高端科學(xué)儀器的創(chuàng)新特性與產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路

李天柱， 高皓天， 王亞東

(遼寧科技大學(xué) 工商管理學(xué)院， 遼寧 鞍山 114051)

科學(xué)儀器是人類觀察新現(xiàn)象、獲取新數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)新機(jī)理、揭示新規(guī)律的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。對于大多數(shù)學(xué)科而言，科學(xué)儀器的水平在相當(dāng)程度上左右了學(xué)科發(fā)展的主動權(quán)和制高權(quán)。在諾貝爾自然科學(xué)類成果中，物理學(xué)獎的68.4%、化學(xué)獎的74.6%和生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的90%是借助各種先進(jìn)的科學(xué)儀器完成，或直接與新儀器方法或功能的發(fā)展相關(guān)[1]。同時，科學(xué)儀器在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用極為廣泛，在國民經(jīng)濟(jì)中同時具有很強(qiáng)的前向關(guān)聯(lián)性和后向關(guān)聯(lián)性，為其他產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供關(guān)鍵支撐。不夸張地說，科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力強(qiáng)弱，對科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會，乃至國家安全等具有全方位的重大意義。

1998年國家自然科學(xué)基金委員會設(shè)立了科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究?？铐?xiàng)目，標(biāo)志著中國將發(fā)展科學(xué)儀器置于戰(zhàn)略地位。2011年，分別由國家自然科學(xué)基金委和科技部管理的“國家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)”和“國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)”設(shè)立，形成了高端科學(xué)儀器從原創(chuàng)性研究到工程化和產(chǎn)業(yè)化的政策主線。2020年3月，科技部等五部門印發(fā)《加強(qiáng)“從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》，《方案》明確提出大力支持高端科學(xué)儀器的自主研發(fā)與創(chuàng)新。在國家自然科學(xué)基金委、科技部等的推動下，中國的科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了長足的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家的差距仍然非常明顯，特別是高端科學(xué)儀器的自主化程度很低。以分析檢測儀器為例，近年來中國產(chǎn)品的銷售額僅占全球銷售額的0.3%，且絕大部分為中低檔產(chǎn)品，高端儀器裝備主要依靠進(jìn)口，生物醫(yī)學(xué)儀器對進(jìn)口的依賴程度更為嚴(yán)重，高端醫(yī)療儀器則基本被國外壟斷[2]。雖然科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界和政府對中國科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度關(guān)注，但相關(guān)研究主要聚焦在科學(xué)儀器(平臺)共享、重大科研儀器項(xiàng)目管理、國外科學(xué)儀器資助政策的總結(jié)比較等方面，對科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)本身的創(chuàng)新規(guī)律卻缺乏專門的研究。

本文認(rèn)為，中國科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)該特別關(guān)注兩個方面：一是“高端”，因?yàn)橹袊诳茖W(xué)儀器的源頭創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)上的能力相對薄弱，只有大力發(fā)展高端科學(xué)儀器才能帶動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，打破國外壟斷，改變被“卡脖子”的不利狀態(tài)；二是“創(chuàng)新”，此處所說的創(chuàng)新是指經(jīng)濟(jì)學(xué)意義上的創(chuàng)新，而并非習(xí)慣上理解的“科學(xué)儀器創(chuàng)制”，其核心是科學(xué)儀器最新研制成果的商業(yè)化，只有這樣才能集聚各方資源，促進(jìn)整個行業(yè)形成良性發(fā)展的有利態(tài)勢?；谏鲜隹紤]，本文在對高端科學(xué)儀器進(jìn)行理論界定的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納高端科學(xué)儀器創(chuàng)新的特性，進(jìn)而針對現(xiàn)階段中國科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出若干思路建議。

