美國的顛覆性技術創新
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美國的顛覆性技術創新
遠望智庫高級研究員 黃志澄
一個國家的創新能力，特別是顛覆性創新能力，與這個國家的教育和創新環境有著密切的關係，政府的政策對於顛覆性創新具有重大的催生作用，其中美國的經驗值得借鑒。在這方面，美國國防高級研究計劃局（DARPA）、洛克希德·馬丁公司的臭鼬工廠（Skunk Works）、美國小企業局（SBA）和矽谷，都提供了許多經驗。關於美國航空航天局（NASA）在培育顛覆性航天技術的經驗，我們將在後面專門討論。
1．DAPRA創新的成功之道
在過去的半個多世紀，美國DARPA是世界上最著名的引領顛覆性技術創新的機構，美軍幾乎所有現代武器系統在很大程度上都離不開DARPA研發的戰略前沿技術。因此，世界上多個發達國家正在嘗試建立自己的DARPA。在此同時，國際學術界也開始探究DARPA的創新模式。
DARPA是1958年2月為應對蘇聯在太空技術方面領先的形勢，由時任美國總統艾森豪威爾下令設立的。DARPA致力於用較小的投入組織實施高風險的戰略前沿的「改變遊戲規則」項目，以保持美國在全球的技術優勢。DARPA培育和推動了互聯網、隱身技術、全球定位系統（GPS）、激光、無人系統等重大顛覆性技術發展，並為美國增強軍事實力提供了技術基礎，成為美國經濟社會發展的助推器。這些戰略前沿技術為確保美國軍事領先地位、增強綜合國力發揮了重要作用。此後，美國又在其他政府部門設立了多個類似DARPA的專門發展顛覆性技術的機構。
我國科技部部長萬鋼在為美國科普作家邁克爾·貝爾菲奧爾（Michael Belfiore）所著的介紹DARPA的書《瘋狂科學家大本營：世界頂尖科研機構的創新秘密》而寫的序言中說：「我們可以看到，DARPA在科技領域進行的基礎研究和前沿探索，如何深刻影響了美國乃至全世界的未來發展。」
這個投資不太多、人員編製也只有200餘人的機構，為什麼會對美國國防科技甚至世界科技進步產生如此大的影響力？
首先，鼓勵前瞻性創新。我們可以用長期擔任DARPA局長的托尼·特瑟（Tony Tether）的話來說明。他說：「對於DARPA來說，創意就是一切。」「我敢說DARPA最好的項目經理是科幻小說作者。」DARPA鼓勵「瘋狂科學家」們用前瞻性的敏銳眼光去探索需求，並挖掘適合承擔這些項目的個人和單位。例如，它近年來推出的「獵鷹」計劃，支持了由號稱「美國瘋子」的埃隆·馬斯克（Elon Musk）創建的SpaceX公司，成功地研製出了「獵鷹1」火箭。縱觀DARPA的整個歷史，它的項目經理們一直對第一眼看上去似乎稀奇古怪，甚至荒誕不經的想法持開明態度，並以此為榮。對此，特瑟說：「我們發現最好的防止科技被超越的方法，就是去創造新科技。」
其次，項目經理的任期限制是讓DARPA充滿活力的重要原因。它聘任的項目經理來自工業界、大學、實驗室和軍方等，任期約4年，也就是每年平均要更換25%的項目經理。因此，項目的管理和項目經理的升職完全脫鉤。特瑟說：「當一個人走進這裡的大門，他會有一種在其他政府機構所沒有的緊迫感。」
最後，就是對失敗的寬容。DARPA強調「高風險、高回報」。它從不逃避風險，而是去管控風險。特瑟說：「我們進行的這些項目通常都會產生巨大的效果，但是幾乎沒有數據證明這些想法一定能實現……DARPA的角色特性就是我們會在別人不會做的創意上進行博弈。」熟悉DARPA的人都知道，它的全部失敗、半途終止，或變化很大的項目數量不會少於成功項目的數量。例如，20世紀80年代中期，它首先提出了國家空天飛機計劃（NASP）的方案，但後來NASP計劃卻仍因技術過於超前而被迫取消，但DARPA卻並不氣餒，最近又開始探討空天飛機的新技術了。
