基于多维技术创新地图维法耦合的技术创新路径构建及其实证研究-冯立杰.pdf

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1、20，7年第一6期 s。i。n。nd T。j!：jli?；留：嚣。m。n。R。a。hdoi：lO39696issn10007695201716003基于多维技术创新地图维法耦合的技术创新路径构建及其实证研究冯立杰1，李阳光1，岳俊举1，王金凤2(1郑州大学管理工程学院，河南郑州450001；2上海海事大学，上海201306)摘要：基于现有创新理论并结合当代技术发展特征创建多维技术创新地图，进而构建基于多维技术创新地图维法耦合的技术创新路径，最后结合煤层气开采卸压消突创新案例验证其可行性和有效性。关键词：创新维度；创新法则；耦合；技术创新路径中图分类号：F1243 文献标志码：A 文章编号：10

2、007695(2017)15001406Construction of Technological Innovation Path and Its Empirical Study Based on the Couplingbetween Dimensions and Principles of Multidimensional Technology Innovation MapFeng Lijiel，Li Yangguan91，Yue Junju 1，Wang Jinfen92(1ZhengzhouUniversity ofEngineeringManagement，Zhengzhou4500

3、01，China；2Shanghai Maritime University，Shanghai 201 306，China)Abstract：With the accelerating speed of technology change，enterprises need to carry out technology innovationcontinually to obtain market competitive advantage，Taking technological innovation path as an important researchcontent of techno

4、logy innovation，to construct its system has become an vital problem to be solved urgentlyBased onthe existing innovation theories and the characteristics of contemporary technology development，this paper establishesthe multidimensional technology innovation map，and then constructs the technological

5、innovation path based onthe couphng between dimensions and principles Finally，according to the innovation case of CBM(Coalbed Methane)minings rehef and ehmination，its feasibihty and effectiveness are verifiedKey words：innovation dimension；innovation principles；coupling；technological innovation path随

6、着企业技术竞争趋势的日益加剧，技术创新已成为企业求得生存与发展的重要手段，但伴随着技术和环境的复杂化及市场需求多样化特征的凸显，企业技术创新的风险也在逐渐增大。而技术创新路径获取作为企业开展技术创新活动的关键环节，决定着企业能否JIrO!N寻求到既符合企业自身资源特色又适应外部复杂多变环境挑战的创新途径。为能够准确把握行业或领域的技术创新发展趋势，企业有必要通过构建技术创新路径体系以加快企业技术创新进程。为此，众多国内外专家学者围绕技术创新路径开展了大量的理论及应用研究，并取得了丰富的研究成果。其中，Singh等描述了技术创新路径的研究现状与路径改革的发展轨迹，帮助企业厘清了如何加强技术创新路

7、径构成模式；Hu等卫j、Yoon等。纠均强调了路径依赖对技术创新的重要影响，并分别利用模糊认知图和形态学矩阵研究了技术创新基本要素之间的因果关系，探讨了其可能的技术实现方式，为技术创新提供了路径参考；与此同时，Momeni等。4i、Wang等j和Yonghee等。研究指出，识别技术路径发展趋势是预测相关技术创新活动的关键，并基于专利技术发展路径和技术路线图相继构建了技术创新模型，提高了行业技术发展趋势的预测能力；在技术创新路径识别方面，Zhu等o 7。重点研究了基于关键词和基于专利引文分析的技术创新路径识别方法，同期，Ventura等o以专利分析作为技术创新路径的识别工具，并以功能性食品为例验

8、证了其可行性，这些都为企业开展技术创新活收稿日期：2017-0508，修回日期：20170705基金项目：2014年国家自然科学基金项目“基于多维空间专利地图的煤层气开采创新路径研究”(71472171)；国家科技部创新方法工作专项“面向企业的颠覆式创新方法与T具研究及其应用”(20161M010400)万方数据冯立杰等：基于多维技术创新地图维法耦合的技术创新路径构建及其实证研究 15动提供了方法支持与帮助。技术创新路径构建相关研究中，Zheng等。9、Tian等0。从不同角度提出了技术路径构建的概念模型，体现了创新要素对技术创新路径形成的关键作用；此外，Yun等。11。研究了公理化设计与TR

