美国制造业创新结构的变化及对我国制造业创新发展的启示

摘要：二战后，美国制造业创新结构在创新主体、投入比重、产业分布、创新环节四个方面发生了阶段性变化。本文从大型企业经营模式、创新活动分工、全球市场竞争程度和劳资关系四个方面分析了这些变化产生的原因，并阐述了这些变化对美国制造业的创新模式、技术机会、累积条件、创新扩散等多个方面带来的负面影响。在新一轮科技革命和产业变革重构全球创新版图、重塑全球经济结构的时代，创新发展是我国制造业的唯一出路。应当吸取美国制造业创新结构变化的经验教训，保障本土制造业产业丰富度，保留若干大型一体化企业，鼓励大企业支持基础研究，促进创新资源在新兴产业和传统产业中的合理布局，推动我国制造业形成合理的创新结构。

关键词：美国 制造业 技术创新 创新主体

作者简介：

程都，中国宏观经济研究院产业经济与技术经济研究所创新战略研究室助理研究员。

近年来，美国众多学者的研究指出，美国制造业的创新能力已经严重衰落，导致国家竞争力受到后发国家的威胁。实际上，自二战结束以来，以1980年前后为分割点，美国的制造业创新结构发生了明显的阶段性变化，主要体现在创新主体构成、创新投入比例、创新资源的产业分布以及创新活动集中的环节四个方面。分析其变化原因以及对美国制造业创新产生的影响很有必要。在我国制造业面临双重挤压，谋求创新发展的新阶段，充分吸取美国制造业创新结构变化的经验教训，合理制定政策举措，有利于推动我国制造业创新与可持续发展。

一、二战结束以来美国制造业创新结构的四个变化

（一）创新主体结构由“双塔”模式向“多元”模式转变

从二战后到20世纪70年代末，美国的研究型大学和大型制造企业形成了制造业技术创新的核心支柱，个体科学家在创新活动中的影响逐步暗淡，中小企业在创新中的作用尚不突出。研究型大学从原有的人力资源生产者转变为同时担负起科学知识生产者的角色。原有的依赖产业部门资金并主要为产业部门进行研发服务的模式逐步弱化，从政府部门获得主要资金并开展自由研究的模式逐渐盛行。1953年，由大学执行的研发经费中，联邦政府的资金占比为54.7%;在20世纪60年代，该比例基本维持在70%以上;到1980年，该比例为67.2%。在研究方向上，大学的研究更多转向基础性研究。

大型工业企业在二战之前就已经尝到了投资研究的益处，创新成果带来了巨大的利润，对科学的广泛投资使企业能够与大学交流思想和人员。二战后，大型企业更加积极地投资研究工作。在20世纪60年代末，AT&T的贝尔实验室雇佣了15000名员工，其中约1200人拥有博士学位，14名诺贝尔奖和5位图灵奖获得者曾经在贝尔实验室工作过。在20世纪80年代初，杜邦公司在其中央实验室雇佣了大约6000名员工，其研发预算超过10亿美元。

Gertner，J.. The idea factory：Bell Labs and the great age of American innovation.New York：Penguin Books，2013.

进入20世纪80年代，大学的研发活动逐步扩张，在基础研究之外，还积极参与工业发明和专利申请。在1985年，学术机构在基础研究和应用研究上的花费占全社会研发经费的份额为23.8%，到2015年已经上升到33.6%。大学拥有的专利数量占全国专利总数的比重在1975年为1%，到1990年提升到2.5%;大学的专利申请人数在1995年约为2700人，到2015年增加到15000人。

Boroush，M..National Patterns of R&D Resources：2014-15 Data Update.Technical Report NSF 17-311，National Science Foundation，Arlington，VA，2017.

大型工业企业研究开发活动的范围收窄。除了生物医药和电子信息制造业，其他行业大型制造企业在基础研究方面退缩明显，但在应用研究和试验发展方面有所扩张。1980—1990年，销售额增长100%及以上的美国上市公司每年发布的科学论文数量减少了20.6%，杜邦、美国通用电气公司、Xerox和AT&T等传统大型公司出现了最严重的下滑，传统的企业中央研究院或减小规模，或关停并转。

Arora A，Belenzon S，Patacconi A，et al.The Changing Structure of American Innovation：Some Cautionary Remarks for Economic Growth.NBER Chapters，2019.

