从科学到创新

1、第三讲:从科学到创新柳卸林,教授, 中国科学院大学管理学院1大纲从科学到创新政府为什么支持科学经济发展阶段与科学投入企业与基础研究2一:从科学研究到创新基础研究(basic research)应用研究(applied research)试验发展(experimental development)研究气流中的压力条件与固体浮力为获得飞机所需的空气动力学数据, 进行气流中压力条件和固体浮力研究飞机样机机身的开发工作研究微生物耐辐射的生物化学和生物物理研究为获得保存果汁方法所需的知识,就加热和辐射对酵母生存的影响而进行微生物学的研究发展一种用于射线保存果汁的方法目的寻求真理以工程为目标,探讨知识应用

2、的可能性把研究成果应用于生产上内容发现新现象,新的联系新工艺,新发明,新产品,工艺改进成果论文专利专利,图纸,样品3基础研究与创新基础研究会产生重大创新, 但时间很长. 计算机, 生物, 通信,基本上都是科学家们发明出来的.美国ARCH风险投资公司:只投资基础研究的成果.但基础研究到创新,需要经历从原理到实验室技术实现再到工业化产品的痛苦过程.中国科学家和大学不愿做技术,愿做科学.4发明与技术创新发明与技术创新之间通常存在“滞后期”历史上重大技术创新例子技术与产品发明年份创新年份滞后期日光灯1859193879采棉机1889194253拉链1891191827电视1919194122喷气发动机

3、 1929194314雷达1922193513复印机1937195013蒸汽机1764177511尼龙1928193911无线电报 188918978三极真空管 190719147圆珠笔1938194461962年，Richard Williams发现，当电压加在液晶物质的表层时会产生光电效应。1964年，George Heilmeier在此基础上发现新的光电效应动态散射型（DSM）。1968年，美国RCA公司向全世界公布液晶显示技术。6液晶的发明对全球的液晶研究者和产业界人士来说，1968年如此重要。因为在这一年，美国RCA公司在广播中向世界报告：公司的博士研究生黑尔迈乐等人提出并发明液晶显

4、示技术。 这条消息引起了法国原子能委员会的兴趣。当时，正在原子能所工作的物理学家P-G德热纳，组织了一个由结晶学、化学、材料缺陷、光学、核共振和理论专家级组成的多学科研究小组，在巴黎市郊奥赛开展液晶物理的基础研究。研究中，德热纳认识到序参数、相变等概念是处理液晶复杂系统的物理基础，并在此基础上写出专著液晶物理学。 德热纳将液晶的排列比喻为“篮子里的苹果，当“篮子”晃动时，液晶就会重新排列，实际上这就是液晶显示的原理。1991年，诺贝尔物理学奖授予德热纳，表彰“他发现，为研究简单系统中有序现象而发展出来方法，也适用于更复杂系统的研究，特别是液晶和高分子。” 1968年，44岁的日本物理学家江崎玲

5、於奈（因发明江崎二极管而获1973年诺贝尔物理学奖）正在美国IBM实验室工作，他立即将RCA发明液晶显示技术的消息介绍给日本重点大学和大公司，这引起了日本理化学研究所科学家小林骏介的兴趣。小林骏介1969年到美国学习，回到日本后开始液晶基础研究。7液晶发明史年份重要事件公司备注1888奥地利植物学家Reinetzer 发现了液晶1960年左右威廉斯突然想到有可能建造一个运用光学开关和反射光来工作的扁平显示器，明出来的基本液晶显示器。美国RCA公司1960年左右薄膜晶体管（TFT）被RCA的萨洛夫研究中心发明出来美国RCA公司一些企业早期介入对薄膜晶体管的研究不是为了LCD，而是为了寻找制作集成

