黃寧燕,孫玉明
(1.中國科學技術信息研究所,北京 100038;2.科學技術部,北京 100862)
成立于1949年的弗勞恩霍夫應用研究促進協會(以下簡稱弗勞恩霍夫協會)是德國也是歐洲最大的應用科學研究機構,以德國科學家、發明家和企業家弗勞恩霍夫的名字命名。約瑟夫·弗勞恩霍夫是近代德國產學研的代表,以他的名字命名的弗勞恩霍夫光譜奠定了現代望遠鏡的基礎。他將研究成果轉化成產品開辦了光學儀器工廠,將實驗得來的知識馬上用于生產,生產發展又對繼續研究提出新的要求,科學研究和實際應用緊密結合從而取得了巨大成功,成為現代應用研究的締造者。
弗勞恩霍夫協會目前下設69個應用型研究所及獨立研究機構,分布于德國的40個地區,擁有24500多名優秀的科研人員和工程師,2015年度業務收入達21億歐元,其中19億歐元來自科研合同。在科研合同收入中超過70%來自企業合同和由政府資助的研究項目。不到30%是由德國聯邦教育與科研部和各州政府以9:1比例贊助的機構資金,主要用于前瞻性研發工作,確保其科研水平處于領先地位。弗勞恩霍夫協會在全世界聞名遐邇,因為其在應用開發領域表現不俗、廣受贊譽,為德國國家創新體系提供了強大的創新驅動力。
MP3是弗勞恩霍夫協會最著名和最成功的技術創新成果之一,其對于弗勞恩霍夫協會的影響是非常巨大的,迄今MP3專利仍是給弗勞恩霍夫協會帶來收益最多的專利。2011年弗勞恩霍夫協會的許可證收入達到創紀錄的1.25億歐元,2012年開始下降,原因主要是因為MP3技術將于2016年起變成公共技術。弗勞恩霍夫協會于2007年創建了“弗勞恩霍夫基金”,主體是利用MP3許可證收入中的“非常收益”建設弗勞恩霍夫協會新的“專利集群”。
MP3音頻壓縮的創新發明不但是弗勞恩霍夫協會前瞻性研發工作的典型成果范例,更是弗勞恩霍夫協會研究機制有效推動基礎研究理論創新變為現實技術以及廣泛商業應用的代表,非常值得深入研究和探析。目前國內對弗朗恩霍夫協會的運行機制、模式等的論述不少,但是具體案例剖析還不多,這不得不說是一個研究缺憾。本文基礎案例材料來源于MP3技術發明者——卡爾海因茨·勃蘭登堡親身感受角度的闡述[1],系統梳理了MP3從基礎理論研究到技術發明再到商業化的全過程,重點呈現了德國弗勞恩霍夫協會如何作為一個公共研究機構推動技術創新的完整過程,從弗勞恩霍夫協會的組織管理機制以及協同創新角度深入剖析了MP3創新過程。我們希望通過本案例的分析與討論,能引發對弗勞恩霍夫以及德國技術創新和技術轉移模式更多和更深入的研究。
卡爾海因茨·勃蘭登堡(Karlheinz Brandenburg)被譽為MP3之父,是MP3從基礎研究到市場推廣的全程參與者與關鍵專利技術貢獻人。
作為世界上最早開展音頻壓縮研究的研究者之一,勃蘭登堡開始該領域研究的起因來源于其博士論文研究的挑戰。1977年,德國埃爾朗根大學教授Dieter Seitzer(后來成為1985年成立的埃爾朗根弗勞恩霍夫集成電路研究所所長,1998年被授予Karl-Beckurts獎——德國應用研究最高成就獎)提出通過一根標準電話線傳輸音樂的大膽想法,但卻得不到研究的啟動資金,于是想方設法召集了一批對此感興趣的技術人員,勃蘭登堡就是他當年所招的學生之一。1982年,Dieter教授提交了一項關于使用ISDN數字電話線來傳輸音樂的專利申請,但被專利審查官認為是“無法實現的方案”而拒絕,因此,他安排勃蘭登堡來研究解決這個問題。基于自身努力以及弗勞恩霍夫研究所良好的創新機制,勃蘭登堡在1989年畢業博士論文中所設計的數字音頻編碼、壓縮以及感知測試技術框架成為后來MPEG-1 Layer 3 (MP3)格式、AAC和其他音頻壓縮模式的理論基礎。在勃蘭登堡從事論文研究期間,1987年弗勞恩霍夫集成電路研究所承擔了尤里卡項目EU147數字音頻傳播(DAB)。1988年,國際標準組織(ISO)成立了專門研發音頻編碼標準的國際團隊——動態圖像專家組(MPEG),在動態圖像組下面設有音頻組。1989年,弗勞恩霍夫獲得了一項音頻編碼的德國專利授權。
