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中国追赶发达国家应特别关注基于科学的创新及其产业(雷家骕、林苞)

已有 792 次阅读 2020-9-19 14:13 |个人分类:同行合作|系统分类:博客资讯

内容提要:在20多年的技术创新研究中,中国学术界没有对基于科学的创新进行专门、系统的深入研究,缺少对于基于科学的创新与基于技术的创新的差异化认识,由此即使得学术界对于技术创新的认识难以进一步深入。同时,在实践中,长期以来我国在基于科学的产业领域难以追赶发达国家同行,目前发展战略性新兴产业又亟待关注基于科学的产业及其创新。基此,本文在初步分析基于科学的创新及其产业的主要特征的基础上,提出为解决相关实践难题,在理论上,我们应积极探索基于科学的创新及其产业发展的内在机制;在实践上,我们应采取更为有效的政策助推基于科学的创新的发生与实现。

关键词:创新   基于科学的创新   基于技术的创新   基于科学的产业

一、问题的提出

在创新研究中,基于创新的原始动力,从学理上,可将创新分之为三类,即基于市场需求的创新、基于技术进步的创新、基于科学发现的创新。但长期以来,学术界在技术创新研究中,仅将创新分之为“基于市场需求的创新(或称为需求拉动型创新)”和“基于技术进步的创新(或称为技术推动型创新)”,而没有对“基于科学发现的创新(或称为科学推动型创新)”进行专门、系统的深入研究,由此即使得学术界对于技术创新的认识出现了不少偏差。甚至可说这是近10年来创新研究进展不大的根本成因之一。因为对研究对象的“恰当解构”是深入研究相应问题的前提之一。

所谓基于科学发现的创新,即有这样一类创新,它们的发生与实现强烈地依赖于科学上新的发现。诸如在生物技术领域、化学制药领域、早期的微电子领域等,其之产品甚至工艺的创新直接来自于新的科学发现。这类创新也可以简称为“基于科学的创新”。相应于这类创新,就有了基于科学的产业,即依赖于“基于科学的创新”而建立和发展的行业。诸如生物技术、生物及化学制药业、基础化学材料业、早期的半导体行业,当今纳米技术、部分新能源、部分新材料等新兴产业。这些产业往往是经济中最具活力的部分,他们的形成和发展很可能引发新的产业革命,甚至推动社会经济范式的转变。比如上世纪六十年代之后的晶体管创新和半导体行业对于全球经济范式转变所起的巨大的促动作用,以及当今生物技术行业对于一些国家技术范式和经济范式转变的推动作用。

所谓基于技术进步的创新,即有这样一类创新,它们的发生与实现主要依赖于原有知识体系下新技术的持续涌现。诸如机床、船舶、石油化工等领域的产品创新和工艺创新,他们主要来源于相关领域的技术进步。这类创新也可简称为“基于技术的创新”。相应于这类创新,就有了基于技术的产业,即依赖于“基于技术进步的创新”而建立和发展的行业。诸如机床、汽车、船舶、石化、飞机等产业。这些产业已经是不少国家的主体性产业,特别是在工业化初期和中期的国家,他们的发展对于国民经济发展具有基础性作用。目前我国在这些产业领域已获得巨大发展,不少这类产业已成为我国国民经济的支柱性产业,成为GDP最大的贡献源。

二、两类创新及其产业的比较

(一)两类创新的特征比较

如对两类创新及其产业做个初浅的比较,那就是基于科学的创新与基于科学的产业,更多地依赖于科学上新的发现;长周期地看,科学上一个新的发现,只能推动极少数的产业技术创新。而在基于技术的创新和基于技术的产业中,科学上任何一个新的发现,都有可能引发一连串的产业技术创新。这是两类创新最为本质的差异。如要对两类创新进行较为详尽的比较,则有表1所示。

