基于熵权的制造业新型化程度国际比较与预测

周彩红,樊丽君

(南京信息工程大学制造业发展研究院,江苏 南京 210044)



基于熵权的制造业新型化程度国际比较与预测

周彩红,樊丽君

(南京信息工程大学制造业发展研究院,江苏 南京 210044)

本文从经济、科技、能源三维角度，对2000—2012年中、美、日、德、韩、英六国制造业新型化程度进行综合评价，并在此基础上运用GM(1,1)模型预测并比较分析了到2020年六国的制造业新型化发展趋势。研究结果表明：中国制造业新型化程度将进一步提升，逐渐缩小与美国的差距，或在2016年超越美国，但经济、科技、能源三方面发展水平差异较大。其中，经济创造是制造业发展的优势所在，未来仍将保持高速上升态势；科技创新能力也有较大幅度提升，预计到2020年与美国水平相当；能源集约是制造业新型化发展的短板，位于六国底端，与其他五国差距甚大。

制造业;新型化；国际比较；GM(1，1)

1 引言

2001—2013年，中国制造业增加值年均增长18.89%，而同期美国增长速度仅为2.69%。不仅如此，同期中国制造业总产值年均增速高达23.61%，于2010年超越美国，进而打破了美国1895年以来制造业第一的垄断，成为名副其实的制造业大国。然而，中国制造业最大的问题是大而不强[1]。当前中国经济已进入新常态，制造业持续高速发展面临着诸多挑战。比如：在全球制造网络中，中国制造业长期滞留在附加值较低的加工组装环节[2]，关键核心技术自给率低，专利和标准受制于人，多数行业研发仍处于跟随模仿状态；经济增长方式上，高能耗、高污染、高排放的粗放方式亟待转变。特别是2008年国际金融危机以来，欧美发达国家“再工业化”战略的推进，一方面吸引部分高端制造业出现“回流”的逆转移趋势，另一方面 “工业机器人、人工智能以及数字化制造”的升级目标将使发达国家在技术、产业方面继续引领制造业高端，进一步拉大与中国的距离。与此同时，当前国内货架上随处可见的印度、越南、印尼等国商品，也表明这些国家正以更低的劳动力成本承接劳动密集型产业的转移，抢占制造业的中低端。中国制造业面临着日益严峻的“中低端分流”和“高端回流”双重挤压[3]。面对此态势，一些市场参与者和观察家对中国制造的抗冲击能力和应变能力逐渐降低信心，个别学者甚至提出 “全球工业4.0后中国制造业将全线崩溃”[4]。中国与其他制造业强国相比到底有哪些优势和劣势？五年后的情况大致如何？本文借鉴李廉水等建立的制造业新型化指标体系，从经济、科技、能源环境角度在国际比较中窥见一二。

制造业新型化指标体系最早由李廉水和杜占元于2004年提出[5]，其内涵主要体现在以人为本、科技创新、环境友好和面向未来四个方面，并构建了一套涵盖经济创造能力、科技创新能力和环境资源保护能力的三维一体指标体系，提出中国制造业的可持续发展必须依靠科技创新、降低能源消耗、减少环境污染、增加就业、提高经济效益。李廉水、周勇[6]运用主成分分析法对省域制造业新型化程度进行了评价分析。崔维军[7]从相同的角度运用熵权综合评价法对江苏省制造业的发展现状进行了分析评价。徐晓春[8]基于环境保护的视角分析了江苏省制造业新型化程度。张艳辉[9]构建了资源节约型制造业评价体系，并对上海制造业新型化程度进行了定量分析。李廉水、杨浩昌等[10]基于FAHP-熵权组合赋权的灰色关联投影法评价分析了东、中、西部制造业的综合发展能力。曹鹏[11]则从产业角度分析了28个制造业细分行业的新型化程度。

上述研究成果对了解中国制造业新型化程度有着重要的参考价值。本文结合数据的可得性，运用基于FAHP-熵权组合权重的灰色关联投影模型，对2000—2012年的中、美、日、德、韩、英六国制造业新型化程度进行综合分析评价，并在此基础上运用灰色预测GM(1，1)模型预测分析六国到2020年制造业“新型化”的发展趋势。有利于深入比较分析中国制造业新型化程度。

2 制造业新型化评价指标体系

本文依据制造业新型化内涵[12]，根据系统性、客观性、可操作性等原则，从经济创造、科技创新和能源集约三个方面分析制造业新型化程度，构建如下评价指标体系(见表1)。

