与用户合作创新：提升机床产业创新能力需要重视的因素

文/苏楠（中国科学技术发展战略研究院）

机床产业是制造业的“工作母机”，是产业基础能力的核心构成，是现代化产业体系的基础。西方国家将高端数控机床及零部件作为战略物资，对我国实施不同程度的限制，因此无论从国家安全、产业安全，还是产业发展的角度看，提高我国机床产业创新能力具有超越其经济价值的战略意义。近年来我国机床产业不断发展，竞争力逐步提升，但产业技术水平仍与国外有10 ～15 年的差距（王磊、卢秉恒，2020），甚至在基础共性技术、产业前沿技术研究方面的差距呈进一步扩大的趋势（陈惠仁，2019），“低端内战、中端争夺、高端失守”（高粱，2020）的结构性矛盾没有得到根本性改变。我国机床产业创新要从量大面广的通用类机床（通常为加工一般机器零部件、日用品等产品的机床）转向具有高可靠性、高速和高精密加工等性能的中高端机床（通常为面向国防军工、航空航天、船舶、核电和精密电子等机床产品），而后者通常具有定制化特征，机床制造商与用户的合作在其创新中发挥了重要作用。无论从理论上还是实践上看，与用户合作创新是我国机床产业向高端攀升中不可忽视的因素。在形成以国内大循环为主体的“双循环”新格局背景下，应统筹考虑机床与用户产业间协同互促发展，实现我国产业体系现代化水平的整体提升。

一、与用户合作创新是高端机床创新的重要特征

（一）用户是机床产业创新重要的外部知识来源

产业创新具有异质性特征，产业的知识基础、知识类型和构成边界等内生属性决定了产业创新的技术来源和创新类型有所不同。产业创新的相关理论研究表明，用户是机床产业创新重要的外部知识来源，与用户合作和互动是获取外部知识源的重要途径。

英国学者Keith Pavitt 从创新源和技术专有性等方面对产业创新进行分类（包括专业化供应商型、规模密集型、以科学为基础型和供应商主导型四类，之后增加了信息密集型），机床产业属于专业化供应商型（Specialized Supplier）产业，该类产业技术创新活动以渐进性创新为主，在既定的技术轨道下沿着提高性能和可靠性的方向持续改进，代表性行业包括机械工具制造、专用仪器设备制造等。在整体知识构成和来源上，专业化供应商型产业对基础科学知识的依赖程度相对较低，对企业内部知识和技术积累程度最高，相当一部分知识和技术是在与用户的交互中获得，包括在设备使用中出现的典型问题以及用户的使用经验、工艺知识和要求等。其中与用户在创新方面保持的紧密联系并从中获得反馈是专业化供应商型产业区别于其他几类产业的最显著特征。

意大利学者Franco Malerba从产业知识特征出发提出了产业创新系统的理论框架，并对不同产业进行了比较，对机床产业创新特点的结论与Keith Pavitt 类似。一方面，机床产业是以缄默知识和应用性技术为基础的产业，知识和技术的主要载体是具有一定技能的生产现场的技术工人和具有长期经验的设计师和工程师。另一方面，各国对机床的需求结构不同导致技术变革方向和创新绩效存在差异，机床企业与用户建立合作伙伴关系，特别是与领先用户的紧密和连续互动在机床产业创新中发挥重要作用。在为用户提供专用设备研发、售后服务和培训等过程中，机床企业可以吸收用户应用中的缄默知识，通过企业内的知识学习和吸收来设计满足用户需求的定制化解决方案。与医药产业相比，机床企业并没有与外部拥有前沿技术的研发机构形成合作创新网络，而是形成了区域性产业集群，与规模较大的领先用户保持较近距离。同时，他认为尽管机床产业的知识范围已经从单纯的机械科学，转向机械、电子信息、新材料等技术相结合，编码化知识越来越多，产品向模块化和标准化方向发展，区域性网络向全球性网络拓展，但在机床企业与用户的有效连接对以机床产业创新的驱动作用仍强于以研究为基础的创新，聚焦用户需求并与用户合作仍是机床企业创新管理的重要部分。

（二）与用户紧密合作是主要国家机床产业发展的重要经验

从产业层面看，机床作为用户投入的资本品，与下游用户产业呈现相互伴生发展的关系，主要机床强国崛起得益于下游相关产业的发展。在第一次工业革命中，为满足规模化生产蒸汽机和纺织机械等产品的需要，英国最早出现了现代意义上的专业化机床生产企业（戴吾三，2016）。二战前德国成为世界重型机床生产基地，主要得益于其矿山机械、电力设备、铁路装备等产业的领先，之后汽车、化工和电气等支柱产业是其发展高档数控机床的不竭源泉（盛伯浩，2013）。美国汽车产业崛起带动了机床产业发展，航空航天和国防工业的持续领先使美国机床产业在整体竞争力下降的情况下仍在与之相关品类的创新方面保持全球领导地位（RAND，1994）。20 世 纪70到80 年代，日本汽车和电器产业竞争以高质量和差异化竞争为主，为响应下游产业模块化和低成本生产的需要日本机床产业在通用型数控机床领域取得成功（David C.Mowery，Richard R.Nelson，1999），之后不断积累进步成为全球机床强国。瑞士精密机床在全球处于领导地位受益于其钟表行业的发达。

