新历史阶段驱动中国产业创新发展应加强哪类科技能力——基于专利宏观结构的研究

乔为国，张 玉，2

(1.中国科学院科技战略咨询研究院，北京100190；2.中国科学院大学中丹学院，北京100049)

0 引言

科技可以按不同类型划分，如基础研究和应用研究。因应用研究与实际联系更直接，其重要性已经被充分认识。基础研究对于产业创新发展重要性也早已引起讨论，许多文献指出基础研究是应用研究的先决条件。如Mansfield发现如果没有基础研究就不会产生创新产品或服务，这占到企业销售额的5%[1]。柳卸林等也指出，为什么没有使中国企业走上创新大道，其中一个重要原因是没有能够正确理解基础研究在产业核心技术能力提高中的作用[2]，基础研究是中国产业核心技术的源泉。中国政府也反复强调基础研究的重要性，但从实际情况看，2015年全国R&D经费支出共14169亿元，其中，基础研究、应用性研究和试验发展经费分别是716.1亿元、1528.7亿元、11920.5亿元，基础研究占比仅为5.1%，后两者分别为10.8%、84.1%。可见，虽然政府也提出认为基础研究重要，但与实际R&D经费支出中其很低占比存在明显的偏差。因此，目前的发展阶段，产业创新发展过程中主要应依靠哪类科技驱动、基础研究和其他科技类型相对重要性的判断、国家科技资金应向哪个方面倾斜，依然是中国创新发展战略决策和实施要回答的重要命题。

在中国，科技创新主要通过改造传统产业和促进新产业的出现，带动产业的发展和结构优化升级[3]。专利可作为科技创新的表征，专利申请和保护为企业利益提供了保障，专利结构的变动一定程度上能反映出企业或者国家技术重心的调整[4]。因此，专利结构趋势与变化，可以反映产业创新发展科技动力源的规律和特征。已有关于专利和产业间关系的研究主要可分为两类。第一，专利对产业发展的作用和机制。如郑亚莉等分析专利在产业竞争中发挥的刚性钳制作用，认为专利已经成为影响甚至是决定产业竞争成败的关键[5]。Woo等研究发现，专利制度可以促进创新，并且专利和产业增加值之间存在明显的正相关[6]。第二，利用专利数据分析具体产业技术趋势，这多属情报学的范畴。这方面研究分析比较多，如黄鲁成等基于专利数据分析北京新能源汽车产业的现状，从专利数量、专利IPC分布以及专利申请人分布等角度分析了北京新能源汽车的优势和劣势等[7]；Prasad等基于纳米技术的专利数据分析纳米技术在汽车领域的应用现状[8]；余江等运用专利文献计量的方法，分析中国战略性新兴产业的技术现状和面临的挑战[9]；Wang Xing用专利数据分析电子设备领域的技术结构以及核心技术等[10]。但对于有助于判断产业创新发展科技动力源相对重要性的专利结构和产业结构间关系的宏观分析则少有研究，这也是本文的主要内容。

1 研究方法

既然基础研究和应用研究等都很重要，对其相对重要性的判断可能只能依赖于经济史实的比较。比较方法可以实现重要目标，它的完美与通用性使之成为如今历史科学最需要的方法之一[11]。本文不仅比较不同时期专利宏观结构关系，也比较中国和美国宏观专利结构的相对关系。至于宏观专利结构划分，国际专利分类(IPC)采用功能和应用相结合，以功能性为主、应用性为辅的分类原则，将技术内容按照部、大类等6级分类，逐层细化，形成完整分类体系。国际专利分类(IPC)与产业有较好的对应关系，根据这种对应关系及专利与产业数据的可比性，本文将IPC专利分为16个类别，这16个类别名称及所包括的IPC专利大类分别是农林牧渔业(A01)、食品加工与烟草制造业(A21～A24)、纺织与皮革制品业(A41～A45，D01～D07)、家具制造业(A47)、卫生服务业(A61)、娱乐业(A63)、仓储邮政交通运输业(B60～B67)、石油与化学制品业(C01～C14)、冶金业(C21～23，C25)、造纸制品业(D21，B31)、建筑业(E01～E06)、设备制造业(F01～F04，F15～F17)、热力生产和供应业(F22～F28)、信息技术产业(H01～H05，H99)，及物理学(G01～G12，G21，G99)、工艺作业(B01～B09，B21～B32，B41～B43)。前14个类别大致与具体产业对应，而对于物理学和工艺作业，由于该类专利技术的基础性和通用性，不能与具体产业部门对应。这16个类别，几乎穷尽了所有IPC的大类，除了极个别的大类，如A99、B99、C99(本部其他类目中不包括的技术主题)等这样难以具体归类的技术。但对于一些技术应用产业部门，并无相应的专利类别与之相应，如金融业等。因IPC专利分类和中国及北美产业分类体系之间并不完全一致，为了增强两者间可比性，我们对一些专利和产业类别进行了合并归类处理，如纺织与皮革制品业。

