技术创新与制造业转型升级关系实证研究——基于耦合协调度模型

张立华 赵 奇

(华北理工大学 经济学院，河北 唐山 063210)

0 引言

制造业是实体经济的主体，制造业的高质量发展关系到经济高质量发展的全局。纵观我国制造业发展的进程，改革开放40年，传统制造业得益于庞大的人口红利和劳动力成本优势进入国际市场，能够以相对较低的成本获取利润，但如今随着我国社会的老龄化和劳动力成本的提升，在国际市场上的竞争优势减弱，传统制造业面临着转型升级的问题。

本文通过实证研究分析我国技术创新和制造业转型升级两个系统之间的相互关系，以此为基础探讨系统内部发展机制，及技术创新与制造业转型升级协调发展。

学者们研究技术创新与制造业转型升级之间的相互关系采用了不同的方法,韩悦[1]从制造业转型的角度出发,运用SYS-GMM方法对中国制造业近几十年的数据进行研究,分析技术创新与制造业转型升级之间的关系。黄东云[2]采用面板VAR模型从而得到技术创新与制造业转型均可促进经济发展，并发现二者的协同作用对未来技术创新的发展有较大较长远的正向影响，且这种影响程度仍有很大的提升空间。吴爱东[3]在耦合协调模型的基础上得到技术创新可以促进制造业进行转型升级,同时对制造业进行转型升级可以带动技术的革新，推动科技的创新发展,因此技术创新与制造业应该相辅相成共同发展。

根据上述技术创新与制造业转型升级之间的关系以及前人的研究方法，本文通过对技术创新和制造业转型升级的耦合协调度进行研究，进而分析两者在经济发展过程中的关系。其中，耦合度指两个或两个以上系统之间的相互作用影响，实现协调发展的动态关联关系，可以反映系统之间的相互依赖、相互制约程度。协调度指耦合相互作用关系中良性耦合程度的大小，可体现协调状况。

1 实证分析

1.1 制造业转型升级和技术创新的指标选取

由于制造业转型升级和技术创新属于两个不同的方面，因此要分别对制造业的转型升级以及技术创新构建综合评价指标体系。

1.1.1 技术创新的指标

技术创新投入指标。谢靖、黄婷玉[4，5]等衡量技术创新的投入指标采用研发经费支出，技术创新的产出指标采用申请专利数。而万勇[6]在此基础上增加研发人员全时当量作为技术创新的投入指标，张祥[7]则是在此基础上通过增加研发内部投入与GDP总量的比值来衡量技术创新水平。

技术创新产出指标。对技术进行创新的成果一部分表现为能够得到专利授权，故专利申请授权数可以衡量对技术进行创新的产出。绝大多数的企业对技术进行创新就是为了盈利，而且企业的主营收入极大程度上依靠着技术创新而产生的效益，故表示对技术进行创新也可采用高技术产业主营业务收入。因此本文借助于前人研究制定了包含研发经费支出(X11)、研发人员投入(X12)、专利申请授权数(X13)、高技术产业主营业务收入(X14)在内的技术创新指标体系。

1.1.2 制造业转型升级的指标

衡量制造业转型升级的指标也有很多，其中最常用的指标是产业结构高度化和产业结构合理化，郑汉、吴娜[8，9]等均采用这两个指标来衡量制造业的转型升级。还有一些研究者采用其他指标，如季良玉[10]采用产业发展集约化来衡量制造业的转型升级，马洪福[11]则采用制造业增加值作为衡量制造业的转型升级的一个指标。经过综合分析选取以下指标从三个方面来衡量制造业的结构升级。

(1)制造业升级高度化指标[12]。制造业升级高度化用工业利润率作为指标来表示，其中工业利润率是工业的利润总额与工业的主营业务收入之比。

(2)制造业升级合理化指标[13]。制造业升级合理化指的是制造业之间的联系程度，即表示制造业的投入与产出之间的关联程度，用结构偏离度来表示，其公式为：

(1)

其中，E表示结构偏离度，Y表示产值，L表示就业人数，i表示第几产业，n表示产业部门数。此时，结构偏离度的数值越大，则制造业的产业结构越不合理。结构偏离度是将各制造业取相同权重这样就显示不出各制造业之间的差异，即不同制造业对整体经济结构有着不同的重要程度。为此，本文引入了泰尔指数[14]。泰尔指数被绝大多数学者用于研究地区收入差距问题，但经研究发现制造业转型升级的合理性也可以通过使用泰尔指数得到很好的表达。在此研究基础上，借鉴了郑若谷、余典范的方法对泰尔指数重新进行了定义，其计算公式如下：

(2)

