基于耦合协调模型的我国制造业 与物流业协同度现状与趋势研究

杨丽 张世豪

摘  要：制造业是物流业发展的前提，物流业是制造业发展的保障。我国要向制造强国转变，物流业协同发展至关重要。国家发展改革委员会联合交通运输部等部门联合发布的《推動物流高质量发展形成强大国内市场若干意见2019》中明确提出：促进现代物流业与制造业深度融合。文章采用耦合协调模型量化分析我国2009～2019年两业协同发展状况，发现我国两业子系统有序度仍处于磨合阶段，协调度则处在中级协调阶段，两业子系统有序度与协调度均存在较大的提升空间;采用CRNN网络模型对2020～2025年两业协同发展状态进行预测，发现物流业发展相对平稳，制造业发展波动明显，“十四五”时期，制造业是两业协同发展的重点和难点。根据两业协同的发展现状和发展趋势，文章从政府、制造业以及物流业角度提出促进两业协同发展的政策建议。

关键词：制造业;物流业;耦合协调;发展趋势

中图分类号：F250    文献标识码：A

Abstract： The manufacturing industry provides conditions for the development of the logistics industry， and the logistics industry provides support for the manufacturing industry. To become a manufacturing power country， coordinated development of the logistics industry is essential. In 2019， the National Development and Reform Commission， the Ministry of Transport and other departments jointly issued“Several Opinions on Promoting the Development of High-quality Logistics and Forming a Strong Domestic Market”， which clearly stated： Promote the deep integration of modern logistics and manufacturing. This paper uses a coupled coordination model to quantitatively analyze the coordinated development status of the two industries in China from 2009 to 2019. There is a large room for improvement， the CRNN network model is used to predict the coordinated development of the two industries from 2020 to 2025. It is found that the development of the logistics industry is relatively stable， and the manufacturing industry fluctuates significantly. During the“Fourteenth Five-Year Plan”period， manufacturing is the focus and difficulty of the coordinated development of the two industries. According to the current status and development trend of the synergy between the two industries， the paper proposes relevant policy recommendations to improve the level of synergy between the two industries from the three levels of government， manufacturing， and logistics.

Key words： manufacturing; logistics; coupling and coordination; development trend

0  引  言

制造业是我国提升国力、实现现代化的重要前提和基础之一。作为物流业务需求方，制造业一定程度上决定着物流业发展容量;而物流业发展水平的提高对于制造业核心竞争力的提升来讲也意义重大，因此推动制造业与物流业协同发展至关重要。特别是在经济全球化日渐成熟的今天，制造业的转型升级发展更加需要现代物流业做支撑，协同发展。制造业对物流需求具有数量大、种类多、专业化强的特点，涉及采购、生产和销售等各个环节，与物流业协同发展不仅能够帮助制造业企业降低自营物流的成本、规避风险，且可以提高产业链整合效率、优化产业结构，进而使其专注于核心竞争力的建设;对物流业来讲，两业协同发展能够帮助其向专业化、规模化、标准化、一体化迈进，转变服务理念、管理意识，创造更多的社会价值。制造业与物流业联动协同发展一直以来都是国家发展战略规划的重要内容之一，2009年出台的《物流业调整和振兴计划》、《全国电子商务物流发展专项规划2016》、“物流业十三五发展规划纲要”，再到2019年国家发展改革委、交通运输部等部门联合发布的《推动物流高质量发展形成强大国内市场若干意见》等，均明确部署了推动制造业与物流业协同发展的举措。

1  文献综述

国外对于协同论的研究起步较早，20世纪60年代德国物理学家Hermann Haken在《协同学导论》中阐述了协同理论概念：任何对象都是由元、部分和子系统构成的，系统之间相互作用，从而形成新的系统。美国管理学大师伊戈尔·安索夫（1980）在研究企业发展战略时将协同作用定义为战略核心;随后Norgaard（1985）将协同演化理念延伸到社会与经济产业领域中，他认为经济系统中各个部分都是相互影响的、系统之间存在演化关系;日本战略专家伊丹广之（1987）提出公司的内部因素与外部环境的互补和协同共同作用。而后协同理论开始从企业内部逐渐扩展到企业与企业甚至产业与产业之间的战略合作层面：Francois（1990）建立数学模型验证了制造业与物流业存在协同关系;Ursula Y. Alvarado， Herbert Kotzab（2001）尝试提出物流业摆脱制造业从而独立发展，与制造业互相成就。

