以颠覆性技术创新推动制造业智能化转型升级

杨瑾

【摘要】智能制造是我国制造业转型升级的主攻方向。随着中美贸易摩擦和竞争的不断升级，我国制造业智能化转型升级的外部环境已发生改变，美国对华技术禁售和“断链脱钩”日趋常态化，对国内企业发展和国家经济安全造成一定威胁。颠覆性技术创新既是把握科技变革和产业转型升级的重要抓手，也是我国实现关键核心技术自主可控的突破口。未来，在深刻把握颠覆性技术创新特征的基础上，应注重探索基于科学技术新发现的颠覆性技术创新，为制造业智能化转型升级提供持续的源动力；着力推动基于关键核心技术突破的颠覆性技术创新，塑造制造业智能化转型升级的核心竞争优势；大力促进基于技术交叉融合的颠覆性技术创新，为制造业智能化转型升级提供新思路和新路径；加快探索和开发基于场景创新应用的颠覆性技术创新，不断拓展制造业智能化转型升级的边界。

【关键词】制造业  颠覆性技术创新  智能化转型升级

【中图分类号】F273.1                             【文献标识码】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2023.17.004

引言

制造业是我国国民经济的主体。近年来，我国制造业尤其是装备制造业取得了举世瞩目的成就，参与国际生产分工的整体水平不断提升，已经形成了体系化的产业链和全球化的供应链（Ju & Yu， 2018），但同时也面临着大而不强、自主创新能力较弱、对外依存度较高、产业结构不合理等种种问题，整体仍处在全球价值链中低端环节。与此同时，随着第四次工业革命的到来，全球产业进一步融合，制造业附加价值不断向技术研发和营销服务两端集中，全球价值链的微笑曲线日益陡峭。当前，我国正在加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，这是应对错综复杂的国际环境变化的战略举措，也是适应我国经济发展阶段变化的主动选择。我国要避免落入“中等收入陷阱”，在复杂多变的国内外环境中取得新的发展突破，必须通过产业链、价值链的重塑来实现，尤其要在高端科技和装备制造等领域有所突破，解决“卡脖子”技术难题，不断向高附加值的全球价值链两端移动，实现制造业的转型升级和高质量发展，这是当下紧迫的战略任务。

制造业转型升级是中国经济未来发展的主要动力与方向（周源，2018）。近年来，随着人工智能技术的突飞猛进，智能制造已然成为中国制造业转型升级的“新动能”。一方面，智能制造对于一个国家的经济发展具有重要的推动作用，能够促进就业、推动创新、提升发展的可持续性（Treville et al.， 2017）。另一方面，智能制造可以为企业带来前所未有的巨大竞争力，包括更具个性化的产品和服务、更加智能化灵活化的工厂、更敏捷高效的供应链系统、更优化的生产流程、更具创新性的组织模式、更高的运营绩效和全要素生产率（Mortensen & Madsen， 2019；温湖炜和钟启明，2021）。《中国制造2025》也将推进智能制造定位为中国制造业实现由大变强的主攻方向。[1]发展智能制造，就是要依托现有的“中国制造”基础，通过制造业智能化转型升级发展“中国智造”，进而提升我国制造业在全球价值链中的地位和国际竞争力。当前，我国智能制造发展的关键是要通过智能技术的广泛深入应用，加快制造工艺技术和生产模式改造，促进运维服务和综合管理提质增效，实现制造业的智能化转型升级（杜宇玮，2019）。

我国制造业智能化转型升级面临的挑战

关键核心技术领域面临发展瓶颈。智能制造虽然是中国装备制造业转型升级的主攻方向（周济，2015），但从整体来看，尚处于发展的初级阶段。虽然一些企业在智能化转型升级的道路上取得了一定成绩，但是这些成绩主要还是围绕在边缘或者非核心技术环节，核心技术的研发和产品制造能力仍有待提升。比如，在智能制造最核心的装备——工业机器人领域，我国高精密减速器、控制器以及高性能交流伺服电机和驱动器等的关键核心零部件大部分依赖进口，而这些零部件占到整体生产成本的70%以上。虽然我国已成为全球最大的智能制造装备市场，但是近80%的市场份额却被ABB、FANUC、YASKAWA等几家国际巨头所占据，国内目前仍缺乏具有全球影响力的智能制造企业。再比如，在新冠疫情防控中，暴露出我国在以体外膜肺氧合（ECMO）和有创医用呼吸机等为代表的高端医疗装备制造领域对国外核心技术和关键零部件存在一定依赖，突显出我国装备制造业智能化转型升级仍面临着关键核心技术“卡脖子”的难题。

