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重大科研仪器研发的现状与困境

关键词:重大仪器



2018-12-05 来源:李侠科学网博客 点击


重大科研仪器研发的现状与困境

1、李侠 2、缪秋民 3、吕慧云

(1、2、3上海交通大学科学史与科学文化研究院上海 200240 )

  摘要:重大科研仪器研发项目施行近20年,取得了一些成绩,但在实践中也发现存在一些普遍性问题,导致项目执行效果不理想,如半截子项目与钓鱼工程等,造成这些问题的主要原因包括:组织困境、管理困境与评审困境。研究建议:自由申请类项目可以采用“牵头人+合作单位”模式,让项目牵头人承担连带责任;部门推荐制项目则要坚决改变原有的组织结构模式,采用国家集中管理模式。

  关键词:重大仪器;组织困境;管理困境;评审困境

  中图分类号:G311 文献标识码:A

  在党和国家把创新驱动发展战略定为国策的当下,整个社会的发展引擎已经开始转向以科技知识为表征的创新驱动(推与拉的混合型,即push and pull),任何创新都是基于知识的创新,没有知识的高效产出就没有创新涌现的可能,这已成世界范围内的共识。而知识的产出是严格受条件约束的行为,大体可以把知识生产链条分解为:(经费+人才+环境)*工具(仪器等)=科技知识。在其他变量等同的情况下,有什么样的工具水平,就有什么样的知识产出水平。最近10年国家在科研经费(R&D)的投入,引进人才以及科研环境的营造上已经投入大量精力,取得了举世瞩目的显著成就。但是,原创性高端科研成果的产出仍然严重不足,发展瓶颈已经从隐性向显性转化,那就是加速知识生产的工具环节已成制约我国科技发展的瓶颈因素,因此,解决重大关键科研仪器问题就是推动科技与创新进入新台阶的一个关键举措。而且对于重大科研仪器的研发,不仅仅可以解决当下知识生产中面临的工具性问题,而且仪器研发本身就是一种具有高度创新性的行为,并且蕴含巨大商机。长期来看,重大仪器研发可以带来三方面的进步:首先,降低知识生产的成本,加快知识生产与更新的脚步;其次,通过仪器研发带动相关产业、技术的发展;第三,通过仪器研发可以培育相关领域的人才。基于这种现实考量,我国在1998年起相关部门就开始有计划地加大重大科研仪器的研发,时至今日,已经运行近20年的时间,期间取得不少成绩,但是存在的问题也愈发凸显,导致项目实际运行效果并不理想。基于此,本文力图梳理两个问题:其一,近20年重大科研仪器研发的现状与存在的问题;其二,现有项目组织架构下重大仪器研发中存在的困境与解决策略。

一、我国重大科研仪器研发的现状与存在的问题

  我国自1997年起相关部委就科技发展的现状,开始有计划地考虑设立重大科研仪器研发项目,以其改变科技发展面临的短板问题,并于1998年正式启动,至今已经20年。这里所谓的重大仪器设备是指:“在重大民生需求、社会经济发展以及科技创新方面有重要作用,需要投入更多研发方法、研发技术以及部件,投资成本较大,具有较高经济价值的科学仪器设备。在研发过程中主要具有以下特征:首先,对集成创新比较重视;其次,软硬件的共同开发。”【1】这也意味着重大科研仪器的研发涉及多学科的协同攻关,并且通过软硬件的建设与开发为未来的市场化提供准备。对于这些要求,我们的准备普遍不足。

