信息化、智能化对企业创新和产业发展的影响*——以第三、第四次工业革命下的高端制造装备业为例

北京大学光华管理学院 肖 婷 白 琰 潘奕飞

工业和信息化部产业发展促进中心 苏 铮

高端制造装备产业是社会实现工业现代化、科技化的基石，是一个社会、一个国家工业化水平、社会现代化程度和综合国力的重要标志和保障。高端制造装备应用领域广，航空、航天、船舶、电力、汽车等多项重要国民生产领域的装备都需要高端制造行业提供产品和服务支持。高端制造装备的影响范围广、作用深，并且涉及电子、计算机、通信、机械、自动控制等多项技术。因此，高效有力地推动高端制造装备产业的发展是每个国家前进和发展的重大使命。20世纪50年代初，美国麻省理工学院研制出世界上第一台使用APT编程语言的数控系统，自此开始，世界上每一次重大的科技变革都对高端制造领域的发展产生了重要的作用。当下，以大数据、移动互联、人工智能为代表的第四次工业革命对高端制造装备的发展将产生划时代的推动，因此，全面系统地分析科技革命对高端制造装备业在创新方面的作用，不仅可以提升我们对科技和产业创新关系的认知，而且对提升我国高端制造装备业的持久发展能力、把握宏观科技革命带来的多方面影响都有着积极意义。本文首先回顾历史上重要的科技进步对高端制造业的影响，然后梳理出每次科技革命推进高端制造业发展的理论原因，接下来结合高端制造装备产业的数据用相关的模型进行计算，通过计算结果讨论其揭示的现象和背后的逻辑，最后对高端制造装备产业的发展做出总结和展望。

一、科技进步对高端制造装备业创新的影响

(一)第三次工业革命的影响

人类历史上每一次重大的科技革命都为产业发展注入新的活力。第一次工业革命，通过对蒸汽动力技术的发展，形成了工厂的雏形，初期产业集聚于河流两岸，为产业规模化奠定了基础。第二次工业革命，通过对电力的使用，以流水线作业的方式组织制造、组装、销售、服务等一系列的生产经营活动，对产业升级提供了新的技术和组织推力。第三次工业革命，以半导体、计算机、互联网的发明和应用，将产业的生产和经营活动与互联网的虚拟世界进行融合，将产业发展推进到数字化信息化轨道，使之成为新的资源，从而为工业进步带来新的发展空间(贺正楚等，2013；刘吉超和李钢，2014)。

高端制造产业发展的一个重要技术支持就是现代化的信息技术、自动化技术及其相关技术。伴随着第三次科技革命，随着计算机技术的发展、信息存储分析能力的增强，制造业关注的重点逐渐从物质、能量转移到了信息(师汉民，1997)。制造业信息化 (manufacturing information engineering，MIE)是将现代信息技术及其相关的自动化技术、现代管理方法等与制造技术相结合，以实现高端制造装备在设计和生产中的数字化和信息化。20世纪50年代初，美国麻省理工学院研制出世界上第一台用APT语言编程的数控铣床，1964年美国通用汽车公司推出世界上第一个机械工程制图CAD系统(杜平安，2003)，70年代至80年代中期，大量专用和通用 CAD系统的问世推动了二维绘图技术的普及与三维 CAD技术的发展，对高端制造装备的设计提供了强有力的技术支持，这些技术突破为制造企业研发创新提供新的设计手段，提升了企业自主创新能力(刘吉超和李纲，2014)。信息化技术基于网络和数据库在产品设计部门的应用，有利于深入对零件整体性能和内部结构的认识，提高产品的合格率，保证零件的加工精度要求，让高端制造装备的设计能力有了显著提升。

除了对高端制造装备产业整体设计的提升，第三次工业革命中的机械自动化技术也为产业的发展注入新的活力。机械自动化，主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，加快生产投入物的加工变换和流动速度。初期的机械自动化最先出现在机械制造冷加工厂中，采用的是刚性自动化。工厂依靠凸轮、挡块、分配轴、弹簧等实现对加工对象的快速处理分配，从而完成制造装备的生产。20世纪60年代发展的柔性自动化技术，通过数字控制完成多品种、多批量的加工、制造、装配、检测等过程，还可以根据工艺设计，将各种设备连线，这让高端制造装备的自动化生产形成了有机整体，使得高端装备的制造既具有一定范围的适用性，又具有较好的可变性，从而大大提升了制造装备生产的灵活程度。70年代后出现的计算机集成的自动化制造系统(computer integrated manufacturing systems，CIMS)和80年代的机械自动化系统，在高端制造装备的汽车制造领域，广泛应用于生产流水线，提升了制造业的产量和效率、深化了分工水平、释放了生产力；此外，自动化的要求在不断提高，逐渐发展出分散合作式、个性化、就地化、数字化生产。

第三次科技革命提高了高端制造装备的设计、制造、生产、组装的各个环节的技术水平，并且依托于信息化技术，改变了高端制造装备业的企业内部组织结构和外部服务方式，使得高端制造装备产业逐步完成从低附加值、初级技术化向高附加值、高级技术化的演进(李坤等，2014)。高端制造装备产业为了满足消费者的个性需求，生产组织形式不断优化，可进行自我计算判断和分析决策，能够自动调整操作；企业内部可根据市场需求，调整内部组织方式，生产并且可以定制与生产相关的产品 (贺正楚等，2013)。企业内部组织形式也由分散孤立向集中合理化发展(李坤等，2014)。制造产业对外部提供的不仅是制造产品本身，还提供相关的过程服务，服务价值超过实体产品的价值。据此，信息化、数字化发展带来原有服务业部门的重构，高端制造装备业对外部市场提供服务时，受到的时间与空间限制都被打破，附件服务存储的困难也被克服，从而使对外部市场的需求更加有效地得到满足(贺正楚等，2013)。虚拟化、高效化地交换信息、提供服务，成了产业新的服务关注点和增长点。

(二)第四次工业革命的影响

借助第三次工业革命，数字化、信息化为高端制造业在生产方式、社会分工、销售服务和产业架构等各方面提供了重要支持。以大数据、云计算、物联网、信息互联创新、人工智能为代表的第四次工业革命已悄然来袭。本次科技革命的智能化程度，很有可能颠覆了很多旧式生产制造模式。智能化的到来将会促进高端制造装备生产和制造全过程的数字化、自动化和一体化。例如，美国、欧洲等国加大智能制造的创新力度，推动3D打印、人机互联、赛博实物系统(cyber-physical systems,CPS)等技术的发展，从而引领制造模式的智能化转型(孙红俊，2016)。与此同时，我国发布了《中国制造2025》，明确了新一代科技革命在高端制造装备行业，包括高档数控机床、航天航空装备、海洋工程装备等十大领域的发展方向。以第四次工业革命的技术为支撑，在高端制造装备的生产流程上，利用机器人和3D打印技术，实现定制化生产、提升复合工程生产效率；在其生产决策上，实现人机协调信息管理和深度学习分析决策，推动智能制造；在生产服务方面，通过云计算和大数据分析提供定向推广和个性化服务。正如第三次科技革命引领了产业发展步入全新的工业化轨道，第四次工业革命利用大数据信息的智能化构建(郭朝先和王宏霞，2015)，正在引领改变现代制造业的驱动内核。

