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在支撑中国工程科技2035发展战略研究的系统性方法中，技术路线图是重要的方法之一。
技术路线图是指特定技术的利益相关方共同制定该技术的发展目标，并确定该技术的实现路径、优先事项和时间框架，将发展的需求、任务、关键技术以及保障措施等关联起来并按照里程碑或时间节点分层展示，以实现对特定技术发展全方位认识的工具。从组织主体和应用范围角度来说，技术路线图分为企业技术路线图、产业技术路线图和国家技术路线图。企业、产业、国家技术路线图的分类也显示了技术路线图的发展历程。20世纪，技术路线图首先由企业主导编制，随后扩展到产业领域，并最终在国家层面得到了应用。
通常认为，技术路线图起始于20世纪70年代后期美国的汽车行业。当时，美国部分企业在内部编制技术路线图，用于技术和产品规划。摩托罗拉公司是当时成功运用技术路线图的典型代表之一，为推动技术路线图方法的普及应用和发展发挥了关键作用。但最近的研究表明，技术路线图的雏形在20世纪60年代初就在技术型组织中出现了。例如，美国国家航空航天局、波音公司、通用电气公司、洛克希德公司、美国空军、罗克韦尔国际公司、美国能源部等组织在工业工程管理活动中先后使用了路线图工具。作为技术和产品规划的管理工具，技术路线图为组织管理者在解决远期与近期、战略与战术、商业与技术等方面的平衡问题提供决策依据。
随着科技在经济发展中的作用日益凸显，国家间的科技竞争日趋激烈，很多国家开始开展产业技术路线图的研究，以明确本国产业发展的瓶颈，把握产业发展的机遇，提升本国产业的竞争力。例如，1992年，美国半导体工业协会组织完成了美国国家半导体技术路线图的制定；1998年，美国半导体工业协会联合欧洲、日本、韩国、中国台湾的半导体工业协会共同发布了《国际半导体技术发展路线图》；2006年，中国科学技术发展战略研究院发布了《中国半导体照明产业技术路线图研究报告》；2016年，中国汽车工程学会发布了《节能与新能源汽车技术路线图》；从2016年起，中国光伏行业协会与赛迪智库每年修订发布《中国光伏产业发展路线图》等。这一系列产业技术路线图为引导各国产业发展指明了方向。
为了抢占国际竞争的制高点，各国科技管理部门引入技术路线图方法，明确世界科学技术发展的方向和动态。例如，作为促进加拿大产业创新战略计划的一部分，自1995年起，加拿大原工业部（Industry Canada）启动了技术路线图编制计划，组织完成了一系列不同领域的技术路线图，包括航空航天、铝加工和产品、电力、林业、地质、木材和木制品、医疗成像和金属制造。自2000年以来，加拿大又开始编制其他领域的技术路线图，包括生物制药、智能建筑、海洋工程和光子学。加拿大工业部编制技术路线图的宗旨是帮助产业识别和开发在高度竞争的全球市场中取得成功所需的创新技术。2002年，韩国科技部发布了国家技术路线图，提出了未来10年韩国科技发展的5个情景构想和13个发展方向，以及实现这些构想所需的49个战略产品和需要开发的99项关键技术，并在国家层面制订了研发计划。日本经济产业省于2000年开始研制国家技术路线图，日本新能源产业技术综合开发机构（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）和产业技术综合研究所（National Institute of Advanced Industrial Science and Technology，AIST）组织25个产业领域的专家绘制战略性技术路线图，并于2005年首次发布，之后每年修订更新，为在国家层面制定科技发展规划奠定基础。