  根据最新一期C&EN杂志(2016年4月)公布的 2015年度全球仪器公司排名前25名的分布中,可以清晰看到,美国占有10席,其中前四名全部是美国公司,日本有6席,居全球第二位,紧随其后的德国,占有3席,其次,瑞士3席,英国2席,荷兰1席。排名第一的赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)2014年的销售额高达42.4亿美元,排名第二的丹纳赫(Danaher)的销售收入约为24亿美元。据学者研究:“2012年赛默飞世尔亚太区收入占公司总收入17%,中国区收入逾7亿美元,中国首次跃居为赛默飞世尔全球第二大市场。同样,沃特世(Waters)的中国区域也在2012年跃升为全球第二大市场。由此,可以看出中国仪器和应用市场发展的强劲情况。”【2】从这组数据中,我们大体上可以看到中国现在是世界科技仪器生产商的主要销售对象和进口国,虽然目前无法查到我国每年用于科研仪器采购的准确数据,但一个相关的信息可以佐证这种情况:“国家科技基础条件平台中心副主任吕先志说,近年来我国每年购买国外科研仪器设备的投入至少在400亿元以上,由于缺乏信息沟通,有些设备重复购置,有的利用率很低,而资源共享是解决这一问题的捷径。”【3】学者王大洲等人通过实证研究指出:“(1991-2010年)购置和研制比例有一定变化。“八五”、“九五”期间,仪器研制比例分别为3.0%和2.7%,但“十五”期间研制比例下降到2.3%,这与自2004 年来大型科学仪器设备购置的快速增加有关。“十一五”期间研制比例出现微弱提高,较“十五”上升了0.1 %。”【4】换言之,十一五期间在重大仪器来源中,有95.9%是采购的,仅有2.4%是研制的,这种情况已经很能说明我们在重大科研仪器的研制方面所面临的紧迫形势。客观地说,我国在高端科研仪器研发方面起步较晚,虽然这些年的大力推进取得一些进步,但总体落后的局面并没有得到根本性的改变。如果我们把影响重大仪器开发的原因分为内外两部分,那么来自外部的原因主要有以下几条:“根据我们进行的问卷调查,最关键的三个制约因素是‘国内加工能力无法支持仪器创新’、‘绩效评价机制不鼓励仪器的创新研制’、‘缺乏实现创新的高水平的技术人才’,被调查者认为其重要和最重要的应答率分别为68.9%、56.5%、45.8%。”【5】其中第二条的绩效评估机制所带来的制约因素,可以看作是影响研发的组织内部因素。因此,重大仪器研发效果不理想,除了研究基础比较薄弱外,最主要的内部因素就是项目设置的组织架构模式存在严重缺陷,“牵头人+合作单位”模式仍是小科学时代的组织模式,无法适应大科学时代的高度集成式创新的要求,正是这些内外制约因素的互动,最终导致研发的预期目标出现严重打折现象。我们在本文主要关注来自组织内部的因素对研发的影响。在讨论重大仪器研发项目的运行困境之前,我们需要对过去近20年的投入情况做一个简单的回顾,由此,可以直观地反映出重大仪器研发中所呈现出的“投入——产出”、“质量——进度——成本”诸多目标之间存在的问题。

图1:国家自然科学基金重大科研仪器研发项目(自由申请)总投入(根据相关数据整理)

  从图1可以清晰看出,自1998年以来,国家在重大科研仪器研发上的投入总体上呈现出增长的趋势,但是在1998-2010年之间的增长幅度非常缓慢,多有政策性试探意味,直到2010年以后投入和支持的数量都曾现快速增加的态势。从1998年的总投入400万元,立项5项重大仪器研发项目,到2016年总投入5.5亿元,立项85项,投入增长了138倍,立项数量增长了17倍,总体而言,增长幅度还是很大的。2010年显然已成科技发展拐点,其背后的深层原因还有待挖掘,当年中国GDP增长率为10.6%,已从2007年顶点(14.2%)一路开始下滑,当年R&D投入占GDP的1.76%,此后R&D的占比逐年上升,可以明显感觉到决策层希望通过科技来保障GDP增长的目的。总之,这个上升曲线总体上反映了我国科技事业正处于快速发展阶段,决策层对于科技的认识与期待在实质性的提升,科研仪器问题显然已经成为阻碍科技快速发展的显性瓶颈因素之一,这个时候加大仪器研发就是整体推动中国科技上新台阶的重要举措。

图2:国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目(自由申请)平均知足额度(根据相关数据整理)