但是，DARPA的歷任局長們多數並不認為DARPA有固定的模式，而是在不同時期對不同的項目採用不同的方法。在2008年成立50周年之際，DARPA對其15位歷任局長分別進行了訪談。在訪談中，多位局長都認為DARPA的顛覆性創新應歸功於「機緣巧合」。2001—2009年任局長的托尼·特瑟說：「我堅信說有戰略是事後諸葛亮。事後，我能拿出一個實現計劃的偉大戰略，但是很多時候純屬機緣巧合。不是計劃好的，而是隨時間演變而成的。」
DARPA的成功是「機緣巧合」嗎？當然不是，DARPA成功的背後，有其獨特的管理機制和創新文化；但「機緣巧合」，或更確切地說是「審時度勢」，也並非DARPA局長們的謙虛之詞，它在DARPA的成功甚至在所有的顛覆性技術創新中，都是一個重要的因素，這是與顛覆性技術創新本身的特性，以及科學技術的總體發展規律密切相關的。因此，DARPA總要根據國際形勢和科學技術水平的變化，提出發展顛覆性技術的新辦法。
2．臭鼬工廠的14條原則
臭鼬工廠（SkunkWorks）是洛克希德·馬丁公司高級研製項目團隊的綽號。臭鼬工廠研製了公司的許多著名飛行器，包括U-2偵察機、SR-71黑鳥偵察機、F-117夜鷹戰鬥機和F-35閃電戰鬥機等。臭鼬工廠稱得上是美國最高軍事機密機構之一。
臭鼬工廠的研製項目雖然保密，但它的工作方法已經成為洛克希德·馬丁公司最寶貴的財富，開始向美國各行各業推廣。那麼，他們的秘訣究竟是什麼呢？答案很簡單。一是人員儘可能的少，但隊伍里每個成員都必須有極強的技術能力，這個團隊必須有一個靈魂人物，臭鼬工廠的靈魂人物就是它的創始人、著名的飛機設計師凱利·約翰遜。
一般而言，人多力量大，但在約翰遜看來，人多只會降低執行的效率，使得組織變得臃腫不堪。當年，洛克希德公司協助美國空軍進行「阿金納-D」多用途衛星的研製，這顆衛星居然有如此大的一支團隊，僅負責質量控制的部門就有1206名工程師！洛克希德公司在「阿金納-D」項目里成立了臭鼬工廠，砍掉了所有無關的人員，並且把責任分級下放，落實到人。同時將所有沒有明顯必要的官樣文章和繁文縟節統統砍掉，並且更改了發圖的程序，規定出圖後必須立刻發往車間進行生產，而不是像往常那樣一個月之後再發。結果在這個項目上，總共節約了5000萬美元的研製經費，研製時間縮短了一半，衛星的可靠性升高到了96.2%。
約翰遜總結出了臭鼬工廠的14條原則。這14條原則很快被全美推廣，成為美國軍工行業統一的研製準則。
（1）成立臭鼬工廠時，臭鼬工廠的總負責人必須有對整個項目全部的控制能力（必須是實權，不能架空），而且需要直接對企業的最高領導人負責。
（2）軍方和企業都必須成立一個人少、但執行力很強的型號辦公室。
（3）參加研製人員數量不宜過多！這是臭鼬工廠最重要的一條原則，一般而言，臭鼬工廠只保留正常研製隊伍的10%～25%的人員。
（4）需要建立簡單有效的製圖格式和發圖制度。
（5）書面報告必須盡量少，但是重要的工作又必須有詳細的記錄。
（6）逐月進行成本核算，不僅是對已經支出費用，而且要對整體項目的費用做出預估。
（7）承包商需要找到最好的成品廠，實現部件的外包工作。
（8）臭鼬工廠需要儘可能滿足軍方的需求，而基本檢驗的責任則向二次承包商和供應商下放，儘可能減少重複檢驗的工作。此外，對整個供應鏈必須有良好的質量控制。
（9）承包商有權將最終產品進行試飛工作。
（10）在與軍方簽訂合同之前必須對所有硬體的規範達成協議。
（11）臭鼬工廠所需的項目資金需要保證穩定提供。盡量不要讓研製團隊因為資金問題而影響工作進度。
（12）軍方的型號辦公室和承包商的型號辦公室需要密切聯繫，不斷明確要求，儘可能減少誤解。同時要求雙方儘可能天天見面，這樣可以減少書面文字。而且面對面地與軍方人士溝通，可以把很多技術問題闡述得很清晰，避免了書面文字可能導致的走樣。
（13）需要嚴格遵守保密條例。
（14）需要有良好的獎勵制度，獎勵臭鼬工廠團隊中的突出人士。賞罰分明。