6、电路的方法。1963西屋电气开始了一个小规模的TFT研究项目美国西屋电气1964Heilmeier在重新选取液晶材料的过程中发现了并组模式，即液晶具有二项色性，制作出来液晶在施加电场时从透明变成乳白色的显示器“动态散射”美国RCA公司1968展示了一台实物大小的液晶平屏电视模型，其他一些液晶的应用原型，包括数字读出仪和数字显示的电子钟美国RCA公司引起了日本工业界对液晶显示的强烈兴趣1970弗加森发明了扭曲相列型液晶显示器（SN-LCD）弗加森创办的公司1966年弗加森离开西屋公司，并自己创办了公司70年代早期RCA的乳白色动态散射LCD和弗加森的暗黑扭曲相列LCD展开竞争，最后以RCA散射L

7、CD的惨败而告终1971RCA中止了自己的TFT项目美国RCA公司1972夏普公司花费300万美元从RCA购买了一项LCD专利日本夏普公司1973精工生产了世界第一块数字LCD表日本精工公司精工从弗加森的公司获得技术许可81971RCA中止了自己的TFT项目美国RCA公司1972夏普公司花费300万美元从RCA购买了一项LCD专利日本夏普公司1973精工生产了世界第一块数字LCD表日本精工公司精工从弗加森的公司获得技术许可1979西屋电气终止TFT项目美国西屋电气80年代初期美国的RCA公司 、AT&T公司、通用电气公司、惠普公司和西屋电气公司纷纷放弃了平板显示技术开发，平板显示技术在上世纪8

8、0年代走到了十字路口。原因就是风险高、项目过于宏大1982精工采用主动矩阵显示器技术，用硅片代替薄膜晶体管，研制出世界上第一块单色屏腕表电视，但是没有生产日本精工公司80年代初期卡西欧、西铁成和精工在工作一段时间后认识到，硅片永远不会成为大量生产液晶电视的方法，必须向薄膜晶体管(TFT)发起挑战。1983精工应用薄膜晶体管研制出微型LCD电视日本精工公司把液晶从失败的境地挽救出来1983康宁转向生产TFT玻璃基板。美国康宁公司91011中国从日本引进彩色电视, 并成为世界的电视生产大国. 但等到中国成为CRT的生产大国后, 液晶电视成为主流技术.中国再次成为液晶面板引进大国.液晶技术从那里来的

9、?1962年，Richard Williams发现，当电压加在液晶物质的表层时会产生光电效应。1964年，George Heilmeier在此基础上发现新的光电效应动态散射型（DSM）。1968年，美国RCA公司向全世界公布液晶显示技术。111219491949三枪三束彩色显像管三枪三束彩色显像管全玻壳矩形显全玻壳矩形显像管像管一枪三束彩一枪三束彩显管显管自动校正会聚误差彩自动校正会聚误差彩显管显管TN-LCDTN-LCD液晶显示液晶显示器器LCDLCD技术开始成熟，但仍技术开始成熟，但仍然生存在然生存在CRTCRT显示器显示器阴影下阴影下 196419641968196819721972LC

10、DLCD成本大幅下成本大幅下降，逐渐成降，逐渐成为市场主流为市场主流2001200120032003玻壳玻壳液晶液晶等离子等离子19931993等离子电视开始商等离子电视开始商用化用化20092009年中国电视机产量年中国电视机产量玻壳玻壳(CRT):2510(CRT):2510万台万台液晶液晶(LCD):6780(LCD):6780万台万台等离子等离子(PDP):299(PDP):299万台万台20092009日本20世纪80年代末，日本夏普从美国RCA公司转移专利，从液晶屏手表做起，同时兼做半导体、计算机，用其他产品的收入支持液晶研发的巨大费用，最终成功将液晶技术商用化，在1991年投产了

11、全球第一座1代线。此后数年内，日本厂商在大的经济财团和宽松的金融政策支持下，纷纷投资LCD制造工厂，一度占据全球市场的半壁江山。由于LCD产业过度投资扩张产能，以及东南亚金融危机带来的市场需求急剧下滑，LCD产品价格快速下降，造成众多日本厂商巨额亏损。同时，日本经济财团受经济危机所累，无力出资扶植国内厂商。2000年后，日本厂商通过削减投资，向韩国、台湾企业转移技术，收取技转金，以及集中生产和研发资源等途径收回现金和投资，日本LCD产业自此开始收缩，但相当一部分上游关键原材料和设备采购仍掌握在日本厂商手中 韩国韩国方面由于有经济财团及众多大学的高科技研发支持，自1995年开始，三星，LG，Hy