制造业的工业生产要经历机械化、自动化、信息化、智能化的变革(赵杰，2012)，与第三次工业革命对高端制造产业发展的影响相比，第四次工业革命将会产生划时代应用的新技术，为高端制造装备业的进步带来质的飞跃。如，工业机器人的智能化应用，将会进一步提升高端制造的效率和效能。工业机器人的核心部件包括机器人本体、减速器、伺服系统、控制系统四部分，这四部分是制造装备运转必不可少的模块，对核心模块的技术运转的效率、精度，都有突破性提升。然而，值得注意的是，除了机器人本体相关部件的核心技术外，企业技术都主要掌握在德国、日本等发达国家手中(任宇，2015)，由此可见，高端制造装备产业的发展在全球将会不均衡发展，并且差距可能由于智能化带来的高速发展而逐渐加大。这点同样可以从高端装备的智能制造的另一核心部件——数控机床的发展看出。数控机床为大型机械化生产提供精细化、高速化的控制和指挥，基于第四次工业革命的数控机床将拥有更完善的集成模块设计、更便捷的操作、更精准的传感器和现场控制，从而大量消除生产操作过程中的障壁，提升生产效率和效能。相比于美、日等国，中国的机床数控化率不足30%，仍与发达国家存在较大差距，但同样说明我国高端制造装备产业拥有极大的发展空间，可以通过追赶学习再次解放生产力。尤其是3D打印技术的推广，可以使精细化的机械模块得到更加准确的构造，使过去难以进行改造的设备获得独立的、个性化的定制。因此，基于CAD设计驱动的3D打印技术被称为“改变世界的制造新技术”，也是“增材制造”的主要实现形式(任宇，2015)。同样，我国同发达国家相比，由于3D打印材料的限制、打印技术和科研投入的差距，在3D打印应用于高端制造装备业的工业生产场景中，依然处在较为落后的水平。因此，我国仍需加大研发投入，攻克技术难关，追赶先进科技，从而赋能高端制造装备业的再次发展。

第四次工业革命的一个核心特点就是互联和智能化，通过对全部环节的要素、部件进行互联，将获得更加广泛、全面、准确、深入的信息，使得对高端制造装备设计、生产、加工、组装、服务等各个环节遇到的问题和进行的决策，都有着前所未有的深刻理解。原先无法处理的内容繁复、体量巨大、层面交叠的信息，都可以借助第四次工业革命的赛博实物系统(CPS)、系统数据分析、运筹算法的智能化，对生产过程中产生大量数据信息收纳，并依靠人工智能对这些信息进行后续的处理和分析，从而形成人与机器的协同决策，建立完善的赛博实物系统以及丰富人机沟通交互的实时信息处理和反馈的协调工作系统，这将大大解放和发展新一轮依靠数据和人工智能结合的生产力和动能。智能化为高端制造装备的传感器系统、控制系统、加工系统提供了基于大数据的机器学习算法，以全方位加强学习反馈。在生产环节中借助虚拟现实技术(virtual reality，VR)，通过VR进行规模化、轻便化的操作知识普及，使更多从事制造业的企业获得了高效便捷的生产学习路径，从而有可能实现技术的越级发展。

除了互联和智能化，大数据和基于大数据的云计算是第四次工业革命的另一个核心特点。在高端制造装备业的设计、生产、组织、销售、服务等各个环节中，大数据和云计算正在扮演愈发重要的角色，为高端制造业的创新发展提供新的有力武器。例如，通过对高端制造专利的原创性文字进行自然语言处理，比较不同专利之间的原创程度(Kaplan & Vakili，2015)，这些最终都为制造业的生产服务带来了全新的、更为便利的视角，为从事高端制造业企业的创新能力的加强提供了学习路径。在设计产品的生产方向时，通过大数据和云计算，将会更加精准地把握已有和潜在用户的偏好、市场当前的热点，根据历史数据搭建企业和消费者之间新的生产要素配置模型，从而产生更多创新的产品设计和服务。此外，丰富的用户数据、市场产品竞争数据、上下游制造厂商的供应链数据，都会成为被分析的对象。这些庞大的数据体量，涵盖丰富的数据类型，极大促进了深度学习在高端制造装备生产服务环节的多维度应用。甚至可以使用在其他领域的迁移学习，来分析制造业用户的个性化需求，并进行精准订制和销售。

综上所述，第四次工业革命，以互联、大数据、云计算、人工智能等技术为核心，催生具有代表性的科技和产品，为高端制造装备的每一个环节提供新的生产和组织方式，通过人工智能配置生产要素，对整个产业赋能，使人机结合的生产新模式引领和带动高端制造装备产业的创新和发展以实现又一次质的飞跃。基于机器学习、深度学习等人工智能理论和模型，小到车间里机器人产品分类路线的最优化调剂和路径规划，大到对下一代高端制造装备的创新，无一不是大数据和深度学习的产物。可以期待，随着物联网的普及、数据化的深化，人工智能终将覆盖高端制造装备产业的全生态发展。

二、科技变革对企业创新和发展的理论推动综述

(一)宏观环境分析(PEST)理论的影响视角

每次科技革命，都会对企业的宏观外部环境带来改变，这些外在环境又会作用于企业的创新和发展；企业的生产经营，各项活动的改变，又再次推进整个行业的创新和发展。通常有四类比较重要的外在环境，Johnson和Scholes(2002)将其分为政治、经济、社会、技术四类。

1.政治环境的影响。

从政治制度与体制、政局、政府的态度等方面来看，我国目前实行了先进的社会主义制度，政局稳定，为制造业企业发展提供了良好的稳定前提。同时，在国际的政治博弈中，我国正在有条不紊地践行和平发展，高端制造装备业的发展将会对于我国占据有利地位提供战略支撑，是实现中华民族伟大复兴的重要保障。我国政府一直在推动市场化，并在促进产业发展中扮演积极的角色。政策的支撑、政府带头支持新技术应用、政府信息公开等都将促进计算机、半导体、互联网、人工智能与大数据技术的应用在创新中发挥作用(朱旭峰和张友浪，2015；郑成华等，2017；王常君，2018)。从法律环境来看，我国的立法、司法、执法水平不断上升。习近平在中央全面依法治国委员会第二次会议中指出，要完善法治建设规划，提高立法工作质量和效率，保障和服务改革发展，营造和谐稳定社会环境，加强涉外法治建设，为推进改革发展稳定工作营造良好法治环境。(1)《习近平主持召开中央全面依法治国委员会第二次会议》，新华网，2019年2月25日。依法治国的深入贯彻实施为高端制造业企业发展提供了良好有序的法律环境，是企业稳定发展的安全网，知识产权司法保护为创新者提供了激励(王海成和吕铁，2016)；涉外法制建设的推动有利于我国高端制造业企业进一步“走出去”，在国际市场上占据有利的竞争地位。

良好的政治、法律环境有利于新技术的推进。以计算机、半导体、互联网为特征的第三次科技革命的浪潮方兴未艾，物联网、大数据、云计算、人工智能又将成为企业发展新的助推器。我们既需要借助科技革命的进步，也需要重视企业和产业对于隐私保护的需求。因此，建立相关技术部门与执法部门，共同携手制定恰当的法律法规。而这些举措将会为我国高端制造装备企业提供长期稳定、和谐的法治环境，并保证新兴技术能够为企业和产业的创新与发展创造新的增长空间。

2.经济环境的影响。

稳定的经济环境、充足的资金、经济体制的不断完善有利于推进创新(李政和杨思莹，2018；刘平青和吴岸泽，2018；卢启程等，2018)。从国内经济整体运行情况来看，我国宏观经济发展展现出了信心和韧性，结构调整逐步进行。2019年前三季度国内生产总值697798亿元，按可比价格计算，同比增长6.2%。其中，第一、第二、第三产业的增长率分别为2.9%、5.6%、7.0%。(2)国家统计局：《前三季度国民经济运行总体平稳 结构调整稳步推进》，中华人民共和国中央人民政府网站，2019年10月18日。良好的经济发展态势为高端制造业企业发展提供了稳定的经济环境，有利于提振企业信心。一方面，稳健的经济增长有利于资本积累，为生产提供物资储备；另一方面，经济的稳步提升也有利于增强下游企业的购买力，从需求侧拉动高端制造业企业的发展。