  图2显示近20年来重大仪器资助额度从最初的80万元/项,上升到2016年的647万元/项,即便扣除物价因素,资助强度也在加大。自然科学基金委和科技部等部门对申报金额在1000万元以下的重大仪器项目采取自由申请模式,自2011起,对于1000万元~1亿元之间的项目采取部门推荐制。这种区分,可以看做是管理部门对于特大型科研仪器研制项目增加一道筛选与监督的门槛。但是一旦中标后,在运行流程上与自由申请类项目之间并没有质的差别。下面整理出2011-2016年间,部门推荐类重大科研仪器的相关数据:

图3:国家自然科学基金委重大仪器研制项目(部门推荐)总投入(根据相关数据整理)

  图3显示,六年间采用部门推荐制的重大科研仪器研制项目一共立项45项,总投入35亿元。自2012年以后,立项数量逐渐减少,2016年仅立项4项。这个变化趋势预示着此类项目的管理方式或许有变。

图4:国家自然科学基金委重大仪器研制项目(部门推荐)平均资助额度(根据相关数据整理)

  图4显示,这些超级项目的资助额度都非常巨大,平均每项7778万元,2014年更是达到平均每项资助1亿元。

  综合上述图表,我们看到在过去的19年间,自由申请类重大仪器研发项目共立项622项,总投入22.47亿元,平均每项资助额度为361万元。部门推荐类重大仪器研发项目6年间共计立项45项,总投入35亿元,平均每项资助额度7778万元。部门推荐类项目每个的资助额度相当于21个自由申请类重大仪器项目。现在,我们想知道,国家为此投入了接近58亿元,总计667项的重大科研仪器项目到底有多少变成了现实?很遗憾,我们无从找到这些相关项目后期成果的信息。不难猜测这些项目的产出率并不是很理想。

重大仪器研发项目运行到现在暴露出哪些问题呢?检视这些巨型项目的组织架构模式大体是这样的:“牵头单位+合作单位”模式,尽管这个组合模式拥有很大的弹性,可以涵盖产、学、研与政多重力量,看起来研究团队很齐全,但是,由于产、学、研、政之间在理念与偏好上存在巨大的差异,这些差异一旦无法统一并达成充分共识,那么,所谓产学研政强强联合的操作在实际运作中就必定出现能力打折现象。由于这些项目都是临时组建的团队,其联系是松散的。众所周知,科研仪器是一种高科技产品,它受益于各种前沿技术最新成果的运用,但由于团队间松散组织模式,各个子系统处于平行状态,相互之间调动资源存在很大的局限性,再加上没有强有力的监督、协调机制,导致各个部分在组织的结合度与“质量——进度——成本”的目标安排上都无法达到最优。

  很多学者从宏观层面撰文强调重大科研仪器研发中的过程管理的重要性,观点没有错,只是这个过程在实际操作中的可行性存在严重问题,如于海婵认为:“大型仪器研制项目的管理模式可划分为行政/管理和科研/技术两条线。行政/管理系统包括项目主管部门和项目承担单位的行政领导及管理人员,在项目实施过程中承担重大决策、组织协调,资源配备,策划执行,过程监督和服务保障等工作。”【6】我们不妨就这个过程管理结构回到实践层面检验一下,看看是否可行。据我们的统计,19年来自由申请类重大仪器研发项目平均资助额度为361万元/项,只有2014、2015、2016年每项平均资助额度达到600~700万元之间。通常一个研究团队包含4~5个合作子课题组,这也就意味着每个子课题的经费额度在72~140万元之间,试想,这个规模是否有行政主管部门或者领导愿意实质性的介入管理,真实情况是,这些行政主管部门大多是虚设的,起不到实际监管作用,具体运作还是由项目牵头人来组织,同样在这个体量中设置专门的财务人员、质量监督员以及知识产权管理人员等也几乎都是不可能的,项目本身无力支撑这些人员的费用支出。因此,对于自由申请类项目在实际运作中真正肩负管理职责的就是项目牵头人与合作单位的子课题负责人。相反,对于部门委托类重大科研仪器研发项目,由于每项平均资助额度都在7778万元/项,他们有能力支付这些人员费用,并设立相应的管理机构,如项目综合办公室、项目指挥部等。但是,他们采用的运行模式仍然是“牵头人+合作单位”模式,导致本该拥有的行政/管理的执行力被多个平行单位分解与稀释,换言之,管理的垂直度不够,而且这些超级项目的整合复杂度也远远超出了个人能力范围与管理幅度。从这个意义上说,重大仪器研发中面临的问题主要集中在项目的组织架构与管理问题的本质特性上。