表1,两类创新的比较

比较维度

基于技术的创新

基于科学的创新

创新参与者

技术供应者、生产者和客户都可能对技术进行改进。

生产者与顾客无法对技术进行改进。

技术变化

按特定技术轨道持续改进。

技术方向不确定,具有跳跃性。

知识基础

绝大多数产品创新与工艺创新基于相似的知识基础。

产品创新与工艺创新常基于不同的知识基础,特别是新知识。

创新能力

企业创新能力的提升可通过技术积累来实现。

企业创新能力的提升依赖于基础研究的突破。

风险与成本

因为基于既有的技术轨道,创新的风险与成本较小

无轨道可循,创新的风险与成本较大,且不会随研发而降低。

如要对两类产业进行较为详尽的比较,则有表2所示。

表2,两类产业的比较

比较维度

基于技术的产业的演化

基于科学的产业的演化

技术突破

技术突破多数不必依赖于科学上新的发现,而依赖于既有技术的整合性应用

技术突破的每一步都依赖于科学上的新发现。

技术领先者

领先者首先要适应技术发展的连续性,其次才是技术发展的非连续性即技术突破。

领先者对技术发展的不连续即科学上新的发现要有适应性。

知识获取

可以通过反求、学习、模仿而掌握产品或工艺创新所需的知识。

无法通过反求、模仿掌握产品或工艺创新所必要的知识。

创新能力提升的决定性因素

产业技术进步的速度决定企业创新能力提升的程度。

科学上新的发现的频度决定企业创新能力提升的程度。

技术进步范式

产业技术进步多数情况下是渐进的,有一定技术轨道。

产业技术进步多数情况下是跳跃的,无特定技术轨道。

(二)两类产业的差异比较

1.一些产业始终是“基于科学的产业”:青霉素开启的抗生素行业为例

青霉素是至今为止世界医疗史上最为重要的发明之一,它广泛应用挽救了大量生命,也引起了此后一系列抗生素的发现,进而始终处于基于科学的产业之列。

弗莱明于1928年发现了青霉素及其抗菌作用,此后进行了最早的医疗实验,但提纯没有成功,青霉素的治疗作用没法得到充分证实。约十年后,英国剑桥的弗洛里(Howard Walter Florey)和钱恩(Ernst Boris Chain)成功地提纯并证实了青霉素的疗效。弗莱明研究葡萄球菌时发现了青霉素的杀菌作用,并发表论文公布了他的发现。弗莱明发现了青霉素更为重要的现象:溶菌作用。

青霉素发展中的关键一步是由弗洛里和钱恩的团队完成的。他们发明了提取青霉素的方法,并因此能够进行医疗实验。他们将成果迅速发表,并引起了美国等国的同行开展类似的研究。他们开始了青霉素的医疗实验,并取得了初步成功。青霉素无疑是科学上的新发现,但将其提纯出来的技术则来自于已有的技术的改进。在此阶段,弗洛里和钱恩之所以有所成功,他们的团队聚集了多学科的科学家,使其能够解决棘手的技术难题,可能是一个重要的成因。

为使青霉素能够成为广泛使用的药品,需要进行更大规模实验。但弗洛里和钱恩的提纯方法仍然不足以为他们提供实验所需的青霉素。于是,弗洛里和钱恩与英国制药公司开展了合作,开发了生产工艺。但大规模的生产是当时英国无法提供的。因为当时英国正面临德国入侵的危险,并经常受到轰炸,制药公司忙于制造其他战时必需的药品。由此,弗洛里和钱恩只得在美国寻找合作者。由于美国农业部和制药公司的加入,生产工艺得到改进,大规模生产迅速成功。此后美国政府把青霉素列为最为重要的战时物资之一(当时是二战最激烈的时期),这就使得青霉素的生产和使用迅速扩大。在青霉素的作用得到揭示和实际应用之后,科学家又开始寻找更多的抗生素,由此开始了“抗生素时代”。

在这个案例中,弗莱明、弗洛里、钱恩开展了一系列基础研究。基础研究的进展,再加上美国制药公司开发了大规模生产的工艺技术,以及美国政府把青霉素作为战时物资广泛使用,即使得以青霉素的研究与生产为发端,抗生素作为药界的细分产业,迅速发展起来了。而此后新的抗生素的任何发展,都离不开基础科学上新的进展,这就使得抗生素行业始终是基于科学的产业。尽管此后新的抗生素的生产都用到新的工艺技术,少不了必要的技术整合,但新的抗生素的出现,却始终紧紧地依赖于新的基础研究。

2.一些产业由“基于科学的产业”转变为基于技术的产业:晶体管开启半导体行业为例

当今多数行业会用到与半导体相关的产品。而业内人士都会记得:早期的晶体管放大器的是半导体行业的先祖。换言之,因为晶体管的早期发明,才有了后来渗透于诸多领域的半导体行业。