“一带一路”倡议将会为我国高科技企业创新带来新的机遇。从外汇市场发展水平来看，在2019年前三个季度中美贸易摩擦的情况下，我国外汇市场运行总体平稳。前三季度，人民币对美元汇率中间价贬值3.0%，CFETS人民币汇率指数下降1.9%，同期，美元指数上涨3.3%，人民币汇率总体表现稳定。市场主体跨境投融资活动和结售汇意愿保持平稳。一方面，境外资本继续流入。直接投资项下，前三季度我国实际使用外资1008亿美元，同比上升2.9%；证券投资项下，境外投资者净增持我国债券713亿美元，净增持上市股票185亿美元。另一方面，我国对外投资稳定有序。非金融部门对外直接投资810亿美元，和上年同期基本相当。(3)《“2019年前三季度外汇收支数据情况发布会”文字实录》，国家外汇管理局，2019年10月25日。整体上我国外汇市场不断成熟，外汇自主能力与抗风险能力增强，国内外投资者都能比较理性的进行资本运作，外汇市场的稳步成熟为高端制造业企业提供了良好的国际资本贸易环境，从而使我国高端制造装备业继续向发达国家进行技术知识的学习成为可能。这为我国高端制造业企业做大做强，抗击国际金融危机、外部竞争的冲击提供了良好的支撑与缓冲。

3.社会环境的影响。

我国坚持中国特色社会主义文化，为我国企业的管理提供组织文化建设的外部支持。随着科技进步，人与科技的和谐共进将会成为重要的社会议题。滕堂伟(2017)提出应该逐步建立区域创新生态系统。同时，我国重视在基础教育阶段对于青少年与科学技术相关的兴趣的培养，这将会为长远技术人才的培养、社会创造力的激发积蓄力量。郑成华等(2017)倡导发展中介服务机构、集群代理机构，为创新提供专业服务及监督。

高端制造业作为国家重要战略性产业，应积极担当起自身的经济、社会使命，为发展提供持续动力。大数据与人工智能技术挑战了人类的伦理、道德，为社会和谐发展提出了新的问题，如失业、教育等(Acemoglu & Restrepo，2018)。因此，高端制造装备企业，不仅需要运用大数据与人工智能的新助力发展人机结合的新模式，更应努力提升自身的企业社会责任感，履行自身的社会责任，如服务社会、提供就业机会等，使得企业技术发展与社会发展相辅相成。一方面，在中国共产党的领导下，社会各界弘扬社会主义核心价值观，逐步深化“不忘初心，牢记使命”的责任意识，塑造昂扬向上，齐心协力的社会精神文明环境，这些都为企业的积极发展提供了正的外部环境。另一方面，高端制造装备企业应积极探索符合本国国情和社会环境的发展道路，使得自身的设计、生产、组装、加工更加立足社会、以人为本，不断提升自身的国内和国际竞争力。

4.技术环境的影响。

20世纪以来，我国的技术研发水平不断提升，技术储备增强。研发支出不断上涨，科技人才不断增加，研究发表水平不断上升，研究的质量与引用量逐步提高，专利数量不断增加，创新能力提升。计算机、互联网、大数据与人工智能技术将会在深厚技术积累的前提下发挥更大的作用。我国高端制造业企业应充分学习社会各界的先进经验、行业相关的先进技术，为自身创新打好基础。

与改革开放初期相比，我国目前已经不再是单纯的追赶和模仿模式。随着技术积累的增多，我国逐步突破了一些技术壁垒，正在逐步走向跨越式的自主研发。在一些国际前沿领域，我国亦占据了有利的地位。在已经占据先发优势的前提下，高端制造业企业应该充分利用大数据和人工智能的浪潮，使自身发展更上一层楼。齐严等(2017)提出通过数字技术精准满足顾客需求，从而促进高端制造装备产业的技术升级。

(二)需求拉动与技术推动理论的影响视角

1.需求拉动的影响。

每一次科技的变革，产业市场需求都会发生变化，并产生需求的不可预测性。对于不可预测性高的市场，应采取以需求为导向的策略。通过与下游客户的合作，努力克服信息“黏性”(Von Hippel，1994)，掌握技术实施环境、客户支付意愿、风险厌恶程度等信息(Kemp et al.，1998)。当需求不可预测性中等时，可以采用以竞争为主的策略。一方面，依然要努力满足客户需求；另一方面，也要加强对客户的教育，降低新技术产品对客户带来的认知负担(Attewell，1992)，成功对本公司的先进技术进行商业化。随着人工智能技术的不断成熟，市场前期探索的完成，新技术即将进入大规模商业化的阶段(谢伏瞻，2019)。面对这样的机遇，现阶段高端制造装备产业应采取需求导向为主、竞争导向为辅的策略，加快技术研发与抢占市场份额，为长期的可持续增长奠定基础。计算机、互联网、机器学习与大数据技术有利于降低需求的不可预测性，辅助高端制造业企业提升竞争优势。

此外，市场的需求变化不完全以当前成熟市场的客户需求为导向，要注意到路径依赖(Teece & Shuen，1997)与客户需求的滞后性。企业应坚持把一部分资源分配到研发新技术方面(Christensen & Bower，1996)。因此，对于一些仍处于萌芽阶段的技术，我国高端制造装备业需要进一步探索，提前在国内和国际的技术竞争中占据有利地位，为实现科技强国增加技术储备。尤其是第四次工业革命中人工智能技术的发展有利于协助高端制造装备企业推进研发活动、降低劳动力生产负担、提升信息的传播效率，以促使高端制造装备企业的生产效率和效能再次提升。

2.技术推动的影响。

技术推动将迫使企业重新审视技术给企业带来的新资源、新知识、新方向。面对新的技术推动，企业要综合考虑组织内部整合、学习、转化的过程，清楚认识企业在技术、资金、市场、声誉、组织结构形式等方面的积累，做出符合企业定位的技术创新决策(Teece & Shuen，1997)。资源基础理论一方面强调企业要获取竞争优势，需要占有珍贵、不可模仿的资源，另一方面也强调企业需要有能力识别这些资源，并且在企业内部进行有效的资源配置，真正把资源利用起来。高端制造装备产业尤其需要识别现阶段技术积累程度与我国独特的社会、人力优势，制定符合国情、行业发展现实的策略。不仅仅要努力扩大协同效应、规模效应，提升新技术、新产品与原有技术产品的匹配程度，也要注意路径依赖，避免僵化(Sorensen & Stuart，2000)。计算机、互联网、大数据与人工智能等技术的发展有利于快速推进资源识别与学习，减轻高端制造装备业企业的学习、管理负担，从而为我国高端制造装备产业的技术装备的快速追赶提供路径。

技术的推动同时改变企业与企业间、行业与行业间的边界，通过技术互联，让企业、行业和社会方方面面以更加紧密的方式进行连接。面对技术推动，企业要综合考虑外部机遇与组织边界，明晰组织在创新社会网络中的位置，不断进行信息迭代(Von Hippel，1994)。企业除了通过自身占有资源，也可以通过合作从外部获取必须的战略资源。对于我国高端制造装备行业，尤其需要注意依靠本土力量实现技术跨越(李坤等，2014)。一方面，积极与相关领域企业进行广泛的技术合作，增强研发的多样性；另一方面，不能忽视提升自身技术实力，增加技术研究的深度。计算机、互联网、大数据与人工智能技术的爆发有利于高端制造业企业快速地识别有利技术、加快合作创新步伐，这在高端制造装备这个高强度学习的产业中尤为重要——学习、创新是该行业发展的重要保证。

此外，面对技术推动，企业需要综合考虑企业价值与科研人员的创新理念，注意到一些创新方面的关键人物，提升协作水平(Rothwell，1992)，通过恰当的激励推进创新。高端制造装备业属于高科技的战略性产业，与普通的科技公司相比，不仅仅需要对研发人员进行物质激励，更加需要增强研发人员的使命感和荣誉感，预防研发人员泄露技术等问题发生。同时，也需要提升企业内部研发团队的水平，加强研发团队之间的合作，争取在企业组织形式方面释放一部分生产力，实现整体最优的发展路径。借助第三、第四次工业革命的新技术有利于帮助企业识别专利价值，促进高端制造装备产业的创新发展。