小型專业研究组织涌现。由高校的研究人员和企业技术人员创业形成的小型企业开始在技术创新中发挥重要作用。这些组织进行研究开发、技术咨询项目和专利许可、芯片设计等知识产品的交易，或者通过向市场推出新产品来直接商业化他们的想法，或者通过将它们出售给具有下游组织能力的大型企业来间接商业化。

（二）创新投入结构由政府部门主导向产业部门主导转变

从二战后到20世纪70年代，美国政府部门（包括联邦政府和非联邦政府部门）成为研究开发的主要投资者，全社会研发投入中来源于政府部门的资金占比高于产业部门。1953年，政府部门投入的研发经费在全社会研发投入中的占比为54.7%，高出产业部门11.2个百分点;到1964年，政府部门投入的研发经费占比达到67.5%，比产业部门高出36.7个百分点。此后，政府部门研发投入占比有所下降，但仍然高于产业部门。非盈利机构和高校在全社会研发投入中的占比都长期低于2%。风险投资机构在1946年就起步发展，但是发展缓慢。虽然在1973年就成立了纳斯达克证券市场，但到1980年全美风险投资总额仅10亿美元。

进入20世纪80年代后，政府投入的研发经费已经下降到略低于产业部门的水平，90年代两个部门投入比例差距进一步拉大。2001年政府部门研发投入占社会研发总经费的比重仅为26.1%，而产业部门占比达到69.2%。21世纪以来，这一态势也没有改变。

风险投资机构在研发资金中也占有了重要位置。根据美国风险投资协会的统计，在1985年风险投资总额仅相当于当年产业部门执行的研发经费的3.4%，1996年该比例达到8%，2002年以来该比例一直保持在10%左右。从风险投资的产业方向看，投入到制造业领域的风险投资金额从1987年到2000年一直保持在50%左右。

笔者根据NVCA yearbook 2013提供的分行业数据计算而得。

（三）创新资源的分布由传统产业向新兴产业集中

从二战后到1980年，美国制造业部门的研发投入集中在飞行器和火箭、电子电气设备、交通运输设备、机械设备、化学工业五大部门。其中，飞行器和火箭、电子电气设备两个行业的研发费用就占到了40%以上。在化学工业中，研发工作主要集中在制药和生物技术、特殊化学制品、复合材料、电子工业材料等先进材料研发等领域;电子电气设备行业中，主要的研发投入集中于电子信息领域;交通运输设备行业的研发集中于汽车制造领域。

20世纪80年代以来，美国制造业主要研发活动进一步向化学工业（主要是制药行业）、计算机和电子光学仪器两大行业集中，机械设备、飞行器和火箭行业的研发活动的比重逐步下降。在1993年制造业研发经费中，计算机和电子光学设备行业所占比重为33.6%;到2017年，这一比重达到了60%左右的水平。而化学工业研发经费占制造业研发经费的比重，也从1987年的11.4%上升到2017年的29.1%。交通运输工具行业研发经费占比保持了稳定，飞行器和火箭行业的研发投入占比则由1987年的29%下滑到2017年的10.3%，机械设备行业研发投入占比也由70年代10%左右的水平下滑到5%左右。从风险投资项目在制造业各行业的占比看，越来越集中在医疗器械、电信设备、网络设备和半导体行业中。

（四）创新活动更加集中于产品研发和前沿技术

从二战后到20世纪70年代，美国制造业在生产装备、新产品的开发与设计环节开展的研发活动偏多，在工程技术研发和工艺创新方面的活动偏少。根据麻省理工学院（MIT）竞争力委员会开展的回顾式调查，在20世纪70年代，美国企业会投入2/3的研发经费进行产品设计和开发，仅投入1/3的研发经费用于工艺研发，这与日本企业的研发经费分配恰恰相反。在“大规模生产”特征明显的钢铁、汽车、基础化学品行业，美国企业热衷于研发先进的自动化设备，希望以顶层设计的自动化技术控制后续的制造过程。美国企业研发人员注重前沿技术探索，但是漠视较为成熟的技术领域。调查发现，美国企业工程师愿意将大部分精力用于全新的技术创新上，而日本企业工程师更加注重改进现存的技术。