12、dis等厂商开始集中投入LCD产业，在东南亚金融危机后，韩国快速扩充产能，在19982003年的五年期间，韩国投资多条生产线，市场占有率也快速跃升。同时，韩国政府确立LCD产业为国家的核心产业，确定了清晰的产业追赶计划。而日本厂商在韩国厂商壮大后，又转而扶持台湾厂商与韩国进行对抗，台湾当局也出台相应产业政策鼓励民间资本进入，一度有“面板五虎”，占据了全球市场的3成份额。但由于韩国在技术和新世代线投资的领先地位始终稳定，产业链上下游垂直整合优势明显，台湾企业逐渐处于跟随地位，“面板五虎”到今天已仅剩奇美、台达两强。 中国从20世纪90年代起，中国取代了日本，成为了世界上电视机制造产量最高的国家（

13、谢伟，2004）。直至今日，中国已经成为世界彩电产量最高的国家。据中国电子视像协会统计，中国2010年彩电总产量达到历史最高点11493万台，同比增长16.1%。其中，平板电视(液晶电视和等离子电视)产量为9086万台，同比增长24.7%;平板电视产量占彩电总产量79.1%，比2009年提高了5.4个百分点。液晶电视产量为8790万台，同比增长25.8%。平板电视产业链建设和技术创新体系建设也已取得突破。 16三大CRT电视显示器企业的现状安彩，09年亏损10亿，放弃CRT显示业务，转战光伏玻璃行业彩虹：还在生产彩色显像管，已经开始转向玻璃基板行业 京东方： 1998年意识到平板显示时代即将来

14、临，现在是中国最大的本土液晶屏制造商,但由于技术落后,一直在亏损,且没有掌握最前沿技术.二.科学与创新的关系创新是人类不断进步，经济不断增长的源泉电的发明和创新工业化的基础青霉素的发明和创新大大延长了人类的寿命。电话手机的发明，改变了沟通的模式汽车的发明改变了交通的模式杂交水稻的发明解决了中国人的吃饭问题创新为什么越来越重要科技革命的冲击力当今，科技对经济和社会生活的影响越来越深远。科技转化为生产力的速度越来越快，科技从发明到走向产业化的时间不断缩短。在19世纪，电从发明到应用时隔282年，照相机从原理到产品112年（1727-1838）电磁波通信时隔26年。半导体原理到晶体管5年。20世纪，

15、集成电路仅仅用了7年的时间就得到应用。万维网络（WWW）从推出到累计1000万用户，仅花了3年的时间， 而电话的同样数量的普及则花了30年的时间。 科技与创新信息技术是科学技术加速发展、呈现指数增长的代表性领域。有二个典型的例子。微电于技术自1975年以来，一直遵循摩尔定律增长，也就是单位面积ICL的晶体管数量，每 18个月增加 1倍，成本基本不变。计算机技术每57年，速度增长10倍，体积减少10倍，价格下降10倍左右。没有量子力学就没有信息产业:半导体,激光,集成电路都将没有.没有DNA就没有生物医学.微型硬盘微型硬盘存储器存储器锂例子锂例子电池电池液晶液晶显示器显示器DRAM存储器存储器信

16、号信号压缩压缩Humboldt大学与基础研究模型二十世纪下半叶前:洪堡大学(Humboldt)模式: 支持大学是政府的重要责任大学主要从事教学和研究,不涉及其它.这一模式扩散到许多国家.但东欧有教学和研究的分离.大学具有从事研究的充分自由BUSH模型从科学到创新的线性观科学与经济发展的线性观：BUSH。Science, the Endless Frontier，支持基础研究就可以获得无穷的创新，就可以不竭的经济增长。科技可以无障碍地被企业所利用。支持大学和研究机构，让企业利用不断涌现的科技成果。优点:理解简单和财政支持的便利性.经常被重复使用.前提:1.科学应该拥有自主性.2.关于在那些科学领

