识别方法难以遴选出真正的颠覆性技术、可测度性差、没有考虑颠覆性技术多样性特点等问题，综合考虑颠覆性技术识别预测的模糊性、综合性，主要从数据、方法、影响因素、评估方式、层次、时长等六个维度出发，构建基于科学文献、专利、市场、产业、政策等多源异构数据，融合定量与定性方法，综合考虑内在特征与外在影响，采用交叉式评价与非共识评价等非常规评价方式，针对不同层次（企业、市场、产业、国家等），针对不同时长（长期、中期、短期）的综合模糊的颠覆性技术识别预测方法；并进行方法的有效性检验，在实践过程中不断迭代完善。

针对目前主流方法忽视弱信号信息的问题，采用地平线扫描、聚类、交叉影响分析、德尔菲法等技术，研制包括全球监测、信息选择、信号分析、颠覆性技术评估等步骤的颠覆性技术早期弱信号识别模型。

针对现有评估方法难以遴选出真正的颠覆性技术问题，探索面向颠覆性技术的非共识评价、交叉式评价等非常规评价体系。

针对颠覆性技术非共识特点，研究专家库的构建、专家遴选、专家集体预判流程等，构建颠覆性技术预判专家辅助系统；针对现有评价过程中缺少大众参与的问题，研究颠覆性技术实现事件的合约、交易机制、定价策略以及鼓励用户积极有效参与颠覆性技术预判过程的激励机制，构建大众参与的颠覆性技术预判系统。

3.2.3 地平线扫描系统

针对现有颠覆性技术识别方法依托数据不够丰富的问题，深入研究服务于颠覆性技术识别的地平线扫描的内涵，分析地平线扫描与颠覆性技术的关系；构建基于文献计量、动力学、巴斯创新扩展理论等的扫描模型；研究地平线扫描定性模型；提出全球颠覆性技术政策战略感知模型。

面向颠覆性技术识别需要，建设全球重点领域科技元数据库、全球颠覆性技术政策数据库等，实现海量信息资源集成与有效组织。

针对地平线扫描全流程所面临的信源甄别、信号识别、实体关联问题，开发高可信度多信源数据消重去噪技术、弱信号环境下的领域对象特征增强识别技术、多源数据环境下细粒度指称的实体链接技术等关键技术。

构建以服务颠覆性技术发现为目标的地平线扫描预警平台。面向终端用户提供创新感知监测系统数据服务，提供备选地平线扫描主题清单、地平线扫描监测报告等内容，形成从目标选择到分析报告的地平线扫描服务能力。

3.2.4 创新主体创新感知系统

针对目前缺少从创新主体角度出发的颠覆性技术识别方法的问题，跟踪全球重点企业与科研机构动向，构建全球创新主体创新感知系统，实现颠覆性技术监测、识别。主要研究内容包括两个方面。

（1）颠覆性技术的时序、交叉和集成特征识别研究。从时序维度分析全球各重点创新主体对颠覆性技术的关注和布局动向，包括各个阶段的科研投入、科研产出以及与同行的合作情况等；获取基础领域和应用领域重要突破性技术的研究、成熟情况等，掌握重点技术所处生命周期的阶段。从典型颠覆性技术案例入手，充分掌握颠覆性技术的技术转移或交叉融合特性，探索颠覆性技术的特征及识别方法，为感知、监测、预测颠覆性技术提供支撑。

（2）创新主体创新性技术主题的挖掘、评估和画像研究。对相关科技信息数据按照颠覆性技术的发展路线、学科交叉等多个维度来进行聚合，厘清各技术点的主题特征、技术分支脉络、交叉融合特性等，析取各项技术功能描述和应用场景中的重点特征，进而探索多维聚合的方法，以支撑对颠覆性技术的感知响应。通过对创新性技术在主题特征上的深度学习，研究从创新性技术的成熟度、关注度、耦合度、创新性、发展趋势和产品化等不同维度分别进行评估的方法。挖掘已有的颠覆性技术的这些维度在发展路线上的变化及关联特点，量化分析不同维度上主题特征对颠覆性技术产生的正面或负面影响，以此为基础，识别预测可发展成为颠覆性技术的创新性技术。基于创新型机构的画像和颠覆性技术的主题，构建机构-技术异构耦合关系网络，为重要创新主体监测池的构建提供依据和支撑。

3.2.5 颠覆性技术感知响应平台开发与决策支撑应用

研究并搭建基于RESTful 的微服务统一集成框架，实现第一、二、三部分构建的颠覆性技术预判系统、地平线扫描系统、创新主体创新感知系统等多个特殊任务小平台的服务和功能集成。

研制平台数据汇交的标准规范，制定数据汇交流程和交换格式，确保平台数据的动态更新；研究制定平台接口服务标准规范，研发微服务接口的配置管理和动态监测模块，确保感知响应平台接口的动态更新和实时服务。

在以上研究基础上研制集监测-识别-评估-响应于一体的全功能型的颠覆性技术感知响应大平台；实现为科技部等提供颠覆性技术研究、监测、预警、识别、评估、培育等服务，支撑国家科技资源配置与科技管理需求；实现对创新主体的个性化信息服务，形成高效持续的服务能力。

4 结 语

颠覆性技术感知响应系统框架研究是建设颠覆性技术感知响应平台的关键，针对目前颠覆性技术感知响应系统存在的焦点问题，我们提出了包括颠覆性技术识别理论方法与专家预判系统、地平线扫描系统、创新主体创新感知系统、颠覆性技术感知响应平台开发与应用的颠覆性技术感知响应系统框架，其具有以下特色。

在识别理论方面，构建颠覆性技术感知响应“过滤漏斗”模型。模型通过不断迭代反馈，相互验证，从而提升识别精度；模型通过使用大数据技术、先进信息技术等，可大幅减少人力物力开销；模型适应范围广，能更好地满足不同需求。

在识别技术方面，开发颠覆性技术早期弱信号识别模型及弱信号增强识别技术，能更早遴选出潜在颠覆性技术，提升了颠覆性技术识别的及时性。

在颠覆性技术评价方面，构建颠覆性技术非常规评价体系，保证遴选出真正的颠覆性技术；另外，基于非常规评价体系，构建结合专家与大众的颠覆性技术预判系统，实现颠覆性技术识别准确性与全面性的平衡，以适用于更多的应用场景。

在资源建设方面，通过构建地平线扫描系统，实现多语多源异构数据的有效集成融合，为颠覆性技术监测、识别等提供扎实的数据基础。

在创新主体创新感知方面，分别通过全球企业创新感知系统与全球科研机构创新感知系统的构建，实现创新主体动向实时动态跟踪，支撑颠覆性技术监测、识别。

在平台与服务方面，灵活组配式微服务统一集成框架、多个特殊任务小平台群组配而成、集监测-识别-评估-响应于一体的全功能型的颠覆性技术感知响应平台，能更加灵活地适应不同应用场景，更好地满足用户的不同需求，具有更好的按需服务能力。

颠覆性技术感知响应系统框架研究是“颠覆性技术感知响应平台研发与应用示范”重点专项的顶层设计。后续研究中要加强每个部分的协同与集成，加强理论方法研究与决策支撑等服务应用的联系，突出颠覆性技术监测-识别-评估-决策支撑的应用目标，更前瞻、更有效地服务于国家科技决策，推进我国颠覆性技术创新工作。