臭鼬工廠是航空工業中採用少量高級人才，集中力量突破關鍵技術，研製新型號的一種常見方法，如今它早已從洛克希德公司向外推廣，在各行各業都取得了很突出的業績。它的秘訣是儘可能用最少的人，用最簡單直接的辦法，解決最複雜的工程問題。美國航空工業之發達，不僅在於它們製造出了無數航空工業史上的經典名機，更重要的是由此產生的技術創新方法，以及創新對整個工業管理的深遠影響。
3．SBA與小企業創新
美國顛覆性技術創新的主力是企業，特別是正在創業的小企業（美國的小企業相當於中國的中小企業）。企業創新的動力既來自市場需求的推動，又來自市場競爭的壓力。競爭導致優勝劣汰，為了保證不在競爭中被淘汰，為了取得競爭優勢，企業就必須通過各種手段增強競爭力。隨著科學技術的發展，產品的競爭越來越多地表現為技術創新的競爭，特別是顛覆性技術創新的競爭。誰擁有顛覆性技術創新的成果，誰就佔有了市場的絕對優勢。同時，市場的開放程度往往決定這種競爭能帶來何種創新的效果。只有做到市場的充分開放，才能催生顛覆性技術創新。例如，美國在2006年前，在航天商業運輸領域只有波音和洛克希德·馬丁等大公司，2006年開始決定在航天商業運輸領域充分開放市場後，立即就湧現出一批如SpaceX公司、軌道ATK公司、內華達山脈公司等這樣朝氣蓬勃的公司，培育著航天運輸領域的技術突破。
與大型企業相比，小企業雖然在資金、人才和設備等方面處於劣勢，但是小企業規模小，靈活方便；專業化程度高，開展技術創新快捷省時，效率較高；管理層次少，凝聚力強，富於合作精神；小企業對顛覆性技術創新的需求更高，創新的意識更強。因此，小企業具有顛覆性技術創新的潛在優勢。
基於以上原因，美國小企業在技術創新的數量、質量、效率和周期等方面都表現出很高的水平。研究表明，美國小企業創造的技術創新成果和新技術在數量上佔全國的55%以上，小企業人均技術創新量是大企業的2.5倍。據在1958年成立的美國聯邦小企業局（Small Business Administration，SBA）的調查發現，20世紀對美國和世界有過巨大貢獻的65項發明和創造，全是由小企業創造的，從飛機、計算機到複印機、圓珠筆等，無所不包。
在推動政府和市場雙輪驅動方面，SBA提供了一套成熟的方法。SBA是美國聯邦政府專門設立的向小企業提供資金支持、技術援助、政府採購、緊急救助、市場開拓（特別是國際市場）等全方位、專業化的創新服務機構。美國SBA宣稱，更迅速、更靈活及更具冒險精神的小企業是創新的搖籃，整個社會將從小企業中受益。它採用政府和市場雙輪驅動的方針來激勵美國小企業的技術創新，先後推出了小企業創新研究計劃（SmallBusiness Innovation Research Program，SBIR計劃）和小企業技術轉移計劃（SmallBusiness Technology Transfer Program，STTR計劃），曾支持了Microsoft、Intel等許多國際知名企業，促進了美國在前沿技術的領先地位，成為全世界紛紛效仿的成功典範。
SBIR計劃是一項競爭性的政府專項計劃，目的在於鼓勵本土小企業參與具有商業化市場前景的政府研究和開發項目，通過競爭性獎勵補助，提升小企業在政府資助科研活動中的積極作用，特別是刺激小企業加強技術創新，為政府部門提供具有成本效益優勢的技術，以增強美國在具有競爭優勢領域的領先地位和經濟實力。根據有關法案要求，外部研發預算超過1億美元的政府部門必須參與到SBIR計劃中，且需將每年外部研發預算的2.5%用於SBIR計劃，自2011年開始，每年增長0.1%，到2017年時不得低於3.2%。目前共有11個部門參與，包括農業部、商務部、國防部、教育部、能源部和航空航天局（NASA）等。