(1)经济指标。本文从制造业增加值、效率、就业和市场四个方面来衡量经济创造能力。通过增加值测评制造业的规模以及对国民经济的贡献水平，通过效率测评制造业人员的劳动效率，通过就业测评制造业对国家就业的贡献能力，通过市场占有率反映制造业在国际竞争中的市场地位。

(2)科技指标。本文以R&D支出和R&D投入强度测评一国制造业的科技创新投入，以“三方专利授权数”测评科技创新产出。

表1 制造业新型化评价指标体系

注：①劳动生产率=制造业增加值/制造业从业人数；②国际市场占有率=一国制造业产品出口额/世界制造业产品总出口额；③R&D投入强度=R&D支出/GDP；④“三方专利”是指OECD组织为了方便国际比较，综合美国、日本、欧洲专利局专利申请授权的指标；⑤能耗强度=能源消耗总量/制造业增加值；⑥效益指标是指越大越好的指标，成本指标指越小越好的指标。

(3)能源集约能力。本文以能源消耗总量反映各国制造业能源消耗情况，以能耗强度来衡量能源利用效率，以煤炭消耗占比、电力消耗占比衡量能耗结构，环境指标受数据可获取性限制，仅用制造业和建筑业CO2排放量衡量。

3 制造业新型化评价、预测模型

本文运用基于FAHP-熵权组合权重的灰色关联投影模型，来综合评价制造业新型化程度。灰色关联投影法既考虑了比较序列与参考序列之间曲线的相似性和距离程度，同时又兼顾了两者方向的一致性，能够全面而准确地反映比较序列与参考序列的接近程度。此外，考虑到灰色关联投影法运用单一赋权法进行计算，结果有可能存在偏差，本文引入FAHP-熵权组合权重，综合考虑主观偏好与客观信息。其中，主观权重是依据专家调查法在确定各因素相对重要程度的基础上，适当突出了科技创新与能源节约的比重，建立模糊互补判断矩阵并计算得出，具体方法可参考兰继斌等人[13]的研究。客观权重则使用熵权法依据各评价指标所提供的信息量进行赋权，具体方法可参考李廉水等人[10]的研究。最终权重根据主观权重与客观权重各占50%计算得出。

本文用于预测制造业新型化程度的是灰色预测GM(1，1)模型。灰色预测系统是著名学者邓聚龙1982年创立的，以部分信息已知、部分信息未知的小样本、贫信息不确定性系统为研究对象，主要通过对部分已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述，并进而实现对其未来变化的定量预测[14]。其中应用最广泛的是GM(1，1)模型，其基本原理也不再展开。需要注意的是，GM(1，1)模型有一定的适用范围。刘思峰等按照发展系数阀值，采用模拟、实验分析方法对该模型的适用范围进行了研究，得出以下结论：当-a≤0.3时，可用于中长期预测；当0.3<-a≤0.5时，可用于短期预测，中长期预测慎用；当0.5<-a≤0.8时，做短期预测应十分谨慎；当0.8<-a≤1时，应采用残差修正GM(1，1)模型；当-a>1时，不宜采用GM(1，1)模型。

4 评价结果及分析

本文运用上述模型对2000—2012年中、美、日、德、韩、英六国制造业新型化程度进行了综合评价与预测，还对六国制造业的经济创造能力、科技创新能力、能源集约水平进行了比较分析。

本研究数据主要来源于世界银行数据库、《国际统计年鉴》(2001—2015)、WTO Statistics、OECD结构分析数据库2015、OECD主要科学技术指标数据库、OECD出版的《Energy Balances of OECD Countries》(2001—2015)和《Energy Balances of Non-OECD Countries》(2001—2015)。

4.1 制造业新型化程度的国际比较

在分析过程中，首先对2000—2012年六国的数据进行标准化处理，以消除不同量纲对评价结果的影响后，再运用FAHP-熵权组合赋权法确定各指标的权重，结合灰色关联投影法计算出六国制造业的新型化灰色关联投影值，也就是制造业新型化程度的综合评价值(见表2)。

表2 2000—2012年六国制造业新型化程度

为了更清晰地看出六国制造业新型化程度的发展趋势，运用灰色预测GM(1，1)模型对六国制造业到2020年的新型化程度进行了预测(见图1)。中、美、日、德、韩、英六国预测方程的发展系数a分别为-0.0422、0.0073、-0.0011、0.0061、-0.0035、0.0070，均满足-a≤0.3的条件，因此适合中长期预测。平均相对误差分别为2.10%、1.21%、1.77%、1.37%、0.82%、0.58%，可见，平均误差均较小，预测结果较好。