进入80年代后，美国制造业创新集中布局在推动电子信息技术深度运用、先进的生产装备、绿色化生产技术上。例如，开发计算机辅助设计系统（CAD）、计算机辅助制造系统（CIMS）、3D打印技术，以及研究开发低油耗汽车产品等。美国从2011年开始布局国家创新网络并成立了数十家制造业创新中心，主要研究领域分布在纳米材料、增材制造、精密仪器制造、智能机器人、柔性电子材料等方面。总体来看，美国制造业创新活动的趋势是，一方面通过前沿技术的研发推动产品创新，另一方面通过前沿技术向生产制造过程渗透，推动制造方式创新。

二、美国制造业创新结构变化的原因分析

（一）垂直一体化经营模式的瓦解

在20世纪80年代之前，美国制造业依托全球市场形成了一大批巨型企业，杜邦、福特汽车、辛格缝纫机、美国电话电报公司、德州仪器等企业在市场竞争中成为行业龙头，他们无一例外地采用一体化的经营模式，一个产品从发明到设计到生产再到测试、包装、运输乃至营销，整个流程都在公司内部进行。一体化企业掌握了产业上下游各环节的功能，可以减少市场风险。但是20世纪80年代之后，在金融市场追求短期业绩的压力下，这些垂直一体化的企业开始分散重组，高估值的“核心”资产和项目被保留，非核心资产被抛售，一体化企业走向轻资产模式。偏于基础性的研发活动耗费时间长，成果不确定性大，直接效益難以测定，在大型制造企业中广泛萎缩。电子、纺织、汽车等“大规模生产”模式行业的制造过程具有重资产特性，也被转包到劳动力偏低的国家。

（二）创新活动的专业化和市场化

在政府加大投入以及风险投资体系不断成熟的环境下，大学和小企业的研发活动越来越丰富，成为可靠的技术创新来源。通过对从1971年到2006年间在“研发100”竞赛中获奖的新产品、新流程来源进行分析发现，在20世纪70年代，500强企业参赛项目占据了绝大多数，而到了90年代，获奖的成果大多出自小公司或者是大学和美国的政府实验室。在这种情况下，大型企业通过并购的方式获得创新成果比通过开展内部研发更具有效率和成本优势。80年代之后，美国更为宽松的反垄断环境、对知识产权保护的强化、技术市场的成熟也为大企业以收购替代内部研发创造了条件。

（三）经济全球化带来的市场竞争加剧

在二战后的几十年内，美国制造业的技术基础大量来源于战时体制下的研发成果和本土企业长周期的研发积累。随着日本、德国、韩国、中国等后发国家经济逐步恢复和经济全球化的深入发展，这些国家的研发能力提升，对美国先进技术的追赶速度加快。在一些成熟度较高的行业，美国难以保持技术垄断地位，大企业越来越难以从内部研究中获利。在汽车、机械等行业，日本和德国企业甚至通过精益生产模式超越了美国企业。因而，面向未来需求，发挥基础研究的相对优势，追求前沿科技，探索颠覆性技术和进入新兴产业成为美国制造业的优先选择。

（四）“劳资对立”导致对制造环节的放弃

美国在与欧洲制造业竞争过程中最早取得市场优势的行业是汽车、钢铁等采用大规模生产方式的企业。在这种生产方式下，制造业企业需要大量的初级劳动者作为工人。在管理模式上，技术人员和工人是界限明显的两个层级。工人从事的岗位经过细致的分工对技术要求低，仅仅被看作劳动力市场上的一种“生产要素”，长期被排斥在研究开发活动之外。大量的工人形成了工会组织，对企业主的经营决策形成了制约。二战后，电子学、计算机和自动控制系统技术进步推动形成的以资本替代劳动，管理层集中控制生产的总体控制思想在美国工业界占据了主导地位，工人群体和制造环节成为被摆脱的对象，制造环节的创新活动也难以受到重视。

