高端装备制造业创新生态系统升级机制研究

江 瑶，程婷华，陈 旭

1.上海工程技术大学管理学院，上海 201620；2.上海应用技术大学经济与管理学院，上海 201418)

0 引言

高端设备是制造业发展的前提和关键，大力发展高端装备是提高中国装备制造业水平、缩小与发达国家制造业差距的根本之策和必由之路。近年来，装备制造业向高端化、智能化、绿色化、服务化方向发展已成定势，大力推动高端装备制造业创新，成为实现由 “制造大国”向 “制造强国”转变的重要战略方针之一。在当前开放式创新背景下，高端装备制造业创新发展已不再局限于依靠单一个体的创新，而是向多主体协同的创新生态系统转变。凭借着更高的开放度、更强的互动性、更广的开源性[1]，中国高端装备制造业创新生态系统切实为主体提升创新能力和培育竞争优势提供可行路径，在产业规模化、服务化、智能化、高值化等各方面取得了积极成效[2]。然而，产业基础薄弱、部分领域关键核心技术受制于人、创新成果转化效率低、进口技术和设备依赖性强等 “卡脖子”问题仍然存在[3]。如何通过系统要素、系统动力或系统机理的改善与重构推动产业创新生态系统升级，进而有效解决产业发展面临的 “卡脖子”问题[4]，自然成为中国高端装备制造业发展面临的重要问题。

现有关于高端装备制造业创新生态系统升级机制的研究，大多从系统内部特征或系统面临的内外部环境展开。在系统内部特征方面，主要包括创新能力[5]、主体协同[6]、系统开放[7]等；在系统环境方面，主要包括政策环境[8]、数字环境[9]等。上述文献为理解高端装备制造业创新生态系统升级奠定了一定基础，但仍存在以下不足：①研究成果过于分散，缺少系统的理论分析框架，未能详细阐明高端装备制造业创新生态系统升级的关键机制和内在逻辑；②系统升级是一个复杂过程，现有实证多从单一因素入手证实其与系统升级的影响作用，未能体现多重因素的耦合效应。因此，本研究聚焦于高端装备制造业创新生态系统升级问题，从组态视角分析多重机制对其的联动效应，进而挖掘实现系统升级的等效路径，以期为产业创新发展提供实践启示。

1 文献回顾与理论框架

1.1 创新生态系统升级的内涵特征

创新生态系统是指拥有相互需求的多元主体，通过彼此间交互及其与外部环境资源的协同演化，形成的以价值共创为目标的动态复杂系统[10]。虽然大量研究[11]证实创新生态系统对创新绩效提升、竞争优势培育和产业高质量发展的正向激励作用，但是在机遇与挑战并存的大国博弈新形势下，如何通过创新生态系统的升级去推动产业创新发展仍然是社会各界面临的一项重大议题[4]。

学术界对创新生态系统升级的内涵界定尚未完全统一，但大多表现出以下3个方面的特征属性：①主动性，即系统升级是主体在系统发展的特定时期，带着一定目的主动开展创新实践的有意识行为[12]；②系统性，即系统升级并非是单个环节的独立升级，而是会涉及流程、功能、产品等方方面面的系统更新；③跃迁性，即系统升级是区别于自然演化的非连续跨级跃进过程[7]。基于此，本研究将创新生态系统升级定义为多元主体协同开展创新实践活动，推动系统流程、功能、产品等各环节的不断更新，从而促进整个系统的非连续跨级跃进，最终实现各方参与者的价值共赢以及产业或区域的创新发展。

1.2 高端装备制造业创新生态系统升级机制

由于高端装备的高技术性和强专用性，使得推动其创新发展不再是单一主体的创新行为，而是需要更多主体在动态环境下的长期协同合作。结合相关学者[13]的研究，高端装备制造业创新生态系统具有技术前沿密集、组织合作紧密、环境动态复杂的显著特征。基于此，借鉴已有学者[14-16]的研究成果，从 “技术-组织-环境”维度出发提炼影响系统升级的关键机制，进而构建高端装备制造业系统升级的理论框架。