二、重大科研仪器研发中的组织与管理困境

  为了更加清晰地揭示出目前组织框架下重大科研仪器研发中面临的组织与管理困境,我们把这些困境划分为内部管理困境与外部管理困境。对于内部管理困境来说,我们需要把仪器研发的常规路线图揭示出来,然后就能清晰发现问题产生在哪里,以及相应的解决策略。正常的研发路线图应该是这样的:基础理论——技术原理——技术能力——多种能力整合——重大仪器样机——中试——规模化量产,在这七个环节中与仪器研发直接相关的环节就是前面5项,即“基础理论——技术原理——技术能力——多种能力整合——重大仪器样机”,后两项与仪器的市场开发有关。

  为了实现仪器研发的路线图,我们可以把这个链条梳理出一个标准的组织模板:某单位潜在项目牵头人A拥有一个很不错的想法(主要体现在基础理论的先进性与技术原理的可行性),然后寻找合适的技术合作单位B(对项目的技术原理与技术能力的实现提供支撑,也是未来的主要子课题负责任人)支撑项目的可行性,并构建基本技术框架与技术路线图。在此基础上,项目牵头人A召集一批相关领域的知名专家C联合申报(B未来是核心子课题承担者,也是众多合作单位中的一元)。在这个组织架构下,一旦申报成功,A按计划把具体研发任务分解为各合作单位的子任务,然后分头行动。

  在这个重大仪器开发的组织模板里,存在着如下无法避免的组织困境:1、“牵头人+合作单位”模式的强制性管理力度欠缺。牵头人与各合作团队负责人之间不存在直接的隶属关系,而且在学术声望上非常接近,无法在组织架构上形成明显的声望梯度差,这就为整个研发项目中的管理权威的树立留下困难,导致管理的指令性强度不够。由于团队合作的组织模式,使各团队之间处于扁平状态,从而导致任务的推进在各团队内部处于随意状态,造成在子系统内人员、资金与时间的投入上无法得到有效保证,这也是重大仪器研发项目表现欠佳的深层原因所在。这种困境缘于当下申报机制内在的悖论:没有豪华团队,在评审中不容易中标;有了豪华团队,易中标但不出活。由于豪华团队的各路学术诸侯,大多项目堆积,无暇全力以赴投入研发。对于政府管理者而言,有豪华团队背书感觉放心,即便未来不出活或者项目失败,遭受到谴责与社会压力时也会大部分转移到豪华团队的负责人身上;如果团队不豪华,即便肯干活也不放心,如果项目一旦失败,管理者要承担项目团队失察的部分责任。这种管理者与研究者的内在偏好差异,决定了基于团队声望支持项目的游戏规则符合各方利益最大化的原则。然而,这种内在组织悖论却是以牺牲项目的成功性为代价的。根据系统论的观点,一个好的合作系统在产出上要达到系统能力大于部分之和,然而现实却是团队之间的机械式组合模式,让团队之间处于松散的联系状态,结果导致系统能力等于或小于部分之和。豪华团队对组织管理而言带来的最大问题是拉平了系统间的声望梯度差。通过对科学史的考察,我们曾提出一个命题:重大基础理论问题的解决适合采取扁平式的松散组织模式来推动,而重大技术问题的解决适合采取垂直式的组织来完成。前者要求的条件是自由,后者要求的条件却是强制力的有效传递。  