国内近些年来也有学者研究分析两业协同机理，李根（2016）在文章中强调制造业需求是我国社会物流需要的核心组成部分，物流业的成长同样需要制造业的拉动与正反馈作用，物流已然成为制造业高速发展和转型升级的关键保障。吴碧凡（2017）分析制造业与物流业发展现状时指出目前我国大多数制造业企业均采用自营物流模式，这样便造成企业内部物流专业性程度差、成本高，物流资源浪费等问题;另一方面，我国物流企业各自为营、缺乏沟通，体制机制不完善等导致发展水平无法进一步提升。王珍珍（2017）运用共生度理论对长江经济带九省二市制造业与物流业的共生度、共生关系以及共生寿命做了测算，测算结果表明最终均会向正向对称互惠共生模式靠拢。朱萌（2019）发现专业化分工是双方形成共生关系的动因，这就要求制造业释放其物流需求，从而更为专注地提升自身核心竞争力;物流業提升针对制造业企业的服务水平，实现互惠共赢局面。

政策举措方面，胡迟（2019）倡导重点扶持发展对物流业服务需求较高的制造业企业，以点带面，建立健全与物流业服务能力的关联机制，组建战略联盟联动合作形式，逐步完善制造业物流价值链，发展协同物流等;梁红艳、柳丽华（2020）提议增添物流生产要素，降低物流业服务成本，创新构建物流园区与省级公共信息平台相结合的模式;跟随顾客需求主导、物流技术、物流网络、物流增值服务等方式，实现对制造业的服务创新，从而拉动物流业纵深发展等。

综上来看，制造业与物流业联动发展的理论和实证研究方面已经积累了一批丰硕的成果，但是以上关于制造业与物流业协同发展的研究全部基于静态均衡模式下分析出来，而两业联动发展是一个动态变化的过程，由于缺乏系统性、连贯性的研究，便造成针对制造业和物流业存在的问题以及方法策略具有滞后性;另外两业协同发展趋势的预测至关重要，它是制定发展计划的重要依据，同时也可以确保市场调节起到积极作用，而且也可作为企业增强应变能力和竞争能力、改善经营管理模式的重要举措。而关于两业协同发展研究预测的文献却是屈指可数。基于以上，文章采用动态模式对我国制造业与物流业协同发展进行研究，同时对两业协同发展趋势做出预测。

2  研究方法与数据指标构建

本文采用耦合协调模型对制造业与物流业系统相关联程度和互动协调度进行测算，采用径向基函数网络当中的广义回归神经网络（GRNN）模型对两业耦合协调的发展趋势进行预测。

2.1  制造业与物流业耦合协调模型

按照耦合和协调理论的基本思想，制造业和物流业构成的复合系统中，两业协调发展就是指两业子系统及其构成要素之间向着一致和谐的方向演进，两业耦合则指的是两业子系统及其构成要素之间彼此影响、相互作用的现象。系统内部序参量之间的协同作用主导着系统由无序向有序发展演化的趋势，决定着系统相变的特征与规律，而耦合度刚好是描述这种协同作用的度量。

2.1.1  有序度函数。设两业复合系统演化发展过程中的序参量为ui=1，2， uj=1，2，3，…，n为序参量u的第j个指标，其值为X， 序参量的上下限值分别为a、β，该序参量对系统有序的贡献可以表示为：

Uu=                                  （1）

式中：Uu为序参量的有序度，Uu∈0，1，值越大，序参量的有序度越高，对系统有序发展的贡献也就越大。序参量对复合系统有序发展的总贡献可采用线性加权和法进行计算，公式为：