(1)技术维度。高端装备制造业的高技术属性，使得技术成为推动其创新生态系统升级跃迁的核心动力[4]。Lemo等[17]在对挪威247家制造商进行回归实证分析后发现，高强度的技术投入会极大促进技术研发，密集的研发活动又会使主体更有能力应对危机和抓住机遇，技术变革的同时系统韧性得到增强。高伟[18]则在对中国 “科技自立自强”发展战略的深刻解读下指出，以系统原创技术持续产出的新产品、新工艺、新应用乃至新商业模式会成为颠覆全球市场的重要力量，助推系统向全球高端价值链攀升。基于此，本研究提取技术维度上影响系统升级的两个关键机制：前沿技术投入机制和科技成果转化机制。

前沿技术投入是指为支持开展科技活动而持续投入人力和物力，以确保产业走在科技发展的前沿[2]。研发投入力度的持续加强，可以有效激活系统主体创新活力和创新能力，从源头上解决产业自主创新能力偏弱、基础学科发展动力不足、关键核心技术领域受制于人等 “卡脖子”问题[19]，推动系统占据创新制高点。科技成果转化是指针对技术研发取得的成果所进行的后续实验、开发、应用、推广等系列活动，直至将其转化为全新的产品或工艺。科技成果转化从本质上来说是技术应用化的过程，它能将源头性创新转化为现实生产力，真正实现科技创新驱动产业发展。同时，技术应用能够催生出更多新技术、新产品和新商业模式，为系统高质量发展提供潜在变革机遇[6]，最终加快系统升级进程。

(2)组织维度。创新生态系统的更迭演进主要是通过主体之间合作、竞争、制约等各类行为实现[2]。Jacobides等[20]结合网络组织理论指出，主体相互联结形成的复杂关系网络，其规模、密度、中心度等结构的改变均会影响到主体行为的改变，最终影响到系统升级的速度和方向。刘云等[21]从复杂产品系统视角切入，指出动员和调动系统全部力量集中攻关会在重大技术或产品研制方面取得突出进展的同时，改变系统使其形成更利于创新的网络结构，以此实现系统的跨越式发展。基于此，本研究提取组织维度上影响系统升级的两个关键机制：主体开放参与机制和产业协同攻关机制。

主体开放参与是指主体跨越系统内外边界，积极同企业、高校、科研院所、政府、消费者等多方利益相关者展开广泛合作[22]。系统开放意味着知识、技术、人才等创新资源的壁垒被打破，主体可以充分借助资源的流动学习获取异质性知识，实现自身创新水平的跃迁，以个体的强化去促进系统流程、服务和功能的提升，最终实现系统升级。产业协同攻关是指系统主体围绕重大科技攻关项目开展目标一致性的紧密协作行为。开放的产业创新生态系统能够带来更多主体的互动参与和资源的流动融合，但利益冲突性和合作脆弱性会使得系统升级的推动力减弱，甚至出现创新 “盲点”，给系统发展带来沉重打击[15]。因此，协同一致的攻关行为可以形成系统升级的向心力[23]，保证系统朝着高水平方向升级。

(3)环境维度。创新生态系统所处的外部环境不仅是一种外部调节力量，更是驱动系统内部进行颠覆性创新的重要影响因素[24]。在系统发展过程中，若忽视环境的驱动作用，会使系统在面临重大变革时难以突破路径依赖[16]，最终导致系统崩溃。基于此，本研究结合学者[14，16]的观点，提取环境维度上影响系统升级的两个关键机制：创新政策导向机制和科技平台服务机制。

创新政策导向是指通过政府颁布实施的坚强有力和精准明晰的政策引导产业发展。一方面，政策引导能在一定程度上缓解社会事件带来的产业冲击，有助于主体依据政府释放的发展信号改变资源配置和创新布局，从顶层创新战略设计上撕开系统升级的突破口；另一方面，政策引导可以激发国民消费潜力，以扩大内需的方式推动产业发展，从而加快系统升级进程和实现系统价值链重塑[3]。科技平台服务是指面向系统主体，根据科技创新活动需求整合资源，向主体提供科学研究、知识产权、技术推广、公共设施等方面的各类专业性服务[25]。科技平台服务在促进要素集聚的同时也搭建了多元主体协作平台和对话渠道，对系统升级具有重要推动作用。此外，强有力的服务支撑能有效解决知识产权保障缺失、合作流程松散、资源重复建设、主体信任危机等问题，为系统升级提供切实保障。

