本文刊登于《网信军民融合》杂志2019年11月刊

【编者按】2019年10月30日，在西安举办的第十八期钱学森论坛上，清华大学雷家骕教授作了题为《钱学森思想和第四次产业革命的发展》的主题报告，分析了人工智能和机器学习、新材料、微电子、物联网、量子计算、自动驾驶等硬科技市场应用现状与发展前景，以及钱学森科技发展思想对硬科技发展的指导意义，并提出了以钱学森系统科学思想引导中国硬科技发展的思考与建议。本文由《网信军民融合》杂志根据现场演讲整理。

钱学森思想和第四次产业革命的发展

清华大学经管学院教授、

清华大学中国企业成长与经济安全研究中心主任 雷家骕

早在信息革命孕育的萌芽阶段，杰出的科学家和思想家钱学森就以宏大的历史视野，高度总结了科学技术发展及其对社会发展的重大推动作用，将社会发展的规律概括为：“科学革命在先，然后导致技术革命，最后出现产业革命”，产业革命引起社会形态的飞跃。钱学森关于三种革命之间的相互联系和相互作用及其对社会发展影响的论述，丰富了马克思“科学技术是推动社会发展的革命力量”的观点。钱学森在数十年前的真知灼见，仍旧闪耀着真理光辉，在新的历史时期，仍旧焕发出勃勃生机和强大生命力。作为中国“两弹一星”元勋，他在航天事业上取得的伟大成就，是中华民族伟大复兴历程中的一座丰碑，他一生所追求的系统工程与总体设计部思想更是推进了人类的科学技术发展。

当前，第四次产业革命正在全球蓬勃发展，诸多硬科技在第四次产业革命中强劲兴起，中国已成为这场产业革命特别是硬科技发展重要的推动力量。钱学森在科技发展、产业革命、国家治理等领域提出了重要理论，他的系统科学思想是中国硬科技发展重要的方法论。我们要以钱学森科技发展思想引导中国硬科技发展的道路，加快推进中国硬科技发展进程。

清华大学经管学院教授、

清华大学中国企业成长与经济安全研究中心主任 雷家骕

一、第四次产业革命正蓬勃发展

第四次产业革命已经在全球展开，钱老的思想对这场革命的发生以及这场革命当中硬科技的发展具有重要的指导意义。

回顾前三次产业革命，可以看到在第四次产业革命到来之际，能源、控制技术、科技活动方式及生产方式发生了重大的变化。出现了新的能源序列，比如光能、风能、核能、氢能等的进一步使用，这些新能源将在 2025 年左右胜任“弥补传统能源供给缺口”的使命；控制技术正由机电控制技术转变为更多使用计算机及网络控制；科技活动方式则出现了虚拟科技组织、产业技术联盟、跨国研发网络、基于科学的企业等；生产方式也发生了重大变化，并已形成两轮新的创新波。

在人类历史上，曾发生过四次创新波。与此同时，生产方式也发生了重大变化，大批量生产、流水线生产、机械化生产等生产方式在不断更新迭代，智能化生产、敏捷制造越来越多。这些变化使得生产力获得了大的发展，各国经济也获得了大的发展，相应的市场结构也发生了大的变化，发达国家和新兴国家企业的市场疆域全球化，同时形成了网络群体、虚拟社区等不少新型社会关系，组织治理方式也在趋向扁平化。这些变化已经剧烈地发生了，意味着第四次产业革命已经在大踏步地行进当中。中国是第四次产业革命重要的推动力量，我们的经济、社会也在不断飞速发展。

二、硬科技在第四次产业革命中强劲兴起

讨论硬科技发展需要看两个维度、一个维度是主要国家关注的硬科技重点领域，另一个维度则是硬科技领域的创新创业投资。从主要国家关注的硬科技重点领域这个维度来看，中国、美国、德国、日本是第四次产业革命当中重要的推动力量，而我们尤其要关注美国在做什么，不然就可能在未来硬科技竞争中落后。

