第七章　技术创新进化的路径依赖与学习——实证分析

1859年达尔文发表了开天辟地之作《物种起源》，以自然选择为中心，从遗传、变异、选择、竞争和适应等方面揭示了生物由简单到复杂、从低级到高级、由种类稀少到种类繁多的进化规律。考察技术的历史发展，透过纷纭复杂的技术表面现象，我们也可以看到技术在其历史发展长河中的进化轨迹及特征。

早在20世纪上半叶，威廉·F．奥格本（William F．Ogbum）、S．C．吉尔菲兰（S．C．Gilfillan）和阿博特·P．厄舍尔（Abbott P．Usher）三位学者从达尔文《物种起源》中得到启发，提出了基于演进的技术发展理论。［118］

著名经济学家纳尔逊说：“技术变化显然是一个演进过程，创新的产生不断地生产超过早先存在的实体，而调整的工作是缓慢的。”（Nelson，1997）被开发的技术仅仅是相对意义上的优越，而不是绝对意义上的最优，并且系统绝不会达到均衡状态。［118］技术变迁是开放的，并且是路径依赖的过程。

一、技术进化

（一）采煤技术进化的动力

生物进化来自于物种竞争，物种为生存空间、食物、配偶而展开竞争，竞争结果必然是胜者生存，弱者淘汰，这是生物进化的原因所在，也是生物进化的驱动力。技术进化的一个动力来源是技术本身的发展驱动和技术本身不断创新，技术系统是一个自组织的过程，存在涨落，由于系统内各组分、各单元相互作用，特别是某些因素极具活力，推动系统向前演化，导致技术不断向前发展。另一个动力是由于生产实践的需要，是市场需求的拉动。Jacob Schmookler（1966）在研究技术创新源泉时强调，市场需求即盈利机会才能打开技术创新的宝藏。［119］

煤炭开采属于采掘业，其技术十分复杂，涉及很多的技术，是一个庞大的技术体系。要把深埋地下的煤层开采出来，涉及井巷掘进技术，井巷的支护技术，破煤技术，运输技术，通风技术，预防水、火、瓦斯和煤尘爆炸等安全技术等。

破煤技术的发展就经历了人工挖掘、炮采、机采等阶段。使用人力挖煤，人工挖掘效率极其低下，炮采使用爆破松动煤层，效率有所提高但仍然较低，随着采煤机械的使用，人们开始用采煤机代替人工与炮采，效率大为提高，人力使用大为下降，采煤技术获得了重大发展。单就机采来讲，又经历普采、高档普采向综合机械化采煤再到无人综合机械化工作面的进化历程。

（二）采煤技术进化的选择

技术进化的直接动力来源于市场需求，技术创新成功与否则决定于市场的选择。现存无数的技术都是在漫长的技术进化中，人们选择保留的优良技术，淘汰了不被人们接受的那些技术。这如生物物种进化一样，合适的存留下来，不合适的淘汰了。正如Joel Mokyr所说：“一项技术之所以被采用，是因为像企业或家庭等一些实体对其进行了有意识的选择使用，将其从潜在技术的一个更大集合中挑选了出来。”技术创新由原来的技术经过突变或重组而引起变异，大量不同的变种被投放市场，在那里，它们受到了顾客和其他使用者的严格选择，幸存的实体通过种群复制、扩散，逐渐成为特优类型和品种。

达尔文把自然选择定义为：“有利的个体差异和变异的保存，以及那些有害变异的毁灭，叫做自然选择，或适者生存。”“自然选择只能保存已经发生的、对生物在其生活条件下有利的那些变异。”［120］