17、域得到支持的决策应该让科学家们自主决定.由此, 同行评议得到了制度化.(curiosity driven research )3.基础研究应该由大学完成.创新的线性链条: 基础研究-应用研究-开发-新产品线性模式被否定，但在思维上不断出现，因为简单直观。贡献: 持续了50年,促进了国家对科学的支持.挑战:经济竞争的激烈, 要求科学更快地为经济服务.财政的约束:冷战时代, 一切为了国防安全,现在,医疗教育社会福利也同样重要.死亡之谷的提出。对BUSH的挑战:罗森堡(Rosenberg)先有科学还是先有技术:科学知识基本上都来自对一个具体特殊问题的解决. Torricelli的空气有重量的发现是为

18、了改进气泵. Carnot创造了热力学是为了在瓦特的重要创新基础上改进蒸汽机的效率.Pasteur的细菌科学的发展,是为了解决法国酒业中的发酵和净化的问题. 技术本身就是关于某些事物和活动的知识.这是有关技能,方法和设计的知识.技术不需要依赖科学.如通过试错法,飞机的设计越来越好,但很长时间人们不知道湍流理论.人们早就在炼铁,但并不知道其科学原理.因此,常常是,技术知识早于科学知识。高技术产业的发展，刺激了许多基础研究。通信产业的发展引发了大量的基础研究领域。在AT&T的BELL实验定,Penzias的宇宙背景发现是为了改进微波通信的质量固体物理学的发展是为了改进真空管的不稳定性，这导致了半导

19、体的发现。(ROSENBERG,Inside the black box, 1982)技术的发展是与基础研究还是与产业需求更相关.在中国，基础研究缺乏这种高技术产业和复杂需求的刺激，因此，基础研究更多的是跟踪它人已经做的科研成果。在人民大会堂中的中长期规划中，我问过杨。Gibbons et al(1994)mode 2Mode 1: 知识是由单一学科完成的. 大学不需要与企业有直接的接触.Mode 2:跨科学对知识的形成越来越重要.大学与企业等的边界在模糊化.知识越来越强调应用.从科学到创新的死亡之谷.欧洲悖论与美国挑战欧洲悖论: 科学与美国的差距有限,但创新能力差距很大.美国挑战:美国科学远

20、强于日本,但上个世纪70年代,日本曾经是居世界第一位.三. 政府为什么要支持科学基础研究可以分为:好奇驱动的研究和战略基础研究.Irvine and Martin(1989)(Stokes, 1997).有相当多的基础研究是考虑用途的.即面向用途的基础研究.Stokes Pasteur象限考虑用途:不考虑用途:是对原因的根本理解:是纯基础研究(Bohr象限):人类的天性用户驱动的基础研究(Pasteur象限)对原因的根本理解:不纯应用研究(Edison象限)创新的两种模式以科学技术为基础的创新：是将新技术转化为新产品概念，转化为可以制造的设计，转化为实物的产品过程。是技术突破的创新。新原理的形

21、成非常重要。大量创新的思想。科技推动的创新.一类是不考虑应用的科学,如当年的量子力学.一类是考虑用途的科学,叫巴斯德科学.发现细菌者. 风险大,难度大,效果强. 科学技术推动的创新.以市场为基础的创新：是以市场需求为出发点, 用需求引导技术开发,再将技术体现于产品的设计和制造中，最终实现新产品的实物化。大量的工艺创新，渐进的创新。容易做,但也很重要.市场拉动的创新.两种创新模式都重要；在企业发展的不同阶段，不同文化下的企业，会采纳与自己技术和管理相适应的创新模式。四.中国为什么创新能力低的分析缺乏科学的文化,强调实用,不强调原因表现:不重视基础研究,重视产品开发.30对中国研发经费投向结构的分

