河北省科技创新与产业结构升级耦合分析

李英慧,王广凤

(华北理工大学 经济学院,河北 唐山 063210)

《国家创新驱动发展战略纲要》的提出为中国加强科技创新、促进经济发展指明了方向。科技创新是经济发展的重要源泉,新一代互联网技术的蓬勃发展推动科技创新步伐,进而带动产业发展,实现创新链与产业链的有效链接。另外,新结构主义认为,经济发展表现为技术、产业的不断创新以及经济结构的不断优化,加快产业结构优化升级是缓解经济结构矛盾、推进经济结构性改革的关键[1]。科技创新与产业结构升级之间相互关联,实施创新驱动发展、推动产业结构升级,已经成为实现经济高质量发展的必然选择。此外,河北省毗邻京、津两地,京津冀协同发展战略的提出为河北省带来了巨大的机遇和挑战,研究两者的互动作用,同时推动河北省科技创新与产业结构升级耦合协调发展具有重要现实意义。

一、文献综述

近年来,随着国内外学者对科技创新以及产业结构升级领域的研究持续深入,其研究视角逐渐从单一视角转变为系统研究两者之间的互动关系,科技创新推动产业结构升级,同时产业结构升级反作用于科技创新,已经成为目前学术界的共识。一些国外学者从理论层面上对科技创新与产业结构升级进行了深入研究,其代表人物Peneder(2003)从要素角度分析了科技创新与产业结构升级的单向作用机制,认为科技创新通过提升劳动和资本的效率进而促进产业结构转型[2]。随后Saviotti和Pyka(2008)基于新产品与新技术角度研究发现科技创新与产业结构升级存在相互促进作用[3]。

国内学者也对科技创新与产业结构升级的互动关系展开了分析。在理论研究层面,李政、杨思莹(2017)认为科技创新促进产业转型升级,而产业升级伴随的高技术产业发展对科技创新水平提出更高的发展要求[4]。在实证研究层面,霍远、王盛兰(2018)对我国30个省市2004-2013年创新与产业升级耦合状态分别进行时序和空间分析,发现系统间的耦合度与耦合协调度逐年递减,且存在省际差异和空间集聚现象[5]。叶堂林、毛若冲(2019)聚焦京津冀区域,分别从京津冀整体与局部角度分析科技创新与产业结构升级两系统之间的耦合状态,为推动京津冀整体产业链与创新链的有机融合提出切实建议[6]。成鹏飞等(2021)通过构建 “区域创新-产业结构优化” 耦合协调模型,发现湖南14市(州)区域创新与产业结构优化两者间的耦合度与协调度存在明显的空间异质性[7]。

此外,一些国内学者拓展了现有科技创新与产业结构升级的耦合研究,丰富了研究视野。在研究视角上,俞若佳(2021)以海洋产业为例,对沿海11个省市海洋产业科技创新与产业结构优化的耦合发展进行时空演化分析,认为海洋经济高质量发展的关键在于两者之间的协调发展[8]。在研究方法上,焦妍妍等(2019)将 “互联网+” 背景下的金融创新纳入科技创新与产业结构升级体系中,认为科技创新与金融创新的耦合协调程度对产业结构优化具有正向促进作用[9]。随后,张竣喃等(2020)构建 “技术创新-产业升级-金融发展” 的三系统耦合协调模型,致力于推动区域间技术-产业-金融协调发展[10]。

综上所述,目前国内外学者的研究视角逐渐从科技创新与产业结构升级的单向关系研究发展为科技创新与产业结构升级的互动关系研究,且耦合理论已经成为国内学者研究科技创新与产业结构升级互动关系的重要依据。由于不同地域下两系统的耦合情况具有明显的差别,全面的耦合分析需要涵盖国家-区域-省(市)等维度。然而,现阶段国内学者大多从国家、区域等整体视角展开研究,以分析不同省域耦合程度的空间差异,对具体省市等个体层面的研究相对不足。因此,选取河北省为研究对象,分析科技创新与产业结构升级的耦合协调程度,有利于推动河北省科技、产业协调发展,同时有利于从个体维度完善两系统的耦合分析体系。