  2、最大的内部管理困境在于子项目之间的技术整合的匹配度很难协调。由于重大仪器研发的一个最大特点就是集成度比较高,涉及声、光、电、理、化、生等多学科的协同攻关。任何一个部分要做到最好都需要大量投入,由于各个团队也在追求自身利益的最大化,那么在收入确定的情况下,投入成本最小则是收益最大的,这种可能性制约了各子系统的投入最优化动机。在时间节点处,各个合作单位(子项目)要把自己的研发部分整合起来,由于各个部分在监督弱化的情况下,以及投入的有限性,导致任务的实际完成进度与完成质量与预期存在巨大差异,进而整合后的样机功能无法达到目标要求。这种问题处理起来异常困难,即便问题排查出来,项目牵头人要求各相关合作单位进行整改、返修与调适所遇到的难题,由于结题时间与经费的硬性约束,整改效果并不是很理想。再加上,当初申报时为了增加中标的可能性,把各项指标定得过高,这一切都导致整合而成的样机无法达到预期目标,至于后面的中试与规模化量产更是遥遥无期。因此,在团队内部的组织困境与管理困境的双重限制下,已造成仪器研发领域出现大量“烂尾项目”,或者“钓鱼项目”,这几乎是当下重大仪器研发专项的通病。

  3、仪器研发中的外部管理困境主要包括如下几个方面,如知识产权管理的制约和后期应用开发不足。知识产权的管理制约导致了各个子项目之间出于保护的目的对知识产品的使用心存芥蒂,难以共享,削弱了项目的整合度与创新性,进一步使得研发成果难以转化和推广,导致前期投入的资源出现沉没效应(同类项目未来很难再获得资助),这已成常态。试问我们在过去20年间立项的接近700项重大仪器研发项目,有多少形成了批量化生产,并被社会所认可,又有多少成功替代了国外进口?所有这些数据都很难查找,相信成功的几率还是比较小的,否则,早就被媒体披露并广为人知了。之所以造成这种局面,还与另外一种常见的外部管理困境有关,即风险管理的困境,按照学者吴家喜等人的观点,重大仪器研发中的风险管理困境主要指:“风险管理能力不足。目前重大科学仪器设备研发项目实施中缺乏足够的风险防范意识,也缺乏相应的风险管理计划,往往对项目实施中的不确定性因素估计不足,可能造成项目实施的目标难以实现,甚至可能导致项目失败,造成巨大的资源浪费。”【7】风险管理原本就是非常复杂的事情,对于未来不确定性因素的研判也是需要专业人士进行深入研究的。在社会分工如此细化以及专业化的时代,这些事情往往不是一个项目的牵头人与合作者所能够直接掌控的。由于对未来的不确定性因素的研判没有一个固定的标准,在实践中项目牵头人往往都是凭借个人经验与直觉做出判断,根本谈不上科学性与针对性。这种情况也是导致重大仪器研发项目经常遭到失败的重要原因之一。

三、重大科研仪器研发中的验收困境

  重大科研仪器研发项目的验收作为项目质量把关的最关键环节,在实际的运行中往往没有起到应有的作用,这也是我国实施重大仪器研发项目20年取得重大成果寥寥的原因所在。对此,根据我们近年来对于项目验收实际状况的考察,发现在项目验收中存在一个普遍性的问题,可以称作项目验收困境。所谓项目验收困境是指:验收者在面对一个既成事实时所遭遇到的价值观判断与世俗规则之间的矛盾冲突:要么坚持个人的价值观果断放弃世俗规则;要么坚持世俗规则,变相放弃个人价值观。无论选择哪种模式作为个人评判标准,对于评审者而言都面临巨大的道德与现实的成本-收益考量。造成这种情况的原因在于两种标准所追求的形而上目标是存在巨大差异的。价值标准追求真善美的客观原则;而世俗规则追求的是个人收益最大化,一切基于利己主义的计算考量。对于科技界不用拔高,也不用贬低,它就是社会的一个子系统,科技界里的从业者同样受这些因素的影响。尤其是在成果质量验收方面,评审人无论选择哪种模式都是矛盾的,为了避免这种矛盾,验收者通常采用一种折中模式,即半价值观原则+半世俗规则模式,这种兼顾模式一定程度上缓解了评审者的道德困惑,但却是以牺牲项目评价的完全客观性为代价的。这也就是我国的项目评审结论千奇百怪、五花八门的深层原因所在,诸如填补国内空白之类的说法,对此哪个人又会去较真呢?结果评审者与被评审者达成一种微妙的共谋关系,牺牲的却是国家的利益。试问这些年又有哪项重大仪器项目没有通过验收评审?