在美国公布的一份长达 35 页的《2016-2045 年新兴科技趋势报告》中，明确提出了20 项最值得关注的科技发展趋势。这些科技发展趋势包括：物联网、机器人和智能化系统、智能手机与云端计算、智慧城市、量子计算、虚拟现实和增强现实（AR/VR）、数据分析、人类增强、网络安全、先进数码设备、先进材料、太空科技、合成生物科技、增材制造、医学、能源、新型武器、食物与淡水科技、对抗全球气候变化。其中，以下这几个领域我们要高度关注。如：美国在量子计算领域已经处在绝对的、领先的地位。使用一台量子计算机就可以破解世界上所有的加密方式，在这样的情况下，计算机的信息安全、网络安全如何保证？还有人类增强这个科技概念，在我们的科技文献里鲜有见到。此外，新型武器这一领域也是值得我们高度关注的。2018 年1月，美国发表了《2018 美国国防战略报告》，其中美国特别提到了两个大国：俄罗斯和中国。报告特别提到中国在军事技术兴起和地缘利益方面挑战美国，并把中国界定为长期战略竞争者，美国对中国这么一个判断、定位，是我们需要高度关注的。所以美国发展新型武器，我们也需要做出应对。第四次产业革命是全世界发达国家和新兴国家的革命，在这场革命当中中国需要随时关注美国在科技方面在做什么。

进一步而言，我们要关注钱投在了什么地方？

全球主要国家首先投资的是新材料。自 2017 年以来，已有近 10 亿美元的风投资金注入到新材料领域的创业公司。纳米技术、清洁技术和微电子技术都与该行业有着密切的联系，而可持续材料（如可生物降解的包装）、碳纤维和石墨烯都是创业公司关注的重点应用方向。

在纳米技术领域，创业公司主要分布在三个领域：药物发现 / 交付/生物技术集群、通用硬件和材料，以及电子元件/ 设备/仪器。由于纳米技术与多个硬科技领域息息相关，随着纳米技术的持续发展，与纳米技术相关的解决方案变得更加主流，这将在未来几年刺激更多的风险资本进入该领域。

在微电子领域，2018 年，全球投资于该领域的风投资金达到创纪录的 5.22亿美元。从旨在促进高带宽应用的无晶圆厂半导体阵列，到专门用于机器学习的处理器，以及电磁干扰屏蔽、电子纺织品，以应用为重点的微电子技术的多样性不断扩大是该领域的一个明确主题。特别是在近年来，开发一种超越硅的全新半导体材料正在成为创业公司的一项关键挑战和关注焦点。

在量子计算领域，自 2015 年以来，该领域风险投资活动的增长非常显著。在 2018 年完成 20 起投资后，这一趋势在2019 年得以持续。在过去几年中，获投资最多的是加拿大老牌创业公司 D-Wave Systems，累计融资达到 1.63 亿美元，而其他大多数公司都是在过去两年获得的融资。与过去两年相比，2019 年量子计算投资仍然保持了一个比较强劲的增长趋势。随着相关主要参与者的技术达到部署阶段，流入相关应用领域的资金将随之增加。

在人工智能和机器学习领域，近几年的投资活动一直保持着高速增长。在2018 年投资额达到峰值后，2019 年前三季度的投资额已经超过 2018 年全年。大量初创公司和成熟的企业都在开发人工智能和机器学习的定制应用。考虑到应用的动态性和经济性，交通、物流和医疗应用很可能将继续主导人工智能和机器学习的应用领域；与此同时，重复性任务和业务流程自动化等领域的人工智能应用也值得关注。

3D 打印领域的风险投资经历了2014-2015 年间的投资激增后，在过去两年中该领域风投数量有所下降，但 2018年重新趋于活跃。该领域融资最多的3D 打印公司 Carbon、Desktop Metal 和FormLabs 都在进入现有制造和供应链的最前沿，并着力开发更高效的新制造工艺。其中，Carbon 采用了一种将数码光投影与可编程液态树脂相结合的新工艺来生产零部件。目前该公司已经获得近 7 亿美元融资。3D 打印正在逐步拓展到消费和医疗产品等领域。

伴随着 3D 打印和新材料技术的发展，先进制造业正在将这两个领域的进步和创新统一起来。据 Grand View Research 预测，到 2025 年，全球智能制造市场规模将达到 3952 亿美元。更多纯粹以先进制造业为重点的创业公司正在获得风险资本的关注和资金支持。增材制造公司 Fast Radius 和工业外骨骼开发商 Suitx 是这些公司的典型代表。前者将3D 打印、金属打印、机械加工和外部生产合作伙伴统一起来按需提供零部件生产与服务，后者则为工人打造外骨骼。

机器人与无人机领域的风投活动持续增长。2019 年前三季度风险投资额已经超过 2018 年全年。机器人与无人机已经从其他领域的进步中获益。更强大的、聚焦特定应用的计算能力，加上硬件平台的快速迭代，推动了民用行业开始使用无人机，并有助于将机器人技术扩散到从芯片设计，到通用零件，再到燃料电池多个行业。机器人和无人机一开始就比其他硬科技更迅速地实现了在各行业的扩展应用。