1 高端科學(xué)儀器

科學(xué)儀器是指科學(xué)技術(shù)上用于檢查、測量、控制、分析、計(jì)算和顯示被測對象的物理量、化學(xué)量、工程量和生物量等性質(zhì)的器具或裝置[3]。在現(xiàn)代漢語中，“高端”一詞是指“等級、檔次、價位等在同類中較高的”。高端科學(xué)儀器就是指在科學(xué)儀器中那些等級、檔次明顯為高的儀器(及元器件)，當(dāng)然其價值也是極高的。高端科學(xué)儀器的“高端”可以歸納為“五高”，分別是科學(xué)含量高、制造技術(shù)高、工藝水平高、精密程度高、性能指標(biāo)高。與高端科學(xué)儀器在內(nèi)涵上最為接近的是先進(jìn)科學(xué)儀器。先進(jìn)科學(xué)儀器是指原理上先進(jìn)、技術(shù)上創(chuàng)新且用以研究國際前沿科學(xué)問題的中型科學(xué)儀器設(shè)備[4]，因此先進(jìn)科學(xué)儀器在其產(chǎn)生之初無疑屬于高端科學(xué)儀器。但高端科學(xué)儀器的范疇要大于先進(jìn)科學(xué)儀器，很多通用型、普及型的科學(xué)儀器如果具備了“五高”的特點(diǎn)，同樣屬于高端科學(xué)儀器，如ABI(Applied Biosystems)公司制造的PCR儀。同時，先進(jìn)科學(xué)儀器應(yīng)該是一個動態(tài)的概念，隨著技術(shù)的擴(kuò)散，很多先進(jìn)科學(xué)儀器可能會成為常規(guī)、普及的儀器，但其中的等級、檔次較高的仍然留在高端科學(xué)儀器的范疇。

重大科研儀器和大科學(xué)裝置是另外兩個需要與高端科學(xué)儀器進(jìn)行區(qū)分的概念。根據(jù)國家自然科學(xué)基金委員會的規(guī)定，重大科研儀器是面向科學(xué)前沿和國家需求，對促進(jìn)科學(xué)發(fā)展、探索自然規(guī)律和開拓研究領(lǐng)域具有重要作用的原創(chuàng)性科研儀器與核心部件。重大科研儀器通常是系統(tǒng)集成的結(jié)果，其中創(chuàng)造性組合了已有的科學(xué)儀器，也會有針對性的研制若干先進(jìn)科學(xué)儀器，因此和高端科學(xué)儀器的概念之間存在交叉重合的部分。如國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“單細(xì)胞時空分辨分子動態(tài)分析系統(tǒng)”，就涉及單細(xì)胞電化學(xué)測量、單細(xì)胞光譜成像、單細(xì)胞質(zhì)譜成像等模塊的研制、各模塊功能的耦合和優(yōu)化以及系統(tǒng)的總裝。大科學(xué)裝置(中國常稱為“國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施”)是指為了提升探索未知世界、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、實(shí)現(xiàn)科技變革的能力，由國家統(tǒng)籌布局，依托高水平創(chuàng)新主體建設(shè)，面向社會開放共享的大型復(fù)雜科學(xué)研究裝置或系統(tǒng)，是長期為高水平研究活動提供服務(wù)、具有較大國際影響力的國家公共基礎(chǔ)設(shè)施[5]。雖然大科學(xué)裝置的運(yùn)行離不開科學(xué)儀器的支撐，但顯然與高端科學(xué)儀器并無必然的聯(lián)系。

高端科學(xué)儀器的創(chuàng)新需要引起高度的重視，主要是因?yàn)椋浩湟唬叨丝茖W(xué)儀器是基礎(chǔ)研究、應(yīng)用開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、生活消費(fèi)、社會監(jiān)管、國防安全等活動不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是重大科研儀器、大科學(xué)裝置中不可或缺的組成部分，這是普通的科學(xué)儀器無法替代的。如果說科技創(chuàng)新在經(jīng)濟(jì)社會中發(fā)揮著基礎(chǔ)的作用，高端科學(xué)儀器則是“基礎(chǔ)的基礎(chǔ)”，這也造成高端科學(xué)儀器經(jīng)常成為國外對中國“卡脖子”的重點(diǎn)領(lǐng)域；其二，科學(xué)儀器本身是一個大的產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有一定的比重，高端科學(xué)儀器創(chuàng)新將帶動整個科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的核心競爭力得到提升，培育出龍頭企業(yè)。例如，全球科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者賽默飛(Thermo Fisher Scientific)，歷經(jīng)百余年的持續(xù)創(chuàng)新已經(jīng)成長為年?duì)I業(yè)收入超過200億美元、員工總數(shù)超過65 000人的大型跨國公司，名列2020年福布斯全球企業(yè)榜第184位?？茖W(xué)儀器的門類非常龐大，包括分析儀器、物理性能測試儀器、計(jì)量儀器、天文儀器、海洋儀器、地球探測儀器、大氣探測儀器、電子測量儀器、醫(yī)學(xué)診斷儀器、核儀器、特種檢測儀器等11大類，每個大類下又包括很多小類和不同型號的具體產(chǎn)品。當(dāng)前，由于納米技術(shù)、精密機(jī)械、生命科學(xué)、新材料等成果的推動，科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)在發(fā)生深刻的變化，高端科學(xué)儀器的創(chuàng)新應(yīng)該主要集中在如下重點(diǎn)領(lǐng)域：