勃蘭登堡博士畢業后赴美國貝爾實驗室進行了一年博士后研究工作,于1990年返回德國埃爾朗根大學任教,并加入弗勞恩霍夫集成電路研究所,組建了數字音頻傳輸研發小組,繼續研究音頻編碼。他的研究小組成為國際MPEG研究團隊音頻組的主要參與方之一,當時研發小組設計了不同模式的音頻壓縮方案(稱為第一層、第二層、第三層,等等)。其中第三層是最復雜并能夠以低比特率提供高清音質的模式,因此音頻研發在第三層遇到了最難克服的阻礙:一是運算速度上的障礙,雖然做實驗時已經使用了當時世界上運算速度最快的計算機,但對約1分鐘的音樂進行數字解碼還要花上10小時;二是壓縮技術上的挑戰,既要大幅削減音頻文件的長度,還要找到保證聲音不會因壓縮而變形的最佳壓縮方式。不同種類的音樂被壓縮后,會顯示出不同的音樂品質損失。此時,弗勞恩霍夫協會促進合同研究的機制發揮了很大作用。勃蘭登堡的數字音頻傳輸研發小組與AT&T貝爾實驗室、湯姆遜等企業組成合作研發團隊,研究不同的心理聲學模型和數據編碼方式,修復編碼系統,完善聲音,經過不懈努力,最終在1992年開發出用于壓縮音頻編碼的頻域最優編碼算法。從算法到標準的轉化還需要進一步的開發過程。1992年,音頻編碼算法被集成到MPEG-1,并于1993年發布MPEG-1標準;1994年開發出MPEG-2,并于1995年發布MPEG-2標準。弗勞恩霍夫開發組在1995年7月14日選定擴展名.mp3(以前擴展名是.bit),并正式公布MP3標準。同年,ISO將MP3列為一系列音頻編碼方式的一種。至此,MP3最終實現了從理論到實際技術標準的轉化。
盡管從技術上已成為現實,MP3距離市場還有產品開發和商業模式建立等很長的路要走。MP3音頻編碼技術能夠大幅削減音頻文件的長度,并能保證聲音不會因壓縮而變形,受到業界認可。由于當時的硬盤都相對較小,MP3技術應用對于在計算機上存儲音樂來說確實是非常實用。然而,MP3技術尋找用戶的市場推廣過程并不太順利。俄亥俄州克利夫蘭市的Telos Systems公司第一個使用MP3編碼方式將聲音通過ISDN從線下錄制現場傳輸到錄音棚,成為首批使用該技術的客戶。可是,MP3在市場上并沒有因此流行起來,主要原因是MP3編碼系統過于復雜,成本太高,難以投入大規模實際應用。
MP3標準公布后很多公司到弗勞恩霍夫研究所希望購買該技術專利,但弗勞恩霍夫協會和勃蘭登堡本人都不打算出售此項技術,而是更希望按照自己預想的模式進行商業化。這一商業模式的原理是:編碼工具(由大公司使用)——非常昂貴,而解碼工具(將使用MPEG音頻第三層編碼過程制作的編碼數字文件還原成人們可以聽到的音頻)——非常便宜。1994年7月弗勞恩霍夫協會發布了第一個MP3編碼器產品,稱為l3enc,如果同時使用第一款實時軟件MP3播放器Winplay3,人們就可以在自己的個人電腦上編碼和回放MP3文件了。從1995年上半年開始,MP3在互聯網上開始逐步發展起來。1996年底Fraunhofer IIS在美國獲得MP3的專利,并在1998年對外收取MP3的專利使用費。Nullsoft公司于1997年發布了一款更好用的播放器Winamp,MP3因播放器產品的迅速發展而越來越流行。