因此采用结构偏离度和泰尔指数两个指标来衡量制造业升级合理化程度[15]。

(3)制造业升级高效化指标[16]。经查阅大量文献，许多学者采用技术密集型与资本密集型产业产值的比值作为衡量制造业升级高度化的指标。但是为了数据的方便查询，其中资本密集型产业多存在于第二产业，故采用第二产业增加值来代替资本密集型产业产值；而第三产业多含技术密集型产业，故用第三产业增加值来代替技术密集型产业产值。因而，采用第三产业增加值比第二产业增加值来衡量制造业升级高效化，将其记为TS。

1.1.3 指标权重的确定

由于整个体系中各指标度量单位不一样，为了消除量纲的影响，采用熵值法来衡量各指标对整体的重要程度。

第一步，数据标准化处理，即数据进行有序功效函数计算。

第二步，对标准化后的数据进行比重变换。

(3)

其中，Xij表示第i个样本第j个指标的值。

第三步，计算各指标的熵值。

(4)

第四步，计算各指标熵值的效用值。

dj=1-Ej

(5)

第五步，确定各指标的熵权。

(6)

1.2 模型的构建

在“技术创新—制造业升级”复合系统评价指标体系的基础上进行构建模型和确定指标权重。分别构建了功效函数、贡献函数、耦合度和耦合协调度来分析各种指标之间的各种数量关系。

表1 “技术创新—制造业升级”复合系统评价指标体系

1.2.1 数据来源及处理

由于1999年以前的数据有些在当时并不被统计，而2018年的某些个别数据也只有季度数据而没有年度数据，因此分析选取的各指标数据均来源于1999-2017年的《国家统计年鉴》。由于2002年以前的高技术产业主营业务收入还未存档，故取自产品销售收入。

表2 1999-2017年技术创新数据

表3 1999-2017年制造业转型升级数据

采用功效函数对原始数据进行标准化处理。同时，功效函数也用于衡量该指标所对应系统的功效贡献程度[17]。

模型中包括两个子系统，即技术创新系统和制造业转型升级系统，在构建模型时，首先，确定子系统中的功效函数Uij才可进行其他模型的构造。

如果是正向指标，则子系统中的有序功效函数为：

(7)

如果是逆向指标，则子系统中的有序功效函数为：

(8)

其中Uij介于0～1之间，代表Xij对其子系统的功效贡献值，数值大小说明对其子系统的贡献大小。

1.2.2 耦合协调度模型

(1)建立总体贡献函数。技术创新和制造业转型升级是两个独立的子系统，有各自衡量的指标，但两者之间又存在有某种联系。因此在计算各子系统的贡献函数时采用的是线性加权法[5，18]。则各子系统的贡献函数为：

(9)

(10)

其中λij表示子系统各指标的权重，由于子系统中各指标同等重要，故λij取均等。U1代表技术创新对复合系统的综合序参量；U2代表制造业转型升级对复合系统的综合序参量。Ui数值越大说明技术创新子系统或制造业转型升级子系统对复合系统的贡献越大。

(2)耦合度模型。系统耦合公式与标准如下：

(11)

表4 耦合阶段的判断标准与耦合阶段

(3)耦合协调度模型。一般来说,耦合度反映的只是两个子系统之间的耦合协同情况，并不能反映出整体的耦合效应。因此，通过建立耦合协调度模型，用来表示两个子系统之间在动态耦合过程中的协调程度[19,20]。其公式为：

(12)

其中，D表示协调度，C表示耦合度，T代表技术创新与制造业转型升级协同效应的综合指数，α和β为待定系数，分别表示技术创新和制造业转型升级在整个系统运行中的重要程度。对这两个子系统同等重视，因此，取α=β=0.5。根据协调度D的数值大小可以将其分为以下几个阶段：

1.3 综合结果分析

本节通过耦合协调度所得结果对技术创新与制造业转型升级的耦合协调度进行分析。

表5 耦合协调度的判断标准与协调阶段

1.3.1 权重结果

根据技术创新的两个指标即：资金投入指标和科技产出指标及其各自的子系统而计算出的权重结果进行分析；根据制造业的三个指标即：制造业升级高度化指标、制造业升级合理化指标和制造业升级高效化指标及其各自的子系统而计算出的权重结果进行分析。

表6即为根据数据而得到的以上两项系统及其子系统的各指标权重的结果。

表6 技术创新系统和制造业系统的各指标权重

根据上表可以得到，技术创新的产出指标的权重是0.171，高于投入指标的权重0.038，故产出指标更可以直接反映技术创新的能力。在制造业指标中，合理化指标权重>高效化指标权重>高度化指标权重，说明我国制造业转型升级已经趋向合理化，但就高效化而言我国制造业仍需要继续提高生产效率，就高度化而言，我国工业企业利润总额在工业企业主营业务收入的占比比较低，还需进一步提高企业利润。