1)細(xì)微結(jié)構(gòu)解析儀器，如透射電子顯微鏡、樣片分析儀、表面分析儀等。

2)細(xì)微加工儀器，如光刻曝光和繪圖儀器、膜加工和蝕刻類儀器、表面處理儀器等。

3)分子-物質(zhì)合成儀器，如核磁共振儀、質(zhì)譜儀、色譜儀、分光儀等。

4)基礎(chǔ)研究科學(xué)儀器，如量子光電設(shè)施、超級計(jì)算機(jī)和其他尖端測量儀器等。

2 高端科學(xué)儀器的創(chuàng)新特性

高端科學(xué)儀器屬于高端制造業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，這個產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新活動除了遵循技術(shù)創(chuàng)新的一般規(guī)律和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的特點(diǎn)，還具有自身的鮮明特性。基于對現(xiàn)實(shí)案例的廣泛觀察，并與其他高技術(shù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行對比，將高端科學(xué)儀器創(chuàng)新的特性歸納為如下6個方面。

2.1 與科學(xué)發(fā)展之間存在緊密共生關(guān)系

高端科學(xué)儀器創(chuàng)新與科學(xué)發(fā)展之間的關(guān)系，既不是一般意義上的“科學(xué)是技術(shù)的理論指導(dǎo)，技術(shù)是科學(xué)的實(shí)際運(yùn)用[6]”的線性關(guān)系，也不是生物技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)內(nèi)科學(xué)與技術(shù)一體化、科學(xué)與商業(yè)深度融合所形成的“科學(xué)商業(yè)”現(xiàn)象[7]，而是緊密互利的共生關(guān)系?？茖W(xué)儀器創(chuàng)新的直接動力來自前沿科學(xué)探索對于觀測和測量能力的需要，在絕大多數(shù)科學(xué)領(lǐng)域中，沒有先進(jìn)的科學(xué)儀器幾乎不可能獲得突破性、變革性的成果。同時，高端科學(xué)儀器創(chuàng)新又大大加速了科學(xué)的發(fā)展，當(dāng)代科學(xué)的重大突破幾乎都是直接或間接得益于科學(xué)儀器的進(jìn)步(理論物理學(xué)除外)。以質(zhì)譜儀為例，1912年Thomson為了研究陰極射線的組成物而將電場與磁場平行放置，使離子束偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上造成硫酸鋅感光，以便進(jìn)行觀察，這就是最初的簡易質(zhì)譜儀，Thomson也因此發(fā)現(xiàn)了電子。1919年Aston為了研究陽極射線中的異常分支對Thomson質(zhì)譜儀進(jìn)行了改進(jìn)，研制出第一臺精密精質(zhì)譜儀，Aston因此測定出50多種同位素、制作了第一張同位素表。1935年Marttauch和Herzog提出離子束能量和方向的雙聚焦理論，并研制出雙聚焦質(zhì)譜儀。上述事件僅是質(zhì)譜儀發(fā)展歷程中的早期事件，隨著理論研究和科研應(yīng)用的高速迭代，陸續(xù)產(chǎn)生了單聚焦磁質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀、回旋共振質(zhì)譜儀、電噴霧質(zhì)譜儀等更先進(jìn)的儀器，與質(zhì)譜儀(技術(shù))的研制和應(yīng)用相關(guān)的科學(xué)成果中獲得諾貝爾獎的達(dá)到11項(xiàng)。顯而易見，高端科學(xué)儀器創(chuàng)新與當(dāng)代科學(xué)發(fā)展這二者之間具有相當(dāng)顯著的互為因果、互相依賴、互相影響、不可分離的共生關(guān)系，這就決定了高端科學(xué)儀器的初始創(chuàng)制工作通常是在科學(xué)家群體中完成的，并在科學(xué)研究中經(jīng)過探索性應(yīng)用才會進(jìn)入更大的商業(yè)領(lǐng)域。雖然“創(chuàng)制”并非真正意義上的“創(chuàng)新”，但卻是高端科學(xué)儀器創(chuàng)新的源頭。