图1 到2020年六国制造业新型化程度预测趋势

(1)中国制造业新型化程度快速提升。2000年，中国制造业新型化程度在六国中位于底层，但十几年间得到了迅速发展，分别在2006年、2007年超越了韩国和英国，并在2008年超过了德国和日本，仅落后于美国。如果按照目前的发展趋势，到2020年中国制造业的新型化程度将得到进一步提升，逐渐缩小与美国的差距，并可能会在2016年超过美国，成为六国之首。

(2)美国制造业新型化程度稳居前列。美国是当之无愧的制造业强国，其制造业新型化综合能力也一直较为突出。但从2000—2012年的发展趋势来看，整体呈现小幅度下滑，尤其受2001年与2008年金融危机的影响，美国制造业新型化综合值在2002—2003年、2009—2011年均有更大幅度的下降。预计到2020年仍有小幅度下滑，但依旧遥遥领先于日本、韩国、德国和英国。

(3)日、韩、德、英四国制造业新型化综合水平相当。从图1可以看出，2000—2012年，日、韩、德、英四国制造业新型化程度相当。其中，日本新型化程度稳定，韩国则在逐步提升，但增速十分缓慢，2012年超越英国，可能将在2018年超过德国。德国、英国则出现轻微下滑，预计到2020年分别位居第五位和第六位。

4.2 制造业经济、科技、能源发展水平的国际比较

本文对2000—2012年六国制造业的经济创造能力、科技创新能力、能源集约水平分别进行了综合评价和预测，其中，经济、科技、能源三个方面二级指标权重分别为：wjj=[0.28，0.21，0.12，0.17，0.22];wkj=[0.44，0.20，0.36];wny=[0.16，0.14，0.33，0.21，0.16]。

六国制造业经济创造能力的计算及预测结果如图2所示。其中，中、美、日、德、韩、英六国预测方程的发展系数a分别为-0.0221、0.0401、0.0134、0.0112、-0.006、0.0115，均满足-a≤0.3的条件，适合中长期预测。平均相对误差分别为3.30%、3.95%、1.27%、4.92%、2.02%、1.20%，可见，平均误差均较小，预测结果较好。

图2 到2020年六国制造业经济创造能力预测趋势

(1)中国制造业经济创造能力迅猛上升。2000—2008年，中国制造业经济创造能力先后超越日本(2002年)、德国(2006年)、美国(2007年)，为在2010年成为世界第一制造业大国和第二大经济体奠定了基础。受全球经济危机影响，2008—2010年增长放缓，但当前中国制造业的发展潜力依然巨大：仅有美国1/8左右的人均GDP、仅相当于美国14%的平均工资(按2013年现价美元计算)、每年 600万～700万应届大学生的劳动力供给，因此中国制造业经济创造能力在未来还将继续攀升，呈现出更加明显的竞争优势。但也应注意，虽然2012年中国制造业劳动生产率较2000年增长近五倍，在六国中增幅最快，但与其他制造业强国相比差距依然甚大，大约只有美国的1/5、日本的1/4。因此，提高劳动生产率是继续提升中国制造业经济创造能力的重要途径。

(2)美国制造业经济创造能力下降幅度较大，韩国稳中缓慢提升。2000年，美国制造业的经济创造能力位居六国之首，但随着美国向价值链两端高附加值环节延伸速度的加快，其制造业增加值占世界总和的比例从2002年的30%降为2010年的19.4%，2012年又进一步降为17.4%。尽管2008年全球金融危机以来，基于美元汇率的竞争力、页岩气革命带来的廉价能源、与新兴国家在劳动力成本上差距缩小等因素推动了美国制造业的复苏，但2020年前美国制造业经济创造能力仍呈下降趋势。韩国制造业经济创造能力则在缓慢提升，值得注意的是，2008年金融危机爆发，韩国是六国中唯一经济创造能力有较大提升的国家，加之制造业增加值占GDP份额仅次于中国，达到31%以上，制造业从业人员也超过16%，位居第二、第三的位置，而且随着三星等公司的海外强势扩张，其制造业经济创造能力将有所上升。