然而,人們還是覺得MP3編碼器太貴了。1997年,一名澳大利亞學生破解了MP3編碼軟件,這樣就破壞了既定的商業模式,這令相關技術持有者異常惱火。因為從知識產權保護角度而言,專利技術被劫持、改造對于持有人是不能容忍的,雖然使用者確實因此獲得了益處。然而不管怎樣,昂貴編碼器搭配廉價解碼器的商業模式走到了盡頭。于是,各商業研發團隊都開始轉向研發盡可能削減編碼器成本的技術。
1998年,弗勞恩霍夫集成電路研究所在編碼技術開發上取得突破。1999—2000年,互聯網歷史上最火的客戶端軟件Napster出現了。人們不再需要為一張唱片而花上20美元,而只需鼠標輕輕一點就大功告成了。因此從1999年初開始,MP3格式在互聯網上更為廣泛地流行起來,出現了很多免費提供MP3的音樂網站。同時,MP3隨身聽也像洪水般涌進市場。然而,MP3技術帶來的便利卻在傳統唱片界引發軒然大波,引起激烈論辯甚至許多知識產權官司,并引發全世界范圍內對知識產權、著作權、技術、理念以及產品的盜用、管控和免費傳播等一些概念的爭鳴與論戰,這場戰役花了好幾年時間才了結。然而,MP3的出現是革命性的,后來幾乎所有的唱片商都開始適應發展推出了付費MP3下載。不可否認,便利性成為市場的選擇。
盡管自MP3音頻壓縮技術問世后又出現了VQF、WMA等挑戰者,但由于MP3產品在市場上牢固的根基,使MP3格式成為事實上的國際音頻標準。促成MP3最終成為全世界最主流音頻格式的因素很多,但其中最重要的一個因素則是MP3與Winamp、Napster等軟件包產品的開發獲得了相互促進發展,這些程序使得普通用戶很容易播放、制作、共享和收集MP3文件。持續的研究、開發、技術和產品創新共同導致了MP3技術商業化的新模式,并開創了一個新行業,即造就了無數生產MP3播放器或軟件的公司,以及每天銷售無數MP3格式音樂的亞馬遜、iTunes或eMusic等商業平臺[2]。
弗勞恩霍夫協會的應用研究分為兩大類:一類是面向產業界現實需求,圍繞企業發展中所遇到的技術難題,提供技術和產品研發服務;另一類則是依托協會自身強大的研發實力,面向未來產業所開展的導向性研究。MP3技術發明即是第二類創新研究的典型案例。MP3從基礎研究到技術發明,再到產品開發以及商業化過程,每一步都是機制與努力和機遇相結合的產物。當時參與國際音頻編碼MPEG研究開發的機構很多,而弗勞恩霍夫協會卻最終成為MP3專利技術最大的貢獻者和受益者,這與其獨特的創新運行機制不無相關。正如勃蘭登堡所言:MP3的“開發過程并不輕松,成果也并非理所當然。”
表1詳細梳理和分析了MP3從理論發現、技術發明到產品商業化的創新過程,從中可以看到大學、研究機構以及企業是如何自然地進行協同創新合作的。我們似乎從中并沒有看到從基礎科研到產品轉化的“死亡之谷”等創新阻礙,通過“弗勞恩霍夫模式”的機制安排,大學—研究機構—企業順理成章地進入了一個資源得到有效配置的協同創新鏈條,在整個創新過程中每一方都各有貢獻,并各居所得。

表1 MP3創新過程對應弗勞恩霍夫創新機制分析
(1)擁有明確的使命。作為應用型科學研究機構,弗勞恩霍夫協會從成立伊始就擁有明確的使命,即與產業部門和公共部門的客戶密切合作開展具有實用性的研究[3],這使弗勞恩霍夫協會的研究與產業部門的需求密切相關。因此,像音頻編碼這樣的研究項目很容易得到產業部門的參與和支持。
在管理方面,弗勞恩霍夫協會享有高度的自主管理權。政府對于選擇怎樣的研究項目不做任何干涉。在選舉弗勞恩霍夫協會主席方面政府擁有一定權限,但低于其他由國家資助的研究所。不論是協會的董事會、管理委員會還是其下屬研究所的顧問委員會,都擁有來自產業部門和學術界的成員。