借鑒SBIR計劃，美國政府在1992年小企業技術轉移法案的基礎上推出了STTR計劃。STTR計劃注重拓展公私部門間的合作，其特點是要求小企業和研究機構合作，建立起連接基礎科學和創新成果商業化之間的橋樑。STTR計劃的目標在於通過政府研發資金支持提升研究水平和技術創新，以增強美國在具有競爭優勢領域的領先地位和國家經濟實力，主要包括刺激技術創新；通過合作研發，促進小企業和研究機構的技術轉移；加強私營部門對政府資金支持形成的創新成果的商業化等方面的內容。目前，外部研發預算超過10億美元的政府部門要求必須參與STTR計劃，且需將每年外部研發預算的0.3%用於STTR計劃，自2011年開始，每兩年增長0.05%，到2016年時不得低於0.45%。目前共有5個部門，包括國防部、能源部、衛生與公眾服務部、航空航天局（NASA）、國家科學基金會參與了這個計劃。以NASA為例，它在2017年預算中，將加大對SBIR計劃和 STTR計劃的投入，由2015財年1.97億美元增長到2.13億美元。
SBA作為統一宏觀管理部門，不僅制定相關政策措施，還對參與的政府部門進行監督和分析，促進了整套管理體系的良性發展。此外，涉及不同技術領域的政府部門的參與，提高了項目的專業性、先進性和可行性。多方參與充分體現了政府和市場需求。不同政府部門根據自身政策目標和市場需要提出項目指南，經過多個環節，特別是商業化潛力評估等環節，使項目更加貼近政府和市場的需求。項目的分階段支持有助於提高資金分配效率。第一階段的支持注重廣泛支持，且金額偏小；第二階段的支持要基於第一階段實施成果，這大幅降低了成果轉化風險，為大額資金注入重點項目提供了保障；第三階段的支持將便於成果項目推向市場，更加有利於通過市場化機制，提升競爭能力和項目的規範運作水平。
4．矽谷的創新文化
在SBA的支持、風險投資機制及其他多種因素的促成下，20世紀80年代，美國誕生了一批以矽谷為代表的高新技術園區。例如，在矽谷集中了斯坦福大學、眾多高技術公司和多家風險投資機構，這裡成為美國培育顛覆性技術的一個重要基地。在這些園區，誕生了引領上一次工業革命的大規模集成電路和計算機微型化，並正在培育一批新一代的顛覆性技術，如智能手機、智能機器人、雲計算、大數據、3D列印、物聯網、頁岩氣開發、電動汽車、小衛星星座等。
矽谷是指美國加利福尼亞州北部高科技公司雲集的聖塔克拉拉谷，最初以研究和生產半導體晶元等著稱，是當今美國乃至全世界的信息技術產業先鋒。矽谷目前擁有超過100萬的科技人員，年產值超過7000億美元，孕育了包括蘋果、谷歌、英特爾、惠普、思科、IBM等在內的大批知名高科技公司，已形成微電子產業、信息技術產業、新能源產業、生物醫學產業等產業集群。
矽谷文化是矽谷高技術產業及風險投資不斷向前發展的核心所在。矽谷文化的精髓是它的創業文化和創新精神。它的主要表現是矽谷公司生產結構的開放性，便於人才和資源的流動；公司對創業失敗的容忍度很高，並把失敗作為寶貴的財富，以激發了員工大膽嘗試、勇於探索的創新熱情。矽谷是一個多元化的社會，不同人種的人，都可以在這裡找到一席之地，只有才能和特長才是決定個人位置的關鍵。
矽谷公司中後期的發展壯大主要依靠風險資本來支撐。矽谷是美國風險投資活動的中心。在斯坦福大學附近的大街上，集中了200多家風險投資公司，吸引的風投資金佔美國風險投資總量的1/3。通過風險投資，初創企業可以邁出從技術到市場的關鍵一步。對於高科技企業而言，風險投資是絕佳的孵化器，為創業公司帶來資金和技術發展意見，推動了技術的快速更新換代。
矽谷的公司大多數沒有實行縱向聯合，而是有需要就從供應商網路中購買，創造了一種組合與重組非常靈活的公司網路。矽谷多數企業規模較小，僅憑自身的能力，不可能完全滿足生產服務的要求，這就產生了大量的外包需求。矽谷地區強力的外包支持系統可以及時地將創意和構思變成產品，進行小批量的工業化生產。這些公司相互配合，共同營造了矽谷生態系統。此外，矽谷的信息交流速度極快，信息交流渠道多樣，從而可以實現高效的信息交換。
以上內容節選自黃志澄先生的著作《新航天：創新驅動的商業航天》
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