技术创新与标准化协同耦合对我国家电业国际竞争力的影响——基于BP神经网络的实证研究

陶忠元　薛　晨

(江苏大学，镇江　212013)

技术创新与标准化协同耦合对我国家电业国际竞争力的影响——基于BP神经网络的实证研究

陶忠元薛晨

(江苏大学，镇江212013)

〔摘要〕当今世界迈入了创新密集和标准主导竞争的时代，技术创新与技术标准化的协同耦合成为决定一国产业或产品国际竞争力的关键性因素。本文基于技术创新与标准化协同耦合关系影响国际竞争力的机理分析及中国家电业技术创新与标准化的协同耦合度计算，以BP神经网络为分析方法，构造技术创新、标准化及其协同耦合度与我国家电业国际竞争力间关系模拟模型。实证结果显示，技术创新与标准化间的协同耦合度对提升国际市场占有率、显性比较优势、贸易竞争优势指数的影响最为明显，充分表明二者间的协同耦合水平是影响我国家电业国际竞争力的重要因素。

〔关键词〕技术创新标准化协同耦合国际竞争力BP神经网络

引言

自20世纪80年代以来，我国家电业抓住全球产业转移浪潮中跨国公司竞相对华投资及其技术溢出的发展契机，国际竞争能力逐步增强，成为全球最为主要的家电生产和出口基地。伴随着当今国际竞争焦点由传统要素禀赋转向更为前端的技术与标准，技术创新与标准化构成了现代贸易竞争优势的主要动力和源泉，加强技术创新和标准化的协同是促进我国家电业走向创造、引领发展，不断提升国际竞争力的重要路径。

综观已有的相关成果，国际竞争力的研究方法主要有指标分析法和计量建模分析法两大类，其中指标分析法通常围绕国际市场占有率、显性比较优势、贸易竞争优势指数等指标的测度而展开，计量建模分析法则大多基于国际竞争力的影响因素筛选和回归分析方法进行检验和评价。BP神经网络是由大量处理单元广泛互联而成的网络，从人脑的生理结构出发来模拟人脑信息处理的功能[1]，鉴于其强大的非线性映射能力，更能系统诠释研究对象间的网络关系，本文拟采用BP神经网络就技术创新与标准化之间的协同耦合对我国家电业国际竞争力的影响进行尝试性研究，以期对本领域研究作出有益的补充和扩展。

1　技术创新与标准化协同耦合影响国际竞争力的理论分析

随着国际竞争焦点的不断前移以及全球经济发展方式的深刻变革，技术创新与标准化日益成为现代国际竞争力的核心内容和关键要素，二者间的协同耦合关系及其程度对于一国增强或重获产业和贸易竞争优势显得尤为重要。

1.1技术创新与标准化的协同耦合关系

(1)当一项技术创新成果以新产品为载体逐渐被市场接受，且技术趋于稳定固化并开启规模化生产时，则该项技术成果就会被纳入标准化行动。而且，随着后续技术创新活动的深入和技术知识存量的累积，可引入标准范畴的技术内容也逐渐丰富，为标准化范围的扩展、内涵的深化和层级的提升提供了有力支撑。同时，对于技术研发活动较为活跃的创新型企业而言，为了能使技术创新成果最大程度地产生经济效益和社会效应，促进市场竞争地位和主导能力的提升，也会致力于更高层次的目标与要求来审视并开展标准化工作，从而也有助于标准化进程的加快与水平的跃升。实践充分表明，那些技术创新能力领先、动力强劲的龙头企业往往扮演着技术创新活动引领者的角色，并且由其主导了行业、国家乃至国际新标准的诞生或已有标准的升级。

(2)标准一经确立和推广，内含的技术和知识信息就会在各类市场主体间产生快速和广泛的传递，就此而论，标准化可以有效地阻止技术规范的失控以及关键因素的偏离，引致技术创新示范效应的产生，能为后续的技术创新活动指明方向、明确路径和奠定基础，从而可将技术演变与发展的进程纳入更加富有效率的轨道，并能降低技术创新的决策成本，减少技术之间摩擦所带来的资源消耗和社会效益的损失[2]，也有助于缓解技术创新的风险压力，提升技术创新的信心。此外，标准化还具有促进技术创新成果产业化以及降低交易成本和搜索成本、加快规模经济形成[3]等积极效应，由此也可以进一步激发和增强企业的技术创新意识与动能。