在技术创新中亦是如此，新技术总是主动去适应市场的需要，不断优化和改进以更好地适应人们的偏好和需求。［121］煤炭巷道支护一直是困扰煤炭开采的一项关键技术，技术人员在解决这一难题时，试用了各种各样的方法，人们一开始想到的是木支护，但木支护易腐烂，后用钢支护，强度比木材大得多，因而其支撑力也大得多，但加工难，同时密集的支柱影响巷道的空间，也影响通行和通风。人们从石拱桥得到启发，用石料砌成石穹来支护巷道，但缺点是石材加工麻烦，支护成本高昂，也没有被长期使用。随着人们实践技能的提高，人们逐渐摸索出一种利用岩层整体性能的支护方法，那就是锚杆支护，这是一种简单、成本低廉、易于操作的支护技术。可以说，锚杆支护是支护技术史上一次重要突破。在锚杆支护技术的基础上，又分别开发了锚喷支护，即锚杆—喷浆支护，锚网支护，即锚杆—铁丝网—喷浆支护，锚索网支护，即锚索—铁丝网—喷浆支护。

二、采煤技术进化的路径依赖

（一）技术进化为什么具有路径依赖性

路径依赖最早是由生物学家在研究物种进化分杈和物种进化等级次序时提出来的。物种进化一方面决定于基因的随机演变和外部环境；另一方面还决定于基因本身的等级序列控制。当物种进化时，偶然性随机因素启动序列控制机制，则产生各种样式的路径，这些路径互不重合、互不干扰，这就是路径依赖的本意。其后，古尔德在研究生物进化中的间断均衡现象和熊猫拇指进化问题时，进一步提出了生物演进路径的机制及路径可能非最优的性质，并明确了“路径依赖”概念。［122］

关于技术演变过程的路径依赖性的开创性研究，最先是由W．Brian Arthur（1989）进行的，Arthur指出，技术的采用往往具有报酬递增的机制，细小的事件和偶然的情况会把技术的发展引入特定的路径，而不同的路径最终会导致完全不同的结果。［123］

技术创新为什么会具有路径依赖性？最根本的原因是由于一项技术一旦出现，就会出现一种自我强化的现象，使环境成为适合自身生存而不利于其他技术生存的生态场。首先发展起来的技术通常可以凭借占先的优势地位，利用规模优势使单位成本降低，由于技术的普遍流行导致学习效应提高，许多行为者采取相同技术产生协调效应，在市场上越是流行就促使人们相信它会进一步流行预期等，从而形成自我增强的良性循环。此时，一种更优良的技术却可能由于晚进入一步，没有获得足够的追随者而陷入恶性循环，甚至“锁定”在某种无效状态之中。［124］总之，微小的事件和偶然的情境常常会把技术发展引入特定的路径，而不同的路径会导致完全不同的结果。

技术进化的路径依赖还因为技术进化不是不受任何约束，可以随意朝着任何方向或路径发展，它总是受到诸如已有技术基础、资源、人才、知识和未来技术机会的约束，同时也受到人们认知的制约。虽然，技术决定论者认为纯技术的发展有其内在逻辑，它可以使人们发现技术创新机会。但是，科技发展的历史证明，推动科技发展的是社会发展的物质需要。从目前新技术的发展来看，技术的发展不是随心所欲的，而是受制于社会、经济和物质技术条件，受制于现有的工业技术基础和科学技术的知识积累。［125］煤层地下液化、气化，开采出来以后直接使用，而且完全不用井下作业，从理论上讲是先进不过的，但为什么这种先进的采煤方法至今还在探索中呢？这就是由于地下液化、气化开采还存在技术、认知等困难，还没有取得关键技术上的突破，同时又要做到煤炭使用价格不太昂贵，现如今还无法实现。

（二）技术的进化依赖于环境(www.daowen.com)

对既定的外部环境，人们选择适应环境的方式多种多样，因而其变种也是多样的。但是，对变化多端的环境而言，人们必须选择最为有效、最为科学的解决方案，以至于在众多的备选方案中，解决同样环境问题的方案往往趋于一致。例如，对于建筑物下采煤，人们几乎一致地选择了填充法采煤技术。又如，同样是综合机械化采煤，人们针对煤层厚度差异、顶板差异，设计了分层开采、放顶煤开采、顶板自由垮落开采等采煤方法，这些采煤工艺与方法的改进，实际上是技术本身的一种自适应，是人们不断克服外界环境而使技术不断向前发展。正是由于环境的定向作用，使得采煤技术的进化围绕环境这个轴心，不断推陈出新，不断创造出新的采煤方法与工艺，所以生产技术的发展是以环境为对象的，带有明显的环境依赖性。