Uu=λUu                                           （2）

式中：Uu为子系统有序度，Uu∈0，1;λ≥λ=1。子系统有序度越大，系统有序的程度就越高，反之则越低。

2.1.2  耦合协调度函数。基于多系统相互作用的耦合度模型cn=u，u，…，u/∏u+u1/n，制造业和物流业复合系统的耦合度函数可表示为：

C=Uu×Uu1/2/Uu+Uu                                  （3）

式中：Uu，Uu分别表示制造业和物流业子系统的有序度，耦合度值C∈0，1，其值越大耦合强度越高。

耦合度值可以较好地反映两业子系统耦合作用的强弱，但是无法反映两业协调水平的高低，当两个子系统发展水平都比较低时同样可以得到两个系统协调度较高的结果。因此在多个区域对比研究的情况下，建立如下耦合协调度函数便可以综合反映制造业与物流业耦合发展的协调水平：

（4）

式中：T为综合协调指数，代表着系统综合协同效应;a和b代指制造业和物流业地位、贡献的待定系数，借鉴张沛东（2010）在《区域制造业与生产性服务业耦合协调度分析》文章中方法，取a=0.6，b=0.4;D为耦合协调度，其值越高，系统的耦合协调水平也越高。文中T∈0.0，1.0，这样可保证D∈0.0，1.0。耦合协调水平策略如表1所示。

2.2  广义回归神经网络（GRNN）模型

GRNN神经网络以非线性回归分析为理论基础，由输入层、模式层、加和层以及输出层四层组成。输入层神经元数目等于学习样本中输入向量的维数，模式层神经元数目等于学习样本数目，输出层的神经元数目等于学习样本中输出向量的维数，其传递函数、求和函数以及输出函数的算法分别为：

Rix=exp-x-xTx-x/2δ， i=1，…，n

SD=Rix， SNj=yRix， j=1，…，k

y=SNj/SD

其中：x为输入变量，x为第i个神经元对应的学习样本，y为模式层与求和层的链接权值，y为输出层第j个神经元对应的输出结果。

2.3  数据指标的体系设计

本文在设计制造业和物流业序参量指标体系之前综合考虑了以下三个原则：兼顾系统性和可行性、兼顾科学性与动态性、兼顾独立性和相关性。指标体系作为一个整体要能够全面、系统地反映两业的本质和特征，因此必需选择那些有代表性的典型性指标，与此同时，指标内容还应当明确具体、容易获取测算。基于此，文章从产业投入、产出、发展和成长四个方面构建出制造业和物流业序参量指标体系如表2所示：

3  协同度测算与分析

3.1  数据统计

本文原始数据从国家统计局网站《中国统计年鉴》和中国经济与社会发展统计库《中国物流年鉴》中获取。由于数据的可得性，另外制造业产值占工业总产值的90%以上，在产业结构中占据绝对主导地位，因此，制造業缺失的数据用工业数据来代替。另外，根据国家统计局制定的国民经济行业分类标准，物流业是属于第三产业，包括了交通运输、仓储及邮电业的货运和仓储业，文章依据这一标准统计物流业数据。数据获取后需要进行标准化以消除各序参量量纲及数量级的影响，考虑序参量熵权计算的需要，采用极差标准化方法，运算采用MATLAB完成。

3.2  序参量指标权重确定

确定子系统指标权重时，本文采用的方法灵感来源于章穗、张梅、迟国泰等人在研究科学技术评价模型时运用的熵值赋权法。熵表示系统的无序程度，熵值赋权法是基于客观环境的原始信息，通过分析各指标的关联程度及其提供的信息量来确定指标权重，确保所建立的指标能够反映绝大部分原始信息，使评价结果更加符合实际。其基本思想是：一个系统有序程度越高，指标包含的信息量就越大，其熵值会越小，权重会越高;反之系统有序度越低，熵值越大。当某一个指标的原始数据变异大、熵值较小、熵权较大时，说明该指标有明显差异，应重点考察。

其基本步骤为：（1）对统计数据进行标准化处理。针对本文制造业和物流业序参量指标体系，假设有m个年份n项评价指标的观测值形成的统计数据矩阵X，矩阵中的元素x表示第ii=1，2，…，m个年份当中第jj=1，2，…，n项指标的原始数据值。矩阵X中的原始数据需要通过标准化消除不同量纲和数量级的影响，才能进行熵权法的运算，此处采用极差标准化方法以保证熵权计算的需要。正向指标（越大越优型指标）用r=x-minx/maxx-minx计算;逆向指标（越小越优型指标）用r=maxx-x/maxx-minx计算，形成标准化矩阵R=r。（2）计算指标熵值。按照熵的定义，第j项评价指标的熵为E=-kplnp，其中k=1/lnm。当p=0时，plnp=0;p为第j项指标第i个年份的特征比重，且p=rr。（3）计算指标熵权。第j项指标的熵权定义为λ=1-En-E，其中0≤λ≤1，λ=1。计算结果如表3所示：