9、IZ的融合机理与方式，并阐述了应用该路径获取创新设计的流程；Toru等一12。将USIT理论应用于教学产品设计，从微观角度研究了设计过程的矛盾解决机制，为技术创新路径获取提供了新的切人点和具体分析手段。当前，国内学者关于技术创新路径的研究多侧重于技术创新路径的分析与选择”1卜，同时部分学者尝试了一系列技术创新路径构建的相关探索，主要有：武建龙等引从模块化视角系统地研究了新兴产业技术创新的特点，最终构建了战略性新兴产业突破性技术创新路径，为该产业突破技术创新瓶颈提供了帮助；杨春燕等弘20。研究了可拓学理论在创新路径构建过程中的应用；冯立杰等。2122。率先开展了专利地图与TRIZ的融合研究。拓展

10、了TRIZ技术创新体系，构筑了多维空间专利地图，为技术创新路径构建提供了新的研究思路。综上，国内外专家学者对于技术创新路径的研究范畴不断在扩展，研究内容也越来越丰富，尤其是技术创新路径分析和预测相关的文献日新月异，但从技术创新的本质着手并将技术创新路径构建过程具象化的研究尚不多见，因此，有必要进一步深入开展技术创新路径构建研究工作。鉴于此，本文基于传统创新理论并结合当前技术创新发展趋势构建了多维技术创新地图，其将技术创新的要素划分为创新维度与创新法则两大类，利用创新法则对创新维度进行变换和重组即维法耦合形成技术创新路径的过程。同时，本文阐明了多维技术创新地图的维法耦合关系，构建了维法耦合的路径

11、，最终形成一套能够快速、准确获取技术创新路径的理论体系，为企业技术创新实践提供有价值的参考借鉴。1 多维技术创新地图概述多维技术创新地图的实质是将技术创新的创新要素划分为创新维度与创新法则，以创新维度和创新法则为耦合变量绘制的创新图谱可直观展示领域或行业技术革新的可能路径。其中，创新维度受启发于TRIZ理论39个工程参数，综合考虑当前技术创新活动的复杂特征，并深度挖掘当代技术领域涉及的创新要素，聚类提取了9个创新维度，包括：空间维、环境维、功能维、机理维、结构维、材料维、动力体系维、时序维与人机关系维怛3|。另一方面，在对诸多领域的技术创新成果及经验技巧进行整理并剖析其技术发展特征基础上，结合

12、SIT、形态学矩阵和检核表等理论的创新手段，聚类TRIZ创新理论中的40个发明原理和76个标准解，归整出9个创新法则，分别为：分解与去除、组合与集成、局部优化、替代、动态化、自服务、友好化、柔性化与智慧化2 3。本文以坐标体系的形式绘制得到的多维技术创新地图如图1所示。横坐标是创新维度，纵坐标为创新法则，区域内网格线交点代表创新维度和创新法则的一种耦合形式，亦即每一个网格交点用到具体行业或领域中便是一种技术创新路径，同理，一个区域内有两个乃至多个网格交点表示该领域可选用多个维度及法则进行技术创新路径构建。不同的技术领域在图中区间位置有所差别是因为不同领域的技术创新特点各异，从而其对应的关键创新

13、维度和创新法则亦不同。问 境 构 能 理 料体系序关系维度维 维 维 维 维 维 维 维 维图1 多维技术创新地图整体框架2 多维技术创新地图维法耦合路径研究21 多维技术创新地图维法耦合可行性剖析领域或行业内技术创新成果可发现，无论技术创新过程的复杂程度高低，其关键都是材料、工艺、流程与信息等要素不断被迭代、整合的过程j。由此，可将技术创新要素作为研究切人点，界定创新要素的形态、类别及其变换手段，进而总结技术创新活动的内部原始规律，帮助企业加快技术创新活动进程，提高其创新质量。本文基于传统创新理论，结合当代新能源技术、电子信息技术、生物技术以及化工技术等新兴产业相关创新发明过程中涉及的创新要