三、美国制造业创新结构变化对创新活动的影响

（一）多元化创新模式萎缩，更加依赖“管道延伸模式”

威廉姆、彼得（2017）总结了美国的五种创新模式，包括“管道模式”“市场诱导模式”“管道延伸模式”“制造主导模式”和“组织创新模式”。

“管道模式”是指以联邦政府支持的基础研发为源头，将大学和政府所属研究机构的基础性研究成果输入“创新管道”后，由行业中的企业家、技术人员将这些技术构想形成突破性的新产品。“市场诱导模式”是以发现市场需求的企业家为创新发起者，通过增量式创新填补市场空白的创新方式。“管道延伸模式”是指联邦政府对创新的支持不仅仅在基础研究方面，同时还涵盖了从先进原型到论证、试验平台甚至初始市场创建阶段，弥补基础研究部门和产业部门之间的创新裂痕。“制造主导模式”是指基于制造业经验的专业知识带来的制造技术、工艺和产品创新。这种创新模式依赖应用研究、试验发展与生产过程相结合的方式进行。“组织创新模式”强调在创新的各个环节中改进创新工作的途径、方法和组织，特别是把技术、流程和商业模式结合起来，形成新的生产范式。在美国创新结构的转变过程中，垂直一体化企业的瓦解，使支持长期研究并能够提供技术创新全周期配套资源的工业企业减少，以“管道模式”进行创新难度更大。创新资源集中在少数行业使得其他行业爆发的市场需求难以得到创新要素的支撑。制造环节的大规模外包和离岸发展使“制造主导模式”在本土缺乏创新来源。“组织创新模式”对產业各环节协同要求高，本土产业链条的不完整、产业链条中各环节的联系弱化，也限制了组织创新的发展。总之，随着美国创新结构的转变，多元化的创新模式在萎缩，美国制造业的技术创新越来越依靠联邦政府支撑下的“管道延伸模式”。

（二）技术机会不断缩减，创新空间受到限制

政府部门对研发投入的比重降低，工业企业对基础研究和长期研发项目投入的减少，弱化了整个制造业体系对前沿技术的探索能力，也使得重大创新的概率降低。创新资源集中在少部分行业，导致了其他行业创新的衰落以及行业间技术关联紧密度下降，制造业中跨行业的“嫁接”式创新缺乏生长的土壤。产业体系和企业群体的丰富度下降也会使产业创新网络的关联类型减少、延展性减弱、复杂度降低，创新的边际效应递增特性难以体现，创新产出也随之下降。制造环节的离岸分布造成了大量的创新场景缺失，制造过程中大量的潜在创新点难以得到充分发掘。制造业中工程能力和生产组织能力的弱化使研发人员的创新成果在工程化阶段频频受阻，新的产品设计不能进入市场，难以形成新的市场引力，限制了后续创新和配套产业的技术创新。

（三）创新的累积条件减弱，持续创新能力受侵蚀

制造业部门的势微减少了对STEM

STEM是指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）专业。专业人才的吸纳空间，技术创新的基础性人才育成体系逐渐萎缩。考夫曼基金会研究显示，美国大学STEM专业毕业的学生中，本土学生数量越来越少，在电子工程、工业工程、机械工程、互联网和人工智能等专业，国际学生占比更高。研究型大学对应用研究的扩展促使更多的研究者追求短期的、可商业化的技术研发，减少了愿意从事长周期基础研究的人员，不利于基础性研究人才的积累。大型企业通过并购小企业获得创新成果虽然提升了创新效率，但是与内部研发相比缺乏系统性和持续性，一旦创新型研发企业被大企业收购，之前的研发活动就停止了，技术知识的储备也难以持续。制造部门的离岸分布使得制造环节中大量依赖对生产现场频繁接触和“干中学”的技术诀窍等隐形知识难以在本土积累，限制了美国的前端研发和设计。例如，在复印机、数码相机、工业机器人等领域，美国企业最先进入市场，但是在工艺和生产方面落后于日本，最终导致产业萎缩，而日本逐渐成为这些行业研发设计的领先者。