1.3.2 耦合协调度

表7为1999-2017年技术创新和制造业转型升级的耦合度、协调度以及耦合协调度的结果。

表7 技术创新和制造业转型升级的耦合度和协调度结果

表8 技术创新和制造业转型升级的整体结果

综合表7和8可以得到，1999年我国技术创新和制造业转型升级处于低度耦合阶段—失调—技术创新受阻的状态，此时的技术严重落后。2000-2001年我国技术创新和制造业转型升级处于颉颃阶段—濒临失调—技术创新滞后的状态，这阶段的失调主要是由于技术创新的滞后产生的。2002-2006年我国技术创新和制造业转型升级处于勉强协调—技术创新滞后的状态，虽然此时仍是由于技术创新的滞后导致的两者不协调但从中可以发现技术创新在不断提高。2007-2010年我国技术创新和制造业转型升级处于高度耦合—中度协调—技术创新滞后的状态，说明技术创新有极大提高，两者协调指日可待。2011年我国技术创新和制造业转型升级处于高度耦合—中度协调的状态，此时技术创新与制造业转型升级两者的发展速度基本持衡。2012-2014年我国技术创新和制造业升级处于中度协调—制造业转型升级滞后的状态，说明技术创新水平已经超过制造业转型升级，即存在着制造业转型升级滞后，此时需要加快制造业进行转型升级。2015-2017年，我国技术创新和制造业转型升级处于良好协调—后者滞后的状态，还需要继续推动制造业转型升级来协调技术创新的发展。

1999-2017年内技术创新体系和制造业转型体系存在强烈的相关关系，技术创新水平的提高可以促进制造业进行转型升级，同时制造业进行升级也可以激励新的技术进行革新，从而使得两者更好地协调发展。从两者的耦合协调度来看，我国技术创新和制造业转型升级整体呈上升趋势，但仍旧存在有很大的上升空间。

2 结论及政策建议

2.1 结论

通过研究两个系统内部各自的发展机制发现：在技术创新中，产出指标的重要性远高于投入指标，说明产出指标更可以直接反映技术创新的能力。在制造业指标中，合理化指标权重>高效化指标权重>高度化指标权重，说明我国制造业转型升级已经趋向合理化，但就高效化而言，我国制造业仍需要继续提高生产效率，就高度化而言，说明我国工业企业利润总额在工业企业主营业务收入的占比比较低而且我国制造业的生产效率还有待提高，创新能力一般，还不能适应新常态的制造业升级动力机制。

通过研究两者的耦合度和协调度发现，1999-2017年，我国技术创新和制造业转型升级的耦合程度呈上升趋势，二者之间的相互联系不断加深。从两者的协调度来看，我国的技术创新和制造业转型升级之间的协调度一直都有所上升。尽管期间经历了技术创新滞后和制造业转型升级滞后等阶段，但我国的技术创新水平一直处于稳定上升的状态。与此同时我国的制造业发展整体呈先上升后下降的趋势，且中间有微小的波动调整，技术创新水平的提高可以促进制造业转型升级，同时制造业升级也可以激励技术进一步创新，从而使得技术创新可以更好地配合制造业的发展。

2.2 政策建议

根据以上研究可以得知，我国目前的制造业转型升级仍处于滞后状态，技术创新与制造业转型升级两者间协调度不高，为了使两者能够协同发展共同为企业发展助力，应采用科学合理的方法使企业既要完成转型又要技术创新，达到高创新高产量，实现技术创新与制造业转型升级之间的协调长久发展。

2.2.1 政府的政策

(1)健全激励机制和完善相关政策，对在科研开发方面有巨大成就的企业做出奖励，激励技术创新。对不断进行内部转型升级的企业给予帮助和支持，从而推动我国技术创新和制造业转型升级发展。

(2)加大对小微企业提供帮扶，有些小微企业十分注重技术创新，但融资困难，缺乏足够的资金转型创新，加大对这些企业帮扶力度，来促进他们的技术创新。

2.2.2 企业的政策

(1)提高对自身技术进行创新的积极性。现在技术创新对于企业越来越重要，企业应通过技术创新来提高自身产品质量和产生水平，才可使得该企业产品紧跟市场不断发展、不断迎合大众，也有利于提高企业自身产出效率。

(2)更加注重技术创新和制造业转型升级的协调发展。要重视技术创新，最重要的还是要两者协调配合，让技术创新协助制造业完成转型升级,促使两者共同发展。