(三)制度逻辑理论的影响视角

制度同样是影响制造业工业进行创新的重要原因之一。制度逻辑在Friedland和Alford(1991)提出后，经历了社会学和组织学者们长时间的讨论，逐步充实了制度逻辑的内容和内涵。制度逻辑理论是一种社会学理论，其范式涉及社会微观和宏观的各个层次。这些层次会以社会学的视角覆盖社会观察的各个侧面，尽可能描述和还原制度本身并挖掘其后的制度逻辑的存在。符合逻辑的社会产物将获得多数人的认可并占据社会的主流价值观念，而不同社会实践的更迭则可以被认为是社会的制度逻辑正发生着大幅度的震动，制度逻辑的变更，将改变社会各个层面的范式，当代高端制造业的生产模式和生产方式当然也不例外。新的产业革命，将对高端制造装备产业的发展提出新的范式。新的概念和范式的提出，同样会影响行业和企业的认识、理解和应用。

每一次科技革命的到来，从个人角度而言，个人和组织的利益、身份、价值和假设都嵌入了流行的制度逻辑中，这种角色被称为嵌入式代理人。制度逻辑产生之后，将会从各个层面上指导个人和组织的行为。对个人来说，当个人认同集体身份时，他们可能会遵守其规范和规定，并试图保护集体利益免于相互竞争的境地。进一步，制度逻辑塑造并创造了游戏规则，通过这种规则，组织中的权力和地位得以获得、维持和丧失。全球高端制造业大会(Global High-End Manufacturing Summit，GHMS)是为新的制度逻辑下的游戏参与者们尝试建设新的社会游戏规则的组织。

对单个企业和组织而言，机构间制度允许理论上的异质性，并可以从不同机构秩序的逻辑之间的矛盾中观察到，即社会作为一种制度间体系，调节了不同逻辑间的关系并使得组织间的根本矛盾得到了缓和；对多层次组织而言，制度逻辑可以在不同的层次上发展，例如组织、市场、组织间网络、地理社区和组织领域。这也解释为什么在第三、第四次工业革命发生的当下，越来越多的制造业工业区域化、批次化地共同选择了计算机、互联网、大数据和人工智能作为高端制造的新的增长点，这些都为高端制造装备产业的发展提供了趋同的增长空间。同时，制度逻辑对社会文化而言，社会上的每一个制度秩序都具有物质和文化特征，这也是制度逻辑的深层次影响。当然，如果探究具体的社会制度逻辑的更迭，这其中既有社会发展阶段的必然性，也有处于不同历史时期的偶然性，如早在计算机普及之前，人工智能就已经是各个发达国家的研究课题了，但是如何将人工智能应用于生产制造领域中，却是直到1999年物联网概念的提出和发展，才得到了进一步的深化。制度逻辑的变更需要社会各个层面上的改变，才能达到实际的社会改造的观感。我国积极推进工业产业国际化，并且拥有中国特色社会主义文化，从这点而言，我国的高端制造装备产业的发展应有自己的独特之路。

(四)资源基础观理论的影响视角

高端制造装备产业的发展离不开资源，珍贵、稀缺并且不易于模仿的资源是企业竞争可持续优势的来源(Barney，1991)。这些宝贵的资源，将对我国高端制造业企业的发展产生巨大的影响。

人口红利一直都是支撑中国经济快速增长的重要因素。一方面，每年增长的大学毕业生群体为经济社会发展提供了强大的人力资本。另一方面，作为一个幅员辽阔的多民族国家，不同地区不同背景的人才精诚协作，更加有利于创新。如果我们进一步关注工程、计算机、信息技术等领域，中国在2004年就拥有了351537名本科毕业生。与之相比，美国拥有137437名，印度拥有112000名相关专业本科毕业生(Gereffi et al.,2005)。到2019年，中国与印度、美国相比就拥有了两三倍成熟的工程师、程序员群体。这些高端技术人才为高端制造装备业企业发展提供了人力资源保障。计算机、互联网、大数据与人工智能技术的发展将会进一步对高端技术人才提出要求，取代低端劳动力。我国的人才结构转型符合这一趋势。高端制造业企业应充分利用我国的人力资源优势，与此同时，也应积极利用教育资源，提升现有员工的技术知识水平。这将为我国高端制造产业的规模化提供竞争优势。当今世界格局下，随着人口老龄化，人力资源将成为未来世界各国技术竞争中的关键因素。我国深厚的文化底蕴与人力资源积累不易于被其他国家模仿，也成为我国高端制造装备产业持续发展的独特优势。

除了丰富的人力资源，我国的基础设施建设资源也为高端制造装备产业——这种与国防建设、国民生产、社会民生联系紧密的行业提供宝贵资源。归功于网络对各类信息的高效传输，制造企业对市场供求关系把握更加精确，整合各种生产要素和企业资源的成本更低、时间更快。通过虚拟化网络带来的新的资源配置方式，改变了为数众多的中小企业生存和发展的环境，这类企业可以较为容易地突破以前几乎无法突破的企业资源困境，在低制造成本、快速响应市场、不断开发新产品的环境中得以成长。大数据与人工智能需要在完善的信息网络中运行。我国信息网络基础设施建设的推进为技术发展奠定了基础，也培养了一批用户。高端制造业企业应充分利用我国广泛的信息网络，拓展市场范围。与此同时，丰富的用户数据、完善的用户征信平台的建立有利于企业在第四次工业革命中更好地把握用户情况，准确地进行企业定位。对于高端制造业企业，通信网络与网络平台、数据的积累有利于快速并且动态地了解市场情形、学习新型技术，进而把握好发展的时机(卢启程等，2018)。

市场资源仍然是高端制造装备业发展的有力资源支撑。中国的消费市场巨大，不断提升的人均GDP水平和世界前列的人口数量为各类商业发展提供了巨大的购买力。新兴的技术在中国更有可能快速得到市场的认可，进行推广。计算机、互联网、人工智能与大数据等技术的发展有利于深入挖掘市场潜力，进一步深化市场开发。高端制造业企业应充分利用这一机遇，抢先完成对市场的学习。另一方面，可以利用我国市场的吸引力吸引发达国家的高端制造装备企业来投资，从而通过整合全球化的市场资源，进行更加深入的学习创新。

(五)知识基础观和组织学习理论的影响视角

知识基础观和组织学习的理论是世界高端制造装备企业进行持续创新和进步的不可缺少的重要内在推力，其对企业和行业的发展意义重大。知识基础观将知识作为一种独特的资源，强调知识资源及该类资源的转换、更迭、创建及螺旋上升对涉及该类知识资源的组织的影响(Grant，1996)。因为组织本身，尤其是本文所涉及的那些高端制造装备的制造业企业，需要有机组合个体知识，通过特定的路径和组织过程，创造出有利于组织创新和组织利益的新的(知识)价值(Kogut & Zander，1996)。正是由于组织对于知识创造的需求，研发活动才会成为企业的主要课题之一。研发不仅产生新知识，而且有助于企业吸收能力的提升。因此，研发活动对学习激励的反应能力表明了吸收能力的经验重要性，先前的知识帮助个人获得相关问题的解决能力。学习能力涉及发展、吸收现有知识的能力，而解决问题的技能则代表创造新知识的能力，这说明组织的吸收能力取决于个人能力。众多研究都着重于从学习能力和知识创新的角度对制造业和相关企业进行研究。有的研究从管理认知的角度解读企业的知识创新战略(尚航标和黄培伦，2010)；有的则从政府政策与企业技术研发的契合度出发，讲述了企业研发选择的重要性(李苗苗等，2014)；有的根据地域(区域)特征和创新知识集群的形成来观察企业技术创新的措施和成果(解学梅和曾赛星，2009)。