2.2 研發(fā)過程具有強(qiáng)烈的異質(zhì)集成性

高端科學(xué)儀器是科學(xué)、技術(shù)、生產(chǎn)和制造工藝等異質(zhì)性知識的復(fù)雜系統(tǒng)集成，研發(fā)這類產(chǎn)品需要前沿科學(xué)理論作為指導(dǎo)，也離不開光學(xué)、機(jī)械、真空、電子、精密加工、材料、化學(xué)以及軟件等眾多技術(shù)領(lǐng)域的共同支撐，所涉及的技術(shù)知識和工藝方法還具有高度的緘默性和復(fù)雜性，需要長期的摸索和積累。同時，高端科學(xué)儀器研發(fā)所依據(jù)的科學(xué)理論通常會不斷發(fā)展，所運(yùn)用的技術(shù)、工藝也經(jīng)常處于動態(tài)變化的過程中，創(chuàng)新主體在所需要的知識和能力方面往往也是不完備的，從而使高端科學(xué)儀器研發(fā)面臨高度的復(fù)雜性、不確定性和風(fēng)險性，也使得高端科學(xué)儀器很難通過反向工程進(jìn)行模仿。例如，目前基因測序儀的原理主要基于Sanger發(fā)明的雙脫氧鏈末端終止法或Gilbert發(fā)明的化學(xué)降解法(兩種方法均獲得了諾貝爾獎)，所運(yùn)用的技術(shù)涉及生化、光、電、半導(dǎo)體、機(jī)械、控制、大數(shù)據(jù)等諸多領(lǐng)域，對于各種元器件(尤其是光學(xué)器件)的制造工藝有極高的要求。但高端科學(xué)儀器研發(fā)的異質(zhì)集成特性也為創(chuàng)新者提供了機(jī)會，相關(guān)的科學(xué)理論、技術(shù)知識、工藝方法等任意領(lǐng)域的進(jìn)步，都可能大幅提高儀器的性能。以質(zhì)譜儀為例，1960年后在探測器、加速器、光譜學(xué)、電磁學(xué)等一系列科學(xué)技術(shù)的推動下，產(chǎn)生了離子共振質(zhì)譜、電噴霧離子源、離子阱等新方法和新技術(shù)，持續(xù)激勵了質(zhì)譜儀的創(chuàng)新。

2.3 性能改進(jìn)依靠高頻迭代

高端科學(xué)儀器的性能改進(jìn)是在實(shí)際應(yīng)用中通過高頻迭代過程實(shí)現(xiàn)的，這種高頻迭代是創(chuàng)新的必然規(guī)律，無法規(guī)避。高端科學(xué)儀器的初始性能就要求達(dá)到相當(dāng)高的水平，否則無法滿足特定科研課題的需要，因此高端科學(xué)儀器的初次迭代就是在較高層次上開始的。進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域之后，高端科學(xué)儀器的應(yīng)用迭代頻率會大幅提高，這是由于科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域?qū)τ^測、測量等能力的追求是無止境的，而高端科學(xué)儀器又是滿足這些要求的前置條件。以基因測序儀為例，雖然其應(yīng)用僅有數(shù)十年而已，在總體上卻已經(jīng)形成代際發(fā)展的特征，依次為強(qiáng)調(diào)高準(zhǔn)確性的第一代基因測序儀、強(qiáng)調(diào)高通量的第二代基因測序儀、強(qiáng)調(diào)長讀長的第三代基因測序儀，和強(qiáng)調(diào)低成本的第四代基因測序儀。由于產(chǎn)品性能的高頻迭代可以持續(xù)強(qiáng)化競爭優(yōu)勢，這就敦促致力于高端科學(xué)儀器創(chuàng)新的企業(yè)在其內(nèi)部更加重視產(chǎn)品的性能迭代。以色譜儀為例，20世紀(jì)80年代高效液相色譜儀成為主流，相關(guān)企業(yè)大量推出創(chuàng)新產(chǎn)品，產(chǎn)品的迭代更新非常迅速，島津公司在不到十年中就推出了十代高效液相色譜儀產(chǎn)品。

2.4 市場采納具有突出的馬太效應(yīng)