(4) “技术-组织-环境”维度。在创新生态系统中，任何创新行为的发生都是创新技术、多元组织、复杂环境等创新要素互动的结果[26]。对于高端装备制造业而言，技术、组织与环境不仅各自作用于产业创新生态系统升级，而且交互发挥协同作用。

从技术与组织的交互而言，一方面，前沿技术的持续性研发和成果应用扩大了创新主体的发挥空间和创新思路，从而不断提升高端装备制造业协同攻关能力和水平，保障组织整体的创新效率；另一方面，通过核心企业、相关企业、政府、中介机构、科研院所、用户等多元创新主体的广泛参与，基于政产学研用的组织合作模式有效实现技术优势互补[27]，不断将创新动力转化为创新生产力，完成科技创新成果从理论到实际的转变，推动高端装备制造业创新生态系统的升级与跃迁[28]。从组织与环境的交互而言，一方面，组织会依托环境进行物质、信息和能量的交换，以此满足创新实践所需，并充分利用环境支持形成以 “协商、普惠、公平”为原则的良好组织关系[29]，增强高端装备制造业创新生态系统在升级过程中对环境变动的适应能力与抗风险能力；另一方面，外部环境在与产业创新生态系统内部主体进行互动的过程中，会为系统持续输入制度、经济、市场、文化等创新要素，以此完善生态环境或有目的地打造资源集聚高地，为组织高效配置资源提供更好的必要支持[26]，最终实现高端装备制造业系统效率、结构、功能等方面的升级。从环境与技术的交互而言，一方面，政府从宏观层面提供多层次、多角度、可持续的支持性创新政策，为开展前沿技术的创新活动提供战略指引，而科技平台的全流程创新服务，能够有效保障前沿技术成果的市场应用和产业转化，最终有效提高高端装备制造业创新生态系统的升级效率；另一方面，随着前沿技术的更迭与应用，政府会因势利导地优化和创新扶持性政策，并带动科技平台在研发、推广、转化、保护等方面的服务内容创新，从而推动高端装备制造业产业链、创新链、资金链、人才链深度耦合[30]，形成面向关键性核心技术 “卡脖子”问题突破的创新生态系统升级路径。

综上可知，技术、组织与环境并非完全独立作用，三者之间的交互作用是维持创新生态系统有序运行的基础，而不断地去调整和优化三者间的协调路径则是推动创新生态系统升级的手段。在探究高端装备制造业创新生态系统升级机制问题时，不能只着眼于一个维度，而是要从组态视角出发对其进行系统性分析。

1.3 模型构建

根据上述理论分析，本研究聚焦于 “技术-组织-环境”分析框架，深入探索前沿技术投入、科技成果转化、主体开放参与、产业协同攻关、创新政策导向、科技平台服务六大机制与高端装备制造业创新生态系统升级之间的复杂因果关系，理论模型如图1所示。

图1 理论模型

2 研究设计

2.1 研究方法

考虑到高端装备制造业创新生态系统升级是一个多因素交互的复杂过程，会受到 “技术-组织-环境”维度多重机制的耦合影响，故本研究拟采用模糊集定性比较分析 (fsQCA)方法来分析多重机制对其系统升级的组态效应。

2.2 样本与数据

由于企业在整个创新生态系统中处于核心地位[31]，且会参与整个系统升级的全过程，故本研究将调研对象设置为中国高端装备制造企业，并采用问卷调研的方式收集数据。

首先，为保障选取的高端装备制造企业具有代表性，本研究严格限定参与调研的对象条件，如企业具有自主品牌、企业位于产业价值链中上游、企业已搭建或已加入所在产业的创新生态系统、企业所处的创新生态系统正处于创新发展关键期等。本研究采用定向推送方式向符合条件的对象发放问卷，选择企业中高层管理者作为调研对象，以保证被调研者充分掌握企业发展信息。

其次，本研究借鉴国内外已有成熟量表以及中国高端装备制造业的发展实践，参考相关领域的专家意见对六大机制及系统升级变量设计对应的调研题项，形成初始问卷。进一步地，将初始问卷发放给8家高端装备制造企业进行预测试，根据其反馈意见优化题项和完善量表，从而形成最终的正式调研问卷。