(3)德、日、英制造业经济创造能力呈下降趋势。德国制造业经济创造能力在2000—2007年呈现缓慢提升趋势，但2008年后呈现较大幅度下降，下降幅度仅次于美国，预计到2020年仍会有小幅度的下滑。制造业是日本经济发展的基石，其劳动生产率仅次于美国，并仍在提高。但其制造业就业人数、制造业增加值占GDP比重以及市场占有率都出现不同程度的下滑，尽管近年来日本为保持制造业综合实力采取了一系列措施，但面对中国和韩国制造业的迅速崛起，日本继2002年被中国超越后，2012年被韩国超过。英国是产业革命的先驱国，但在后来的发展中，英国制造业不断被众多国家超越。在2000年，英国的经济创造能力就低于其他五国，同时还呈现下滑的发展趋势，预计到2020年仍居于第六位。

六国制造业科技创新能力的计算及预测结果如图3所示。中、美、日、德、韩、英六国预测方程的发展系数a分别为-0.0559、0.0018、-0.0117、0.0104、-0.0046、0.0109，均满足-a≤0.3的条件，适合中长期预测，平均相对误差分别为7.46%、0.27%、2.35%、2.22%、1.32%、1.52%。平均误差均较小，预测结果较好。

图3 到2020年六国制造业科技创新能力预测趋势

(1)中国制造业科技创新能力增速最快。随着科技投入的增加，中国制造业的科技创新能力从2000年的第六提升到2012年的第二，先后于2003年、2009年超越英国、韩国和德国，并于2012年超越日本，仅次于美国。按照当前的增长速度，预计到2020年中国制造业科技创新能力可与美国相当。这主要得益于：①从研发支出来看，2000年的165.65(亿美元)增加到2013年的2258.21(亿美元)，增长了近14倍；②投入强度从0.68增加到1.2 (2013年)，提升了近两倍；三方专利授权数从1628件增加为19932件，增长12倍左右。这些数据足以见证中国制造业科技创新的巨大进步，正在逐步迈向“智造强国”。但也要看到，2012年中国制造业的研发强度在六个国家中仅高于英国，专利授权数还远低于美国和日本。因此，中国制造业综合实力的维持与提升离不开研发投入的加大与创新能力的增强。

(2)美国制造业科技创新能力一直遥遥领先于其他五国。在全球制造网络中，美国制造业企业往往占据着高端环节，是全球价值链的链主和治理者，其最突出的核心竞争力在于产品承载的科技含量与创新能力。从十三年来六个国家的R&D数据可以看出，美国制造业的研发投入强度平均保持在1.34，研发支出也一直远高于其他国家，且仍在大幅度增加；从三方专利授权数量来看，除2002年为39916件外，其他每年都在4万件以上，远超其他国家。

(3)韩国、日本科技创新能力也有一定程度的提升，德国、英国则有小幅度下滑。从制造业R&D投入强度来看，韩国、日本不相上下，一直领跑于其他几国。两国制造业研发支出近十几年也有一定提高，到2012年分别提升了3.8倍和1.6倍。研发投入的提升必然作用于研发产出，到2012年日本和韩国的三方专利授权数分别增长了近7倍和4倍，增速仅次于中国。预计到2020年，两国的制造业科技创新能力将进一步持续提升。而德国、英国制造业科技创新能力在2000—2012年呈现小幅度下滑趋势，预计到2020年将位于六国底端，其中，英国在2003年被中国超越后，科技创新能力一直排在第六位。

六国制造业能源集约能力的计算及预测结果如图4所示。其中，中、美、日、德、韩、英六国预测方程的发展系数a分别为-0.0258、-0.0103、0.0124、-0.0081、-0.0111、0.0006，均满足-a≤0.3的条件，因此同样适合中长期预测。平均相对误差分别为2.04%、1.14%、1.53%、1.36%、1.85%、0.13%，可见，平均误差均较小，预测结果较好。

图4 到2020年六国制造业能源集约水平预测趋势

(1)中国制造业能源集约能力远低于其他国家。能源集约能力可以说是中国制造业新型化发展中的短板，中国在成为制造业大国的同时，能源浪费与环境污染问题日益突出。从2000—2012年的实际数据来看，中国制造业的能源集约水平一直最低，且与其他国家存在较大差距，虽然十几年间呈上升趋势，但上升速度非常缓慢。预计未来几年内，中国能源集约能力与美、德、韩、英四国差距依然很大。从表3可以看出，虽然中国制造业能源利用率在逐渐提升，单位增加值能耗呈现逐年下降的趋势，但仍远高于其他五国；2000—2012年美国、日本、德国、韩国、英国的CO2排放量均呈现不同程度的下降，但中国却呈现大幅度上升态势；从能源消耗结构看，中国制造业煤炭消耗比重最大，基本在50%～60%之间波动，平均达到55.32%，但电力消耗占比除2008年外均在提高，2012年达到29.68%，与美国、日本相当。