过去几年，自动驾驶领域的投资数量和投资额都在快速增长。2018 年投资额近 65 亿美元，均创下新高。该领域内有 10 家公司都已经获得 10 亿美元或以上的融资。在吸引巨额资金方面，很难有哪个硬科技领域能够与自动驾驶汽车相比。几乎所有的自动驾驶汽车制造商都在推动该产业向可再生能源转变，而围绕自动驾驶汽车的更广泛的生态系统（如新颖的部件、实现真正自动驾驶所需的软件）正在开始形成。

2017 年以来，航天技术领域的投资活动一直强劲，投资总额已接近 50 亿美元。2019 年前三季度投资额超过 15 亿美元。随着下一波围绕支持空间技术基础设施的创新浪潮的展开，未来流入该领域的资金将持续增长。从细分市场看，火箭技术公司往往占据了最大的单笔融资；新型卫星技术创业公司正在受到越来越多的风险资本关注，也成为过去十年间空间技术投资激增的主要受益者。

清洁技术领域的投资不断增长，2017年以来该领域投资已接近40 亿美元。资本激增主要在三个领域：电动汽车生态系统（如电池创新）、太阳能及其他替代能源的技术进步和安装，以及全面的能源管理和储存。

2018 年，农业科技领域投资额达到9.05 亿美元，达到近年来新高。从替代蛋白质到农业机器人，从作物图像到杂交育种技术，各个细分领域都获得了前所未有的资本关注，并实现了快速发展。如Beyond Meat 已经成为全球第一家上市的人造肉公司；而在巨头林立的农业生物技术领域，Indigo Agriculture 等公司已获得数亿美元融资，并正在通过多种方式挑战农业生物技术的传统开发与运营模式。

生命科学吸引的资金量在硬科技各领域中遥遥领先。2018 年该领域投资额达到创纪录的 193 亿美元，2019 年也将是持续增长的一年。总体而言，生命科学仍然以药物和生物技术的开发为主。从过去两年的资金投入流向来看，主要的细分领域包括以肿瘤为重点的免疫疗法，基因组学和相关的治疗技术，而这些领域可能仍然是公司和投资者在未来持续关注的关键领域。

发达国家在投资哪些领域，对于我们自己来讲我们的钱应该投在什么地方？我们是不是应该更多投资于硬科技，是不是应该更多投资于硬科技的创新和创业，这是一个我们大家亟待关注的问题。

三、钱学森科技发展思想对硬科技发展的指导意义

中国要发展硬科技，西安要发展硬科技，怎么把硬科技发展得更好一点，我认为钱老的科技发展思想对我们有重大的启发意义。

钱老强调要探索创新，要服务于国家，而且钱老既是这方面的探索者，又是实践者。钱老的科技发展思想从总体上强调系统论，强调处理复杂问题时，一定要从整体上加以把握，统筹考虑各方面因素，以实现整体最优。钱老关注应用，他提出技术科学是改造世界的学问，应当在基础科学与工程技术之间架起桥梁。以往我们对基础科学、应用科学是不是足够重视呢？我们基础研究投入的比重低，应用科学研究投入的比重更低。这不符合钱老的科技发展思想。钱老强调科学技术的发展要讲究综合集成，特别强调发展要有科学精神。钱老强调要始终站在世界科技发展前沿来思考中国科技发展的重大问题，要跨学科、跨领域、跨层次地开展集成创新；特别强调科技创新最重要的是要服务于为人类创造幸福生活。钱老这样一些关于科技发展的重要思想，在我们以往的科技发展实践当中是不是得到了很好的贯彻，我想也是需要反思的。

在第四次产业革命中诸多研发和成果应用，都需要实践钱老的科学发展思想，只有这样，我们的事才能真正做得比现在更好一些。

发展硬科技要踏踏实实实践钱老的科技发展思想，基本宗旨就是要破除瓶颈技术，解决中国发展硬科技的难题。这是十分值得注意、需要强调的。在进一步发展硬科技的过程当中，钱老已经把路给我们探得很清楚了，我们不需要再去走弯路了，钱老怎么说我们就怎么做，事就能做好。好的思想，伟大的战略，需要我们去践行，否则就会坏事。

对于未来硬科技的发展，创新再创新、实践再实践应该是一个基本的立足点，充分领会钱老的科技发展思想，把他的思想搞明白，照着他的思想去做，推进我们具体的工作，我们的事就能做得越来越好，否则必然会走弯路。