在預算方面,政府只提供弗勞恩霍夫協會研發項目預算總額的三分之一作為基礎資金,其余三分之二的資金必須來自產業部門、政府競爭性補助金或者歐盟等其他來源,這是對研究所進行績效評估遵循的一條非常嚴格的標準。協會將各研究所承擔工業部門的合同經費比例作為匹配事業費的依據,吸引更多外部資金的研究所會獲得更多基礎資金。
(2)有效承擔連接大學與企業的中間主體的角色。企業、大學和非營利科研機構是德國科技創新的三大支柱。與德國其他三大骨干科研機構(亥姆霍茲聯合會、馬普學會、萊布尼茨科學聯合會)不同的是,弗勞恩霍夫協會在德國實際上扮演著連接大學與企業的中間主體的角色[4]。弗勞恩霍夫研究所的一個突出特點是,大部分研究所都設立于全國各地的大學之中。弗勞恩霍夫大部分研究所都是在大學已有研究團隊基礎上成立的,與大學有著天然的淵源。如弗勞恩霍夫集成電路研究所是1985年在埃爾朗根大學原有的兩個微電子研究團隊的基礎上建立的,現在已經成為弗勞恩霍夫最大的研究所,擁有900多名員工,分布在德國10座城市,有13個辦公地點。此外,擔任弗勞恩霍夫研究所所長以及主要負責人的人通常都是合作大學中的全職教席教授(Lehrstuhl)。如勃蘭登堡目前既擔任弗勞恩霍夫數字媒體技術研究所所長,同時也是德國伊爾梅瑙工業大學教授;其導師Dieter Seitzer最初是埃爾朗根大學教授,后來同時擔任弗勞恩霍夫集成電路研究所所長。也有一些負責人來自產業部門,但一般在擔任弗勞恩霍夫研發機構負責人后就可能會被任命為大學教授。這樣的設置對研究機構有兩個優點:一是便于科技人員直接參與大學的教學活動,尤其是碩士、博士等高層次人才的培養(在德國只有大學具有學位培養和授予權),從而有利于科研人員的知識更新和后備力量選拔;二是通過研究所與大學的直接合作可充分利用其科研資源,降低研發項目的成本。
開展合同研究是弗勞恩霍夫研究所與產業部門之間最重要最“正規”的互動模式。合同研究確保了弗勞恩霍夫的研究與產業部門的需求密切相關,而大學則通過弗勞恩霍夫研究所與企業很容易地建立起有效的互動:其學生無論是在本科還是碩士或者博士階段都有機會作為研究助理參與到弗勞恩霍夫研究所的研發活動中,個人興趣加上團隊與環境的支持將有效激發其在科研領域的研究創新。如學生期間的勃蘭登堡喜歡數學、聲學、電子學,1980年他在埃爾朗根大學獲得工程師學位,1982年獲得數學碩士學位,1982—1989年期間攻讀博士,設在埃爾朗根大學的弗勞恩霍夫集成電路研究所給予他充分的機會參與到各種各樣的研發活動中,包括該所1987年開始承擔的歐盟尤里卡研究項目EU-147以及與企業的研發合作等,與各類專家豐富的研究合作經歷激發他在博士論文研究期間創立了MP3研究框架,并且奠定了他之后領導數字音頻傳輸研發小組與企業合作開展MP3技術研發的基礎。
弗勞恩霍夫還有一種相對“不正規”的互動模式則是其研究人員向產業部門的流動,而這種流動是刻意促成的。因為60%的弗勞恩霍夫協會研究人員都只簽訂3~5年固定期限的工作合同,隨后他們當中的絕大部分必須到產業部門中求職。據統計,弗勞恩霍夫協會的人員流動率每年達到20%左右,為德國企業輸送了大量專業人才。到產業部門工作后的研究人員(被稱為alumni)往往都會與弗勞恩霍夫保持聯系,并將他們當前任職企業的合作項目帶回到弗勞恩霍夫各研究所。