在中国，2007年，科技部首次开展了国家技术路线图研究，提出了未来10～15年中国科技发展的30项战略任务、优先发展的90项国家关键技术及286个技术发展重点，并对各项技术的重要性、研发基础、技术差距和实现时间等进行了综合分析，以时间序列系统地描述了各项战略任务的技术路线图，推进了国家中长期科学和技术发展规划纲要的实施。2007年，中国科学院组织开展了能源、人口健康、农业、先进材料等18个重要领域面向2050年的科技发展战略路线图研究，提出了以科技创新为支撑的8大经济社会基础和战略体系，归纳了22项制约中国未来发展的关键科学技术问题，形成了《创新2050：科学技术与中国的未来》系列报告。从2009年开始，中国工程院与国家自然科学基金委员会共同组织开展中国工程科技中长期发展战略研究，动员院士和专家面向未来20年国家经济社会发展需求，在有重要影响的工程科技领域开展战略研究。2016—2019年度共组织开展了机器人、增材制造等72项（跨）领域战略研究，明确了相应领域的技术路线图，全面提升了中国工程科技水平和核心竞争力。
2015年，中国工程院围绕“制造强国战略”确定的新一代信息通信技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械10大重点领域未来10年的发展趋势、发展重点和目标等进行了研究，提出了10大重点领域23个优先发展的方向和路径，汇编成《重点领域技术路线图（2015年版）》，对指导市场主体开展创新活动，引导社会资本和资源向制造业汇集发挥了重要作用。该技术路线图根据市场和技术的变化情况每两年滚动修订一次。2018年，新版技术路线图发布，该技术路线图在2015年版本的基础上根据23个方向的具体情况，补充了关键材料和关键专用制造装备等内容，进一步提高了指导的科学性、前瞻性、战略性，增强了指导的时效性和参考价值。
与其他起源于学术界的管理方法不同，技术路线图是一种“应用实践”领先于“理论发展”的管理方法。因此，技术路线图没有明确的定义，其使用方式灵活多变，可以扩展到多个应用场景，如企业产品设计、技术研发、行业发展研究、国家战略规划等。
技术路线图的重要特征在于按照“需求/目标/路径/保障-时间”的二维框架，结构化、可视化展示影响技术发展的各种因素之间的关系，规划技术未来发展图景，促进利益相关者更好地达成共识。技术路线图的通用框架如图1-3所示。
图1-3 技术路线图的通用框架
从图1-3可以看出，在面向未来的技术发展路径规划中，首先需要对特定研究对象开展需求分析，了解用户、市场或国家对产品、技术或产业的具体要求，即回答“为什么”要开发该产品、“为什么”要研发该技术或“为什么”要发展该产业。其次，围绕需求确定发展目标，到未来不同时间节点将分别达到什么状态，即回答“做什么”。最后，围绕发展目标，确定实施路径，以及为实现目标需要投入的资源和保障措施，即回答“怎么做”。通过实施“为什么—做什么—怎么做”的全流程分析，明确未来技术发展的愿景和路径，达到促进利益相关者交流、增进各方共识、促进产业技术发展的目的。
技术路线图需要各利益相关方共同讨论达成共识，因此，技术路线图的制定过程比最终得出的技术路线图更重要。正如前文提到，技术路线图的形式灵活多样，因此其制定方法也多种多样，适用于不同应用场景的技术路线图绘制工具也五花八门。
在企业层面，美国摩托罗拉公司是正规化制定和应用技术路线图的典范。20世纪70年代末，摩托罗拉公司为鼓励企业管理者适当地关注技术发展趋势，提供了一个预测未来技术的工具——技术路线图，包括新兴技术路线图和产品技术路线图两种类型。新兴技术路线图是由一个小型委员会针对特定技术集体讨论后而制定的，客观评价本公司在该技术方面的水平、竞争对手的水平、该技术的发展趋势等；产品技术路线图通过一套文件完整地描述公司产品的发展脉络和内外环境，将产品的计划、质量、技术路线矩阵、专利组合等方面逐一分析并汇总。