二、理论分析与研究设计

(一)科技创新与产业结构升级耦合作用机理

耦合理论源于物理学,用于反映多个系统间相互依赖、相互促进、协调共生的状态。此后,经济管理领域的一些学者对耦合理论做了进一步的拓展运用,比如一些学者对科技创新与经济发展进行耦合分析[11-12]。随着耦合理论在经济领域的不断发展,科技创新与产业结构升级的互动关系成为学者们关注的话题,科技创新与产业结构升级的耦合分析从理论意义上丰富了耦合机理的内容,拓展了研究内涵。

科技创新与产业结构升级在要素、市场和环境三个层面存在耦合协调关系。首先,要素层面上,科技创新与产业升级离不开大量技术要素、资本要素以及劳动力要素的投入,科技创新通过聚集技术、资本等要素提升生产效率以实现产业结构升级,同时产业结构升级所伴随的高产品收益和高素质人才支撑科技创新发展。此外,市场层面上,科技创新通过提高技术水平创造新产品、形成新产业,增加了市场对新产品、新产业的需求,推动产业链由中低端向高端层次演进,促进产业结构升级,而产业结构升级带来的更高层次的技术、工艺需求为科技创新提供发展市场。最后,环境层面上,一方面经济高质量发展的需要为提升科技创新水平、推动产业结构升级指明了方向,另一方面科技创新政策与产业结构升级政策协调推进、相辅相成。科技创新与产业结构升级的耦合作用关系如图1所示。

图1 科技创新与产业结构升级耦合作用机理

(二)研究设计

1.熵值法

熵值法是一种根据各项指标观测值确定指标权重的方法,能客观反映指标信息熵值的效用价值,避免主观赋权的误差。

(1)原始数据标准化

正向指标标准化:

负向指标标准化:

其中,xij为第i年第j项指标的原始数值(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m),maxxj为第j项指标的最大值;minxj为第j项指标的最小值。

(2)第i年第j项指标的比重:

(3)第j项指标的熵值:

(4)第j项指标权重:

(5)系统综合指数:

2.耦合协调度模型

耦合度是对系统之间关联程度的一种度量,反映系统与系统之间彼此相互影响、相互作用的强弱程度。两个系统的耦合度模型即:

其中Z1是科技创新系统综合评价得分,Z2是产业结构升级系统综合评价得分,C 代表两系统间的耦合度,0≤C≤1,C 值越大表示两个系统之间的关联程度越强,系统间的耦合度类型划分如表1所示。

表1 科技创新与产业结构升级耦合度类型划分

进一步构建科技创新与产业结构升级的耦合协调度模型:

其中T 代表科技创新能力与产业结构升级综合调和指数;α 和β 分别代表科技创新能力和产业结构升级的贡献份额,α+β=1,由于科技创新系统与产业结构升级系统同等重要,所以取α=β=0.5。D 是科技创新能力与产业结构升级的耦合协调度,具体划分标准如表2所示。

表2 科技创新与产业结构升级的耦合协调类型划分

三、河北省科技创新与产业结构升级指标体系

(一)数据来源

以河北省为研究区域,以2008-2020年间科技创新和产业结构升级数据为研究对象,分析2008-2020年河北地区的科技创新和产业结构升级的总体发展情况以及两系统之间耦合协调变化的趋势。相关指标数据来自《河北经济年鉴》(2009-2021)、《中国统计年鉴》(2009-2021)、《中国高技术产业统计年鉴》(2009-2021)等,部分缺失数据采用时间序列数据预测方法进行填补。

(二)指标体系构建

基于指标选取的科学性、完整性、独立性和可比性原则,考虑到指标数据的可获得性,并借鉴其他学者的研究成果[6-9,13],最终筛选出18个相关指标,分别构建河北省科技创新和产业结构升级指标体系(见表3):基于投入-产出-环境三个维度构建科技创新指标体系,包括规模以上工业企业R&D 人员全时当量、技术合同成交额、互联网宽带接入端口等9个指标;基于产业结构高级化-合理化-高效化三个维度构建产业结构升级指标体系,包括第三产业增加值占GDP比重、工业固体废物综合利用率、万元GDP废水排放量、劳动生产率等9个指标。

表3 河北省科技创新与产业结构升级指标体系

(1)新产品研发效果系数:反映规模以上工业企业新产品研发效果,表示为:新产品销售收入/新产品开发经费;