(3)團隊合作成為創新的土壤。MP3的突破性研發工作完成于1990—1992年,即勃蘭登堡正式加入弗勞恩霍夫研究所并創建數字音頻傳輸研發小組后的兩年間。勃蘭登堡的基礎性和關鍵性貢獻是獲得公認的,但研發小組每個人在MP3開發過程中都功不可沒,各有所長,包括Ernst Eberlein、Heinz Gerh?user (集成電路研究所前所長)、Bernhard Grill、Jürgen Herre 和 Harald Popp等,MP3的成功更多來自弗勞恩霍夫研究團隊的精誠合作[2]。弗勞恩霍夫集成電路研究所網站關于MP3發展史的一句話高度概括了其團隊創新經驗——MP3是團隊多年合作和努力的成果,數不清的人和研究組織支持了弗勞恩霍夫集成電路研究所的MP3研究開發團隊。
(4) 鼓勵創新政策。從研究到技術發明再到商業化其實還有很長的路程要走,不論是弗勞恩霍夫協會的管理委員會還是其下屬研究所的顧問委員會都擁有來自產業部門的代表。弗勞恩霍夫協會與企業密切的聯系和鼓勵創新的政策,是研發技術走向商業應用的關鍵步驟。正是因為弗勞恩霍夫研究所與產業界“與生俱來”建立的密切聯系以及弗勞恩霍夫協會的創新鼓勵政策,才使得集成電路研究所很容易與AT&T貝爾實驗室以及湯姆遜等企業密切合作,組成國際合作開發團隊,使得MP3很快從基礎研究理論變為技術發明(從1988年到1992年產學研組成的研發團隊在一起走過了四年的時間),進而很快進入到從技術到產品的商業化通道,這個過程是一個技術轉移加技術開發的雙重過程。
(5)有效的專利保護體系。在技術開發過程中,專利保護對于創新活動的持續進行非常重要。專利技術保護持續支持了弗勞恩霍夫的技術創新活動,每年協會都會產生大量具有應用前景的專利。2014年協會獲得專利563項,2015年獲得專利506項[3],平均每年每個工作日產生專利都在 2~3件。強大的技術儲備、在提供解決方案上的強大實力以及與企業密切的聯系是弗勞恩霍夫專利產生的溫暖土壤。
弗勞恩霍夫研究所面向產業界之所以主要采取“合同科研”的合作方式,源于該方式非常利于界定研發機構與企業間的權利與義務。弗勞恩霍夫協會通常選擇以下一些方式來進行知識產權的商業化操作:①合同制研究;②對外發放許可證;③利用IP獲得新項目;④衍生公司。但在進行合同談判時,弗勞恩霍夫協會一般會保留對其IP資產的控制權,為此常常不惜冒著降低單個合同營利能力的風險。對于執行合同科研期間產生的科研成果,弗勞恩霍夫會進行專利申報保護,同時對客戶授予獨家或者排他性許可權,或者規定具體應用范圍的使用期限許可等。如MP3涉及的諸多專利既給技術的主要研發者弗勞恩霍夫持續帶來經濟收益,同時也使許多參與研發的機構和企業獲得了相應利益。由于有效的專利策略,弗勞恩霍夫協會通常都是合作中知識產權收益的大贏家。弗勞恩霍夫協會的每一項新研究都增加了協會的無形資產,而這些“背景IP”又使弗勞恩霍夫協會進一步成為企業界更有吸引力的合作伙伴[5]。
(6)支持研發直至商業化階段。弗勞恩霍夫協會與一般研究機構不同,其對面向產業界的研發力求從技術到產品最后直至商業化階段。如在MP3從技術到產品研發過程順利完成后,接下來商業模式變成了影響創新成功的關鍵步驟。商業模式的選擇和建立與用戶及市場的需求密切相關。弗勞恩霍夫協會與其合作企業開始設計的商業模式維護了知識產權利益,然而卻并不被用戶市場所接受,最終導致MP3技術在商業化路程上一波三折。商業模式的建立必定是一個需要跟產品創新一起不斷調整的過程,最后形成的技術產品及商業模式則是商家與市場博弈、利益與便利性折中的結果。如果沒有協會一以貫之的政策支持,MP3在通往商業化的道路上可能早就夭折了。
我們從MP3案例中并沒有看到從科學研究到技術產品開發和商業化的過程中印有明顯技術轉移的標記,然而大學和科研機構的公共研究成果卻在公私伙伴關系的合作研發過程中自然而順理成章地被轉移到企業。科學研究從一開始就是面向應用進行的,而通過弗勞恩霍夫的運作機制研究成果非常自然順暢地從公共研究機構走到了企業共同參與的技術和產品開發階段,“死亡之谷”對于弗勞恩霍夫的運作機制而言似乎并不存在。