制定技术路线图通常需要动员大量的人力物力。规模较大企业的资源整合和组织能力是中小企业难以企及的。针对中小企业的特点和需求，2001年，英国剑桥大学制造研究所技术管理中心（The Center for Technology Management within the Institute for Manufacturing at Cambridge University）开发了一种使用最少资源快速绘制技术路线图的方法“Technology plan”（简称T-plan），这种方法把大企业制定技术路线图的复杂流程标准化和规范化。该组织为制作技术路线图提供分步实施指南和案例模板，以及配套的专业培训课程和咨询服务，应用对象包括从中小企业到跨国公司各种规模的组织。T-plan方法的流程包括组织4次研讨会，由来自管理、技术、客户服务等各部门的人员共同参与，分别分析市场环境和业务驱动因素；识别产品特征、功能和属性；确定技术解决方案；根据研讨结果汇总和绘制技术路线图初稿。这样的研讨过程有利于促进整个组织的沟通对话，有利于各部门对组织未来发展图景达成共识，并采取目标一致的行动。
国际半导体技术路线图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）是产业层面技术路线图的典型代表。
自20世纪90年代开始，美国半导体行业协会组织制定国家半导体技术路线图（National Technology Roadmap for Semiconductors，NTRS）的工作，并分别于1992年、1994年和1997年发布了3次NTRS。1998年，美国半导体行业协会联合欧洲半导体工业协会、日本电子信息技术行业协会、韩国半导体行业协会、中国台湾半导体行业协会开展国际半导体技术路线图研究，在1999—2015年，每两年发布一次完整版本，并在偶数年份发布更新版本。
ITRS采用国际技术工作组（International Technology Working Group，ITWG）评估分析、会议研讨、论坛交流的研究方式促进各界达成共识。来自工业界（芯片制造商、设备供应商、材料供应商、软件供应商等）和学术界（大学、科研机构）的专家按照技术主题被分成不同的技术工作组。各个工作组深入讨论交流，共同识别行业未来15年的关键技术挑战，评估未来的技术需求，提出可能的解决方案以及实现时间的规划，编制本技术主题的技术路线图。技术工作组分为两类，焦点工作组（Focus ITWG）和横向工作组（Crosscut ITWG），前者按照集成电路产品生产链的环节划分，包括设计、工艺、测试和封装；后者代表重要的支持活动，在多个关键节点上与产品生产链有交叉。随着行业的发展，技术主题日益复杂，国际技术工作组的数量也在变化，由2001的12个发展到2013年的17个。2015年，技术工作组重组为7个焦点小组（Focus Team），有些焦点小组包含多个工作组（见表1-1）。
表1-1 2001—2015年国际半导体行业技术路线图技术工作组的组成
ITRS是由每个ITWG编制的技术路线图组成的一套技术路线图报告，每个分报告以图表的形式展示本领域主要技术指标在未来15年不同时间节点的发展目标。ITRS通过广泛调动全球半导体行业的专家和资源，促成各方对行业发展达成共识，为全球半导体行业的发展提供指南，引导行业参与者调整研发投资决策，促进利益相关者合作应对行业的技术挑战。
在国家层面，通常由各国的国家科技管理部门主导制定国家技术路线图。
韩国国家技术路线图是在2002年由韩国科技部组织实施的，共成立了74个技术路线图小组来制定关键技术的技术路线图，每个小组由10名左右来自产业界、学术界的技术专家组成，共有751名专家参与了技术路线图的制定。此外，韩国还发布特定领域的技术路线图，如国家纳米技术路线图、氢经济技术路线图等。
日本经产省和新能源与产业技术开发组织（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）自2005年开始制定面向未来20年的技术战略图，每年滚动修订，先后发布了6个版本的技术战略图。日本的技术战略图包括主报告、产业应用指南、科研路线图，以及旨在提高公众认知的情景描绘等一整套产业技术创新战略管理解决方案。日本技术战略图的绘制是由NEDO领导下的工作小组通过头脑风暴或专题研讨等方式来开展的，例如，《技术战略图2010》共吸纳了“官、产、学、研”各界874名专家参与编制。来自政府、科研机构、大学、企业的专家密切合作，就各领域未来发展的图景以及技术的发展水平和能力，充分交流意见，逐步形成共识。