(2)高技术产业发展系数:反映产业结构高级化水平,表示为:高技术产业主营业务收入/规模以上工业企业主营业务收入;

(3)能源产出率:反映能源的利用效率,表示为:GDP/能源消耗总量;

(4)就业-产值偏离度(以P 表示):反映三次产业就业与产值的结构差异,L为从业人数,G 为地区生产总值,Li、Gi(i=1,2,3)分别表示第i产业的从业人数和产值。

四、河北省科技创新与产业结构升级耦合实证分析

(一)综合发展水平分析

由公式①-⑥计算得出河北省2008-2020 年科技创新综合指数Z1 和产业结构升级综合指数Z2(具体见表4、表5、表6)。

由表4 可知,综合科技创新投入、科技创新产出、科技创新环境三个维度看,2008-2020年河北省科技创新能力显著提升,综合指数由2008 年的0.0000提高至2020年的1.0000。从科技创新投入维度看,2008-2020 年河北省科技创新投入得分总体呈上升态势,由2008年的0.0000提高至2020年的0.2201。从科技创新产出看,2008-2020 年河北省科技创新产出呈明显的增长态势,尤其是2017-2020年间,科技创新产出水平由0.1440 提高至0.5436,增幅为277.5%,2018年后,科技创新产出水平明显超越科技创新投入和科技创新环境水平。从科技创新环境看,2008-2020 年河北省科技创新环境水平处于平稳增长状态,由2008年的0.000提高至2020年的0.2364。

表4 河北省2008-2020年科技创新综合发展水平

由表5可知,综合产业结构高级化、产业结构合理化、产业结构高效化三个维度来看,2008-2020年间河北省产业结构升级综合水平整体呈增长态势,存在部分年份短暂下降情形:2008-2010 年产业结构升级综合指数由0.1233提高至0.1937;2011年综合指数为0.1805,与2010年相比下降了6.81%;2012-2016年综合指数由0.2767 提高至0.6103;2017年产业结构升级综合指数为0.5854,较2016年下降了4.08%;2018-2019年该指数由0.6718下降为0.6655,下降了0.94%;2020年产业结构升级综合指数达到最大值0.8120。从产业结构高级化维度看,2008-2020 年河北省产业结构高级化水平呈上升趋势,由2008年的0.0000增长为2020年的0.2561,2011年出现短暂的下降;从产业结构合理化维度看,2008-2020 年河北省产业结构合理化水平同样呈上升趋势,由2008 年的0.0756 增长为2020年的0.3796,期间2010、2011与2012年产业结构合理化水平出现低于2009年的情形;从产业结构高效化维度看,2008-2016 年河北省产业结构合理化水平由0.0478提高至0.2599,随后呈现波动下降趋势。

表5 河北省2008-2020年产业结构升级综合发展水平

表6与图2反映了河北省2008-2020年科技创新与产业结构升级综合指数。从时间维度看,2008-2020年间,河北省科技创新与产业结构升级综合指数均呈现增长趋势,分别从2008 年的0.0000、0.1233增长为2020年的1.0000、0.8120,且产业结构升级综合指数存在部分年份波动情形。从科技创新水平与产业结构升级水平对比看,2008-2018 年间,河北省科技创新综合指数低于产业结构升级综合指数,此后科技创新综合指数增幅明显,2019-2020年间,科技创新综合指数高于产业结构升级综合指数,且两者间差距呈现变大倾向。

图2 河北省2008-2020年科技创新与产业结构升级综合指数图

表6 河北省2008-2020年科技创新与产业结构升级综合指数

(二)耦合协调分析

由公式⑦-⑨计算得出2008-2020 年河北省科技创新与产业结构升级耦合度C(表7)和耦合协调度D(表8),并绘制趋势图(见图3)。

从图3和表7中可以看出,2009-2020年间河北省科技创新与产业结构升级表现为高度耦合状态,且2010年以后其耦合度均介于0.9-1之间,反映了科技创新与产业结构升级两个系统的关联程度较大。

