突破型技术创新的形成及扩散

技术创新通常要经历三个阶段：实验室研究、开发研究和产业化、商品化阶段。最终将技术创新应用于生产、创新成果转化为生产力的是企业，而实现这一转化过程的企业行为就是企业技术创新。但是，突破型技术创新的形成并非企业行为，因为，突破型技术创新的突破点在技术创新的第一阶段。第一阶段即实验室研究阶段，是在调研的基础上，根据市场需求和科技发展趋势选择课题、构思技术原理、设计具有新产品特性的原始模型，在实验室进行试制样品、样机。而在第二阶段，技术创新是在实验室研究成功的基础上，挑选产业化前景明朗的项目，集中力量去解决生产中可能遇到的问题。到第三阶段，才可以形成新的生产线或由企业进行规模化生产。所谓突破型技术创新，往往是在技术理论、原始模型等方面具有突破性。这些方面属于基础研究的一部分，往往能作为公共知识被行业内外使用。一般而言，基础研究没有近期应用的目标，但从长远来看，其应用前景比较清楚，能为开发研究和应用研究指明方向、奠定基础。一旦有突破型的基础研究成果由企业通过开发研究、应用研究转化为生产力，将会在生产领域取得突破性进展。

根据以上定义，蒸汽机、内燃机、电力技术、化学工业技术、电子技术、互联网技术都具有突破型技术创新的特性。它们的产生和应用促进了技术革命和产业革命，极大地推动了经济的增长，具有划时代的意义。以下就以蒸汽机、内燃机和电力技术为例加以说明。

1．蒸汽机的产生

英国新型的棉纺织业和采煤业急需新的动力机械，催生了蒸汽机。18世纪60年代，棉纺织业在英国还是一个幼弱的工业部门，而传统的毛纺织业却处于垄断地位，因此，棉纺织业迫切需要革新技术，以提高产品竞争力。棉纺织业在积极革新纺织技术的同时，也在积极寻找更强大、更稳定的新的动力支持。在19世纪初期，水力织布机技术已经达到完善并开始普遍推广，但是纺织厂必须建在远离城市且道路能够到达的河边，不符合市场经济和交通运输的要求；同时，水力受自然条件的限制，具有不稳定性。因此，棉纺织业的发展迫切需要新的动力机械。英国采煤业也面临同样的情况。传统的采煤业需要动力来推动水泵抽排矿井深处的水，而随着采煤量的不断增加，传统的以牲畜为动力的排水设施已完全不能胜任这项工作。这种强大的需求，成为蒸汽机发明的重要推动因素。

自然科学成就和生产技术水平的提高是蒸汽机发明的必要条件。从巴本到瓦特的各式蒸汽机的发明依据的科学原理是以当时出现的大气压、真空和热学理论为基础的。瓦特改进纽可门的蒸汽机得益于化学家布莱克提出的潜能、比热和热容量理论；而冶金技术和机械制造技术的进步，则是把蒸汽机技术原理物理化为蒸汽机实物的技术保证。

蒸汽机技术是上述公共知识传播与个人创造相结合的产物，而且也绝非在一时由一人创造的，而是由不同的人经过长时间的研究才形成的。而这个过程既体现了发明者的努力与智慧，更得益于公共知识的形成和传播。正是有了公共知识，技术创新才得到不断推进：早在公元1世纪，古罗马时代的赫伦就发明了一种玩具——蒸汽反冲球，它是近代蒸汽机的雏形；文艺复兴时期，达·芬奇曾留下了用蒸汽开动大炮的图样；1615年，德·高斯用实验验证过用蒸汽抽水的可行性；1690年，法国物理学家巴本发明了第一部活塞式蒸汽机；17世纪末，英国军事工程师塞维利积极进行蒸汽泵的研究，并造出了人类历史上第一部能实际应用的蒸汽机；1712年，英国铁匠纽可门综合巴本蒸汽机和塞维利蒸汽机的优点，研制出了更实用的抽水机器；之后，英国工程师斯密顿对纽可门蒸汽机做了各种函数关系的实验，并写出了130多个实验报告。而瓦特正是在斯密顿实验研究的基础上，创造性地发明了近代蒸汽机。在瓦特之后，人们开始把蒸汽机引向大功率、高参数、经济、安全、可靠的现代化发展方向。美国发明家伊文思在纽可门和瓦特发明蒸汽机的基础上，发明了高压蒸汽机。

2．内燃机技术的形成

同蒸汽机一样，内燃机的发明和完善也经历了一个不断推进的过程。在这个过程中，众多的发明家、工程师都发挥了极其重要的作用。他们既是公共知识的贡献者，也是公共知识的享用者。正是这种相互促进使得内燃机得以产生和应用，并不断得到完善。

19世纪内燃机的发展，从采用的燃料看，经历了从火药机、煤气机到汽油机、煤油机、柴油机的演变；从燃料的化学能转化为机械功的方式看，经历了从真空机到爆发机再到压缩机的演变。1869年，法国发明家里诺制成了第一台实用的二冲程内燃机；1862年，法国工程师德罗萨提出了四冲程原理；1876年，德国工程师奥托制成了第一台四冲程往返活塞式内燃机。19世纪末，石油逐渐取代煤炭、煤气作为燃料，为适应需求，德国工程师和发明家戴姆勒制成了第一台现代四冲程往复式汽油机；1886年，滕特和卡雷斯特曼延制成煤油机；1892年，德国工程师迪塞尔发明了柴油机。自此，往复活塞式内燃机的发明基本完成。

3．电力技术的形成

19世纪电磁学的创立为电力技术的产生和应用奠定了理论基础。1821年，法拉第制成了一台用化学电源驱动的近代电动机的雏形；1834年，俄国科学家雅科比制成了一台回转运动的直流电动机；1834年，美国铁匠戴文泡特用电磁铁和电池制成了一台电动机；1860年，意大利物理学家巴奇诺基发明了环形电枢，并制成了包含环形电枢、整流子和合理的励磁方式的直流电机，基本具备了现代电动机的结构和形式。

1831年法拉第发现电磁感应定律后，1832年法国人皮克西兄弟制造了世界上第一台手摇永磁式交流电和直流电发电机。1834年，该仪器制造商制成了第一台商用直流发电机。1870年，德国的西门子基于自激原理制成了自激式直流发电机；1878年，俄国科学家雅布洛琪科夫制成了一部多相交流发电机；1885年，意大利物理学家法拉里研制出二相异步电动机模型；1889年后，俄国工程师多里沃先后发明了三相异步电动机、三相变压器和三相制。

总的来看，近现代的技术革命是与科学革命紧密相连的。可以说，没有科学革命就不会有技术的革命。15世纪下半叶，以近代天文学革命、近代医学革命和经典力学的创立为标志的第一次科学革命，为第一次技术革命奠定了坚实的理论基础；20世纪初，以物理学为先驱的第二次科学革命，为第二次技术革命创造了条件；20世纪中期以后的科学革命，则促成了现代信息技术、新材料、新能源、航天业的巨大发展。而这些突破型技术创新都不是由个人、企业等微观主体单独完成的。相反，其具有明显的公共性，是建立在科学进步基础上的。与此相应，突破型技术创新也具有明显的公共性，属于公共知识，对所有的微观主体都具有普遍的影响力。