经济史有别于其他历史学分支的一个重要特点在于显著的定量特征，也因此更为精确[12]。本文所分析的专利量化数据来自于德温特专利数据库，该数据库由国际权威的专利文献信息出版机构德温特推出，提供全球专利信息，收录了全球40多个专利机构的一千四百多万条基本发明专利、三千多万条专利情报信息。其中，包括1967年以来美国专利商标局(USPTO)公布的专利数据以及 1985年以来中国国家知识产权局公布的专利数据。由于我们所分析的大多数类别对应若干IPC大类，在检索该类别专利时，先对属于该类别的IPC大类分别进行年度检索，再加以求和汇总，由此得到美国和中国在德温特数据库中各类别的专利数据。由于一些技术的通用性，这些技术可以应用于多个领域，德温特专利数据库通常会按照其功能为其分配多个IPC分类号。因而，在统计行业的专利量时，也不能将这些通用的技术简单只归属于其中某一个类别。比如无纺布技术也可能应用于卫生服务业，如在A41和A61两个大类中各有一个分类号，那么该技术就需要在这两大类专利中分别统计一次。这样的处理，也会使得各大类合计专利数，多于专利总数。由于本文进行的是宏观分析，我们认为这样处理不会影响本文的分析结论。

2 美国专利宏观结构变革趋势特征及解释

美国16类专利总体变化趋势，如图1所示。可以看出，它们变动趋势有相似性，即1973年、1994年后均有一个较大幅度增长，经过2005年前后的波动后有所下降。这一专利申请趋势特征主要受美国专利制度变化的影响。20世纪前半段，美国的专利制度不鼓励专利申请和授权，认为其与垄断一样应该被禁止。1952年专利法系统全面的修改，不再将专利与垄断并论，开启全面支持专利申请。1975年，美国专利制度又一次重大修订，其后1980年的《拜杜法案》和1986年的《联邦技术转移法》等一系列政策法律措施，拓展了美国专利保护领域，促进了专利申请显著增加。1994年美国专利制度的一个重大突破就是延长了专利的保护期时间，保护期由17年增加到20年；同时，临时专利申请机制的引入为申请人确立了一个保护期为1年的优先权，在此保护范围内，只有该“临时专利”持有人可以提出有关专利的申请，再次促进了专利申请量的增加。2003年之后，美国专利商标局提出的“21世纪战略”，开始强调提高专利质量。2003—2007年，各种关于专利质量的改革法案被提出，更加强调专利的质量而不是数量[13]。加强对专利申请和授权的审查，这就是2003—2007年各个类别专利申请量增长不稳定性以及2008年后所有类别专利申请量下降的原因。