14、素，聚类形成的9个创新维度是技术创新过程中控制技术创新属性的各类要素的统称，亦是决定技术产品概念形成、明确其整个生命周期内基本结构、功能、材料等属性的信息元。与此同时，借助技术信息搜集工具探索了不同领域技术创新活动的表现形式，继而总结万方数据16 冯立杰等：基于多维技术创新地图维法耦合的技术创新路径构建及其实证研究诸多领域技术创新要素的内在变化规律，最终提炼得到9个创新法则，并将其作为技术创新过程的运算机制，对创新要素实施集成与变换。由此，创新维度与创新法则耦合本质是创新要素与作用方式的变换组合。综上所述，创新维度涵盖了诸多领域不同形态的原始创新要素，并被细分为9个类别，9个创新法则是作用于各

15、类创新要素的基本方式，创新维度与创新法则耦合正是创新要素的迭代、集成与结构化过程，维法耦合研究正是从技术创新活动的本质层面研究技术创新路径构建的机理。因此，通过多维技术创新地图维法耦合研究获取技术创新路径是可行且有效的。22 创新维度与创新法则耦合关系当前，多维技术创新地图包含9个创新维度和9个创新法则，但随着科技的发展或新技术、新工艺的出现，可对创新维度与创新法则进行增删或修改，目前对创新维度与创新法则进行编号构成的多维技术创新地图图谱见表1。表1 多维技术创新地图图谱多维技术创新地图图谱中通过维法耦合获得技术创新路径N的过程可表示为：N=ViFi f 1 1式中：vi代表创新维度，(in，

16、1i9)：Fj代表创新法则，(j fie n，1j9)；表示耦合；但针对某个具体领域应用该方法时，理论上可任意选择单个或多个创新维度与不同的创新法则进行耦合以获取技术创新路径，进一步地，其表达式调整为：N=V二R (2)式中：m是一个集合，m垦1，2，3，4，5，6，7，8，9；n是一个集合，n1，2，3，4，5，6，7，8，9)；设公式2中m集合的元素个数最多为a(a9)，n集合的元素个数最多为b(b9)，则m集合去除空集后子集的数量为28一l，且每个子集代表一个或固定组合的几个创新维度，同理，n集合除去空集外子集数量为2h_1，每个子集代表一种或固定组合的几种创新法则。由此针对具体领域应用

17、维法耦合可获取的技术创新路径数量c。：CN=C；(28一1)X cb(261) (3)例如：当a=2，b=2，且确定创新维度为v，、V：，创新法则确定为F。、F2，即m=“lj，(2，1，2)n=1)，2)，1，2)时，此时可获取的技术创新路径数量C。=(22_1)X(22_1)=9条，且其获取技术创新路径的表达式为：V1V二R=Vfl，21，2F1)T2，】，2=I V2 Il V1V2JVl Fl VlF2 VtF,F2F1 F2 F,F2】_l V2 F1 V2F2 V2FIF2vlv2 F1 VlViF2 V1V2 F1F223 多维技术创新地图维法耦合路径构建不同行业或领域技术创新活

18、动的特点各异，针对具体领域开展技术创新活动，可根据实际情况选取该领域的关键创新维度与创新法则来达成预期目标。为了能够快速、准确地选定关键创新维度与创新法则，继而获取有应用价值的技术创新路径，以满足当前企业对技术创新路径具体构建方法的迫切需求，本文基于多维技术创新地图维法耦合开展了技术创新路径构建研究工作，并梳理了其应用流程，如图2所示。待创新系统业一关 热键 点侧 创提 新维取 度：孓Z 基础技术创新路径J关键技术创新路径图2 多维技术创新地图维法耦合获取技术创新路径的流程_引一_|g翻引引I热点创新维度提取奉【上，基础技术创新路径计算上，审多重对应分析J万方数据冯立杰等：基于多维技术创新地图