3.3  子系统有序度及复合系统协调度的计算与分析

表4显示制造业子系统中序参量有序度随时间演进出现三种趋势：固定资产投入I、人力资源投入I、企业个数I、资产规模I、产值I、主营收入I等呈现上升态势，表明了我国制造业进一步加快发展，投入产出成正比;利润增长率I呈逐年下降趋势，表明其对子系统有序化发展的贡献不断降低，我国制造业优势随着劳动成本增高等原因在逐渐减弱，需加快转型升级脚步;净资产增长率I呈波动趋势，变化不定，与我国近年来制造业发展的实际情况较为契合。

表5显示物流业子系统中序参量有序度随时间演进亦出现三种趋势：固定资产投入L、人力资源投入L、产值L、货物运输量L、货物周转量L、市场流通规模L呈上升态势，表明我国物流业投入力度持续稳定，规模逐步扩大;产值比L呈逐年下降趋势，导致物流业子系统无序发展;物流业贡献率L、投资增长L、业务增长L呈波动发展趋势，表明物流业产出水平不稳定，需优化物流业结构，进一步增强一体化服务能力，与我国近年来物流业发展的实际情况较为吻合。

从表6、图1可直观发现：2009～2013年制造业与物流业有序度交替上升，受全球经济危机以及国家相关政策影响，两业协调程度较低，经济发展较为缓慢;2014、2015两年间，国家围绕“稳定增长、调整产业结构、促进转型升级”的目标，提出产业发展战略，使得协调度由0.5047上升到0.6021;2016年以来国家制定“十三五”规划，其中物流业规划占据较大比重，随着我国制造业逐渐转型升级，两业协调发展，协调度稳步提升。

3.4  两业协调发展趋势预测

按照耦合协调度影响因素计算出10项指标的平均权重为0.1，从制造业与物流业中各选3个权重大于0.1的原始统计数据指标：制造业固定资产投入I、制造业总资产贡献率I、资产规模I和物流业固定资产投入L、物流业产值L、货物周转量L共计六项指标作为指标输入，将制造业有序度Uu、物流业有序度Uu及两业耦合协调度D指标作为网络输出，建立GRNN网络。

鉴于数据样本量较小，为了提高预测效果，采用K-Fold Cross-Validation方法对数据进行交叉验证，对GRNN网络进行训练，循环找到最佳SPREAD。以我国2016～2019年数值作为检验样本进行实验模拟，结果如表7所示。

由表7观察得出：当网络的SPREAD值取0.5时预测效果最为理想，即模拟值与实际值比较吻合，模型可行性较高。利用建立好的GRNN模型对2020～2025年我国制造业与物流业有序度及两业耦合协调度做预测，得出结果如表8所示。

从表8可以观察出，制造业有序度在未来几年延续波动态势，而物流业有序度是平稳上升状态;两业整体耦合协调水平由2020、2021年的初级协调迈向2022～2024年的中级协调，再发展到2025年的良好协调阶段。数据上看发展势头良好，但是制造业发展不具备稳定性，仍具有较大提升空间，需要通过政府、制造业以及物流业等主体共同努力，推动两业协同发展。

4  主要结论和相关建议

4.1  实证研究的主要结论

实证结果显示：2009～2019年间，两业耦合协同发展演化历经轻度失调—濒临失调—勉强协调—初级协调—中级协调五个阶段。协同度先是由负到正，再由低到高。佐证了王茂林、刘秉镰（2009）十年前在文章中预测的两业发展趋势。虽然两业耦合协调发展略显成效，但是制造业子系统在发展过程中利润增长率是逐年下降的，一方面是我国劳动力成本逐年增长导致的，另一方面如吴碧凡（2017）所说的，我国绝大多数制造业企业采用自营物流模式，这样便存在成本高，资源浪费等问题;物流业子系统相比之下算是平稳发展，说明我国对物流业持续稳定投入，规模也逐步扩大，而产值比却呈逐年下降趋势，也导致物流业子系统无序发展，我国物流企业各自为营、缺乏沟通，体制机制不完善等问题始终影响着物流业发展水平无法提升。