1.2技术创新与标准化协同耦合影响国际竞争力的机理

技术创新对提升产业国际竞争力的作用路径主要表现为两个方面：(1)通过将创新技术成果注入产品加工制造过程，提高生产要素的边际生产率和产出水平，获取成本与价格的领先优势。(2)通过将创新技术成果应用于新一代产品开发或对原有产品设计、工艺、流程加以改进等，加快产品升级和质量提升，带动产品和产业结构优化，并从中获得差异化竞争优势[4]。

标准化则主要通过规范市场制度、降低交易成本、促进规模经济实现来影响产业国际竞争力。(1)标准通过对产品或服务的功能、水平、期限、效率和安全性等相关技术指标设计并作出相应的赋值约束来确立市场准入调节机制，规范市场交易秩序。(2)标准能为产业内各企业的生产经营活动提供明确的目标定位和行为参照系，增强供应链各环节之间的衔接，降低企业内部以及企业之间的交易成本。(3)标准可适当降低产品的复杂多样性，促使产品产出更容易达到适度规模临界量，从而取得规模经济效应[5]。

技术创新与标准的耦合嵌套不仅可以促进技术耦合型标准的形成，提升标准的国际竞争能力，同时也能增强技术创新活动与标准化行为之间的互动共进，协同驱动产业国际竞争力的成长，并在轮番往复之中形成加速效应(如图1所示)。

图1　技术创新、标准化及其协同耦合对国际竞争力的影响机理

2　我国家电业技术创新与标准化协同耦合关系评价

2.1技术创新与标准化协同耦合评价指标体系的构建

影响技术创新与标准化的因素有很多，若想系统全面地描述二者之间的协同耦合能力，需要从多个层次、多个角度去设计评价指标体系。经对国内外相关研究的梳理与归纳，并遵循评价指标相对完备和科学简练反应的基本要求，本文将技术创新系统分解为技术创新投入、技术创新条件和技术创新产出3个子系统，用Xi(i=1，2，3)表示，并分别采用研发经费、新产品开发经费、对外合作项目，研发人员、研发机构、名牌产品或驰名商标数，专利申请数、新产品销售收入3类指标对其进行评价[6]，用Xij(j=1，2，3)表示；而对于标准化系统，则将其分解为标准化投入、标准化国际进程和标准化产出3个子系统，用Yi(i=1，2，3)表示，并分别采用标准化管理经费、标准化人员收入、标准化机构运行投入、标准化科技投入，标准化国际合作投入、引用国际标准比率，新颁布标准数量3类指标加以评价[8]，用Yij(j=1，2，3，4)表示(详见表1)。

表1　技术创新与标准化协同耦合度评价指标体系

2.2技术创新与标准化协同耦合度的计算

2.2.1数据归一化

为了统一单位，便于计算和比较，可以采用归一化的方法将数据映射到0～1范围之内处理。通过对2004～2013年我国技术创新系统8个二级指标值及标准化系统7个二级指标值进行归一化处理，得到归一化数值(见表2、表3)。

表2　技术创新系统反应指标的归一化值

续　　表

数据来源：作者根据2005～2014年《中国科技统计年鉴》计算得到。

表3　标准化系统反应指标的归一化值

数据来源：作者根据2005～2014年国家质量监督检验总局的决算报告计算得到。

2.2.2评价权重的确定

通过将技术创新系统项下3个子系统与标准化系统项下3个子系统中所有指标的归一化值与其所占权重的乘积相加，可以得到各个子系统中所有指标对该子系统的总贡献度，所以在得到上述指标的归一化值之后，就需要确定各个指标的权重。本研究采用AHP分析法，邀请了8位从事技术创新、技术标准化领域研究的高校专家学者确定权重Wij。W1j表示技术创新子系统指标的权重，j=1，2，3，4，5，6，7，8；W2j表示标准化子系统指标的权重，j=1，2，3，4，5，6，7。它们分别是W11=0.047；W12=0.011；W13=0.007；W14=0.02；W15=0.006；W16=0.003；W17=0.048；W18=0.191；W21=0.024；W22=0.013；W23=0.008；W24=0.069；W25=0.009；W26=0.043；W27=0.5。在此基础上，计算子系统i中的所有指标对该子系统的总贡献。