虽然总体变动趋势有一致性，图1也表明了美国16个类别专利间的差异，依据数量多少，具体可分为三组。第一，包括物理学和信息技术产业类，数量远较其他类别多。1994年前，这两类专利申请量增长比较平稳，在2万件到3万件之间。1994年后增长显著，2000年后均已超过10万件。第二，如图1中间6条折线所对应，包括工艺作业、石油与化学制品业、卫生服务业、仓储邮政交通运输业、设备制造业、热力生产和供应业等属于专利申请量比较多的类别。其中，工艺作业、石油与化学制品业类专利一般较其他4类多，以2010年前后为例，这两类专利申请量每年近6万件左右，其他4类多在2万件到4万件之间。第三，剩下8个类别，包括农林牧渔业、食品加工与烟草制造业、纺织与皮革制品业、家具制造业、娱乐业、冶金业、造纸制品业、建筑业等年申请专利数量较为平稳，且相对数量最少，只有1000—9000件。

图1 美国16个类别专利申请变化趋势图

各类别专利间的差异，可主要从产业发展与结构变革间的关系来解释分析。美国农林牧渔业等14类产业的实际增加值变化(以2005年为基准年)，如图2所示。这14个产业类别所对应的北美产业分类(NAICS，2012)行业代码如下：农林牧渔业(11)、食品加工与烟草制造业(311～312)、纺织与皮革制品业(313～316)、家具制造业(337)、卫生服务业(621～623)、娱乐业(71)、仓储邮政交通运输业(48，491，493)、石油与化学制品业(211，324～327)、冶金业(331～332)、造纸制品业(322)、建筑业(23)、设备制造业(333，336)、热力生产和供应业(22)、信息技术产业(334～335，51)。

图2 美国14类产业增加值变化趋势图

按产业增加值增长趋势与高低，也可以将14个产业类别分为3组。第1组是增长最多也是产值最高产业，包括卫生服务业和信息技术产业。第2组如中间4条曲线所对应的，有娱乐业、仓储邮政交通运输业、石油与化学制品业、建筑业等4个类别。第3组，是其他数量相对较低的8个产业类别，包括设备制造业、农林牧渔业、热力生产和供应业、冶金业、食品加工与烟草制造业、造纸制品业、纺织与皮革制品业、家具制造业。2015年这14个产业类别分组，与前述的专利数量分组间关系，如表1所示。

表1 2015年各类别专利数量和产业增加值高低对照表

如表1所示，因物理学和工艺作业无法与具体产业类别相对应，我们将这两类用括弧标识，除了这两个类别外，共有14个专利和行业类别。属同一区位的前面用“——”表示，可以看出，绝大多数类别属同一区位，包括信息技术产业、石油与化学制品业、建筑业等。只有少数的3个类别例外，如卫生服务业按增加值属高区位，而按专利数量属于中区位；设备制造按专利数量属于中区位，而按行业增加值属于低区位；娱乐业按增加值属于中区位靠前，而按专利属于低区位且比较靠后的。这些产业创新的强度和产业特性有关，如卫生服务业、娱乐业增加值相对高，而专利数量相对不高的原因，也是因其属服务业多是技术应用部门，而装备制造尽管增加值相对较低而专利数量较高，则因其技术密集度较高。专利类别和产业增加值类别间绝大部分的一致性，即增加值高的产业通常专利也多，增加值低的产业通常专利也少，可部分揭示增加值和专利所表征的产业发展和创新间的密切关系。为什么增加值高的产业通常专利也多，可能的原因是，高成长和规模大的产业吸引激励更多企业进入及进行技术创新，而产业技术的创新又驱动了产业发展，当然产业发展也为产业技术创新提供市场空间和资金投入。Chanderler等人对于商业史研究发现，产业有形资本强度和研发强度间的比较强的正相关关系[14]，也在一定程度上能够支持这一点。

如果说除物理学和工艺作业两类外的14个专利和行业类别间关系，可以体现产业技术创新对产业创新发展的作用的话，那么，物理学和工艺作业等对产业创新发展的功能如何呢？如图1所表明的物理学、信息技术产业领域专利最多，我们将专利类别分为四种，包括物理学、信息技术产业、工业作业和其他13类产业技术专利合计数，不同时期各自占比如表2所示。

表2 1970—2016年美国四种专利类别申请相对占比(%)