19、维法耦合的技术创新路径构建及其实证研究 17热点创新维度提取。针对具体的待创新系统，可首先运用专利信息服务平台检索该系统相关的专利并聚类技术关键词，聚类到的关键词属于领域技术研究热点，进而筛选、分类关键词可提取热点创新维度。基础技术创新路径计算。将热点关键词与创新法则输入公式N=UE展开原始路径计算分析，计算过程中m和n的取值是确定的，进一步结合领域待创新系统的现实条件及复杂程度确定a与b的取值，计算结果即基础技术创新路径，可为企业提供创新思路与启发。多重对应分析。借助领域专家的经验知识深度挖掘专利技术的创新要素变换机理，逐个识别其对应的创新维度、创新法则与其他具体变量，进而对变量展开多重对应

20、分析，由此可探究到具体领域内关联度较高的创新维度与创新法则，并最终确定影响技术创新路径形成的关键创新维度与关键创新法则。进一步地，在充分考虑待创新系统技术特点，研究其技术进化趋势基础上，以关键创新维度与关键创新法则耦合为中心指导思想，罗列关键创新维度包含的创新要素，并一一运用关键创新法则对其进行变换、重组，即可获取关键技术创新路径。3 多维技术创新地图应用案例煤层气是煤的伴生矿产资源，又称为瓦斯，是煤矿地下开采中煤与瓦斯突出潜能的重要组成部分，又是一种优质、洁净的燃料，主要以吸附状态的形式自储在煤层中。我国已成功地实现开采层抽采煤层气、临近层抽采煤层气、采空区抽采煤层气、围岩抽采煤层气等技术，

21、在煤层气抽采、防治瓦斯爆炸和减少煤与瓦斯突出方面取得了一些成效。但由于我国的煤层气储层普遍表现为低压、低渗和低含气饱和度的“三低”特征，使得常规的煤层气开采技术在我国的煤层气开发中逐渐显现出不足，伴有工作面钻孔施工工作量大和抽采效率低的问题，甚至存在一定的安全隐患。因此，煤层气开采亟需其他更为安全有效的卸压消突方法以提高煤层气开采工作的安全性和抽采效率。鉴于此，本文拟运用多维技术创新地图对煤层气开采卸压消突方法进行创新研究，并最终获取能够适应我国煤矿特点的煤层气开采技术创新路径，以验证多维技术创新地图的科学性和有效性：按照多维技术创新地图维法耦合路径应用流程，本文对拟要解决的问题分析过程如下：

22、点创新维度提取。通过专利检索可获取待创新系统相关专利，检索方案见表2。表2专利检索方案项目名称 内容检索平台检索时间数据库范围检索表达式中国知识产权专利信息服务平台(hltp：searchcniprconl)2017年3月中国发明专利、中国实用新型专利、中国外观设计专利名称摘要主权项=煤层气开采orl瓦斯开采orl煤层气抽放or瓦斯抽放检索到的专利共834项，聚类得到20个主要关键词，揭示了本领域的技术研究热点，对技术热点关键词筛选、分类可提取4个热点创新维度见表3。表3提取到的创新维度关键词分类 提取得犁靛掣新维度煤层、巷道、上端、进气口、出气口、筒体卸压、消突、透气钻孔、加工方法、通孔、压

23、裂、注浆、爆破钻头、催化剂、流体、复合材料、氮气空间维(V1)功能维(V4)机理维(V5)材料维(V6)基础技术创新路径计算。将提取到的创新维度与创新法则按照公式N=V。R展开路径计算，m取值为1)，4)，5)，6)，n尝试取值为“1)，2)，3)，4)，5，6)，7)，8)，9)，计算结果为：FI F2 R F4 F5 F6 1=7 F8 I=9=显然，上述计算结果可给予技术创新人员诸多创新思路以获取技术创新路径，尤其经验丰富的技术人员往往可通过讨论迅速锁定有特殊价值的技术创新路径。值得说明的是：上述计算过程m和13仅仅分别取单一值，倘若进行复杂系统创新时将m与n同时RBRRuuRRRRuu