高端制造装备产业的产品所涉及的知识是有层次的。产品作为一个整体(系统)和产品的各个部分(部件)之间的区别不仅在制造工序上，在部件知识和联结知识上分别有其特有的研究领域。首先，企业很可能需要部件知识，即关于每个核心设计概念以及它们在特定组件中实现方式的知识。其次，它需要关于组件如何集成和联结成一个连贯的整体架构的知识。前者能够帮助企业从部件层面实现增量式的、发明家式(基于个体)的创新，而后者则会帮助企业实现激进的、结构化的创新(Henderson & Clark，1990)。很大一部分研究表明，企业与大学(学术界)的合作创新机制的形成能够有效地克服知识创新与技术创新之间的脱节问题(洪银兴，2011)。这样的模式被大量地运用在高端制造装备业的行业当中，制造业央企在高等学府中大量设立的定向生项目，通过与学术机构合作完成的大型工程(如北斗卫星项目)都是运用企业与学术界关系提升知识创新能力的典型代表，而基于共享的学术资源或相近的学术群体而形成的知识网络则可以给企业创新带来更加深远的影响。从事高端制造装备生产的企业因为各个层面的知识创新的需求，往往有建构不同知识图谱的需求。有些高端制造行业的企业会着重于招纳和培养某领域的精尖人才、杰出工程师，着力于创造新的部件知识，以收获更加大的经济效益；有些企业则会联合相关企业和复合人才进行系统结构的研究，着力于创造新的不同部件间的联结关系，以此彻底改变企业的生产业态，从而把握先机。

从知识基础观的角度来看，高端制造装备的企业可能会参与具有高附加值的基础研究，因为这可以使他们具备快速利用创新(或快速复制市场新知识)的技能。随着企业的进步与基础研究的联系越来越紧密，它们将进行更多的基础研究。同时，企业与学术界可能发展出日趋完善的关系，形成复杂的知识网络。同样，在已经具有相关领域先验知识的公司中，创新的扩散将更快地发生。而根据组织学习理论我们可以认识到，组织间形成的知识网络和知识竞争环境将会要求组织不仅能够对社会的制度逻辑和资源图谱有一个正确和敏感的认知，也要求组织拥有更强的吸收能力和学习能力(Cohen & Levinthal，1990)。对于高端制造行业的企业，他们不仅面对着行业各类资源的变化，也面临着知识资源这一独特生产资料的分享和竞争。第四次工业革命加速了知识传播的速度，从而促进了知识更迭的频率，也在一定程度上提高了对企业的吸收能力和学习能力的要求，由此产生了企业与学术界的紧密关系、企业精英人才间的知识网络、企业的高频率的知识生产的需求。对于高端制造行业而言，由于其专业化、精尖化的知识资源的需求，将更加需要知识基础观和学习理论的研究支持。

值得注意的是，对于高端制造装备业而言，企业由于其内在技术不同，而处于不同的发展阶段，因为知识研发战略的选择与企业所处行业的发展阶段、企业在市场中所占据的位置有关。通过早期的资源密集型优势构建的代工厂集群，帮助一些沿海地域的企业获得了近距离学习先进技术知识、引进技术人才的机会。这些企业在漫长的生产代工中自我培养出的吸收能力和学习能力，帮助他们最终能够获得属于自己的创新能力和技术竞争力(李扬和沈志渔，2011)。其中京东方就是很好的例子，京东方在长期的基础生产和代工中培养和发展了一群优秀的覆盖各个知识层面的技术人才和工程骨干，帮助他们在新时代的显示屏幕生产和开发中占得了一席之地。接近垄断的大型跨国企业会针对不同层次的知识创新都作出部署，甚至会根据不同创新所需要的基础知识技术直接收购上游企业或竞争对手。而处在大型机械生产行业的企业则会因为结构创新的难度较大、涉及的知识门类过于复杂而心照不宣地选择知识部件的创新为企业研发重点，高端制造产业中大部分的企业均为如此。而对于那些具有严格保密性的行业，研发者将不得不兼顾生产制造的各个方面(部件和联结)，并努力为脱离重要部件和技术的外部购买而不懈努力，这也恰恰是我国提出《中国制造2025》的重要出发点之一，即指引我国高端制造装备新时代发展思路和方向。

(六)国际竞争理论的影响视角

1.国际竞争中机遇的影响。

我国高端制造装备产业和其他高科技企业在经历了学习、吸收和结合国情自主开发的基础上已经逐渐成熟起来。与国际技术巨头相比，在实用性、实施周期短、风险低、见效快等方面存在一定优势(黄娅娜，2019)。高端制造业企业应充分发挥本土优势，立足于服务中国本土制造业企业，灵活调整、深入研发、填补国际技术空白。以计算机、互联网、大数据、人工智能为标志的第三、第四次工业革命为发展中国家工业跨越式发展提供了机会窗口，这是我国迎头赶超美国、日本、欧盟等发达经济体的历史机遇。在新技术标准确立主导地位之前，行业将会经历一个“骚乱”时期。而一旦新的技术标准被确立，拥有新技术的企业、行业、国家将会持续地占据竞争优势地位(Anderson & Tushman，1990)。我国高端制造装备业企业应把握时机，积极准备，为未来一百年的技术前景打下基础。与此同时，面对全新的技术，技术领先国也可能由于国家的体制和战略不能及时适应新技术的要求，而丧失将技术领先优势转化为产业领先优势的机会。所以，与发达国家站在同一条起跑线上，高端制造装备业应充分认识到战略机遇的可贵，增加技术与文化自信，广泛地在国际上与发达国家开展竞争。此外，第四次工业革命的人工智能与大数据技术的短周期特征使得快速学习成为可能。在信息技术领域，如果后发国家能够进行高强度学习，同样有很高的实现技术赶超的可能性(李根，2016)。高端制造业企业应充分搜寻外部的新技术，结合内部已有技术，同时创新技术知识组合方式，争取创造出更新或者更有用的技术，在国际市场上占据一席之地。

2.国际竞争中挑战的影响。

在国际竞争中，我国高端制造业企业也面临着一系列的挑战。目前我国高科技企业普遍存在售后服务不足、管理观念转变滞后等缺点(黄娅娜，2019)。目前国际上高端制造装备业市场仍然被欧美发达国家的巨头企业垄断。基于此，我们应积极学习先进的经验、转变观念、开放心态，积极利用人工智能与大数据技术进行弥补和追赶。另外，发达国家先天具备了前三次工业革命的技术优势，也在积极推动技术进步。发达工业国家希望通过加快技术突破和先导产业发展，巩固甚至进一步强化其在全球经济版图中的优势地位。2008年全球金融危机后，欧美等发达国家实行“再工业化”的政策，要重振发达国家的制造业，促进传统制造业回流，推动产业结构优化升级，促进高端制造业的发展，占领产业价值链制高点，巩固发达国家在产业国际分工中的优势地位(刘戒骄，2011)。例如，美国能源独立战略取得突破性进展，“页岩气革命”使美国迅速摆脱了对中东石油的依赖，并形成美国能源价格洼地(李泊溪，2013)。我国高端制造装备业应充分借鉴发达国家的经验，降低对外部资源的依赖，形成自身独有的竞争优势。同时，相关的上下游产业也应该努力配合提供支持。