最后，在大样本的调研过程中，本研究遵循QCA方法的理论抽样原则并兼顾案例同质性和异质性原则，选取的企业来自智能制造装备、航空装备、轨道交通设备、海洋工程装备、卫星及应用装备共5个领域，涉及中国高端装备制造业所有细分行业，覆盖中国东部、中部和西部地区的28个城市，并包括系统升级成功和升级失败的对照案例。本次调研通过问卷星、问卷网、专业调研机构等多种途径发放300份问卷，回收问卷273份，剔除作答时间过短或过长、重复作答、答案存在明显规律等无效问卷后，最终获得235份有效问卷。样本特征如图2所示。

注：图中数字代表样本数量，高端装备制造业的细分领域按照 《战略性新兴产业分类 (2018)》文件的统计口径进行划分。图2 样本特征

2.3 变量测度

对于六大机制的条件变量和高端装备制造业创新生态系统升级的结果变量，本研究均分别设计3个题项加以测度，并以五级Likert量表打分衡量题项内容与实际情况的符合程度。具体的测量题项如下。

对于条件变量而言，前沿技术投入机制参考蔡猷花等[32]的量表，主要测度研发经费投入、科研人员投入和理论成果投入；科技成果转化机制参考柴国荣等[33]和Yam等[34]的量表，主要测度成果转化的前期计划、中期过程和后期反馈；主体开放参与机制参考Laursen 等[35]的量表，主要测度产学研、企业间、消费者间的合作广度；产业协同攻关机制参考李林等[36]的量表，主要测度攻关目标统一、开发过程和应用效果；创新政策导向机制参考戴亦舒等[37]的量表，主要测度政策关注、政策支持和政策响应；科技平台服务机制参考程红莉等[38]的量表，主要测度研发支持服务、科技金融服务和高端人才服务。

对于结果变量而言，高端装备制造业创新生态系统升级参考Humphrey等[39]的研究结果，并结合 《 “十四五”规划和2035年远景目标纲要》所提目标，主要测度系统流程、服务和效能3个方面的升级。

2.4 信效度分析

借助SPSS 26.0软件，使用Cronbach’s α系数来衡量变量信度，结果见表1。由表1的结果可知，各条件的Cronbach’s α系数均大于0.7，说明该量表具有较好信度。由于本研究使用成熟量表对各变量进行测度，故内容效度可保证[40]。此外，运用Amos 26.0软件开展验证性因子分析，各变量的标准化载荷系数均大于0.7，说明问卷结构效度较好[41]。进一步地，本研究根据CFA结果计算出平均方差提取量AVE和组合信度CR值，表1显示，AVE大于0.5且CR值大于0.7，说明量表具有较好的聚合效度[42]。

表1 信效度检验结果

2.5 变量校准

由于问卷题项是基于五级Likert量表度量，且数据分布与量表刻度未存在明显冲突，故本研究首先考虑直接使用 (5，3，1)作为定性锚点对变量进行校准。然而，校准后发现数据中出现了较多的0.5，极易影响结果分析[43]。为了规避这一情形，需要重新调整校准阈值。参照已有学者[40]的做法，以各变量的数据均值为基础，采用模糊集的直接校准法对变量进行校准，即以0.95、0.5与0.05来确定完全隶属点、交叉点和完全不隶属点。各变量的校准锚点见表2。

表2 校准锚点

3 结果分析

3.1 必要性检验

基于校准后的模糊集隶属分数，本研究采用fsQCA 3.0软件检验单个条件 (包括其非集)是否构成高端装备制造业创新生态系统升级的必要条件，结果见表3。结果显示，所有条件的一致性水平和覆盖度均低于0.9，即不存在产生高/非高水平系统升级的必要条件。

表3 单个条件必要性检验结果

3.2 升级机制构型

本研究将原始一致性阈值设定为0.8，案例频数设定为3 (覆盖率为87%)，PRI一致性阈值设定为0.75。由于缺乏条件变量影响高端装备制造业创新生态系统升级的证据和理论，难以做出明确的反事实分析，本研究在处理中间解时选择的条件为 “存在或缺失”。基于fsQCA方法得到的复杂解、简单解与中间解，通过中间解与简约解的嵌套关系对比识别每个解的核心条件。既在中间解也在简约解中出现的条件为该解的核心条件，只在中间解中出现的条件为边缘条件。实现高水平创新生态系统升级的3个组态 (H1、H2、H3)和非高水平创新生态系统升级的1个组态 (L1)见表4。