24、RRRRuRRRRuRRRRuuURRRRVUUuRBRRVuuuRRRRVllillJRE开EUu，uUr，L，；，。，；，L万方数据18 冯立杰等：基于多维技术创新地图维法耦合的技术创新路径构建及其实证研究取值为复合维度或法则，其能够获取的原始技术创新路径数量CN可达(241)X(291)=7 665条。多重对应分析。为从基础技术创新路径中筛选出经济成本低且可操作性强的技术方案，同时为能够进一步明确并细化煤层气开采卸压消突技术创新路径，本文借助煤层气开采卸压消突专家的经验知识逐个挖掘专利技术的深层次创新原理，将作用方式和创新维度及法则一一对应，分析结果见表4。表4 专利技术创新原理对应表臻

25、敷20表4(续)进一步地，聚类关联作用方式、创新维度及创新法则三个变量，最终，关联度高的变量将聚堆呈现在分析结果图中，本次分析结果如图3所示。1 2 3 4雏数l口15ciI靳悠疆4 e捌趼维躐图3 卸压消突维法耦合多重对应分析结果剖析图3不难发现，爆破方式下环境维与友好化相关度高；流体冲刷与时序维、动态体系维、局部优化关联密切；压裂技术创新的关键创新维度包括功能维、人机关系维和机理维，关键创新法则有智慧化、组合与集成与替代；钻孔则更多地适用于空间维柔性化或分解去除，材料维替代等。鉴于此，可根据上述结论对煤层气开采卸压消突技术展开联想以期获取具有时代价值的技术创新路径，从而为解决特殊地区煤层气

26、卸压消突问题提供可行方案，本文将部分关键创新维度与创新法则进行耦合获取的可行技术创新路径见表5。表5 卸压消突技术创新关键创新维度与法则及其对应的技术创新路径口遗玎幂怦一万方数据冯立杰等：基于多维技术创新地图维法耦合的技术创新路径构建及其实证研究表5(续)综上，运用多维技术创新地图维法耦合能够获取煤层气开采卸压消突新思路，进而结合当前矿井现场及开采设备的实际情况，依照获得的技术创新路径进一步对煤层气开采卸压消突的相关设备及方法进行系统设计，可形成具有针对性的技术方案。4结论与不足本文在充分研究传统创新理论基础上聚类现当代众多领域技术创新活动涉及的创新要素，提炼出9个创新维度与9个创新法则，进而

27、以二者为核心构建了多维技术创新地图，厘清了创新维度与创新法则的耦合机理、关系，并描述了多维技术创新地图指导具体领域技术创新的流程，同时将多维技术创新地图应用于煤层气开采卸压消突进行了实证探索。结果表明：多维技术创新地图明显有助于企业快速获取技术创新路径，加强企业创新技能。多维技术创新地图以技术创新内部本质规律为研究切入点，指明了创新法则与创新维度的耦合路径，并最终形成了一套能有效指导技术创新的程式化创新理论，该理论可适用于多领域技术创新活动，而非仅仅针对单一技术问题。虽然多维技术创新地图在实施过程中对传统创新理论进行了改进，亦达到了预期成效，但该方法仍存在一些局限性。首先，创新维度的划分仍不够

28、细致，在具体应用时只能够提供宏观创新思路，较难精确定位最优创新要素；其次，针对具体技术创新领域，通过挖掘专利数据提取关键创新维度时，若关键词归类不合理容易造成提取到的关键创新维度有效性相对欠缺；另外，由于专利保护的因素，专利公开时间具有滞后性，由此导致专利检索挖掘到的关键词数据不完全，或将影响关键技术创新维度提取不全面。参考文献：2SINGH RMATHIASSEN L，MISHRA AOrganizational pathconstitution in technological innovation：evidence from ruraltelehealthJMis Quarterly，2

29、015，39(3)：643-666HU J，ZHANG Y，WANG YILINFuzzy cognitive research on factorsinfluencing technological innovationFrom path dependenceperspectiveJJournal of Advanced Computational Intelligence3456789and Intelligent Informatics，2016。20f4)：543553YOON BPARK I，COH B YExploring technological opportunitiesby