（四）创新单向扩散加强，创新收益流失严重

美国创新资源逐步向生物医药、电子信息等基于科学的产业部门集中，这些部门都是专利密集型部门，技术知识的可编码性强，以专利、科学文献、数据库等为重要载体，相对于隐形知识和技能，保护难度大，扩散更加容易，更易被后发国家学习。在研发设计环节保留于本土、制造部门迁移到后发国家的产业链分布态势下，新产品进行大批量生产时，设计部门必须对制造部门进行详细指导，其知识和能力自然向后发国家扩散，有利于后发国家培育技术吸收能力。后发国家的企业在学习美国研发的新技术、新设计后，可以充分利用产业丰富度高、贴近市场的优势，针对细分市场进行二次创新，获得知识产权，甚至可以通过专利布局阻止美国相关企业进入市场，从而获得主要的创新收益。

四、对我国制造业创新发展的启示

近年来，我国制造业创新结构也在发生一些变化，企业作为创新主体的地位越来越明显，科技型中小企业和初创企业也越来越多。在产业转型升级的浪潮中，“低端”产业向东南亚、非洲等次发达地区转移成为趋势，创新活动也越来越向电子信息、电气机械、生物医药等行业集中。为促进制造业创新的可持续发展，吸取美国经验教训，提出以下建议。

（一）充分保障本土制造业的产业丰富度

技术创新的空间广泛分布在各个产业门类和各个环节中，不同行业技术创新也存在周期性和集中性，即使是一些目前还具有劳动密集、环境资源消耗大特征的“低端产业”，也具有产生颠覆性创新的可能，对其他产业的创新也具有支撑配套作用，是制造业创新资产的组成部分。要避免一刀切划定所谓“低端产业”，避免这些企业完全迁移到东南亚国家，要鼓励和支持这些产业进行技术改造和创新，以应对资源环境及成本压力，尽量将其保留在国内，以免陷入产业空心化陷阱。

（二）保持若干贯穿全产业链的大型一体化企业

贯穿产业链的一体化大型企业比一般企业更有能力推动产业链与创新链的融合发展，更加便于组织研发周期长、投入资金多、配套条件复杂的研究项目，有利于积累创新资产、拓展科技前沿、提升创新潜力。应当在钢铁、石化、化工、机械制造等技术迭代慢、渐进式创新多、隐形知识比重大的行业，保持一定数量贯穿产业链的国有一体化大型企业，在企业业绩考核评价体系中，适当降低经营利润绩效要求，提升创新考核绩效要求，增强这些大型企业的创新活力。

（三）持续支持基础性研究并鼓励大企业投身其中

随着全球科技文明程度的提升，制造业技术创新对科技水平的要求也越来越高，基础研究的发达程度直接影响到制造业的创新谱宽和重大技术突破的概率。考虑到基础性研究的周期长、风险高、公共性强等特征，应当以政府部门作为主要投入部门，对基础研究给予长周期的支持。大型企业是引领行业发展的龙头，需要探索前沿技术，投入一定的人员和资金到基础研究中去，有利于培育基础理论和工程技术兼备的复合型人才，推动产、学、研部门融通发展，加速先进理论和前沿技术的扩散。应当鼓励行业龙头企业积极投身基础研究，积淀可持续的创新能力。

（四）引导创新资源在新兴产业和传统产业中合理分布

前沿技术对传统技术的替代是一个漫长的过程。美国从20世纪40年代开始就追求通过数字技术对现实模拟，追求自动化技术对人工生产过程的替代。但一直到目前，在制造业的很多领域中，数字技术还难以完全模拟现实，人工生产环节也依然大量存在。因此，在依托前沿技术的新兴产业完全兴盛之前，仍然要多渠道引导创新资源的理性分配，积极推动传统产业的创新发展，避免制造业支柱性产业的缺失和创新资源的浪费。

参考文献：

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4.诺布尔：《生产力：工业自动化的社会史》，中国人民大学出版社，2007年。

5.迈克尔·德托佐斯：《美国制造：如何从渐次衰落到重振雄风》，科学技术文献出版社，1998年。

6.Arthur Herman.America’s High-Tech STEM Crisis Forbes，10 Sep 2018.

责任编辑：李 蕊