我国加入世界贸易组织以后，市场保护的力度减弱、范围缩小，中国企业面临着更大的竞争压力(宋泓，2005)。如果不能很好地保护国内企业发展，一方面会使民众失去发展实业的信心；另一方面，也不利于中国企业长远的自立自强。随着“一带一路”倡议的推进、中美贸易摩擦升级，中国需要重新确定自己在区域、国际市场中的位置，相应地调整市场保护策略。在外部环境的变化中，高端制造业企业需要保持冷静，认识到自己所面对的市场环境，做好日常的研发工作。更进一步，高端制造业企业应努力通过对大数据、人工智能技术的掌握，自行设立技术壁垒，提升在国际竞争中的自我保护能力。所以，如果不能抓住机遇迎头赶上，对发展中国家不利的低端产业的“锁定效应”将更加明显，“中心—外围”的世界分工格局将被进一步固化(刘吉超和李钢，2014)。发展新一代信息技术是发达国家推行“再工业化”的重点，大量融合信息技术的智能化生产装备的使用将加剧全球制造业竞争格局，使生产投入要素结构发生巨大变化，企业竞争力的源泉将被重新定义，全球产业分工格局将重新构建。第四次工业革命将带来深刻的产业、社会变化，技术落后意味着在经济社会各方面都将处于不利地位。如果我们不能抓住这次战略机遇，下一次机遇便将遥遥无期。高端制造装备业企业应通过对于大数据、人工智能技术的掌握提升抓住机遇的可能性。

我们分别从宏观环境、微观经济、制度逻辑、资源基础、知识基础与组织学习理论、国际竞争等理论角度分析了影响高端制造装备行业企业创新的多样化因素，同样这也是理论历史演化的主要过程(见图1)。基于不同理论的分析和所涉及研究层次的丰富恰恰说明了第三、第四次科技革命影响着我国高端制造装备产业创新和发展的机理。

图1 相关理论发展历史资料来源：作者整理。

三、数据分析与计算

(一)数据源介绍

使用IncoPat数据库全球范围内2000年1月至2019年11月的全部高端制造装备相关专利信息，我们检索到859317条有效专利数据。筛选掉发明授权人为个人和学校的专利，最终保留了全世界26个国家、涵盖了全部申请过该领域专利的39285个企业、130398个专利。通过技术轨迹、技术距离、技术生命周期和技术图景的测量，我们分析了整个行业发展的历史脉络与未来趋势。

特别地，考虑到各国与中国高端制造装备领域的竞争程度，我们主要与德国、日本、美国等国家进行对比。由于技术领域的精细化，在全部122个技术领域中，我们重点关注锻压技术领域(B30)。在此领域内，著名的企业有德国蓝帜菲特(Fette)公司，日本株式会社小松制作所(Komatsu)，美国明斯特(Minster)公司，中国济南二机床集团有限公司等。

(二)描述性分析

1.专利数量与质量。

Nt= ∑2019tq

2.技术轨迹。

通过识别一家公司申请的所有专利(或一家公司在特定的关注时间段内申请的专利)所占据的技术区位，可以获得该公司的技术轨迹，该足迹既显示了公司所覆盖的技术领域，也显示了在该技术领域的搜索深度。为每一个公司i在每一年t生成一个1×122的技术向量Tiτ，t=(Ti1，t，Ti2，t，…，Ti122，t)，其中Tiτ，t是公司i在第t年的专利在技术领域τ中的占比。对于每一个公司在所有年份，我们可以生成一个技术轨迹矩阵：

Ti=(Ti，2000，Ti，2001，…，Ti，2019)′

我们基于技术轨迹矩阵生成相对应的网络图，(4)该网络图较为复杂，若有研究需要请联系作者索取。其中每一个网络节点代表一个专利技术组件(class)或代表性企业，节点的大小代表该技术组件或代表企业所涉及的专利数量。专利类别基于国际专利分类表(IPC分类)而划分，不同的英文字母代表所属的学科领域，后面的数字则指代领域中的技术细分。

从主要竞争企业的技术轨迹可以看出，每个企业有各自的技术专长，这个技术领域会贯穿企业研发的全过程。同时，企业会小范围地尝试其他技术类别。对于全部高端制造装备企业来说，机械工程(B23)技术类别是较为核心的类别。济南二机床集团有限公司、天津市天锻压力机有限公司、扬州锻压机床集团有限公司在锻压技术(B30)领域主要面对日本株式会社小松制作所和德国蓝帜菲特公司的竞争。而徐州达一重锻科技有限公司在测量技术(G01)领域与美国明斯特公司竞争市场份额。日本村田制作所(Murata)垄断了机械工程(B23)领域的技术市场，日本株式会社小松制作所垄断了冲压金属(B21)和电力发电、变电、配电(H02)技术领域。此外，德国的舒勒(Schuler)集团、迪芬巴赫(Dieffenbacher)公司，美国的明斯特公司和日本的小松制作所在一些较小的技术领域都有垄断能力。然而，中国的高端制造业企业由于发展较晚，技术积累薄弱，还未形成足够强大的技术市场占有能力。

3.技术距离。

为了测量公司之间的技术距离，建立在Jaffe(1986)方法的基础上，我们首先为每一个公司i生成一个1×122的技术向量Tiτ=(Ti1，Ti2，…，Ti122)，其中Tiτ是公司i的专利在技术领域τ中的占比。这个向量表示了公司全部专利在122个技术领域中的分布。总共可能出现2122种技术区位。

进一步，每两个公司之间的技术距离可以表示为：

4.技术生命周期。

进一步考虑所有技术领域之间的关系，在每一年，可以列出一个122×122的矩阵，其中的元素classmn为这一年世界上申请通过的、所有同时占有技术类别m，n的专利数量。通过绘制这些逐年计数的矩阵，我们就能够获得对技术生命周期的描述。

5.技术网络结构与技术图景。

在探究企业技术创新的过程中，我们显然需要对企业专利的技术领域有一个直观的认识。技术网络结构和技术图景(Schoen et al.，2012)的概念就因此提出。与技术生命周期类似，技术网络是根据所有专利组件(class)之间的连接关系和连接数量，赋予了专利组件与专利组件之间的连接键值(其值即为连接两端的专利组件共同合作形成的专利的数量)。同样，我们也根据每个专利组件所支持的专利创新的数量，赋予对应的专利组件点以点值。通过点值和键值，我们就能够获得网络的基本信息。经过网络的描绘和读取，就能够从复杂多维的专利技术组件网络中悉知专利发展的图景。

6.技术来源多样性。

对于一个特定的专利，其一定具有一定量的引用，而这些被引用专利，可能来自于世界各个国家p。基于这一特点，可以计算专利技术来源的多样性。对于某专利q，它拥有Cq个引用，而对于每个国家p，分别占据Cp个引用，则技术来源多样性为：

再将这一变量以年均的方式计算，即可得某一国家在某一年内技术来源的多样性数值了。

(三)外部影响的观测结果

1.宏观环境分析(PEST)。

根据宏观环境分析的理论我们可以得知，企业的政治、经济、社会、技术这四类外部环境要素，会间接地影响企业的生产经营。这些要素虽然在概念上彼此区分，但是在测度和测量上是彼此交融的。这里，我们将观察世界高端制造装备行业的主要国家(美国、德国、日本、中国)的经济发展水平(GDP)与它们在该领域的专利申请的数量和质量之间的关系。

我们提取1999～2018年间世界银行公布的GDP数据(以2010年美元为计量单位)，并统计这20年间世界整体的高端制造装备业专利申请数量和质量(专利的平均年均引用量)，将三者绘图进行对比。如图2所示，我们可以清晰地发现，在世界经济缓慢增长的同时，世界高端制造装备行业的专利申请数量也在逐年增加，且增速在2010年后显著加快。这得益于第四次工业革命对企业研发创新的助力。另一方面，观察专利的年均引用总量(专利质量)，可以发现2002年以后专利质量维持在一个较高的水平，这说明基于第三、第四次工业革命，随着世界经济的增长、信息公路的打通和知识技术的普及，高端制造装备领域整体得到了快速的发展。需要说明的是，2012年以后专利质量的下降主要是由于新生产的专利在被引用年限上受到限制，其价值效应的显现有一定的滞后，单单从目前的年限上观察，并不能对这部分专利质量做出有效解释。