表4 创新生态系统升级的组态分析结果

(1)高水平创新生态系统升级的实现组态。由表4可知，实现高水平创新生态系统升级存在3条等效路径。每个组态的一致性均远高于fsQCA设定的标准阈值0.8，且总体一致性为0.922，表明3个组态的充分性较高。组态总体覆盖度为0.540，这意味着成功实现高水平系统升级的案例中，近55%的案例可用此3条路径进行解释。此外，实现高水平创新生态系统升级的3条等效路径中均存在核心条件 “主体开放参与机制、产业协同攻关机制、科技平台服务机制”，而在实现非高水平创新生态系统升级的1条路径中此3个机制又同时作为核心条件缺失，这充分表明牢固树立多元一体格局观是高水平系统升级的前提和基础，强化研发支持、科技金融和高端人才等各项专业服务是高水平系统升级的保证。

组态路径H1：创新政策引导下的前沿创新型。组态路径H1为TI×OP×CR×PG×SP。其中，前沿技术投入机制、主体开放参与机制、产业协同攻关机制和科技平台服务机制为核心条件。该组态结果表明，创新生态系统在多元一体格局之下，可以借助科学精准的政策引导和专业完善的科技平台服务体系，通过前沿技术投入实现原始创新能力的提升，从而推动系统升级。选择路径H1来实现系统升级目标时，系统主体应注重技术研发，并勇于开展前沿性创新研究，且这种创新并非盲目的，而是依据国家顶层战略部署展开。以科技平台实现服务保障，以创新政策导向实现制度保障，以前沿技术投入实现物质保障， “三保”助力主体持续释放创新潜能，实现技术创新的多点突破和整体跃升，促进形成 “牢握发展主动权、占据价值高端链”的新发展格局。

组态路径H2：科技平台服务下的技术研发型。组态路径H2为TI×AT×OP×CR×SP。其中，前沿技术投入机制、主体开放参与机制、产业协同攻关机制和科技平台服务机制为核心条件。该组态结果表明，创新生态系统在多元一体格局之下，可以借助专业完善的科技平台服务体系，加大前沿技术投入，辅以强化科技成果转化，真正实现科技自立自强和高水平创新生态系统升级。选择路径H2来实现系统升级目标时，系统主体应在科技攻关时坚持问题导向，奔着市场需求去，大力提升自主创新能力的同时，要注重科技创新与成果应用之间的有效衔接。充分发挥科技平台搭建起的对话通道，增强研究与应用的匹配程度，从源头上解决科技成果转化的难题，从根本上筑牢产业创新生态系统升级的基石。

组态路径H3：系统环境保障下的成果应用型。组态路径H3为AT×OP×CR×PG×SP。其中，科技成果转化机制、主体开放参与机制、产业协同攻关机制、创新政策导向机制和科技平台服务机制为核心条件。该组态结果表明，创新生态系统在多元一体和健全的环境保障下，可利用技术应用驱动力推动系统升级。选择路径H3来实现系统升级目标时，系统主体应充分利用政策引导和科技服务的双重力量，大力提升技术应用能力，加快科技成果向现实生产力转化，打通从科技强到产业强、经济强、国家强的重要通道。在此路径作用下，推动系统由科技创新链向技术经济融合创新链转变，并形成带动周边产业发展的辐射圈，使系统朝着更多功能更高价值的方向迈进。

(2)非高水平创新生态系统升级的实现组态。根据表4，实现非高水平创新生态系统升级的组态仅有1个，即L1：～TI×～AT×～OP×～CR×PG×～SP，其中所有条件均为核心条件。该组态显示，在缺乏前沿技术投入机制、科技成果转化机制、主体开放参与机制、产业协同攻关机制和科技平台服务机制的创新生态系统中，即使具备坚强有力和精准明晰的政策引导，也不会实现创新生态系统的升级。高端装备制造业创新生态系统升级的根本在于多元主体的协同共进，动力在于技术创新和成果转化，必要支持在于科技平台的搭建。缺乏这些条件会造成系统恶性循环，最终导致系统发展态势下行。