采用GRNN模型预测未来六年发展趋势，从预测出的发展趋势看，两业整体耦合协调水平由2020、2021年的初级协调迈向2022～2024年的中级协调，再发展到2025年的良好协调阶段，总体势头良好，物流业有序度是平稳上升状态。而制造业有序度在未来几年延续波动态势，在发展过程当中缺乏稳定性。我国制造业发展时间较欧美国家相比较短，多以缺乏技术含量的低端制造业为主营业务，而关键核心领域，如芯片、航空等领域长期处于受制于人的局面;另外我国制造业企业始终“重生产轻流通”，重视生产流程和产品质量，而轻视物流，导致物流活动较为分散，“大而全”理念下的自营物流模式使得制造业企业总体物流效率低下，且加重资金负担。中美贸易摩擦、以及新冠疫情也对我国制造业造成不同程度的冲击，致使制造业增长不稳定。“十四五”期间，制造业发展波动明显，制造业发展不稳定，将成为两业协同发展的重点和难点。

4.2  主要的政策建议

（1）政府方面。通过宏观调控加强政策引导、财政支持，构建两业协同发展的长效机制。①政策引导、财政支持：为两业联动发展提供优越的倾斜政策，通过优惠的财政金融以及相应的行政措施，影响两业协同发展的投资成本、效益回报;发挥极化协调作用，促进我国产业结构转型升级：一方面鼓励钢铁、汽车、船舶、石化、有色金属以及装备制造等产业转变传统观念，助推以上产业加快调整和振兴，另一方面帮助芯片、航空航天等产业突破瓶颈，向世界顶尖水平发展。②规划发展：总结“十三五”发展经验，为制造业的“十四五规划”发展战略奠基，走一条高水平的自力更生的道路，加快構建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。③完善布局：通过打造大型制造业、物流业产业聚集区，来建立有助于两业协同发展的基础设施布局;另外引导制造业与物流业标准对接，搭建两业信息沟通平台，引领制造业企业转变自营物流理念，鼓励制造业将物流业务外包，引导物流企业服务上做好对接;搭建产学研联盟平台推动两业交互对接;最后要加强市场监管力度，严格处分破坏市场秩序的企业，以保证两业市场机制良好运行。

（2）制造业方面。一方面要实现自身稳定长效发展，将中美贸易摩擦等外力影响降到最低，潜心升级产业结构形态，加快以劳动密集型产业为主向以技术密集型产业为主的模式转变;提高整体发展质量，创新驱动发展，加大科研投入力度，以提高生产效率和产品附加值;打破“纵向一体化”、“大而全”，“重生产轻流通”等传统观念，解放思想，将主要精力和资本投入到关键核心领域，提升核心竞争力;将物流业务从主营业务当中分离出来，计算退出成本，释放出包括原材料采购、产品存储、销售运输等环节的物流业务需求，根据自身需求划分不同的标准收益，供物流企业选择，以此实现物流业务外包;严格控制风险程度，整合制造业集聚区物流功能，坚持集中布局、功能集成、经营集约原则，建立物流业务托管机制;与物流业企业做好信息沟通，标准对接，达成合作协议后共享彼此资源，深度融合，以形成更大的竞争优势。

（3）物流业方面。物流业企业需做到稳中求进，争取在制造业物流服务模块有所发展，整合优势资源，做好与制造业企业的服务对接，向制造业提供增值、一体化服务，避免产品和服务同质化现象;充分利用电子商务平台信息资源整合功能，通过物流信息技术的指引，构建公共信息平台和物流市场服务体系，极力打造高附加值、高技术含量的价值链;发展智慧物流、绿色物流，推动第三方物流专业化、高质量发展，合理运用网络技术、智能服务技术、条码、EDI和POS技术等，提升物流业服务专业水平和质量。

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