  为了探讨评审困境的成因,不妨从行为者的社会与心理层面深入挖掘一下。为什么评审者在评审中愿意放弃价值原则,而采取世俗原则的半推半就或者干脆放水呢?这里涉及到两个认知判断:首先,在权力本位的社会,权力资本相对于其他资本(如经济资本、学术资本等)具有最高的兑换率,这就意味着评审者个体面对来自管理者与被评审者的双重压力;其次,项目团队的组织架构在被评审中具有消解评审压力的功能,换言之,豪华团队的光环效应对评审者产生实实在在的心理压力,一次否定性评判有可能遭到对方未来惩罚性的报复;第三,基于成本收益的考量,当下评审的收益与未来可能的损失不对称,因此,做出否定性评判结果得不偿失。还存在一种隐约的担忧,面对一项不完全达标的项目,如果完全否定了,管理者与社会都接受不了,与其彻底否定,还不如既让其通过,又让其整改,至于改与不改和评审的关系就不大了。基于上述分析,可知,在目前的评审架构下,半推半就与放水是符合多方利益的,损失的是国家。这也间接证明了为何我国的科研项目评审质量不高的深层原因之所在。

  为了避免这种评审困境,目前一个热门的解决方案是采取第三方评估策略,希望以其中立客观的位置,来提高项目的评审质量。从理论上说,第三方评估从制度设置上最大限度上隔离了评审者与被评审者之间的利益冲突,现在的问题是,由于科技界的范围是极其狭小的,再加上能够中标重大仪器研发项目的被评审人都是本领域内的知名专家学者,因此,对于评审者来说,被评审人是透明的,那么如何避免被评审人与评审人之间的利益交换呢?因此,对于第三方评估可能出现的越轨行为,可以采用评估结果的社会公开化,扩大约束人群的规模,这样来自社会的评价力量会遏制第三方的越轨动机以及约束被评审人的行为选择,如果一旦出现越轨行为并被发现,将会遭到来自社会的信任危机,以及连带的信誉与职业生涯危机。

  目前还有一个被热议的补救性评估阶段,即项目的后评估。根据我们的考察,这种后评估理论上很有意义,在实践中意义有限。之所以得出如此暗淡的结论,是因为在项目通过验收结项后。项目预留的尾款以及各项目组的余款都不多了,对于项目本身无法做出大的改进,而且由于重大仪器研发项目是由一个组合团队完成的,一旦项目结项后,临时组建的合作团队也就自动宣布解散,此时即使项目牵头人想做大的改进,也无法有效地召集研发人员来攻关,除非这个项目具有巨大的市场潜力,有后续资助介入,否则,后评估仅具有理论意义。更何况对于项目牵头人来说,通过中标项目能够获得的个人荣誉基本获得,项目本身已经变为鸡肋,除非这个项目有巨大商业前景,否则,大多数重大仪器研发项目就成为烂尾项目。

  在整个项目生命周期中,真正具有强制力的评审是财务评审,因为财务评审背后是有国家法律法规在支撑的,如果不符合这些规矩很有可能触犯法律。但是,由于任何重大研究项目都无法事先预料到所有可能的研究变化,因此,项目预算的变更应该是很正常的事情,但是项目实际进展的变化与几乎不变的项目预算之间也存在评审矛盾,虽然近年来一直有来自国家层面的松绑声音,但在实际运行中仍然是按照老规矩执行。相信现实中很多重大项目都遭遇到有钱无法花的困境,这也制约了重大仪器的研发进展。

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