用戶在選擇高端科學(xué)儀器時，關(guān)注的主要是性能而非性價比，以滿足對于更高的測量、觀測能力的不懈追求，那些得到用戶青睞的產(chǎn)品往往來自技術(shù)領(lǐng)先、性能出眾，并且在行業(yè)中處于領(lǐng)導(dǎo)地位的品牌，而不是性價比最高的產(chǎn)品。由此帶來的連鎖反應(yīng)是，處于領(lǐng)先地位的科學(xué)儀器品牌和產(chǎn)品更容易獲得在實(shí)際應(yīng)用中迭代改進(jìn)的機(jī)會，這又會進(jìn)一步提高這些品牌產(chǎn)品的技術(shù)和性能，強(qiáng)化在行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位和影響力，使高端科學(xué)儀器在市場采納方面形成強(qiáng)者恒強(qiáng)的馬太效應(yīng)。以四極桿氣相色譜-質(zhì)譜儀(GC-MS)為例，1981年Finnigan公司開發(fā)出全球第一臺商品化三重四極桿質(zhì)譜儀，此后一直引領(lǐng)GC-MS的前沿，成為大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)優(yōu)先采購的對象。1990年Finnigan加入賽默飛公司，產(chǎn)品創(chuàng)新進(jìn)一步加速，1999年引入直型預(yù)四極桿設(shè)計(jì)推出Trace系列GC-MS、2002年推出當(dāng)時靈敏度最高的GCMS-DSQ、2006年推出配備DuraBrite離子源和DynaMax XR檢測系統(tǒng)的DSQII、2007年推出三重四極桿的TSQ Quantum系列、2010年推出ISQ系列單四極桿GC-MS、2012年推出全球首臺真空鎖設(shè)計(jì)的TSQ8000、2018年推出ISQ7000系列單四極桿GC-MS和TSQ9000三重四極桿GC-MS。Finnigan(賽默飛)推出的每款GC-MS產(chǎn)品都得到用戶的青睞和市場的熱烈反應(yīng)，這也為公司提供了對產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的機(jī)會，以不斷強(qiáng)化在GC-MS領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

2.5 價值創(chuàng)造倚重服務(wù)化運(yùn)作

高端科學(xué)儀器由于價值高昂，本身就能為創(chuàng)新者帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利潤，如Illumina公司推出的基因測序儀Hiseq X ten，單臺售價超過1 000萬美元。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)新者還可以通過與儀器相關(guān)的服務(wù)化運(yùn)作獲得更大的價值。在相對狹義的服務(wù)化范圍內(nèi)，創(chuàng)新者通過出售與儀器相配套的耗材(如基因測序儀的試劑)、零配件、維修服務(wù)、軟件服務(wù)等獲得收益，這些服務(wù)的價值同樣非常高昂，而且創(chuàng)新者可以長期從中攫取價值。此外，由于國際巨頭壟斷了高端科學(xué)儀器的市場供應(yīng)，這些企業(yè)有可能通過逐步提高服務(wù)價格、設(shè)置霸王條款等方式獲得更高的利潤。僅以核磁共振儀為例，部分國外企業(yè)的維修維護(hù)類收入超過了其在我國大陸銷售總收入的30%，且逐年增長[8]。在更為廣義的服務(wù)化范圍內(nèi)，創(chuàng)新者可以利用自身在高端科學(xué)儀器上的優(yōu)勢能力與其他創(chuàng)新主體開展縱向或橫向的合作，獲得更大規(guī)模的價值。Illumina公司近年來就利用其在基因測序產(chǎn)業(yè)鏈上游(基因測序儀)的霸主地位，全力向中下游服務(wù)市場延伸，如2016年與梅奧醫(yī)院共同開拓基因異常的檢測服務(wù)、2017年聯(lián)合飛利浦為腫瘤學(xué)提供整合基因組學(xué)服務(wù)、2018年1月與我國金域醫(yī)學(xué)共同開發(fā)新型的腫瘤學(xué)和遺傳病檢測應(yīng)用、2018年2月與Harvard Pilgrim合作開展新一代無創(chuàng)產(chǎn)前檢測服務(wù)、2018年3月與中國中源協(xié)和聯(lián)合開發(fā)首款亞洲人群數(shù)據(jù)芯片ASA基因檢測產(chǎn)品，等等。