從弗勞恩霍夫的運行機制,我們看到了一種制度安排下的協同創新典范。協同創新的關鍵是形成以大學、企業、研究機構為核心要素,以政府、金融機構、中介組織、創新平臺、非營利性組織等為輔助要素的多元主體協同互動的網絡創新模式[6]。從MP3案例中我們發現,弗勞恩霍夫的運行機制似乎正是搭建了一個有效實施協同創新的平臺:由于弗勞恩霍夫研究所承擔著連接大學與企業中間主體的角色,通過與大學緊密合作以及與產業部門的“合同科研”,技術創新各參與主體協同互動,資源獲得有效配置與整合。
我們看到,相對于傳統的線性和鏈式創新模式,弗勞恩霍夫的創新呈現出非線性、多角色和開放性的協同創新特征。在弗勞恩霍夫模式中,大學—研究機構—企業的差異化與異質性產生了利益需求互補,推動成為穩定的資源共享者與創新合作者。一方面,企業享有弗勞恩霍夫研究所雄厚的研發成果積累,而且獲取到研究所和大學高水平科研隊伍的服務,使其節省了大量自身開發新產品的成本,并可快速進入到新的技術領域。另一方面,弗勞恩霍夫的運行機制創造了一個人才流動的通道。由于大部分研究所設在大學中,保障了弗勞恩霍夫協會自身源源不斷的人才供給;大學從與弗勞恩霍夫的緊密合作中獲得了面向客戶的教育培訓場所和實踐平臺,推進了學生培養和大學研究的實用性,推動其不斷探索新的研究領域,產生更多學術成果,同時還可獲得企業對大學研究和教育的經濟支持。由于弗勞恩霍夫研究所經常要求人員常駐企業內部開發項目,因此與其合作大學的研究生在畢業時往往已經擁有了熟練的技術專長,并具備了開拓市場的全方位技能以及廣泛的商業關系網。以上促成了一個同時面向知識創新和技術創新的無縫連接的人才流動和共享機制,非常自然地保障了創新人才的培養和轉移。在這種機制下,弗勞恩霍夫與企業、大學在技術和資源整合上達成了信息互惠共享、目標共同設定、績效系統匹配以及行動最優同步等協同性,從而產生了系統疊加的非線性成效,實際上這正是協同創新對資源要素進行配置的特征。弗勞恩霍夫機制突破了創新主體間的壁壘,實際上早就達到了協同創新1+1+1>3的非線性效果。
弗勞恩霍夫協會代表了德國產學研一體化的創新思路,從科學研究到技術產品開發和商業化,弗朗恩霍夫協會擁有一套可以達成有效資源配置和整合的協同創新機制,這是MP3案例給我們的啟示。在德國創新生態鏈中弗勞恩霍夫協會一直是重要一環,使德國工業在國際市場上長期得以保持較強的創新能力。2006年,德國發布《德國高科技戰略》報告,從國家層面提出從科研到創新直至最終占領市場的一體化戰略,以有效實現科研成果與市場需求的結合,這其實可以看作德國在弗朗恩霍夫模式多年成功運作基礎上提出來的國家戰略。
影響技術創新過程的因素有很多,如技術選擇路徑、風險投資、市場機遇等。技術創新的復雜性并非一個模式就能夠解決所有相關問題,但是毫無疑問,符合協同創新特征的弗勞恩霍夫模式非常值得我國在推進國家創新系統建設和協同創新過程中深入借鑒。弗勞恩霍夫協會從創立之始經過了好多年探索和各方磨合才逐步形成了其獨特運行模式,該模式有其形成的歷史淵源、體制保障機制以及運行積淀等。因此弗勞恩霍夫模式絕對不可照搬照抄,任何國家在學習過程中必須根據本國體制特征進行適應性改造。對于如何借鑒弗勞恩霍夫模式我們提出以下初步性建議:第一,將我國大學和科研機構兩大體系的協同提升到國家層面;第二,面向企業需求,建立協同創新有效合作平臺,推動大學、科研機構和企業三方務實合作;第三,推動研究生培養模式轉變,探索協同創新培養人才機制。