2.2.3协同耦合度计算

若耦合系统由m个子系统组成，则耦合系统的协同耦合度为：

(1)

公式(1)中分子是技术创新系统项与标准化系统总贡献Ui的乘积，分母则为两系统总贡献Ui和的乘积，然后进行m次开方[9]。通过该数学运算，计算出2004～2013年技术创新与标准化的协同耦合度(详见表4)。

表4　技术创新——标准化系统协同耦合度

续　　表

数据来源：通过协同耦合度计算公式所得。

据学术界公认的协同耦合度判别区间划分，当0≤C≤0.4，说明协同耦合强度很弱；当0.4

3　技术创新与标准化协同耦合对家电业国际竞争力影响的实证分析

3.1BP神经网络结构的确定

本文模型的输入层神经元个数由影响我国家电业国际竞争力的技术创新系统及标准化系统因子个数及二者间协同耦合度确定，即由研发经费、新产品开发经费、对外合作项目、研发人员数、研发机构数、驰名商标数、当年受理专利申请、新产品销售收入、标准化管理经费、标准化人员年收入、标准化机构运行投入、标准化科技条件投入、标准化国际进程合作投入、当年发布标准中引用国际标准的比率、当年新颁布标准量及技术创新与标准化间协同耦合度构成。该模型的输出目标是我国家电业国际竞争力指标，即国际市场占有率、贸易专业化指数及显示性比较优势指数。即该模型输入层神经元个数为16，输出层神经元个数为3。经过若干次输入数据训练，发现本模型隐含层神经元个数为14时，网络训练误差最小，因此最终确定隐含层神经元个数为14。

综上所述，通过BP神经网络分析方法的引用，可以模拟出技术创新、标准化及二者协同耦合度对我国家电业国际竞争力影响的网络结构(如图2所示)。

图2　影响我国家电业国际竞争力的BP神经网络结构

3.2技术创新、标准化与我国家电业国际竞争力关系模拟

在上文得到技术创新与标准化系统间协同耦合度原始值的基础上，一方面，通过对《中国科技统计年鉴》、国家质量监督检验检疫总局收支结算表的梳理，得到技术创新系统及标准化系统15项指标的原始数据；另一方面，通过查询WTO进出口统计数据得到国际市场占有率、贸易专业化指数及显示性比较优势指数的原始数据；最后，为了便于计算，对它们进行归一化处理，可以得到16项输入层指标与3项输出层指标的归一后数据(见表2、表3、表5)。

表5　归一化后的协同耦合度及国际竞争力指标

数据来源：作者根据WTO数据库中我国家电产品进出口值、世界家电产品进出口值计算。

为得到高精度的预测网络，需对神经网络进行学习训练。经多次模拟发现，当学习次数为200时，误差仅为0.00442，满足误差值小于0.1的精度要求。经对BP神经网络进行模拟计算，获得我国家电业国际竞争力评价指标拟合偏差值(见表6)。

从表6的计算结果可看出，体现我国家电业国际竞争力的三项指标的输出拟合值的偏差均控制在±0.1之内，符合模型的精度要求，可以将所建立的模型运用到技术创新系统、标准化系统及二者间协同耦合度变化对我国家电业国际竞争力的影响分析之中。

表6　我国家电业国际竞争力评价指标拟合偏差

数据来源：通过Matlab进行网络训练所得。

3.3技术创新与标准化协同耦合对我国家电业国际竞争力的影响

在建立了技术创新、标准化及二者间协同耦合度变化与我国家电业国际竞争力关系模拟模型后，下文将运用该模型对技术创新、标准化及二者间协同耦合度的变化对我国家电业国际竞争力的影响进行分析。该分析过程通过确定输入层16项指标的虚拟变化，而后将变化后的数值输入模型，计算输出国际竞争力指标数据并加以分析。

3.3.1指标变化参数确定

通过归一化后的技术创新系统与标准化系统反应指标(表2、表3)可以看出，2013年的数据出现了很多单位“1”，便于观察和比对。因此本文仅对2013年的数据进行实验，设置参数为20%，即令2013年的研发经费、新产品开发经费、对外合作项目、研发人员数、研发机构数、驰名商标数、当年受理专利申请、新产品销售收入、标准化管理经费、标准化人员年收入、标准化机构运行投入、标准化科技条件投入、标准化国际进程合作投入、引用国际标准比率、当年新颁布标准量及协同耦合度分别增加20%，分析其中单个因素变化对我国家电业国际竞争力的影响(见表7)。