外部环境日趋严峻。2017年以来，随着中美贸易摩擦不断升级，部分发达国家进一步强化了各种不合理的限制措施，使我国获取全球创新资源的难度加大，装备制造业智能化转型升级的外部环境逐步发生变化。2017年8月，美国特朗普政府签署法令正式对中方启动“301调查”，主要涉及技术转让、技术创新和知识产权领域；2019年5月16日，美国商务部工业和安全局（BIS）将华为及70家关联企业列入其所谓的“实体清单”后，2023年6月14日，又宣布将我国隶属于中国航空工业集团公司的研究院以及隶属于上海超级计算中心的上海海计信息技术有限公司等31家企业列入“实体清单”。自1997年6月，美国将中国工程物理研究院列入“实体清单”之后，截至目前，已经有1000多家中国企业和机构被美国列入“实体清单”，其中超过600家是自特朗普执政以来新列入“实体清单”的。除非有美国政府的临时通用许可证，否则列入该清单的企业和机构将无法购买和使用美国的技术和产品。美国此举意图在全方位阻碍中国企业获取发展所需的技术、设备、资金和人力等生产要素。

传统創新路径已然失效。随着我国与发达国家技术水平特别是技术创新能力的差距不断缩小，我国与发达国家由以互补关系为主转为以竞争关系为主，而现阶段发达国家及其企业只有控制关键核心技术，才能保持其市场竞争力乃至国家竞争力。这也就是为什么“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”。由此，在国际形势复杂严峻，贸易保护主义抬头和“逆全球化”暗流涌动的背景下，中国制造业智能化转型升级不仅难以引进国外先进技术及其产品（零部件），而且以往通过基于进口产品的逆向工程、市场换技术、外国直接投资（FDI）的技术外溢效应、海外并购等多种正规渠道引进技术及产品的难度也大幅增加。频繁遭遇“断供”和禁售等极端措施，使“卡脖子”技术问题越来越突出，对我国制造业智能化转型升级的进程造成阻碍，甚至给国内企业发展和国家经济安全带来了负面影响。

以颠覆性技术创新破解产业转型升级的困境

颠覆性技术。当今世界正处于新一轮科技革命和产业变革孕育期，颠覆性技术不断涌现，推动新产业、新业态和新模式加速迭代。颠覆性技术是一种另辟蹊径、会对已有传统或主流技术产生颠覆性效果的技术，能够引领全新的产品和服务，并重新配置价值体系，直接推动产业转型升级（Christensen & Bower， 1996；陈继祥等，2012；黄鲁成等，2015；Christensen et al.， 2019；斯晓夫等，2020）。颠覆性技术可能是新兴技术，也可能是重大核心技术突破或交叉融合技术，还可能是现有技术的创新应用，而“卡脖子”的技术一般是原有技术，属于主流技术范畴。在“卡脖子”技术对技术需求方造成威胁时，颠覆性技术能够起到替代作用，有效破解技术需求方的“卡脖子”困局（汤志伟等，2021）。

颠覆性技术创新的形式。颠覆性技术创新主要有三种形式：第一，基础研究创新带来的重大技术变革。例如，20世纪90年代末，我国杨德森院士团队从基础研究做起，突破多项关键技术，颠覆了当时国际通用的传统声呐原理，研制出全新的矢量声呐，这一突破被喻为水声技术的一场革命。第二，长期积累与跨领域科技创新突破，由量变引发质变，最终发生颠覆性的跨越提升。例如，从CRT、LCD到OLED显示技术的颠覆性发展，以及固态硬盘对机械硬盘的颠覆实质是半导体行业对硬盘行业的颠覆（明星等，2020）。第三，在现有科技基础上的场景创新应用。例如，三一重工对其18号厂房实施智能化改造后，实现了对整个生产过程的精益管控，大大提升了产品制造过程的质量、物流、生产管控程度，大幅提高了企业生产效率，降低了制造运营成本，成为离散型柔性制造的典型应用场景。颠覆性技术创新是科学前沿研究与新兴技术结合产生的创新巨变，能够带来产业技术架构与组件的双重变革和市场颠覆，引领技术及产业升级方向，是企业、产业、国家获得制胜先机和持续竞争优势的关键（肖广岭，2019）。