22、析表面看：2007年中国70.4%的R&D经费来源于企业资金，来源于政府资金为24.6%，来源于其他资金为5%，而同期美国的比例分别为66.4%、27.7%和5.8%，日本为77.7%、15.6和6.6，德国为68.1、27.8和4.2%。总体看来，中国R&D经费的来源结构与发达国家很相似，即三分之二的经费来自企业，四分之一的经费来自政府。 研究活动类型的国际比较 年份基础研究（%）应用研究（%）试验发展（%）中国2007 4.7013.2882.01美国200618.5623.1258.31日本200512.6522.1865.17法国200523.7038.9937.31意大利200527

23、.7144.4027.89瑞士200428.7033.3237.98捷克200629.3224.0646.62韩国200615.1519.8664.99俄罗斯联邦200315.1015.6069.40研发经费投向结构2008年中国投向基础研究的经费为220.82亿元，不仅远低于美国和日本的5086.0亿元和1570.9亿元，而且也低于法国的882.7亿元，意大利的440.7亿元，韩国的227.3亿元。 注：美国和韩国基础研究经费为2006年数据，日本、法国、意大利为2005年长时间基础研究投入不足的后果基础研究是对国家未来的投资如果中国出现长时间基础研究投入没有和经济增长保持一致性的问题，最终

24、容易导致试验发展也陷入困境。 对基础研究投入不足的认识误区误区：较低的基础研究比例是经济高速发展阶段的特定产物，市场导向的原则使企业和政府往往更关注试验发展，甚至认为可以采取先试验发展，后基础研究的原则。对基础研究投入不足的认识误区日本、韩国等一些以技术模仿、跟踪为主的国家在基础研究强度也从来没有低过10%。日本研发强度在50年代中期达到1%的时候，其基础研究强度就已经达到20%，甚至在1965年达到30.3%，1985年下降到12.9%，之后开始提升。韩国在1983年研发强度为1%的时候，其基础研究强度为18%，其后虽然下降，但是最低的1995年也达到12.5%。所以基础研究偏低与经济高速发

25、展也没有必然的联系，不是经济高速发展期的特定产物。研发强度与基础研究强度的关系发达国家经验表明，R&D强度从1%上升到2%的10年间，基础研究强度也相应迅速上升，当R&D强度达到2%的时候，美国约为10%，日本15%，德国20%。根据国外经验，中国R&D强度如果在2010年达到1.88%，其基础研究强度的合理变化应当增加到2010年的8%-10%，即基础研究经费应该达到552.65-690.81亿元，而按照现在基础研究经费的趋势，2010年也就能达到345.40亿元，缺口达207.25-345.41亿元。 2002年-2010年基础研究经费实际和应该投入金额 与此同时,大量的应用研究又以论文的

26、形式出现.中国大量的研究不与产业实践相结合.以新能源汽车为例主要国家在新能源汽车按主要国家在新能源汽车按发表发表论文数比较论文数比较l按web of science上搜索的论文数目排名依次为美国、中国、日本、德国和法国。这说明我国的高校和科研机构在新能源汽车领域总体研究成果并不差于发达国家。主要主要国家在新能源汽车领域研发成果国家在新能源汽车领域研发成果l(1)我国在实用专利领域落后美国、日本很大距离。各国所获HEV专利数量比较国内高校知识产权收入现状高校专利转让率低 中国高校专利中国高校专利2001-2008平均转让率为平均转让率为8.8%中国高校专利申请、授权、转化数量统计表（个）资料来源

27、：教育部科学技术司 高等学校科技统计资料汇编（2002年-2009年）20032002200120082007200520042006专利转让量专利授权量专利申请数量进一步思考：如何提高政府在基础研究活动的投资将是一个重要的长期任务，也是中国有效实施自主创新政策面临的挑战但做什么类型基础研究是中国面临需要解决的一个重要问题.中国存在的三类基础研究国家需求的基础研究,表现在国防,能源等关系国家未来命运的重大科技问题研究. 国家的863,973, 知识创新工程.科学家好奇心驱动的基础,如理论物理,数学,等. 玻尔象限.国家自然科学基金.产业需求的基础研究. 如汽车, 钢铁, 液晶等产业. 巴斯德象