表7　实验参数设置后模拟输入的归一化数据表①

数据来源：通过将16项指标值分别增加20%并进行归一化所得。

3.3.2实验结果

根据上述16组实验参数分别进行实验，对输出数据进行逆归一化处理后，再将16组实验结果分别与2013年的数据相减，可以得到16项评价指标值上升20%所带来的我国家电业国际市场占有率、贸易专业化指数、显示性比较优势指数的变化程度，如表8所示。

表8　我国家电业国际竞争力变化值

数据来源：通过将16组实验结果与2013年已有数据对比所得。

绝大多数因子对国际市场占有率的影响程度并不明显，而技术创新与标准化协同耦合度、对外合作项目数和当年受理的专利申请数20%的增加量对提高国际市场占有率的作用最明显，分别为增长了0.0039、0.0027和0.0026；我国家电业中的新产品开发经费的增加使得国际市场占有率下降幅度较大，下降了0.004；其他技术创新系统及标准化系统指标对其影响较为缓和，基本在±0.002以内(见表8)。

本文所讨论的16项因子对贸易专业化指数的影响波动较大，其中新产品开发经费、标准化人员年收入、技术创新与标准化协同耦合度与标准化国际进程合作投入经费20%的增加对贸易专业化指数的作用最大，分别提高了0.0385、0.0327、0.0243、0.0224；研发人员数、新产品销售收入及中国驰名商标数的增加使得贸易专业化指数下降幅度较大，分别下降了0.0248、0.016、0.0105；其他因素值的增加对其影响较小，均在±0.006左右(见表8)。

除研发经费、新产品开发经费、研发机构数量及标准化人员年收入20%的增加会使得显示性比较优势指数分别下降0.0145、0.0381 、0.0273、0.0272；其余各因子的增加都会使得该指标增加，且幅度较大，其中最为明显的有技术创新与标准化协同耦合度、新产品销售收入、引用国际标准比率、标准化机构运行投入、当年新颁布标准量、标准化管理经费及当年受理的专利申请数，对显示性比较优势指数分别带来0.0592 、0.0535、0.0464、0.0459、0.0435、0.0376、0.0365的增加量(见表8)。

4　主要研究结论

本文在梳理技术创新与标准化协同耦合关系及其对产业竞争力影响的基础上，通过构建技术创新与标准化协同耦合系统，测度二者间的协同耦合度；同时，利用BP神经网络对技术创新系统项下8个指标、标准化系统项下7个指标及二者间协同耦合度的16个指标对我国家电业国际竞争力的影响进行实证研究，得到以下主要结论：

(1)基于BP神经网络算法发现，对我国家电业国际竞争力项下3项指标产生正向影响最明显的因子为：技术创新与标准化协同耦合度、当年新颁布标准量、当年受理的专利申请数及标准化国际进程合作投入。一方面，标准数量的增加促进了统一性和便利性程度上升，也进一步规范我国家电产品市场，降低家电企业的交易成本，更有利于各家电企业形成规模经济；而增加我国标准化国际进程的投入则能加快我国家电标准与国际标准接轨的步伐，从而增强我国家电业整体的国际市场渗透能力。另一方面，技术创新引致了专利数量的增加，由其带来的垄断性使得家电企业可以利用自身专利优势广泛控制用户和市场，直接或间接地增强我国家电业国际竞争力。尤其在当今商战如火如荼、竞争愈加激烈的家电市场，标准化进程越来越难以避开专利，同样，专利进入标准也有利于最大范围、最快地推广创新技术成果，技术创新与标准化协同耦合度的提高既加快了我国家电业技术创新、标准化各自的进程，也对该行业国际竞争力的全面提升形成了加速推进效应，达到1+1>2的效果。