如表2所示，相对而言，物理学、信息技术产业领域的专利比重不断提高，物理学2016年专利申请已占约1/3，信息技术产业领域也超过1/4。而与具体产业技术或创新相关的工艺作业及其他13类专利，份额则不断下降，工艺作业份额从1970年的22%下降到6%，而同时其他13个产业类别专利总体合计份额则从63%下降为32%。总体而言，呈现出具体的产业技术、信息技术和物理学三足鼎立的状态。当然，美国工艺作业类专利比重相比其他13类产业技术专利份额下降的程度更低，在一定程度上也可能和加工制造环节外移到后发国家也有一定关系(从图3中工艺作业类专利相比其他产业技术类专利增长更快也在一定程度上支持这一点)。 信息技术产业领域专利多，在相当程度上可以体现信息技术革命，和其他产业的融合渗透，对产业发展的作用。除了物理学外，基础科学学科还包括数学、天文学、生物学等，但就研究成果可用来申请专利而言，以物理学最有代表性且为主。因此，物理学领域专利份额的提升，可表明产业的创新发展，越来越依赖于基础研究领域的突破。基础研究导致新知识，是技术创新的重要源头，并导致最终应用，是经济社会持续发展的重要推动力[15]。对物理学领域13个大类前500名专利权人的分析表明，公司专利权人的份额通常都超过70%，只在2个大类略低于70%[16]，也进一步表明物理学领域对公司研发格局中的重要性。公司是利润导向的，其大力布局物理学领域，正是因为其产业技术创新依赖于它。可以说，总体而言，美国专利宏观结构可以反映目前的产业创新发展，已是产业技术、信息技术和基础研究三轮驱动。

3 中国专利的相对格局及与美国的比较分析

1985年以来中国16个类别专利变化趋势如图3所示，可以看出这16类专利增长曲线形状相似，也明显受中国专利制度的影响。1984年中国首次颁布了《中华人民共和国专利法》，并分别于1992年、2000年和2008年进行了三次修订改。1992年专利法修改是在美知识产权谈判之后，根据双方协议，扩大专利保护的技术领域范围，延长了专利保护的期限。这在相当程度上可以解释中国从1995年专利申请授权量的增长。2000年中国为了加入世界贸易组织，根据WTO的有关知识产权协议，明确了专利侵权的赔偿标准等，加大对专利保护力度，进一步促进了研发和专利申请的积极性。2008年修订主要是为了提高专利审查标准，提高了对专利侵权的处罚力度。这一修订可以解释为什么专利申请增长趋势变缓。当然，中国各类专利增长趋势，也有研发投入增加、国外公司加紧在华进行的专利布局等多方面原因。

如图3所示，也可以看出各类专利间的差异，2016年物理学、信息技术和工艺作业类别的专利也最多，其他13类和具体产业相关联的专利类别次之。由于目前中国并未发布工业各细分产业的增加值数据，我们无法对各类别专利间差异从该角度进行像前一部分对美国那样的解释分析。但纵向来看，各产业类专利总体增长的趋势和中国经济增长的趋势是一致的，这一定程度上也表明产业结构和专利结构之间有一致的关联性。

图3 中国16个类别专利申请变化趋势图

从绝对量上来说，对比图1和图3，可以看出2008年时中美两国在物理学、信息技术产业、工艺作业类别的专利数量相近，此后，中国依然迅猛增长。当然由于两国专利制度及质量标准的差异，难以对两者直接进行数量上比较。但结构方面，是有一定可比性的。我们也将中国的专利类别分为四种，和美国对比如图4所示。