在我国，中国科学院开展的“创新2050路线图”也是基于专家研讨的方式开展的。2007年，中国科学院组织了300多位战略科技专家、管理专家和文献专家等通过集中讨论交流、专题研讨、研究组层面的交流研讨、相关研究组之间交流研讨、吸纳国内外专家的意见等方式，围绕中国从当前到2050年能源、水资源、矿产资源、海洋等18个重要领域开展了科技发展路线图战略研究，描绘了18个领域的需求、目标、任务、途径，重点刻画核心科学问题和关键技术问题。
可见，虽然技术路线图的制定方法随着制定主体的变化而变化，但万变不离其宗，技术路线图制定的关键核心元素是“专家”，前瞻性识别和评估技术的“起点—路线—终点”需要依靠具有相关技术知识和经验的专家，不同制定方法的区别在于专家组织方式的不同或专家参与程度的不同。
在工程科技领域面向2035年的技术预见研究中，iSS设计了相应的技术路线图框架，如图1-4所示。在该框架中，首先需要确定工程科技发展的需求和目标，然后明确为实现目标需要部署的基础研究、关键技术、重大工程等重点任务，最后提出保障重点任务实现的政策、资金和人才等措施。
iSS支撑技术路线图绘制的作用体现在“辅助专家决策”，即通过大数据分析，为专家决策提供更全面的信息参考；通过智能化的人机交互，提高专家决策的工作效率。iSS支撑技术路线图绘制的作用机制如图1-5所示。
为了避免单维数据带来的偏差，iSS建立了包括论文、专利、基金、报告等数据在内的多源数据库，并集成了中国经济网（简称中经网）统计数据库、国研网统计数据库，以及世界银行等组织发布的产业、经济、政策数据。基于多源数据，iSS引入了基于新一代人工智能方法的大数据挖掘技术对上述多源数据进行挖掘。例如，利用路径分析、主题河流图、交叉学科新兴技术识别等工具，分析技术的演化趋势。
图1-4 面向2035年的工程科技领域技术路线图框架
图1-5 iSS支撑技术路线图绘制的作用机制
在上述多源数据与分析工具的基础上，研究人员首先完成全面数据检索、聚类与分析，扫描技术领域发展态势和趋势，明确本领域技术发展的需求和目标；领域专家在数据分析结果的基础上，通过专家研讨与德尔菲法问卷调查等形式开展多轮关键技术清单遴选。然后，将数据分析结果与专家研讨形成的结果开展多轮交互，促进各方形成一致的意见。最终，所有分析结果集成在iSS中，完成技术路线图的绘制。
iSS按照标准化的流程支持专家更全面、系统地把握本领域技术发展态势，降低由于专家领域背景不同带来的偏好性，并保证领域技术颗粒度的一致性。2017年，iSS首次在中国工程科技2035发展战略研究的2016年度项目中得到应用，并继续在2017—2019年度“中长期”领域研究项目中发挥了支撑作用。iSS的应用，为展望未来20年我国工程科技的发展方向和重点任务、制定各领域技术路线图提供丰富翔实的数据支撑，切实提高了工程科技领域咨询研究的系统性、全面性和规范性。
当前，iSS基于数据支持的技术路线图绘制方法与流程尚处于探索和应用的初级阶段，在数据挖掘方面对专家研判领域技术现状，从技术驱动角度获得关键技术提供了有效支撑。iSS将继续探索数据分析流程模式、人工智能应用模式、专家数据交互方式，以期为中国的工程科技发展战略研究和技术路线图绘制提供更好的支撑。
经过3年的应用，iSS取得了较好的成绩，已经能够基本满足工程科技领域技术预见研究的数据及其挖掘分析需求，能有效支撑专家扫描当前技术状态、研判未来技术发展趋势。未来，iSS将继续拓展多源异构数据分析模型、机器学习技术应用场景、专家数据交互手段、智能辅助决策工具，并向高校、科研院所、科技智库、企业及社会公众完全开放，以期在开放中不断进步，不断为中国工程科技事业的发展提供更好的咨询支撑。
组 长：周 济 钟志华
成 员：周 源 延建林 郑文江 穆智蕊 刘宇飞 邓万民 袁新娜
执笔人：穆智蕊 郑文江 刘宇飞