（三）路径依赖与技术轨道

技术发展的路径依赖说明技术本身发展的方向与内在逻辑性与规律性。纳尔逊和温特在20世纪80年代初首先提出了“自然轨道”的概念，用以刻画和描述技术发展的某些特征：在许多部门中技术进步具有层次递进性，特别在高新技术行业里，技术进步具有自增强性。他们指出：“今天搜寻的结果不仅是一种新技术，而且是增进知识和形成明天使用的新建筑块的基础。”“一项创新性研究与开发的成功，为一个企业带来的不仅是一种较好的技术，而且是为下个时期进行搜寻的更高平台。”［126］

受库恩（Kuhn）的“科学范式”概念的启发，意大利著名学者多西将其作为模型和范例的基础，并在1982年发表的著名论文《技术范式与技术轨道》中首次把范式概念引入技术创新研究，提出了“技术范式”的概念。类比于库恩的科学范式定义，技术范式就是挑选出来的解决特定技术问题的一种“图景”（或模式），以及那些以获取新的知识为目标，并尽可能地防止这些新知识过快地扩散给竞争者的特定规则。技术范式决定了研究的领域、问题、程序和任务，具有强烈的排他性。［127］

融合自然轨道与科学范式的思想，多西同时提出了技术轨道的概念。技术轨道是在技术范式的范围内所进行的常规解题活动，是由技术范式所确定的技术创新模式。1988年，多西又进一步把技术轨道定义为经过经济和技术的要素权衡折中，由技术范式所限定的技术进步轨迹。技术轨道并不是线性的确定性选择，它们可能处于不同的分支上，即它们可能有不同的技术定位、方向和能力。在技术发展过程中既有新旧技术范式的竞争，也有各种新技术范式之间的竞争，而选择的限定性在逐渐增加，即标准严格地选择和确定技术轨道。技术发展过程是在技术范式规定下，沿技术轨道方向发展的一种强选择性的进化活动。［128］

从技术轨道的思想来把握技术的路径依赖性无疑更能理解技术发展的实质。技术发展的路径总是包含于技术轨道中，正是技术轨道的存在决定了企业技术发展的方向，并表现为技术的路径依赖性。图7－1所示的采煤技术是在不改变煤的物理性质（固体采煤）的技术范式下，破碎煤层开采的采煤技术轨道和表现出来的明显路径依赖；同样，目前世界各国正在探索的煤层地下气化是把煤这种固体改变为气体开采出来，这种技术范式也同样有多种技术轨道和由此延伸的技术路径。

图7－1　固体采煤技术轨道

（四）采煤技术替代与跃迁

技术发展经历由产生到成熟再到淘汰的过程，且其发展呈S形曲线。在技术发展的初创阶段，技术发展速度非常缓慢，涉及技术的攻关，无数难题需要克服。随着技术的日益完善，且被人们所接受以后，技术的成长与扩散则相当的快。等到这项技术成熟以后，再想获得重大改进则非常难，到达了它的极限，常称为技术极限。普通机械化采煤（简称普采）代替炮采，可以说走过了相当长的路程，主要是开始阶段的采煤机技术的发展，破煤技术由炮采改为机采，其完全是两种新的技术，但机采技术获得突破以后，也就是越来越完善以后，再想获得大的发展已不可能，因为这项技术到达了它的极限。只有更新的技术代替它，才能实现大的发展，这就是技术替代，或称技术跃迁。