颠覆性技术创新与产业转型升级。以美、英为代表的发达国家普遍认识到颠覆性技术创新的重要性，都在积极部署产业领域的重大科技创新计划，试图尽快掌握一批重要领域的颠覆性技术，打开产业转型升级的突破口。美国是最早进行颠覆性技术研发的国家，互联网、全球卫星定位系统、无人飞机等都是美国最早提出并实现的颠覆性技术。2010年，英国发布了《技术与创新未来：英国2030年的增长机会》，遴选出了有望支撑英国2030年发展的53项颠覆性技术作为重点布局方向。2019年，德国发布《国家工业战略2030：对于德国和欧洲产业政策的战略指导方针》，突出强调了“改变游戏规则”的颠覆性技术创新，认为它对经济的重要领域甚至所有领域及其增值链都会产生根本性的影响。2013年，日本颁布了《颠覆性技术创新计划》（ImPACT），旨在对创新管理体系进行根本性改革，实现以颠覆性技术创新推动产业转型升级。纵观世界各主要发达国家的发展历程，颠覆性技术创新既是把握科技变革和产业转型升级的重要抓手，也是塑造制造业国际竞争优势的重要途径。

党的十九大报告提出，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。[2]党的二十大报告进一步突出了颠覆性技术创新的重要地位，提出“以国家战略需求为导向，集聚力量进行原创性引领性科技攻关，坚决打赢关键核心技术攻坚战。加快实施一批具有战略性全局性前瞻性的国家重大科技项目，增强自主创新能力”。[3]制造业是国家创新体系建设和科技强国建设的核心领域，而颠覆性技术创新是我国实现关键核心技术自主可控的突破口，为制造业加快技术追赶、实现智能化转型升级提供了新机遇和新路径。

基于颠覆性技术创新的制造业智能化转型升级路径

颠覆性技术是科技革命和产业变革的先行突破口，历次科技革命都以颠覆性技术创新的出现和成熟为标志，进而带动产业发展变革、商业模式变革、竞争手段变革，建立新的技术-经济范式。把握颠覆性技术创新的产生与演进规律，营造有利于颠覆性技术创新的政策环境，推动制造业智能化转型升级，已成为我国深入实施《中国制造2025》、推进制造强国建设的核心任务之一。在构建新发展格局的过程中，国际形势已迥异于以往，特别是在国际主要创新网络中，信息、知识和人才的流动情况均已产生明显变化，并且无法排除出现更多限制因素的可能。如何在外部技术来源不确定以及国家竞争甚至是对抗的条件下，总结和归纳历史和现实的成功经验，厘清基于颠覆性技术创新的制造业智能化转型升级路径、推动制造业高质量发展，已成为一个重要的战略问题。