(2)BP神经网络算法结果显示，对国际竞争力3项指标产生负向效应最明显的因子为：新产品开发经费、标准化人员年收入及标准化机构运营投入。较长时期以来，我国家电业多数新产品的开发主要来自于初级模仿和局部创新，原创新和集成性创新不足，缺乏支撑行业持续性、主导性发展所必需的关键技术和核心技术，产品技术含量总体偏低，产业发展明显受制于他人，拓展空间较为狭小。可见，若仅仅为了开展初级模仿创新或边缘性创新而非自主核心技术创新，甚至为了完成技术创新相关指标的考核，增加新产品开发经费投入也只是徒增成本，最终也无法达到增强家电业国际竞争力的目的。标准化人员年收入及对标准化机构的投入在一定范围内确实可以吸引专业人士从事标准化研究工作，专业队伍得到壮大，但也会提高我国标准化运行的成本，使得我国家电业国际竞争力因成本分摊的上升而有所弱化。

(3)本文研究还表明，近十年来我国家电领域技术创新与标准化间协同耦合度虽呈持续稳定上升的基本态势，但总体仍处于较弱阶段，对提升我国家电业国际竞争力的加速效应还没有得以真正形成。因此，就现阶段而言，优化技术创新系统与标准化系统间的协同耦合性是提升我国家电业国际竞争力的一条重要途径。要进一步加强技术、专利、标准信息的集成平台建设，推进专利耦合型标准的制定、颁布、实施及信息支持服务，进一步挖掘耦合型标准信息的潜在价值，以催化家电企业创新和标准化进程的深入和扩展，最终实现“技术专利化——专利标准化——标准许可化”的良性循环趋势。

注释：

①实验1～16依次是指研发经费、新产品开发经费、对外合作项目、研发人员数、研发机构数、驰名商标数、专利申请数、新产品销售收入、标准化管理经费、标准化人员年收入、标准化机构运行投入、标准化科技条件投入、标准化国际进程合作投入、引用国际标准比率、新颁布标准量及协同耦合度分别增加20%。

参考文献

[1](加)Simon Haykin．神经网络原理[M]．叶世伟，史忠值译．北京：机械工业出版社，2004

[2]Yoon,Lee.A Note on Permits,Standards and Technological Innovation[J].Journal of Environmental Economics and Management,2004，48(3):1192～1199

[3]李新波，韩伯棠，王宗赐．标准化与技术创新规模和速度的关系研究[J]．科学学与科学技术管理，2010，31(11):40～44

[4]潘海波，金雪军．技术标准与技术创新协同发展关系研究[J]．中国软科学，2003，(10)：110～114

[5]侯俊军，王庆．标准促进创新成果产业化的实证研究——以高技术产业为例[J]．标准科学，2009，(10)：4～7

[6]石忆邵．进一步完善我国科技创新评价指标体系的几点建议[J]．中国科技论坛，2005，(5)：37～40

[7]刘辉，等．我国联盟标准化治理模式的理论与实证研究——基于政府的视角[J]．工业技术经济，2013，(9)：17～25

[8]杨锋，王金玉．标准化评价研究综述[J]．商场现代化，2008，(30)：36～37

[9]任露泉，梁云虹．耦合仿生学[M]．北京：科学出版社，2012

(责任编辑：王平)

The Cooperative Coupling Effect of Technology Innovation and Standardization on the Competitiveness of China’s Electrical Appliance Industry——An Empirical Research Based on BP Neural Network

Tao ZhongyuanXue Chen

(Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China)

〔Abstract〕The competition in the current era is dominant with intensive innovations and standards,confirming the crucial role of the cooperative coupling effect of technology innovation and standardization on the competitiveness.Based on the mechanism analysis of how the cooperative coupling of technology innovation and standardization influences the competitiveness and the calculation of the cooperative coupling degree,this study constructs the BP neural network of technology innovation,standardization,cooperative coupling degree and competitiveness.The result shows that it is the cooperative coupling degree that influences the competitiveness most,which demonstrates that the coupling degree of technology innovation and standardization is the most important factor for the competitiveness.

〔Key words〕technology innovation;standardization;cooperative coupling degree;competitiveness;BP neural network

〔中图分类号〕F752

〔文献标识码〕A

DOI：10．3969/j．issn．1004-910X．2016．09．019

作者简介：陶忠元，江苏大学财经学院国际经济与贸易系主任，教授。研究方向：标准化、标准竞争与国际贸易。薛晨，江苏大学财经学院研究生。研究方向：标准化与对外贸易。

基金项目：2015年教育部人文社会科学研究规划基金项目“基于技术创新与标准化协同的‘中国制造’竞争优势转型研究”(项目编号：15YJA790055)，江苏大学2014年大学生科研立项。

收稿日期：2016—02—18