图4 中国和美国四种专利类别份额对比图

对比图4中国和美国各种专利的相对份额可以看出，美国的物理学专利占比一直在稳步增长，从1970年的8%增加到2016年的34%。虽然中国近20年来物理学领域专利占比也有所增长，2016年为11%左右，而该年美国物理学领域的专利占比已经是中国物理学领域专利占比的两倍。信息技术产业领域也相似，美国信息技术产业领域专利，2016年已经达到28%，也高出中国13个百分点。当然，如果考虑这两类专利中，相当部分是外国公司申请的因素，中国的实际份额会更低。相应地，中国工艺作业和其他13类与具体产业技术相关的专利份额则明显要高。这和中国发展阶段有关，相对美国而言落后。根据世界银行世界发展指数数据库，就发展阶段看，2016年中国人均GDP按购买力平价为14401美元(以2011年国际元计)，三次产业结构为8.6:39.8:51.6，和美国二战后水平比较接近(美国1947年三次产业结构为8.2:33:58.8，1970年人均GDP为17073美元)。但考虑中国二元经济结构的特点及较大地域差异，部分地区的实际发展阶段会更高。从2010年后中国专利结构看，和1980年代的美国相似，未来产业的升级优化也可能应要求专利结构变革与之相适应。因此，中国目前基础研究和信息技术领域的落后，也是产业创新发展需要着力加强的，特别是属于基础研究的物理学领域。

4 研究结论与启示

通过前面分析可以看出，第一，美国专利宏观结构变革呈现出物理学领域最多，且它和信息技术领域类专利数量远较其他类别为多，产业技术、信息技术和物理学已呈三足鼎立的格局特征。第二，除了产业技术、信息技术是产业创新发展的重要推动力外，产业创新发展也越来越依赖以物理学为代表的基础研究领域的突破，这有其合理性和必然性。第三，相比美国，中国偏具体产业应用部门的技术和工艺作业类专利份额明显偏高，而信息技术领域偏低，物理学领域相对更低。因此，中国产业的创新发展，在当前的发展阶段，不仅要依赖具体产业技术和工艺的突破，依赖信息技术，也还很需要基础研究领域的突破。从国际态势看，也可支撑这一点，如日本第9次科技预见关于专利的主题有三个，第一个就是“成为一个先进的专利国家，专利战略将会转向强调基础专利的重要性”[17]。也正如丁肇中2014年在上海中欧国际工商学院的演讲时指出，“如果一个社会将自己局限于技术转化，显然经过一段时间，基础研究不能发现新的知识和现象后，也就没有什么可以转化的，技术的发展生根于基础研究”[18]。

从目前中国政策导向而言，已经是比较重视各具体产业技术创新及专利申请保护，如支持一批产业技术创新联盟等。对信息技术也比较重视，如组建了工业和信息化部，早就强调的信息化和工业化的融合发展等，提出“互联网+”，并出台一系列的政策措施。而对基础研究对产业创新发展的作用，则实际相对重视不足。就未来加强中国基础研究的具体政策导向而言，第一，国家可进一步加大基础研究的投入力度，特别在增量的科技资金投入方面，进一步对基础研究倾斜。基础研究的公共产品属性，也决定了需要政府在其中扮演积极角色。第二，引导鼓励企业加大对基础研究的投入，从事基础研究活动。2015年，中国基础研究经费716.1亿元，高校、研究与开发机构支出分别为391.03和295.29亿元，占比分别为54.6%和41.2%，而企业基础研发经费支出却只有29.78亿元，占比低于4.2%，可见企业对基础研究投入明显不足。而根据OECD数据库数据，2015年时，美国总的研发经费支出占GDP比重为2.79%，高于中国的2.07%水平；而其基础研究支出相当于GDP中比重为0.48%，更是远高于中国的0.1%的水平。美国总的研发经费企业支出的比例为74.73%，中国企业与之接近，为76.79%。但美国总的研发经费支出来源于企业、政府和其他来源的分别为64.15%、24.04%和11.81%，而中国的分别为74.73%、21.26%和6.06%，可见美国政府对研发的资助力度更大。美国企业研发经费支出中，来自政府资助的比例为5.46%，也高于中国4.26%的水平。此外，对比分析美国1975、1995和2016年物理学各个大类专利权人构成比例，发现其基本结构特征情况比较类似，均是公司所占比例最高，通常在70%以上[16]。可推断美国企业的研发经费投入中，有相当部分是用于了基础研究。为什么公司对基础研究很重视，主要还是因为其产品和工艺突破越来越依赖基础研究领域的突破，另一方面，也是因一些公司有条件成为重要力量，特别是一些大公司，有比较充裕的财力去支撑其进行基础研究。

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