深刻把握颠覆性技术创新的特征。颠覆性技术创新主要有如下特征。一是归零效应显著。基础前沿领域研究的突破有时难以预测，推动相关研究转化为具有市场竞争力的产品也面临着无法预料的障碍，一旦判断失误，前期的投入将成为无法收回的“沉没成本”，同时也面临着丧失发展机遇的巨大“机会成本”。因此，要强化对颠覆性技术的预见和识别能力，提升颠覆性技术创新的成功率（王子丹等，2021）。二是不确定性。相较于渐进性技术创新，颠覆性技术创新更为复杂，失败率更高。因而要不断完善政策引导体系，通过专项资金支持、灵活的组织保障、多元化评价体系、构建免责机制等手段为颠覆性技术创新提供精准支持，构建“敢试错、能容错”的创新环境，提升制造业企业开展颠覆性技术创新、实现智能化转型升级的意愿、信心和能力。三是非共识性。颠覆性技术创新在早期阶段往往因其不符合既有的技术思想、现行的主流需求以及成熟的价值主张而得不到普遍认可和接受，而传统的科研项目遴选方式难以甄别出真正的颠覆性技术创新项目（赵云等，2022）。鉴于此，要为颠覆性技术创新提供专门的组织保障措施，可以在计划性项目资助体系之外构建专门管理颠覆性技术创新的机构或基金，以避免传统价值体系的惯性对颠覆性技术创新的干扰。同时也要增强外部监管能力，减少寻租行为等导致项目失败的非技术性因素。四是系统性。基于颠覆性技术创新的制造业智能化转型升级强调产业链上各主体和环节之间的“協同作战”。应坚持系统思维，集聚创新资源，培育和打造产业链上下游和跨行业融合的智能化转型生态体系，促进颠覆性技术创新沿产业链上下游持续演进和溢出，鼓励智能化转型领先的产业链“链主”企业积极发挥对其他企业的示范引领作用，从而带动制造业产业链整体的智能化转型升级。五是不平衡性。在不同领域、不同行业和不同企业之间，以颠覆性技术创新推进智能化转型升级所需的资源、能力存在较大的差异性和不平衡性，应结合具体行业产业链上下游企业的实际情况，根据颠覆性技术创新的类型和成果，采取分阶段、分层级、分类型甚至分项目的实施策略，采用一体化布局和差异化、针对性精准推进的转型方式，提升制造业智能化转型升级的效率和质量。准确把握颠覆性技术创新的特征，是破解阻碍颠覆性技术创新壁垒的前提，因此，应进一步加强对颠覆性技术创新的研究和认知，更好地把握其特征和规律。

注重探索基于科学技术新发现的颠覆性技术创新。基于科学技术新发现的颠覆性技术创新是指在突破原有技术范式的基础上，挑战科技“无人区”，最终产生重大的科学思想、科学发现、理论突破和技术发明等“从0到1”的原创性成果。这类成果不仅开辟了研究的新领域、新学派甚至新学科，而且会催生新技术、新产品、新工艺、新市场和新业态等。基于科学技术新发现的颠覆性技术创新所需投资最多，实现难度最大，但一经突破，所获效益也最为丰厚和持续，尤其会对基础研究领域及其相关技术研发活动产生深远影响，并促使社会生产方式、产业格局等发生颠覆性变革。如经典力学催生了蒸汽机，继而引发了第一次工业革命；又如麦克斯韦方程组等电磁理论的突破产生了雷达技术等。据此，要加强基于科学技术新发现的颠覆性技术创新，为制造业智能化转型升级提供持续的技术源头供给。

具体而言，一是要提升重大科技创新方向的系统性前瞻布局能力。以科技自立自强为引领，将制造业智能化转型升级置于战略层面进行系统布局。鉴于科学技术新发现的公共物品属性，应由政府牵头，充分释放新型举国体制的系统性活力，组织战略科学家超前论证和遴选重要科学研究方向，部署一系列重大科学研究计划和重点实验室，建立国际创新合作平台，联合开展相关领域科学前沿问题的探究。以大科学计划、大科学工程、大科学装置和大科学项目为抓手，设立专项科学研究基金，鼓励高校、科研机构与制造业企业围绕制造业智能化转型共建联合实验室，开展有组织的基础研究，锻造提出并解决世界一流科学问题的能力。二是要进一步强化基础研究和应用基础研究。基础研究是颠覆性技术创新的先导。习近平总书记在主持二十届中共中央政治局第三次集体学习时强调，“加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。”[4]一方面，要聚焦量子力学、人工智能、脑科学等颠覆性前沿科学领域，抢抓全球科技发展先机，重点布局基础前沿科学研究中心和科研创新平台，建立持续稳定的基础科学研发投入机制，适度延长基础科研项目的评价周期，构建有利于自由探索的基础研究科研生态；另一方面，要基于制造业智能化转型升级的需求牵引，在突破“卡脖子”技术基本原理的基础上开展需求导向型应用基础研究，从源头上突破和解决制造业智能化转型升级核心技术和关键零部件受制于人的问题。