晶体管出现之前,电子整机中使用的是电子管放大器。但电子管过大的体积和并不理想的技术指标,诱使一些科学家不得不去寻找能够代替电子管的固体放大器。当贝尔实验室开始半导体现象研究时,目的是尽早获得关于半导体现象的科学认识(Nelson, 1962)。而其后旨在发现半导体的放大效应的试验,原本是想研制一种场效应管。但其中一个实验,却发明了“点接触”放大器。此后,肖克莱(William Bradford Shockley)又发明了“结”放大器。这两项发明成为此后一系列发明的开端,即开启了此后的半导体时代。

在发明“点接触”放大器和“结”放大器的过程中,肖克莱等起初都是为了进行新知识的探索。发明“结”放大器之后,肖克莱迅速提出了关于半导体的新理论。换言之,此时的半导体元器件的创新,无疑是基于科学的。显然,“点”接触放大器的发明,从理论上证明了少数“载子”注入的现象,这一理论上的进步使得肖克莱很快发明了“结型放大器”。以致于Nelson认为:“如果点接触放大器的发明是偶然的,那么结放大器则是理论预测到的发明”(Nelson, 1962)

此后,尽管学术界关于半导体研究的论文大量增加,业界研制的半导体元器件也越来越多,但他们几乎都没有超越肖克莱的半导体理论,以致于后来由二极管、三极管到小、中、大、超大规模的集成电路,本质上更多地源于技术上的改进,以及整合此前已经存在的技术(Mowery and Rosenberg, 1998)。换言之,随着 “点接触”放大器和“结”放大器的发明,半导体行业迅速转变为“基于技术的行业”。

这里特别值得关注的是,在这个案例中,贝尔实验室很快公布了其之成果,并采用“交叉授权”方式允许其他公司使用与发展其之技术;继而,贝尔实验室也从其他公司的后继技术开发中获益,由此加快了晶体管技术市场化的进程。尤其是,晶体管降低能耗的优点引起了美国军方的注意,军方成为晶体管早期最为重要的客户。进而,市场前景激发了更多的企业和机构改进技术,技术的改进又进一步扩大了晶体管的市场。尤其是,随着集成电路、微处理器和存储器的发明,半导体行业由此成为“基于技术的行业”,此后的创新主要是持续提升各种器件的技术指标。

3.由两个案例看值得关注的共有现象

1)科学与技术的互动

从前述两个案例中可以看出,基于科学的创新的实现,在相当程度上依赖于科学与技术的互动。这在两个阶段表现得尤为凸显。首先是在科学发现阶段,此时的科学发现往往依赖于技术手段的改进。如在青霉素实验中提纯技术和晶体管实验中渗杂技术的研发,都是由团队中的跨专业技术人员完成的。其次是在从实验室转向规模化生产的阶段,该阶段往往需要使用既有的生产技术与经验积累。如在青霉素案例中,此时使用了原有的发酵技术;而在晶体管案例中,此时的技术开发则是由原来在相关领域拥有技术与经验的公司完成的。

在基于科学的创新中,科学与技术的互动,往往表现为两类人员之间的互动。科学发现是要得出对于“现象背后的原理”更为深入的理解,但这种理解离不开对相关技术的掌握与运用。例如,在贝尔实验室发明晶体管的过程中,除了专家的多学科(含冶金、化学等),也有科学家与工程师的共同参与,这就使得他们能够迅速解决所碰到的技术问题(诸如半导体材料的提纯与渗透);同时,理论专家与实验专家的配合,也使得他们能够迅速界定相关现象并做出解释。

2)创新与行业演化的关系

在基于科学的创新中,创新会较大程度的推动行业的演化。这其中,早期市场的培育十分重要,甚至是个关键。例如,在晶体管的案例中,晶体管降低能耗的特点,引发了美国军方对晶体管元器件的需求,使得大规模的生产体系得以建立,大规模产销得以实现。在青霉素的案例中,美国政府把青霉素作为战时物资广泛使用,即使得以青霉素的研究与生产为发端,抗生素作为药界的细分产业,迅速发展起来了。由此可见,基于科学的创新要想真正走向大规模产销,早期客户/市场的培育是不可或缺的,尤其是政府作为早期客户的重要性是不可轻视的。

在这其中,早期客户的培育及形成,一是会影响技术改进、完善的方向。因为创新的产品,首先应满足难得的早期客户的需求。此后,早期客户的示范效应才可能诱发更多的客户。二是足够大的早期客户的需求规模,有助于创新者的单位研发与生产成本得以降低,进而有助于创新者为此后的客户提供价格更低的产品,从而形成市场开发的良性“正反馈循环”。

三、我们为何要关注基于科学的产业及其创新?