图2 1999～2018年世界高端制造装备业专利发展资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

进一步，我们用同样的变量数据，对美国、德国、日本、中国的高端制造装备行业进行分析。如图3至图6所示，我们可以发现不同国家由于其经济、政治环境的不同，他们在专利的申请上也呈现出截然不同的方向和特点。美国在高端制造装备行业中的专利申请数量相比较经济体量而言非常有限，但是整体的引用量还是很高。可以看到在每一任总统的任期内(2001～2009年，2009～2017年)，专利的数量和质量都呈现出先增后降的过程，这与总统任期内的政治政策有关(见图3)。

图3 1999～2018年美国高端制造装备业专利发展资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

对于德国，我们可以清晰地看到德国高端制造装备业的发展轨迹，主要集中在2000～2008年间。1999年，德国政府颁布了《德国联邦政府创新资助政策及举措》，该政策大力推进了德国的技术创新的进程，截至2008年，德国每百万人获专利数量列世界第四。同样我们也可以发现，专利质量与专利数量的波动情况相互错开，这说明在技术创新和专利发明的浪潮中，德国先追求专利数量的增加，在一定的创新基数上，追求专利创新质量的提高(见图4)。

图4 1999～2018年德国高端制造装备业专利发展资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

相比较美国、德国，日本缺少进行农业和基础工业作业的部分资源，所以自21世纪以来，日本始终以技术创新作为国家的经济推动政策之一。我们可以看到，相比较缓慢上升的经济生产总值，日本企业的专利申请数量始终维持在较高的水平，这种增长在2012～2014年达到巅峰。与此同时，日本企业也兼顾了专利申请的质量，使得质量与数量呈现共同发展的趋势(见图5)。

图5 1999～2018年日本高端制造装备业专利发展资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

21世纪以来，我国专利数量和质量的增长均呈现指数级的变化趋势。一方面，这是由于我国人口基数大、工业企业生态完备所致；另一方面，也是由于国家政策支持和企业注重研发创新的社会环境所致。在专利数量呈现指数增长的同时，专利质量的增速并不能跟上专利数量的增长，这说明，我们仍需要将高端制造装备业的高速技术创新与高水平创新结合起来，只有同时保有质量和数量优势，才能在未来的世界竞争中呈现厚积薄发的持久力(见图6)。

图6 1999～2018年中国高端制造装备业专利发展资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

2.制度逻辑理论。

我们以企业技术聚类的方式对主要专利技术组件进行研究。将表达技术距离的矩阵绘作网络图。网络中的节点代表特定的技术组件，节点的大小指代该技术组件中所有申请的专利数量。节点间的连线代表技术组件之间的技术距离，技术距离越近，其连线越粗。基于此我们对该技术网络进行聚类分析，并对每一类的技术组件和技术连接进行深浅度区分，用以辨别在生命周期和技术距离测量中相似的技术组件。

世界高端制造装备业所涉及的主要专利技术组件(class)共有122个，主要集中于工业作业和运输领域，并兼容了物理学、电学、机械工程、冶炼化学等学科，形成了复杂的、彼此牵连的技术领域。逐年的技术聚类情况如图7所示。通过对全世界技术生命周期的数据分析，我们总结整体的专利技术创新主要集中于机械工程(B23)、锻压技术(B30)、冲压金属(B21)、铁冶炼(C21)、合金或有色金属(C22)、涂覆金属材料(C23)、工程元件或部件(F16)等技术领域。

2000～2017年，机械工程(B23)一直都处于核心地位，拥有最多的技术联系。其余技术领域的发展主要分为两个阶段，第一阶段自2002年开始，塑料化工(B29)、涂层工艺(B32)与基本电气元件(H01)等各项子技术的相关技术领域逐渐兴起，发展至2006年，塑料化工(B29)、涂层工艺(B32)等子技术领域发展达到一个小高潮，技术聚类呈现出百花齐放的场面。第二阶段源于2008年铁冶炼(C21)技术的革新兴起，形成了独有的一派技术聚类，而基于前序发展的锻压技术(B30)仍保持着自己在高端制造装备技术领域中的重要性。直至2016年左右，高端制造装备领域的专利技术逐步形成了较为明晰的铁冶炼(C21)与锻压技术(B30)、机械工程(B23)三分天下的局势。

图7 世界技术聚类图资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

我国高端制造装备业选择以锻压技术(B30)作为切入点比较稳妥。首先，这是一个重要的技术领域，值得投入大量的时间资源跨越技术壁垒。其次，这个领域中有许多先进经验可以学习，避免一上来就进入艰苦研发攻关的困境。最后，这个领域中的竞争相对没有机械工程(B23)激烈，发展空间比较可观。未来，我国高端制造装备业应重点关注大数据、人工智能技术与锻压技术(B30)的结合，在工程元件或部件(F16)、基本电气元件(H01)等新兴领域寻求技术结合与突破。

通过考察德国、美国、日本的高端制造业行业的发展趋势可以看出，日本高端制造装备业的商业化程度最高，研发最为集中的是汽车行业企业。美国次之，专业的刀具厂商与飞机制造商平分秋色。德国的商业化程度最低，主要的专利研发和技术联系都来自于机床、刀具厂商。美国的技术多样化程度最高，研发活力也是最强的。

因此，我国高端制造装备业要积极学习美国发展技术与商业化相结合的先进经验，激发市场活力，充分考虑外部的市场因素，因势利导。

(四)内部影响的观测结果

1.资源依赖理论(RDT)。

我们依据Schoen等(2012)对于技术网络结构和技术图景的测量，基于全世界高端制造装备行业企业，绘制了专利技术组件(class)网络连接和发展路径的技术蓝图。这种算法给予了我们探索企业专利网络和组件细节的机会，不仅描述了关于企业技术组件的连接网络是如何合并的，也提供了从宏观角度整体观察企业技术图景的机会。因此，我们将分别从世界整体和各个主要竞争国家的技术图景出发，分析各国高端制造装备业发展的既往步调和未来方向与该国特有的资源优势之间的关系。

世界高端制造装备业所涉及的主要专利技术组件(class)共有122个(见图8)，我们以技术组件之间的合作数量作为构建网络的基础度量。网络的节点同样是专利技术组件，而节点的大小和颜色的深浅分别代表该技术组件申请的专利数量和该技术组件所属的学科类别。由于一个专利通常都需要涉及多个子领域的知识，因此往往具有多个技术组件，我们根据出现技术组件组合的情况为网络中的连接键赋值，即线的粗细代表同时拥有所连接的两个技术组件节点的专利的数量。同样我们可以按照键值的疏密分布筛选出核心的技术组件，更接近圆心则代表是更为核心的技术组件。

我们可以发现，在这122个技术组件分类中美国企业涉及了108个，德国企业涉及了84个，日本企业涉及了101个，中国企业涉及了115个。从技术研发的广度上来说，经过一段时间的企业研发和技术边界的拓宽，我国已经逐步开始走在世界的前列。

图8 世界高端制造装备业技术图景资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

从世界高端制造装备行业的技术图景中可以看出，技术组件的连接主要集中于B23-F16、B23-B24、B23-B25、B23-C23等网络连接路径。在此基础上，进一步比较美国、德国、日本、中国这四个国家所有企业在高端制造装备业进行技术研发创新路径的异同。美国相较于德国、日本、中国而言，技术组件的合作已经不仅仅是以工业作业与运输为中心，大量的跨领域的连接提升了技术距离相对较大的其他组件在企业技术研发中的权重。相较而言，德国和日本在技术组件的开发体量上较美国有所不足，并且主要集中于工业作业与运输领域内部的技术连接。而中国却与美国在技术体量、连接广度上基本相当。这主要得益于大量的促进创新的政策的推出，政策和社会环境加速了高端制造装备企业进行广泛技术研发的步伐。