30、 linking technology and products：application of morphologyanalvsis and text mining l J JTechnological ForecastingSocialChange，2014，86(340)：287303MOMENI AROST KIdentification and monitoring of possibledisruptive technologies by patentdevelopment paths and topicmodelingJTechnological ForecastingSocial

31、 Change，2016f1041：1629WANG X，OIU P，ZHU D，et al_Identification of technologydevelopment trends based on subject-actionobject analysis：thecase of dyesensitized solar ceils l J jTechnological Forecasting&Social Change2015(98)：2446CH0 YY00N S PKIM K SAn industfiaI technology roadmap forsupposing public

32、R&D planning l J jTechnological Forecasting&Social Change2016，107f1)：l-12ZHU NWANG XBAI RReseareh Status and Development Trendof Science and Technology Innovation Path Recognition：Methodsand Tools J 1LibraryInformation Service，2014(13)：022VENTURA VFERRAZZI GFRISIO D GThe patent analvsis asa tool for

33、 the identification of the paths of innovation：the case ofCocoabased functional foodsJIndustrie Alimentari，2014，53(546)：36-42ZHENG Z，FU LLI J，et a1Path of improving industrialtechnological innovation capability l J JInternational Journal ofApplied MathematicsStatistics201345(15)：1 1912510TIAN H，YIN

34、H，SHI BResearch on the influencing factors ofgreen process innovation path of manufacturing based on nicheecostateecoroleJInternational Journal of Uand eService，Science and Technology，2016，9(1 1)：43945211BORGIANNI Y，MATD TApplications of TRIZ and AxiomaticDesign：A Comparison to Deduce Best Practices

35、 in IndustryJProcedia CIRP，2016(39)：91-612NAKAGAWA TEducation and training of creative problem solvingthinking with TRIZUSITJProcedia Engineering，20 1 1，9(9)：582-59513朱建民，朱彬企业破坏性创新影响因素及路径选择研究J科技进步与对策，2015(13)：889414牛力娟基于知识治理机制视角的华为技术创新路径分析与启示J科学管理研究，2016(04)：172015董翔宇，杨娜，王明友基于小微企业市场竞合主体的动态博弈分析的技术创新路

36、径分析J科技管理研究，2014(24)：192316汪雪锋，李兵，许幸荣，等基于形态分析法的创新导图构建及应用研究J科学学研究，2014(02)：178一183，17717李兵，朱东华，杨帆创新导图在技术创新路径选择中的应用研究：J科学学与科学技术管理，2015(01)：121718武建龙，王宏起战略性新兴产业突破性技术创新路径研究：基于模块化视角J科学学研究，2014(04)：50851819杨春燕，蔡文基于可拓学的创意生成与生产研究J广东工业大学学报，2016(01)：121620杨春燕，蔡文可拓学与矛盾问题智能化处理J科技导报，2014(36)：152021冯立杰，翟雪琪，王金凤专利地图

37、和TRIZ融合的技术创新模式研究J情报理论与实践，2014(04)：10610922冯立杰，王亚州，王金凤，等面向创新的煤层气开采多维空间专利地图构建J煤炭技术，2015(10)：4623冯立杰，史玉龙，岳俊举，等多维创新要素与创新法则视角下的技术进化路径研究J科技进步与对策，2016(21)：l一1024MAUELSHAGEN CSMITH M，SCHILLER F，et a1Effectiverisk governance for enVironmental policy making：a knowledgemanagement perspectiveJ 3Environmental SciencePolicy，2014，41(41)：2332作者简介：冯立杰(1966一)，男，河南焦作人，博士后，教授级高级工程师，主要研究方向为工程技术创新；李阳光(1987一)，男，河南永城人，硕士生，主要研究方向为技术创瓤岳俊举(1989一)，男，河南平顶山人，博士生，主要研究方向为技术管理；王金风(1963一)，女，河南焦作人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为工业工程。万方数据