着力推动基于关键核心技术突破的颠覆性技术创新。基于关键核心技术突破的颠覆性技术创新是指在当前技术路径受阻的情况下，通过开辟新的技术轨道，有效化解“低端锁定”和“卡脖子”困境，实现技术轨道跃迁的非线性创新过程。例如，在部分芯片工艺中，碳基芯片可以替代主流的硅基芯片，突破硅基研发路径的限制，实现技术轨道跃迁。当前，我国制造业智能化转型升级的一些关键核心技术仍然受制于人，部分关键零部件、元器件和材料主要依赖进口，给制造业智能化转型的进程带来了一定阻碍，亟需通过基于关键核心技术突破的颠覆性技术创新实现由传统制造的技术轨道向新一代智能制造技术轨道的跃迁，形成制造业智能化转型升级的核心竞争优势。

首先，要集中力量突破关键共性技术。应充分发挥行业协会的作用，对产业链上下游关键共性技术进行普查，梳理出“卡脖子”的关键共性技术清单，采取“揭榜挂帅”等方式重点攻克集成电路、数控机床、工业基础软件等领域制约我国制造业智能化转型升级的关键共性技术，开展关键共性技术产业化应用示范，逐步扩大国产技术和产品的替代范围和力度，筑牢制造业智能化转型的工业根基。其次，要加强“硬科技”创新布局，加快突破制造业智能化转型升级的短板和痛点。围绕基础材料、基础零部件、基础工艺、基础技术和基础软件等“五基”领域严重制约制造业智能化转型升级的关键短板和痛点布局创新链，立项并实施一系列针对性研究项目，促进“五基”领域关键核心技术实现突破。最后，要进一步完善科研联合攻关体系。满足各类创新主体的个性化诉求，发挥各类创新主体的天然优势，形成央企引领、民企参与、科研院所支撑以及优势互补的科研联合攻关体系。一般而言，央企在完成有明确目标的科研攻关任务方面更具优势，可在关键核心技术联合攻关的进程中发挥引领作用，而民企在面向颠覆性技术创新时具备独特的组织优势与动态能力优势。

大力促进基于技术交叉融合的颠覆性技术创新。基于技术交叉融合的颠覆性技术创新是指相互独立的技术之间交叉渗透，进而催生出新技术或新产品，开辟出新市场的过程。通过5G、云计算、物联网等智能技术与制造技术的深度融合，实现智能技术赋能，重构或重组新的智能制造技术，不仅可以打破单一知识结构的束缚，而且很有可能催生出更多的颠覆性技术创新，实现“1＋1＞2”的效应。例如，基于物联网、云計算等智能技术和内燃机等制造技术的深度融合形成的搭载智能驾驶技术的智能网联汽车，已成为集车体、通信和软件于一体的信息平台，既颠覆了仅作为交通工具的传统汽车的功能价值，又作为智能化载体有效促进了管理、营销、服务等环节的智能化转型。因此，要大力推进制造领域各类技术与智能技术的交叉融合，为制造业智能化转型升级提供新思路和新路径。

第一，加强以问题为导向的跨领域、跨学科的实质性交叉融合，避免“为交叉而交叉”的简单拼凑。应围绕制造业智能化转型升级中的瓶颈问题，建立多元主体参与的颠覆性技术创新支持平台，以跨区域、跨产业、跨学科的创新平台整合异质性资源，推进大数据、实验设施等研发要素的共享和联动，强化制造业领军企业、科技企业、高校和科研院所以及第三方技术服务机构等不同主体之间的跨界技术融合，促进知识等创新资源的跨界流动，培育和打造交叉融合的创新生态，推动各类技术的跨界融合，重构制造业智能化转型升级的核心能力。第二，完善复合型人才培养机制。根据人力资源与社会保障部的预测，到2025年智能制造领域人才缺口将达到450万人。[5]为打造适应智能制造发展需求的人才队伍，应打破学科专业壁垒，在当前交叉学科门类已设一级学科的基础上，进一步围绕人工智能、大数据、物联网等领域设立交叉学科和交叉专业。此外，还应整合不同学科、不同专业的师资力量，有针对性地开设前沿交叉课程，贯通本硕博一体化培养体系，为制造业源源不断地输送既熟悉制造技术，又掌握智能技术，且具备先进管理思维的跨界复合型人才。第三，探索建立基于技术交叉融合的颠覆性技术创新项目的评审机制。单一学科的内部标准往往不足以识别和判断基于交叉融合的颠覆性技术创新项目的价值，因此要探索构建包括战略科学家和多领域专家在内的专家评审团队和项目评审机制，从跨学科的视角，有效地识别和评估项目的发展潜力以及其对经济和社会的影响。