一项技术到达它的极限时，若再追加投资，其效率是很低的，甚至无法收回投资，这在技术创新学中称为技术陷阱。采煤技术也一样，高档普采技术到达它的极限后，关键不是采煤机技术的改进，而是支护技术的创新，且看是否与采煤机相配套，做到采煤、运输与支护的完全机械化，所以综合机械化采煤技术是对高档普采的重大革新，是高档普采技术的替代。

三、技术进化路径依赖与学习

（一）路径依赖与学习

人们改造世界依靠的是知识与经验，知识存量越大，经验越丰富，则改造世界的能力就越强。人们的知识与经验又取决于什么呢？取决于人的认知水平与认知能力。路径依赖除了知识的限制外，还存在认知上的限制，即受制于人们的学习效率与能力。进行技术创新需要对复杂的技术系统和组织系统的运行进行改进和变革。这就需要进行试验、调整和学习。学习只能是渐进的，如果变革的步子跨得太大，就会在很多方面大大增加不确定性，从而降低学习的能力。因而，组织的学习也是有路径依赖性的，其探索的方向要受到组织在现有开发上所积累的能力的限制，受到现有产品和工艺基础的限制。从一个轨道跳到另一个轨道上去学习是很不容易的，代价极大，而且有时几乎是不可能的，就是因为有认知上的限制。

另外，技术创新不能指望仅仅依靠个别的能人，而是要依靠一个具有专门知识和相互合作的群体，要依靠由于经验而形成和积累的难以表达的隐性知识和组织知识，它具有绝对重要的作用。所以组织内部应该完成大部分创新活动，而不能由外部来完成。因为组织通过协作和购买获得有关的部分知识时，不同的实践和认知结构会使其花费巨大代价去进行吸收工作，甚至使消化工作无法进行。

开采厚煤层用的一种机械化采煤方法叫放顶煤开采方法，这项技术是由我国采煤技术人员发明的，处于世界领先水平，具有自主知识产权。放顶煤技术的成功就是不断学习和实践的结果，许多发达国家都引进我国的放顶煤采煤技术。当时这项技术试验学习过程遇到的最大难题是顶煤破落、含矸率与回采率问题，靠矿压使煤层自动垮落，难以掌握回采率与含矸率且效率低下；对于硬煤层，自然垮落困难的条件下，技术人员试图采用爆破方法落煤，但是操作难度大且极其不安全，采煤效率难有大的改进，且仍然解决不了含矸率与回采率问题。技术人员最后从开采方法设计想办法，尝试在特厚煤层中先行开采顶分层，采用铁丝网制成假顶，然后再用放顶煤开采方法开采，这样就巧妙地解决了含矸率与回采率问题，获得了成功。综采放顶采煤技术工序多、工艺复杂，自动化控制是非常关键的技术问题，该项技术在自动化控制方面也获得了突飞猛进的发展，目前已十分完善。

（二）采煤技术进化的学习多样性

人类用来与外界环境发生互动、解释并改变其对外界环境的技术控制的动态认知过程，其复杂性和精致程度可想而知。人们在实践中不断总结、延伸、提炼与强化，最终得到令人满意的答案，即通过基于经验的不断修正，即所谓的“反复试验”或“试错法”来提高认知能力。每次“试错”得到的知识集、信息集和技术集都有所扩大，同时得到宝贵的经验留在记忆中。［129］

采煤技术的每一次进化，都是人们为了更安全、更省力地把煤炭开采出来的需要。煤层赋存条件千差万别，迫使人们只有不断地探索新的技术，才能更高效地开采煤炭。因此，开采方法或开采技术受许多因素影响，如煤层厚度不同，也就是厚煤层与薄煤层其开采方法显然不同；煤层倾角不同，其开采方法就完全不同；煤层本身软硬度不同，则其破煤方法不同；煤层顶板不同，则采煤方法不同，等等。如此复杂的地质条件，决定在采煤时，必须不断地学习，进行技术攻关，采取边干边学、“干中学”、“用中学”的学习方式，不断尝试、实践以积累知识、掌握技术。