28、限的研究.主要靠企业自身,但严重不足.日本的经验事实上，日本公司对基础科学投资的增加，实际上是致力于巴斯德象限的研究，而不是波尔象限的研究。正是大力投资于巴斯德象限的研究，才使在日本公司的竞争力争强的同时，日本的科学实力也得到提高。近几年，日本科学家获得诺贝尔奖数目的不断增加，清楚地表明，日本不仅仅是技术强国，同时也是科学强国。五.企业为什么不愿意做科学研究？科学研究属于公共品，可能被别的企业摘桃子但是那么容易被摘桃子吗？Cohen and Levinthal (1989, 1990) argue that especially when learning is difficult, firm

29、s may need to invest in R&D in order to effectively absorb external knowledge.相当多的外国企业重视基础研究Semiconductor firms: relevant patents vs. basic research publications, 19811997.Pharmaceutical firms: relevant patents vs. basic research publications, 19811997.企业为什么从事基础研究？是企业长期发展和战略竞争的需要是企业积累知识和奠定能力的需要但中国企业

30、从事基础研究的比例非常低,参与国家基础研究的数量非常少.5086.898.6110.6135.416213.415.718.122.827.815.415.916.416.817.202040608010012014016018019951996199719981999销售额R&D投入R&D占销售额比重辉瑞公司的研究与发展费用2004-2011年企业承担973项目 973项目名称年份依托单位重油高效转化与优化利用的基础研究2004中国石油天然气集团公司 教育部提高大型互联电网运行可靠性的基础研究2004国家电力公司化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究2005中国石油天然气集团公司中国海相碳

31、酸盐岩层系油气富集机理与分布预测2005中国石油化工集团公司 中国科学院聚烯烃的多重结构及其高性能化的基础研究2005教育部 中国石油化工集团公司中国西部典型叠合盆地油气成藏机制与分布规律2006中国石油天然气集团公司 中国科学院 教育部碳酸盐岩缝洞型油藏开发基础研究2006中国石油化工集团公司石油资源高效利用的绿色可持续化学2006中国石油化工集团公司温室气体提高石油采收率的资源化利用及地下埋存2006中国石油天然气集团公司 教育部中低丰度天然气藏大面积成藏机理与有效开发的基础研究2007中国石油天然气集团公司非均质油气藏地球物理探测的基础研究2007中国石油天然气集团公司嬗变核废料的加速器

32、驱动次临界系统关键技术研究2007中国科学院 中国核工业集团公司2004-2011年企业承担973项目973项目名称年份依托单位火山岩油气藏的形成机制与分布规律2009大庆油田有限责任公司高丰度煤层气富集机制及提高开采效率基础研究2009中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院确有疗效的有毒中药科学应用关键问题的基础研究2009北京中研同仁堂医药研发有限公司新结构高性能多孔催化材料的基础研究2009中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院先进复合材料空天应用技术基础科学问题研究2010中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院民机驾驶舱人机工效综合仿真理论与方法研究2010中国商用飞机有限责

33、任公司相变存储器规模制造技术关键基础问题研究2010中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中芯国际集成电路制造（上海）有限公司纳米磁性自旋存储器和半导体硅量子点存储器的研制及其器件物理研究2010中芯国际集成电路制造（上海）有限公司中国西部叠合盆地深部油气复合成藏机制与富集规律2011中国科学院 教育部 中国石油天然气集团公司二氧化碳减排、储存和资源化利用的基础研究2011中国石油天然气集团公司 教育部 中国科学院案例二：高速铁路与地质条件案例二：高速铁路与地质条件中国国土面积大，地形复杂，横跨多个不同的气候和地质区域京津城际是软土路基武广高铁是岩溶路基郑西高铁是黄土湿陷性路基这样的地质条件下建设高速铁路，需要处理好地基以及路基的填入技术，而中国高铁技术供给方