(1)在基于科学的产业领域,后发国家难以追赶发达国家

从国际经验看,后发国家在“基于科学的产业”领域要赶超发达国家同行,必然面对着诸多难以克服的困难。这其中一个重要的原因,就是基于科学的产业的创新及发展有其独特的现象和规律,特别是基于科学的产业的创新及发展更多地依赖于科学上新的发现,而科学上新的发现又依赖于以往的基础研究的积累、恰当的领域选题和较多的研发投入,以及科学家群体的有效努力。

例如,二战之后,日本被迫放弃了穷兵黩武的国家战略,将更多的精力与资源投入到经济建设,在电子、汽车等产业领域曾成功地赶超了美国等领先者。尽管日本先后提出了“技术立国战略”、“科学技术立国战略”、“科学技术创造立国战略”,也出现了近20位诺奖获得者,但却在生物工程、化学制药等“基于科学的产业”领域却长期落后于美国和欧洲。由此不难看到,在基于科学的产业领域,后发国家难以追赶发达国家。

(2)长期以来我国在基于科学的产业领域难以追赶发达国家

新中国建立以来,追赶发达国家一直是我们的“中国梦”之一。改革开放30多年来,我国经济发展的巨大成就之一,就是我们在不少“基于技术的产业”领域对于发达国家的成功追赶,诸如在家电、日化、冶金、船舶、常规机械制造等领域的成功追赶。但在基于科学的产业,诸如基础电子元器件、生物技术、化学制药、新的功能材料等领域,我们却难以追赶发达国家,发达国家相对于我国一直保持着较为稳定、强劲的竞争优势。

改革开放以来,尽管我国在政策、投资、研发、新技术产业化等方面都进行了诸多努力,甚至推出了863973等科技跟踪、追赶计划,但仍然很难从根本上缩短与发达国家的差距,这其中一个重要原因,就是前面提到的“我国在基于科学的产业领域难以追赶发达国家”。如果这一局面难以尽快改变,则我们的产业结构转型、增长方式转变,将在相当程度上很难达到既定的目标。基此,从理论上研究、在实践上关注“基于科学的产业及其创新”,即成为我们提高产业国际竞争力、实现跨越式发展、提高经济增长质量的关键问题之一。

(3)发展战略性新兴产业亟待关注基于科学的产业及其创新

当前我国经济发展的中心任务是转变经济发展方式。而转变经济发展方式的重要途径之一,就是发展战略性新兴产业,以调整我们的产业结构。十二·五规划中确定的重点发展的战略性新兴产业,主要有新能源、节能环保、电动汽车、新材料、新医药、生物育种和信息产业。我们致力于发展这七大战略性新兴产业的一个重要假设,就是认为这些产业的发展,中国与发达国家“几乎是同时起步”,由此我们有可能抢占新一轮国际竞争的“制高点”,在某些领域赢得国际竞争优势。

但客观地看,这一战略安排忽视了两个问题,一是诸多发达国家为发展这些产业,早在前1020年已开展了相关基础科学研究与产业技术开发,形成了大量的知识积累与技术储备。这已经使得我们很难抢占某些领域的制高点。二是在这七大产业的细分产业中,一些即依赖于基于科学的创新,诸如纳米及超导等新材料制备技术创新,生物制药、生物医学工程、生物育种、海洋生物技术创新,新一代信息网络技术创新,高端智能制造装备技术创新,等等。如果我们不能围绕这些领域搞清“基于科学的新兴产业及其创新”的内在规律,并在实践上付诸更多有效的努力,则我们必将进一步远离期望的“某些领域的国际竞争制高点”。

四、关于基于科学的创新及其产业亟待关注的问题

在我国,源于复旦大学的“联合基因集团”是国内稀有的“基于科学的创新”的典型企业。该集团1997年创立以来即以“解码生命、造福人类”为宗旨,通过实施一系列基于科学的创新,在建立联合基因科技集团有限公司的基础上,建立了精优药业控股有限公司、联合基因健康集团有限公司等30多家企业,成为领航国内的、以基因技术为核心的高科技产业集团。但目前我国能实施这类创新的企业及机构终究是凤毛麟角。基此,关于基于科学的创新,我们亟待从理论及实践上回答诸多的问题。