进一步，如果我们观察这四个不同国家技术图景的差异，可以发现这四个国家除了都主要在工业作业与运输领域中进行创新外，在技术发展副中心的侧重点上，这四个国家的高端制造装备企业也有所不同。德国注重于农业(即生活需要)、机械工程与军工的研发创新，日本则将主要的创新点融合于本土的资源优势和长期积累的技术优势，注重于开拓电学和化学在高端制造装备业研发创新中所能提供的帮助。美国相比较其他国家，由于其工业分工的细化和工厂的转移，很大程度上没有受到地理资源和经验资源的限制，在各领域技术组件上的专利技术创新都非常均衡，而中国的高端制造装备业研发创新虽然已经跨越115个技术组件，但是事实上大部分的创新还是集中于工业作业与运输领域，而在电学、金属冶炼、机械工程等副中心领域中，缺少高质量、高频率的技术组合创新，也没能拿出具有信服力的数量的专利成果。

一方面，这是国家特有的资源优势和专利技术发展的路径所导致的；另一方面，我们也可以预计这和四个国家的技术发展阶段有关，从美国企业广泛的技术组件涉猎和多元化技术组件的合作来看，我国的高端制造装备业的技术研发创新依然有着很长的发展阶段需要追赶。而要做到这些，最基本的就是根据技术组件网络和技术图景、我国所具有的资源优势，寻找我们缺少的是哪些领域的知识和技术，以探求我们希望拓展的边界在哪里。这对于整个行业技术的未来发展路径和方向都是至关重要的。

2.知识基础观和组织学习理论。

组织本身，尤其是本文所涉及的那些高端制造装备的制造业企业，需要有机组合个体知识，通过特定的路径和组织过程，创造出有利于组织创新和组织利益的新的(知识)价值(Kogut & Zander，1996)。正是由于企业对知识创造的需求，研发活动才会成为企业的主要课题之一。研发不仅产生新知识，而且有助于企业吸收能力的提升。考察同一市场中的不同企业在2000～2019年的全部专利技术领域联系程度，对每两个企业求出技术距离，并且对于每个企业加总市场中的全部技术联系，我们得到：(1)日本2657家企业中，75分位与中位数相差32%，偏度为-0.7048967，峰度为2.012609；(2)德国947家企业中，75分位与中位数相差35%，偏度为-0.613042，峰度为1.869795；(3)美国1130家企业中，75分位与中位数相差35%，偏度为-0.7560205，峰度为2.20574；(4)中国6851家企业中，75分位与中位数相差3%，偏度为-0.6282872，峰度为1.576126。

因此，可以看出，德国、日本和美国在中等技术距离区域区分了超过1/3的企业，而中国企业的技术区分度不高。从右偏程度与峰度看，日本、美国公司的学习程度更高，尤其是美国，有最多的公司集中在远距离学习竞争的区域，德国公司的技术学习距离相对平均和分散，中国公司最为分散。

这进一步说明，中国企业加强学习需要注意两方面。一方面，中国行业内部公司整体技术区分度不高，内部学习效率较低。所以中国企业应积极寻求外部学习机会，广泛学习各国的不同经验。另一方面，中国企业应注意内部技术差异化，找到自己的定位，避免过度模仿和重复研发。

更进一步，通过对核心企业技术轨迹的分析可以看出，高端制造装备业的学习模式是就近学习，学习广度不高。在这样的背景下，中国应该发挥自身知识广度优势，寻求突破。

3.国际技术竞争中的机遇。

基于专利的引用观察，全球化对于高端制造装备产业技术创新的影响我们可以窥得一二。通过计算中国、美国、德国、日本四个国家所引用的专利来源，计算了他们的赫芬代尔指数，以此来衡量专利技术来源的多样性。

如图9所示，日本和美国的专利技术来源多样性基本处于上升的趋势，德国的较为平稳，而中国的多样性数值于21世纪初较高，随后逐渐减少。我们可以认为，日本和美国等发达国家充分利用全球化，在本国技术创新的发展路径中通过融合、吸收他国的创新成果，来形成更加深入的创新模式。而中国在21世纪初就抓住了这一要点，以他国的创新成果为基础，大量的学习、引入知识和技能，刺激了国内的专利技术创新。而随着时间的推移，由全球化获得的技术共享红利效应逐渐减小，中国高端制造装备产业也由此转变战略，从引入学习到自主生产，力求通过多年来的积累和国际竞争中积累的经验，深入钻研、提升自身实力，创造出独属于中国高端制造装备产业技术发展的快车道。

图9 1999～2018年中国、德国、日本、美国专利引用来源的多样性变化趋势注：1999年中国该方向专利申请数为0，2016～2018年美国该方向专利申请数为0。资料来源：根据美国专利及商标局、欧洲专利局、日本专利特许厅、中国知识产权局和世界银行数据库的数据统计绘制。

四、总结和展望

(一)外在影响

首先，需要技术推动。在模仿发达国家先进技术的同时，也要注重基础科研的推进，以拥有自身独特的技术优势。在这一点上，既需要向美国学习对基础科研的重视，也需要向日本学习抓住主要矛盾，重点突破。同时，从需求角度拉动创新。我国高端制造装备产业需要认清市场需求，努力满足大中小下游企业各自不同的需求。应紧密围绕航空航天、船舶、发电设备、汽车四大领域发展趋势，结合产业技术发展方向，强调研究开发必须符合用户需求，以发展主机和成套装备为牵引安排各项重点任务。

其次，要积极发挥政府的主导作用，通过政府立法，积极推进。如要充分运用政府整合社会力量的优势，对目前我国数控机床领域“厂多人众”的现状进行有效整合，通过制定涉及数控机床的基本法律，从国家战略层面进行“顶层设计”，正确决策，从方针政策上大力扶植数控机床企业的发展。我国应充分发挥社会主义制度优势，体现出举国体制在专项实施中联合攻关的优势。由政府、国有企业、国家研究院所牵头，引导部分制造业优势企业充分发挥多年积累的技术优势，带动上下游研发力量，攻克技术难关，在高校、科研院所及用户之间逐渐建立起稳定的合作关系，形成产学研用协同攻关模式。

最后，也需要注意制度逻辑的发展，积极推进企业内部协作水平的提高。如学习德国“以人为本”，师徒相传的制度；注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。我国高端制造装备业企业应建立行之有效的组织秩序，促进研发人员的交流合作。

(二)内在影响

通过对世界部分国家高端制造装备行业企业技术距离、技术集聚、技术图景等测量的研究，我们可以得出一些结论。对于高端制造装备业的企业而言，企业的技术领域有非常显著的聚集效应。即使是技术和工业发展相当充分的前沿发达国家，也会集中于工业作业与运输领域中进行专利创新。但是随着技术路径的深入和技术图景的铺展，企业可以通过国际工厂进行细化的技术分工，同时获得多方面的技术支持和资源支持，以此增强企业的学习能力和知识组件的创新能力。因此，这些发达国家会在技术图景中融入跨领域的技术学习和更多的技术组件的组合，展示出越发广泛和平衡的技术图景和发展路径，同时这也意味着对掌握的技术组件知识的有效应用能力的提升。

当然，技术知识的广度可能只是研究发展的第一个阶段，在实际发展中，则需要结合资源优势和知识优势，进行有方向的技术知识的拓展。以德国和日本为例，两国分别在本国特有的机械工程、化学工程等领域中进行技术融合和技术拓展。而对于中国而言，则需要在拓宽技术广度的同时，有方向性地在一些技术领域中进行深度的发展和钻研。这要求我们在技术路径上参照美国、德国、日本的发展模式，融入独有的资源优势，确立本国的技术发展方向。由技术广度的发展向深度的转化不仅需要在原有的技术领域中有足够的资源掌握能力和技术竞争力，还需要企业拥有较强的学习能力。组织学习将帮助企业在面对新的技术领域时有充分的吸收能力，以提高资源利用的效率和知识吸收的效率。