表7 河北省2008-2020年科技创新与产业结构升级耦合度及耦合类型

图3 河北省2008-2020年科技创新与产业结构升级耦合度与耦合协调度

从图3和表8中可以看出,2008-2020年,河北省科技创新与产业结构升级系统的耦合协调度稳定增 长,从2008 年 的0.0000 增 长 至2020 年 的0.9493,且根据耦合协调度等级及阶段划分,2008-2020年间河北省科技创新与产业结构升级实现了由严重不协调向高级协调阶段的演变。2008-2012年河北省科技创新与产业结构升级两系统处于不协调发展状态,其中2008年耦合协调类型为严重不协调,表现为科技创新水平滞后;2009-2012年为基本不协调状态,且2009-2010年间存在科技创新水平滞后。2013-2017年发展为基本协调阶段,依旧伴随着科技创新水平滞后。2018年之后河北省科技创新与产业结构升级演化为高级协调状态,2019-2020年存在产业结构升级滞后于科技创新水平的情形。

表8 河北省2008-2020年科技创新与产业结构升级耦合协调度及耦合协调类型

五、结论与建议

(一)结论

通过河北省科技创新与产业结构升级耦合的实证分析得出以下结论:

1.河北省科技创新水平逐年增长,产业结构升级水平波动上升。从两系统综合发展指数看,2008-2020年间河北省科技创新与产业结构升级综合指数总体呈增长态势,产业结构升级综合指数在2011年、2017年略有下降。

2.河北省科技创新成果转化推动产业升级、产业升级支撑科技创新发展的效果显著。从耦合协调分析结果看,2009-2020 年河北省科技创新与产业结构升级系统之间存在高度耦合,且2008-2020年两系统之间经历了不协调发展-转型发展-协调发展的演化,其发展协调性越来越突出。

3.河北省科技创新与产业结构升级两系统的协调程度有待进一步改善。从耦合协调类型看,2008-2010年、2013-2017年河北省科技创新滞后于产业结构升级水平,2019年、2020年产业结构升级滞后于科技创新水平。

(二)建议

基于耦合实证分析及以上结论,为改善河北省科技创新与产业结构升级系统的耦合协调水平,实现两者紧密融合、相互促进、协同发展,提出以下对策建议。

1.促进科技创新成果转化,推动高新技术产业发展

基于科技创新与产业升级耦合原理,在两系统间的耦合过程中起主要推动作用的是科技创新水平。科技创新成果的转化效率决定了科技创新推动高技术产业发展,进而推动产业结构向高级化发展的进程。2008-2020年间河北省科技创新研发经费支出、研发经费投入强度不断增长,但反映产业结构高级化水平的高技术产业发展系数并不高,且反映产业结构高效化水平的新产品研发效果系数在2008-2011年、2016年后呈下降趋势。为此,一方面需运用先进技术手段推进河北传统重工业向现代工业转型,延伸高端产业链;另一方面,可通过就业培训、企业交流等方式提升劳动力素质,为河北省科技成果的落地实施提供人力资源保障,进而提升劳动生产率,促进产业结构高效化发展。

2.强化产业关联机制,扩大创新集群效应

在经济发展体系中,科技创新行为离不开产业这一平台的支撑,产业关联的强度决定了两系统的耦合程度,除2008年外,河北省科技创新与产业结构升级系统均高度耦合。为强化产业之间的关联,河北省可充分利用产业园区功能,发挥龙头产业优势,从横向和纵向两个方面引导关联产业集聚:横向角度可通过制定政策措施鼓励相似类型产业共同发展,并提供优质服务支撑;纵向角度可通过延伸产业链,加强区域内不同企业间的上下游关联。此外,产业内的部分关联企业会通过增加研发投入摆脱同质化竞争,形成竞争优势,这一发展倾向会进一步提升河北省科技创新水平。

3.建立区域协调机制,实现京津冀科技、产业联动

政府制定的科学合理的政策有助于推进区域科技创新和产业升级联动发展。在京津冀协同发展的背景下,京津两地在科技创新与产业结构升级等方面均具有较强的发展优势,为实现河北省科技创新与产业结构升级耦合协调发展,一方面,河北省可依托京津两地的研发优势与产业优势,建立区域性合作园区,加大新能源、人工智能等重点领域的科技投入力度,努力弥补与京津两地的科技创新、产业结构差距;另一方面,京津冀三地政府应相互协作,共同营造良好的京津冀区域营商环境,促进京津冀区域资金、劳动力、技术等要素流动,充分发挥京津地区的技术外溢效应,以推动河北省科技创新与产业结构升级发展,实现区域协调。