表3 2000—2013年六国制造业能耗强度

(千吨石油当量/美元)

年份中国美国日本德国韩国英国20000640220090130210152001060022011013025017200205602201301302501620030560210120100230152004053019010010020013200505101701101001701220060460160110090160122007040016011008014011200803501700900701601120090340160090080170122010030016008008015012201102601600800701401120120250130070080140092013025013009007013009

(2)英国制造业能源集约能力最强。英国的环境污染问题曾经非常严重，后经过长期不懈的治理，环境问题得到了有效改善，当今成为全球应对气候变化、发展低碳经济的积极倡导者和先行者，其“先污染，后治理”的模式也给后发国家提供了借鉴。从2000—2012年的统计数据看，除了2012年，英国制造业的煤炭消耗占比在六个国家中最小，CO2排放量也最低，能源集约水平最强。

(3)美国和德国制造业能源集约能力不断提升，韩国较为稳定，日本有所下降。2000—2012年，美国的能耗强度不断下降，煤炭消耗比重低于10%(2012年为六国最低)，特别是2009年以来，美国更是将清洁能源技术创新作为国家创新战略的突破口，从而使得美国制造业的能源集约水平呈现较大幅度上升态势。同期，德国的能源集约能力也有一定程度的提升，韩国较为稳定，日本则出现较大程度的下滑，这主要是因为2000年以来煤炭占日本能耗消费的比重逐渐上升，由22.87%上升至32.07%，而电力消耗占比逐渐下降，由36.34%下降至28.56%。同时，日本制造业的CO2排放量也高于德、韩、英三国。

5 结论

中国制造业新型化程度将进一步提升，逐渐缩小与美国的差距，但经济、科技、能源三方面发展水平差异较大。其中，经济创造是中国制造业发展的优势所在，未来仍将保持高速上升态势；科技创新能力也有较大幅度提升，预计到2020年与美国水平相当；能源集约是中国制造业新型化发展的短板，位于六国底端，并与其他五国差距甚大。因此，中国制造业要想保持综合发展优势，必须充分利用现有产业基础，积极应对欧美再工业化的制造业“回流”效应和东南亚等国的制造业“分流”效应，发挥科技创新的支撑和引领作用，突破资源约束瓶颈，减轻环境压力，走兼顾经济创造、科技创新、资源环境保护的新型制造业道路，实现推动制造业在全球价值网络中向高附加值环节攀升。

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[7]崔维军.江苏省制造业“新型化”程度的实证分析[A].第四届中国科学学与科技政策研究会学术年会论文集(Ⅰ)[C].2008.

[8]徐晓春.江苏制造业“新型化”分析——基于环境保护的视角[J].产业与科技论坛,2010(07):60-63.

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(责任编辑 沈蓉)

Prediction and International Comparison of“New Pattern” Manufacturing Industry Based on combined weights of FAHP

Zhou Caihong,Fan Lijun

(China Institute of Manufacturing Development,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China)

This paper used a 3-D evaluation index system of new pattern manufacturing which includes economy creation,technology innovation,energy using and environment protection.Then it used the evaluation model of the grey relation projection method based on combined weights of FAHP and entropy to valuate new pattern manufacturing of China,the U.S.,Japan,Germany,Korea and the U.K.from 2000 to 2012.On this basis,it used the GM(1,1) model to predict and analyze the six of the developing trends of new pattern manufacturing by 2020.The results indicate that the overall level of new pattern of China’s manufacturing would be further improved,and gradually narrow the gap with the United States,maybe surpass the United States in 2016.But there is an obvious difference between the abilities of economy,technology and energy.Economic development is the advantage of China’s manufacturing industry,which will continue to maintain a high-speed upward trend in the future.The science and technology creative ability of China’s manufacturing industry also has a more substantial upgrade,expected to be the comparable level with the United States by 2020.Energy intensive ability is the shortcoming of China’s“new pattern”manufacturing,located in the bottom of the six countries.

Manufacturing;New pattern;International comparison;GM(1,1)

国家自然科学基金项目“环境规制下我国制造业转型升级研究”(71173116)，教育部哲学社会科学发展报告项目“中国制造业发展研究报告”(13JBG004)。

2016-01-25

周彩红(1974-)，河南洛阳人，博士，副教授；研究方向：制造业发展、创新管理。

F062.3

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