加快探索和开发基于场景创新应用的颠覆性技术创新。基于场景创新应用的颠覆性技术创新是在技术趋势和用户潜在需求的驱动下，通过现有技术要素与场景因素的创新组合，产生新的功能，形成新的价值主张、资源配置模式、生产组织模式和运营管理模式，从而实现跨层次、跨领域的价值创造过程。例如，陕鼓动力创造性地利用自身独有的故障诊断技术，开发出旋转机械远程在线监测及故障诊断智能系统，技术人员可利用该系统24小时不间断地监测客户设备运行情况，在故障发生前收到预警信息，故障出現后第一时间为客户提供在线技术支持，将客户以往的非计划性事后维修转变为可预知的事前维修。相较于前述三种模式，基于场景创新应用的颠覆性技术创新虽然对科学技术的要求相对最低，但却要求技术研发人员和管理人员具备敏锐的场景感知能力和较强的场景开发整合能力。随着人工智能、物联网、云计算、大数据等技术的发展迭代，价值创造逐渐由产品导向转变为场景导向，加之应用场景是落实颠覆性技术创新的关键支撑，鉴于此，要摆脱制造业智能化转型升级仅是“机器换人”的既定思维，以智能技术与应用场景的联动不断拓展制造业智能化转型升级的可能性边界。

一是扩展应用场景。以技术前沿和潜在需求为导向，一方面，促进制造业现有应用场景的开放，释放人工智能、无人驾驶、虚拟现实等智能技术在现有场景中的应用潜能；另一方面，催生面向未来的应用场景，通过相关技术的远景规划和超前布局，把握颠覆性技术创新机遇，促进人工智能等新一代信息技术在各类制造场景的创新应用。在场景实践中另辟蹊径引领需求，开拓新兴市场，重构价值主张与行业边界，创造更大的价值，从而带动制造业智能化转型升级。二是场景示范推广。要进一步聚焦产品数字化设计、设计与工艺一体化协同、工业装备集成控制和远程控制、大规模个性化定制以及云工厂共享制造等领域和环节，在工业装备、工业网络、工业软件和工业数据的支撑下，分析其中的关键技术，形成技术解决方案，开发和打造一批典型的制造业智能化转型升级高价值场景。同时，要进一步发挥此类场景的引领性和示范性作用，通过基于颠覆技术创新的场景示范项目的有效推广，带动制造业更大范围的智能化转型升级。

（本文系国家自然科学基金面上项目“基于颠覆性技术创新的装备制造业智能化转型升级机理及路径选择”和陕西省社会科学基金项目“陕西装备制造业智能化转型阻抑因素及其破解路径研究”的阶段性成果，项目编号分别为：72174170、2022D002；西北工业大学管理学院博士研究生同智文对本文亦有贡献）

注释

[1]《国务院关于印发〈中国制造2025〉的通知》，2015年5月19日，https：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm。

[2]《十九大以来重要文献选编》（上），北京：中央文献出版社，2019年，第22页。

[3]习近平：《高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗——在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告》，2022年10月25日，https：//www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/content_5721685.htm。

[4]《习近平主持中共中央政治局第三次集体学习并发表重要讲话》，2023年2月22日，https：//www.gov.cn/xinwen/2023-02/22/content_5742718.htm。

[5]《数字经济赋能制造业高质量发展》，《光明日报》，2023年8月31日，第6版。

参考文献

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责 编∕包 钰