2.6 創(chuàng)新擴(kuò)散主要面對團(tuán)簇型市場

高端科學(xué)儀器廣泛應(yīng)用于科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會、安全等不同領(lǐng)域，但卻主要是在團(tuán)簇型市場中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新擴(kuò)散的，這經(jīng)常使創(chuàng)新者陷入左右為難的窘境。科學(xué)儀器具有多重屬性，它既是工具，也是科學(xué)探索和認(rèn)識世界的手段。僅就工具屬性而言，科學(xué)儀器是測量工具，在某些情況下還可以是生產(chǎn)工具，例如掃描隧道顯微鏡是觀察分子原子的測量工具，也是操縱分子原子的生產(chǎn)工具。因此當(dāng)一項(xiàng)高端科學(xué)儀器創(chuàng)新發(fā)生以后，具有在諸多不同領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用推廣的潛能，意味著高端科學(xué)儀器的創(chuàng)新擴(kuò)散能力應(yīng)該是很強(qiáng)的。但是，高端科學(xué)儀器主要面對專業(yè)性市場而非大眾市場，這樣的市場呈團(tuán)簇型并且規(guī)模相對穩(wěn)定，每個市場的需求量往往很有限(雖然產(chǎn)品和服務(wù)的價值很高)，個別高端科學(xué)儀器在特定市場內(nèi)的全球需求量甚至僅有十幾臺或幾十臺而已，如超級計(jì)算機(jī)。高端科學(xué)儀器創(chuàng)新主要在團(tuán)簇型市場中擴(kuò)散的特性意味著，創(chuàng)新者可能無法運(yùn)用規(guī)模經(jīng)濟(jì)來抵消創(chuàng)新成本，但高端科學(xué)儀器性能改進(jìn)的高頻迭代特性和市場采納的馬太效應(yīng)特性又決定了，創(chuàng)新者必須要持續(xù)進(jìn)行高強(qiáng)度的研發(fā)投入，保持高速的創(chuàng)新節(jié)奏。這種令創(chuàng)新者左右為難的特性對于經(jīng)過長期積累已經(jīng)確定了行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢的創(chuàng)新者而言，是阻擋競爭對手、避免被模仿的壁壘，但對于試圖實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新追趕的后來者而言，卻進(jìn)一步加大了創(chuàng)新的不確定性和風(fēng)險性，必須經(jīng)過嚴(yán)密的戰(zhàn)略設(shè)計(jì)才有可能突破這種障礙。

3 高端科學(xué)儀器的發(fā)展思路

中國在高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距，而作為科研大國、工業(yè)大國和消費(fèi)大國，中國擁有龐大的科學(xué)儀器市場，尤其是對高端科學(xué)儀器需求強(qiáng)烈，這就決定了中國必須將發(fā)展高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)置于重要的戰(zhàn)略地位?；谇笆隼碚摎w納，結(jié)合中國的實(shí)際國情，為加速中國高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展可以采用如下思路。

3.1 鼓勵“中國首創(chuàng)”

在漢語語境下，“首創(chuàng)”是指最先創(chuàng)造、創(chuàng)始的意思，強(qiáng)調(diào)“中國首創(chuàng)”是促進(jìn)高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的基本要求。由中國最先創(chuàng)造或改進(jìn)的科學(xué)儀器不僅能夠打破外國壟斷，更能在市場采納中占據(jù)先機(jī)，獲得應(yīng)用迭代的初始條件，進(jìn)而為借助馬太效應(yīng)實(shí)現(xiàn)持續(xù)創(chuàng)新和市場擴(kuò)散奠定基礎(chǔ)。由于高端科學(xué)儀器創(chuàng)新的初始動力通常源于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和科學(xué)家群體，是為了解決特定科學(xué)問題而創(chuàng)制出新型儀器或?qū)ΜF(xiàn)有的儀器做出原創(chuàng)性改進(jìn)，因此，“中國首創(chuàng)”的重點(diǎn)是鼓勵科學(xué)家投身于高端科學(xué)儀器研制并為其提供有力的支持，國家自然科學(xué)基金委、科技部等設(shè)立的國家重大專項(xiàng)被證明為行之有效的手段。未來需要進(jìn)一步擴(kuò)大支持力度和支持范圍，應(yīng)該特別重視鼓勵以企業(yè)為主體、由產(chǎn)業(yè)科學(xué)家主持的高端科學(xué)儀器創(chuàng)制工作。實(shí)際上，企業(yè)歷來是高端科學(xué)儀器創(chuàng)新的重要力量，掃描隧道顯微鏡等重大科學(xué)儀器就是由IBM等注重基礎(chǔ)研究的企業(yè)的科學(xué)家所研發(fā)的。