四、以钱学森科技发展思想引导中国硬科技发展道路

钱老创建并主导发展的中国航天，由早先的研究院到后来的部委，再到现在的两大集团，本质上是一种基于科学的企业。改革开放以来，中国的创新，经过了1978年到1988 年学习引进国外东西，来弥补自己的短板；从1988 年到1998 年，我们基本上是在对从国外引进的东西的模仿和提升，1998 年到 2008 年，我们一方面通过集成组合来实现自主创新，另一方面对国外比较有价值的创新在中国情境下改进、放大，让它产生更好的价值；2008 年到 2018年我们自主迭代提升；2018 年之后，中国的技术创新进入到了探索式突破阶段，在这个阶段有一个很重要的特征——我们进入了无人区，进入无人区要把事做好就需要有基础研究和应用科学研究，我们的基础科学和应用科学研究对今天进行科学探索支撑是不够的。

基础研究和应用科学研究的支撑不够，又要把事情做好，怎么办呢？还是应向钱老学习，学习钱老发展航天科技工业的思想和经验，大力发展像中国航天那样的基于科学的企业。为什么叫基于科学的企业呢？因为它的创业团队多数来自大学或者研究机构的科学家，基于科学的企业发展的知识基础和一般企业发展的知识基础有很大的差别，一般的高新企业发展的知识基础是成熟的科学，通过成熟的科学去开发技术，对技术进行改良，推出一代一代的产品。而基于科学的企业每推出一代新产品都需要基础研究和应用科学研究的支撑，推动着“发展中的科学”的探索和技术实践，并在科学与技术之间搭建了无缝衔接的桥梁。

基于科学的企业的研发和转化机制，首先需要有利于创新创业的法人治理结构，有利于政府早期的支持和其专利技术在一定范围可以取得收益的转让。在研发阶段，一般需要科学家主导；在工程化阶段，往往是市场需求拉动的科学研究和技术开发，需要科学家的积极参与；在商业化阶段，需要通过进一步的科学研究推动发展，另外需要建立跨专业的合作团队，需要跟大学研究机构建立互利机制。

基于科学的企业的产品从研发到商业化的周期更长，不确定性高，失败风险大，创始科学家至关重要，需要具备多元能力。早期的资金投入靠外部，早期的人员靠内部，要与大学 / 院所紧密合作。以上这些基于科学的企业的研发与转化机制的特点，是我们未来在推动硬科技的发展中需要特别关注的。

五、以钱学森系统科学思想引导中国硬科技发展进程

要加快硬科技在中国的发展，需要从基础研究、应用研究、大科技装置建设、工程设计和商业开发系统集成四个方面综合发力。钱老作为杰出的科学家，给我们指明了很多方向和道路，我们要有“基础研究引领创新、科技创新引领发展”的思路，如果没有这样一个思路，我们的科技创新就可能成为无源之水，就可能很难持续。当前，中国的创新到了探索性突破阶段，一定要强调通过基础研究来引领科技创新，通过科技创新来引领我们的经济发展。

另一个问题也是需要我们关注的。中国作为一个发展中国家，要实现第四次工业革命有效推进和最终完成，面临着跟发达国家不同的、更多的问题，我们想把事情做得更好就要直面以下问题。一是需要关注在第四次产业革命当中给中国带来了哪些机遇。二是需要关注美国对中国由过去合作竞争转向竞争抑制这么一种实际情况。三是中国可能会遇到工业化中期所带来的一系列问题。四是发展硬科技，基础元器件、基础材料等短板必须尽快补齐。

第四次产业革命大约在2030年前后，会在发达国家，特别是美国、英国、日本、德国这样一些国家率先完成。中国作为第四次产业革命当中最为重要的推动力量之一，我们怎么争取跟这些国家同步实现第四次产业革命的完成，还有许多困难需要思考、需要解决。

要回答这样一些问题，要解决好这样一些事情，协同建设四个文明是必须的：科技文明、商业文明、社会文明和政治文明。没有商业文明，我们科技成果的使用价值就会大打折扣；没有社会文明，我们的科技创新生态系统就会发生问题；没有政治文明，我们的科技发展、科技应用就得不到政治上的保证。协同建设四个文明，既可为硬科技发展创造更好的生态环境，也将使我们在第四次产业革命中不输列强！一个国家要强盛需要全体人民共同努力，我们怎么把各个层面的人都聚集在共同的目标之下，需要思考的问题比较多，我们期待着中国未来更好的发展。