(1)理论上,应积极探索基于科学的创新及其产业发展的内在机制

需要关注的是,在国际上,现有经济学理论皆没有对基于科学的产业及其创新进行专门的研究。例如,在主流经济学中,钱德勒、克鲁格曼研究了先行者优势,认为先行者进入某个领域之后,即会对后进入者形成进入障碍。Posner-Vernon,Porter研究了产品生命周期,认为现行国家某些产业成熟之后,会向其他国家或区域转移。但主流经济学的研究直接忽视了创新的发生及其作用。又如,在演化经济学中,Henderson,Christensen研究了某些产业技术发展不连续性的现象,认为由于技术发展的不连续,领先企业的创新能力往往会被强大的后进入者所破坏。韩国学者金麟洙研究了技术学习问题,认为后发国家有可能从模仿走向创新。但演化经济学的研究又忽视了创新的行业差异。在我国,上世纪90年代初开始,创新研究逐渐被学界、业界和政府所关注,但多数研究基本忽视了基于科学的创新与基于技术的创新二者之间的差异。

基于前述,围绕基于科学的创新及其产业,目前亟待就以下问题展开研究,给出回答:一是该类创新有哪些基本的现象和特征。二是该类创新得以发生与实现的内在机制。诸如,微观上,在该类创新过程中,基础科研、商业化开发、生产制造三者应怎样互动并衔接?宏观上,该类创新的组织,是采取“斯密模式”、还是采取“培根模式”更为有效?三是在现存产业和我们期待发展的产业中,哪些产业属于基于科学的产业?该类产业有哪些特征。四是基于科学的产业得以成长、国际竞争力提升的内在机制。五是与基于科学的产业相匹配的产业创新体系应是怎样一种结构,特别是政府及大学在该类产业的创新体系中应起到哪些作用?六是发达国家该类产业的创新与发展有哪些经验值得我们借鉴。特别是,在与该类产业创新及发展相适应的法律体系及产权制度方面,我们是否可以借鉴美国“拜登法案”的相关规定。美国这一法案的颁布,从根本上保护了基于科学的创新的技术垄断及其市场利益,同时也给后发国家该类产业的创新与发展设置了障碍。这十分值得我们深入研究与借鉴。

2)实践上,应采取更为有效的政策助推基于科学的创新及产业发展

十八大明确提出了“创新驱动发展”的战略,但实施这一战略的瓶颈是基于科学的创新在中国的匮乏。从常规道理上看,北京、上海、西安、武汉、南京等地有诸多的基础科学研究机构,诸如中国科学院系统的研究所、985和211高校内设的基础科学研究机构,本该有较多的基于科学的创新,本该培育较多的基于科学的产业。但这些城市仍然缺少基于科学的创新,基于科学的产业的发展也很匮乏。在其他城市,基于科学的创新更是“稀缺品”。其中的成因,除了企业和科技机构努力不够之外,政府对基于科学的创新缺少政策扶持,也是一类重要的成因。

目前,在发达国家,新的产业革命已经发生,基于科学的创新及其产业的发展得到相关国家的进一步重视。中国作为正在快速发展的新兴国家,自然应在这一方面有所作为,将基于科学的创新的活跃和兴盛作为“创新驱动发展”战略的战略重点,作为这一战略得到有效实施的重要途径。相应,政府在相关政策设计上,亟待关注以下问题:一是在基于科学的创新及其产业发展领域,我们与领先的发达国家究竟有哪些差距。二是在基础科学研究、产业技术追赶与学习、企业知识获取与技术整合、产业创新与企业制造等环节,分别应设置怎样的政策、构建怎样的政策机制,才有助于基于科学的创新的发生与实现。三是为助推基于科学的创新及其产业的发展,相应的科学政策、技术政策、产业政策等应做哪些方面的调整。四是在产业选择上应有重点,从政策上重点扶持我们有基础的基于科学的产业;在地域选择上,也应有重点,从政策上重点扶持哪些科研机构聚集的地域推动“基于科学的创新”。特别是,应寄希望于北京、上海、西安、武汉、南京等地在基于科学的创新及产业领域,为自己创造有别于其他省市的“差异化创新及产业发展”的竞争优势,同时为全国做些示范。

参考文献:

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(7)林苞、雷家骕.不同产业创新的差异与国家的科技政策,工业技术经济杂志,2012 年第9 期(总第227期).




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