3.2 引導(dǎo)“科學(xué)-商業(yè)”接力創(chuàng)新

接力創(chuàng)新是指由能力顯著異質(zhì)、優(yōu)勢明顯互補(bǔ)的不同主體分別承擔(dān)創(chuàng)新鏈上不同環(huán)節(jié)的任務(wù)，以“接力”方式依次完成一項(xiàng)創(chuàng)新從構(gòu)思、研發(fā)、生產(chǎn)到商業(yè)應(yīng)用等活動，最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新價值的過程[9]。接力創(chuàng)新適合成為指導(dǎo)中國高端科學(xué)儀器創(chuàng)新的重要理論依據(jù)。綜觀主要高端科學(xué)儀器產(chǎn)品的發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)這些科學(xué)儀器最初都是在科學(xué)環(huán)境下產(chǎn)生的，但后期則進(jìn)入到商業(yè)環(huán)境下，由企業(yè)對其進(jìn)一步完善并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化，質(zhì)譜儀就是典型例證。中國必須將引導(dǎo)從科學(xué)到商業(yè)的接力創(chuàng)新過程作為促進(jìn)高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要思路，鼓勵承擔(dān)科學(xué)儀器創(chuàng)制項(xiàng)目的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，通過合適的方式與企業(yè)之間形成接力合作的組織模式，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)完成初始的創(chuàng)制工作并提供后續(xù)的指導(dǎo)，而企業(yè)在科學(xué)家工作的基礎(chǔ)上負(fù)責(zé)進(jìn)一步完成商業(yè)化，雙方可行的接力方式包括技術(shù)轉(zhuǎn)讓、授權(quán)許可、市場合作開發(fā)、科學(xué)家自主創(chuàng)新等。為了對“科學(xué)-商業(yè)”的接力創(chuàng)新提供強(qiáng)有力的引導(dǎo)，國家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目發(fā)布部門甚至可以在申報要求中規(guī)定，申請者需要預(yù)先給出接力創(chuàng)新的候選伙伴和預(yù)計(jì)的接力合作方式，以防止高端科學(xué)儀器的創(chuàng)制成果成為“睡美人”。

3.3 支持應(yīng)用迭代

應(yīng)用迭代在高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有關(guān)鍵意義，這不僅是由于應(yīng)用迭代是性能改進(jìn)的必經(jīng)道路，也是由于應(yīng)用迭代與打開市場需求、實(shí)現(xiàn)市場采納之間存在緊密的互動關(guān)系。由于中國在高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面還處于追趕的階段，相關(guān)創(chuàng)新產(chǎn)品獲得市場采納的障礙是現(xiàn)實(shí)存在的，加之高端科學(xué)儀器的創(chuàng)新擴(kuò)散主要在團(tuán)簇型市場之中進(jìn)行，因此在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高頻迭代的難度是現(xiàn)實(shí)存在的。建議中國在不違反WTO規(guī)則的前提下，針對中國首創(chuàng)的科學(xué)儀器在研發(fā)和商業(yè)化等方面給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼，從而增強(qiáng)國產(chǎn)科學(xué)儀器的市場競爭力。補(bǔ)貼的強(qiáng)度應(yīng)該超過高端裝備制造業(yè)、生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)、芯片等新興產(chǎn)業(yè)，因?yàn)闆]有高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，上述新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也將受制于人。同時，在政府采購、企業(yè)采購、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)采購等方面也應(yīng)該規(guī)定，在技術(shù)水平相當(dāng)?shù)那闆r下優(yōu)先采購國產(chǎn)品牌和產(chǎn)品，并根據(jù)采購額給予一定比例的補(bǔ)貼或獎勵等。

3.4 重視跨國技術(shù)并購

高端科學(xué)儀器創(chuàng)新所涉及的知識中，很多都是需要經(jīng)過長期摸索和積累才能獲得的緘默性知識，并且往往被發(fā)達(dá)國家企業(yè)嚴(yán)密保護(hù)起來。中國企業(yè)實(shí)施高端科學(xué)儀器創(chuàng)新無法跨越緘默性知識的積累過程，除了在“中國首創(chuàng)”的科學(xué)儀器中可能具有先發(fā)優(yōu)勢之外，在絕大多數(shù)科學(xué)儀器領(lǐng)域中國企業(yè)要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新追趕，都必須著力解決技術(shù)能力積累的難題?？鐕夹g(shù)并購是中國企業(yè)獲得緘默性知識的重要手段。由于國外企業(yè)在高端科學(xué)儀器創(chuàng)新中也無法脫離本文歸納的創(chuàng)新特性，同樣面臨高度的不確定性和風(fēng)險性，一些國外企業(yè)可能在高端科學(xué)儀器研發(fā)方面具有很強(qiáng)的技術(shù)能力，但由于商業(yè)化策略等因素的影響，創(chuàng)新失敗的也不在少數(shù)。我國企業(yè)可以選擇其中技術(shù)先進(jìn)、能力互補(bǔ)的企業(yè)，通過技術(shù)并購獲得目標(biāo)企業(yè)的緘默性知識，快速跨越技術(shù)能力積累過程。在這方面，中國已經(jīng)有典型案例可供參考，華大基因就是通過并購美國CG公司獲得了新一代基因測序儀的技術(shù)能力，很快開發(fā)出臨床應(yīng)用型測序儀BGISEQ-500等創(chuàng)新性的產(chǎn)品和服務(wù)，打破了Illumina公司在基因測序儀領(lǐng)域的壟斷和威脅[9]。在華大并購CG的過程中，Illumina公司和美國媒體甚至宣傳將CG賣給華大等于同泄露了“可口可樂秘方”，這也從側(cè)面反映了通過國際并購獲得高端科學(xué)儀器技術(shù)能力的價值所在。