3.3 稳健性检验

本研究将PRI一致性阈值从0.75提高至0.80，高水平系统升级组态的总体一致性由0.922提升至0.931，总体覆盖度由0.540降至0.420，总体差别不大，均满足fsQCA设定的研究标准，且所得构型与原组态完全一致。此外，非高水平系统升级组态与原模型结果一致。因此，研究结果通过稳健性检验。

4 结论、贡献与启示

4.1 研究结论

本研究从 “技术-组织-环境”维度出发，采用fsQCA组态分析方法，探讨中国高端装备制造业创新生态系统升级机制问题，研究结论如下。

(1)基于高端装备制造业创新生态系统技术前沿密集、组织合作紧密、环境动态复杂的显著特征，从 “技术-组织-环境”维度提炼出影响系统升级的关键机制，并对应构建理论分析框架。在技术维度上，提取出前沿技术投入和科技成果转化两项机制指标；在组织维度上，提取出主体开放参与和产业协同攻关两项机制指标；在环境维度上，提取出创新政策导向和科技平台服务两项机制指标。

(2)揭示出实现高水平高端装备制造业创新生态系统升级的3条等效路径。创新政策引导下的前沿创新型，此条路径依据国家创新战略部署，通过服务、制度和物质共同保障前沿技术创新，以原始创新能力的提升推动系统升级；科技平台服务下的技术研发型，此条路径强调技术研发和市场转化之间的有效衔接，以科技自立自强推动系统升级；系统环境保障下的成果应用型，此条路径强调科技创新向现实生产力转化，以技术应用驱动力推动系统升级。

(3)发现了构成非高水平高端装备制造业创新生态系统升级的唯一路径，即仅有创新政策导向机制存在，其他所有机制缺失。该路径表明即使系统具备坚强有力和精准明晰的政策引导，但若缺乏升级动力和必要支持，也不会实现升级。由前述3条高水平系统升级路径可知，主体开放参与、产业协同攻关、科技平台服务是影响系统升级的核心机制，表明牢固树立多元一体格局观是系统升级的前提和基础，强化研发支持、科技金融和高端人才等各项专业服务是系统升级的保证。

4.2 理论贡献

(1)本研究基于 “技术-组织-环境”维度，提炼出构成高端装备制造业创新生态系统升级的前沿技术投入、科技成果转化、主体开放参与、产业协同攻关、创新政策导向和科技平台服务六大关键机制，完善并深化了该领域现有研究成果，丰富了产业创新生态系统升级的理论研究框架。

(2)本研究揭示高端装备制造业创新生态系统升级的3条高水平升级等效路径和1条非高水平升级路径，并通过组态间对比识别出影响系统升级的核心机制。该结论突破了以往研究较少关注实现系统升级前因条件耦合作用的局限，为解决产业创新生态系统升级和促进产业创新发展等现实问题提供了有益的理论参考。

(3)本研究创新性地采用组态分析视角，研究多重机制与高端装备制造业创新生态系统升级之间的复杂因果关系。该方法的运用不仅拓展了模糊集定性比较分析方法的应用范畴，还可以在一定程度上为后续学者开展其他产业或区域创新生态系统升级问题的探讨提供方法借鉴。

4.3 启示与展望

基于本研究的结论，可以为持续推进中国高端装备制造业创新发展提供如下实践启示。

(1)高端装备制造业创新生态系统升级的本质在于多元主体的协同共进，动力在于技术创新和成果转化，必要支持在于科技平台的搭建。系统主体需要深刻筑牢 “多元一体”意识，以开放的态度建立广泛合作，以紧密的协同开展创新研究。充分发挥科技平台提供的服务保障和对话渠道，既要重视原始创新能力的提升，又要注重技术研究和技术转化之间的有效衔接。

(2)主体在推动创新生态系统升级时，需要根据自身实际权衡多种机制的组合效用，依据优势选择适合自身的发展路径。例如，对于自主创新能力强且政策导向明确的系统，应优先选择创新政策引导下的前沿创新型路径，并在实践过程中注重完善服务保障、制度保障和物质保障，以 “三保”助力主体在国家战略部署下开展前沿性创新研究，以此实现系统升级。

本研究尚存在一些局限，在未来需要加以丰富和拓展：一是可以丰富创新生态系统升级机制的分析视角，拓展创新生态系统升级机制的理论模型；二是可以丰富实证数据的来源和调研对象类型，拓展本研究得出的结论。