3.5 挖掘服務(wù)化創(chuàng)新機(jī)會

如前所述，服務(wù)在高端科學(xué)儀器的價值創(chuàng)造中占有重要地位，中國的很多企業(yè)可能暫時還無法在高端科學(xué)儀器的研發(fā)環(huán)節(jié)媲美國外企業(yè)，在短期內(nèi)也難以完成創(chuàng)新所需的緘默性知識和技術(shù)能力的積累過程，但在高端科學(xué)儀器的服務(wù)化運(yùn)作環(huán)節(jié)卻有很多可以利用的機(jī)會。作為價值高昂的產(chǎn)品，高端科學(xué)儀器對零部件供應(yīng)、維修保養(yǎng)、附屬設(shè)施、試劑耗材、配套軟件等不僅需求很大，而且這些需求是長期存在的。中國企業(yè)可以從這些相關(guān)的服務(wù)環(huán)節(jié)入手，發(fā)現(xiàn)通過服務(wù)化創(chuàng)新進(jìn)入高端科學(xué)儀器領(lǐng)域的機(jī)會，甚至深耕高端科學(xué)儀器的專業(yè)化配套服務(wù)，不僅可以獲得相應(yīng)的創(chuàng)新收益，還可以在此過程中積累技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)從下游到上游的逆向創(chuàng)新。當(dāng)前，很多國外的科學(xué)儀器企業(yè)在服務(wù)環(huán)節(jié)設(shè)置霸王條款，阻止中國企業(yè)進(jìn)入高端科學(xué)儀器的服務(wù)領(lǐng)域，中國應(yīng)該利用市場規(guī)模大、需求旺盛的話語權(quán)，在國際貿(mào)易中打破國外企業(yè)針對高端科學(xué)儀器服務(wù)所設(shè)置的不合理?xiàng)l款，為中國企業(yè)開展相應(yīng)的服務(wù)化創(chuàng)新開辟空間。

3.6 加強(qiáng)高等教育改革

除了前述針對具體創(chuàng)新過程的產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路外，中國還應(yīng)該重視加強(qiáng)高等教育改革，提高在教學(xué)科研過程中學(xué)生自己動手制作和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器能力，尤其是對于研究生而言，這不僅是在培養(yǎng)最基本的科學(xué)素養(yǎng)，也是在為整個高端科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新培養(yǎng)人才，還可能直接促進(jìn)高端科學(xué)儀器的“中國首創(chuàng)”。根據(jù)調(diào)研訪談，發(fā)現(xiàn)在生物、化學(xué)、材料、機(jī)械等高度依賴科學(xué)儀器的實(shí)驗(yàn)學(xué)科中，學(xué)生動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要制作或改進(jìn)科學(xué)儀器的能力偏弱，絕大多數(shù)學(xué)生(包括老師)都是簡單地運(yùn)用國外的先進(jìn)儀器開展實(shí)驗(yàn)，這既不利于原創(chuàng)性前沿科學(xué)突破的產(chǎn)生，也不利于高端科學(xué)儀器的自主創(chuàng)新。在科學(xué)研究和科學(xué)儀器發(fā)展中做出大量杰出成就的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，就規(guī)定學(xué)生必須親手制作實(shí)驗(yàn)用的儀器，不能使用現(xiàn)成的儀器。因?yàn)榭ㄎ牡显S實(shí)驗(yàn)室的第三任主任、質(zhì)譜儀的發(fā)明者和電子的發(fā)現(xiàn)者Thomson堅(jiān)定地認(rèn)為，學(xué)生不應(yīng)該只是實(shí)驗(yàn)的觀察者，更應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造者。