从企业层面看，与用户合作创新是机床企业创新的重要方式。机床产业很多突破性创新是在与领先用户合作创新中实现的，如20世纪初为了配合福特汽车量产，美国格林森公司研制了第一套用于齿轮加工的机床及工具，至今该企业仍在全球齿轮加工机床中处于领导地位；20世纪80年代末，福特汽车与美国英格索尔公司联合开发了“高速加工模块”机床，相关产品和技术的推广应用极大提升了美国汽车产业生产效率；1950 年全球第一台数控机床是美国空军为实现直升机螺旋桨的精密加工，委托麻省理工学院与Parsons公司和辛辛那提公司共同研发的。用户是机床企业创新最重要的外部技术来源，一项对美国机床企业外部知识来源情况进行调查的结果显示：近80%的企业认为用户是最重要的技术来源；约60%的企业认为竞争对手、商品交易会或展会、控制装备企业是重要的技术来源；尽管美国大学和政府研究机构在制造业技术研究上保持世界一流地位，但只有不到10%的企业认为大学和研究机构是它们产品研发的重要技术来源（RAND，1994）。德国有研究认为与用户方建立起协同共进的机制是装备制造业创新的主要特征，调查显示德国52%的机床企业与用户开展了联合研发，其中46%的企业与国外用户开展联合研发（2015）。

二、缺少用户支撑，我国机床产业创新难以走出结构性困境

据统计，我国高档数控机床80%依赖进口，表明我国机床企业与高端用户合作的机会有限，这背后既有我国机床技术水平无法完全满足领先用户需求的客观原因，也有用户对国产机床存在偏见的主观原因（2016），推广应用难的问题尚未得到根本解决（徐东华，2019），而世界知名机床企业基本都在我国建立了生产基地，与我国高端用户建立了紧密联系（装备制造业国企改革和产业升级课题组，2018）。这样我国机床企业难以与用户形成合作研发和协同共进的关系，这种协作关系的缺失成为阻碍我国机床产业走出结构性困境的重要障碍之一。

缺少与用户合作，研发的“关键一公里”缺乏外部创新知识来源。当前我国机床企业在高端机床研发方面的突出短板之一就是缺乏对用户工艺的深入研究（陈惠仁，2019），用户工艺是用户的专有知识，只有与用户深入合作才能实现知识流动和共享。英格索尔公司保持创新领先地位的重要经验之一就是与用户建立长期稳定的合作关系，这使双方在产品研发上都能做更长期的系统性安排，英格索尔公司在通用汽车新车型开发早期就介入相关设计过程，更充分地了解用户的工艺需求，有助于提升零部件加工的质量和生产效率（RAND，1994）。我国一些机床创新的成功经验也证明了与用户合作的重要性，如有专家认为“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项凡是做得好的，都是企业跟用户深度结合、联合攻关、协同创新，大家共同解决问题”（经济导刊编辑部，2019）；大连光洋在高端机床不断创新突破的经验之一就是以用户工艺为导向进行研发，“用户在使用大连光洋五轴机床产品后，提出了若干问题和建议，并把多年积累的工艺毫无保留地教给我们。当我们对工艺了解透彻，对工艺能做到定量分析之后，对数控系统‘为什么、怎么做’也就清楚了”（于德海，2019）。

缺乏用户验证机会，无法跑完产业化“最后一公里”。机床新产品的开发，需要深厚的理论基础和技术积累，也需要大量现场试验数据和经验的积累。实现高端机床和关键零部件在实验室和实际生产中完成测试后，还需要长期的应用验证和反馈，才能通过试错和技术迭代实现技术能力的螺旋式上升。国内某用户在采购大连光洋的高档5 轴机床后，双方密切合作，对发现的百余个问题进行攻关，促进量产实现（石庆伟，2019）。部分国外机床和数控系统产品刚开始在中国使用时，技术成熟度也不够，是用户在使用中不断指出问题，让产品不断完善，最后被用户认可（经济导刊编辑部，2019）。机床作为以缄默知识和应用性技术为基础的产业，大量知识和技术积累是在实践中形成，用户给予创新性产品使用和验证的机会越多，技术改进的可能性就越高，通过用户反馈积累的信息和知识就越多，技术进步的空间就越大。用户在同等条件下优先使用国外产品，一定程度上给国外企业提供了新技术和产品的验证机会，阻断了我国机床企业技术不断进步和走向成熟的通道，产业难以走出低端循环。

三、政策启示与建议

从产业间协同互促的系统化角度，研究和制定我国机床产业创新战略。任何一个产业都不是孤立存在的，一定区域内各产业的创新能力之间存在关联性，相关产业共演发展中存在技术创新的产业间溢出效应。机床产业作为制造的“工作母机”，以往更多从其作为基础性供给角度出发，重视前向关联效应，而对下游产业对其后向关联效应主要停留在较为笼统的“需求”层面，对在微观层面机床与用户合作促进技术创新的重要性的认识不充分。兰德公司对20 世纪80 年代美国机床产业衰落的问题进行了系统研究，认为即使要提升美国机床产业竞争力，也不宜仅针对机床产业制定特殊的支持政策，其中一个理由是美国机床企业与用户缺乏合作是造成美国机床产业衰落的重要原因之一，要更好地解决机床产业的问题不能仅盯机床产业本身，而需要一个更广范围的战略（a compassing strategy）将占美国制造业四分之一的金属加工业考虑其中（RAND，1994）。建议在形成以国内大循环为主体的“双循环”新格局背景下，从产业间协同互促的系统化角度出发，统筹考虑我国航空航天、汽车、新一代信息等机床产业重点下游产业的发展和变革方向，新一轮产业革命中制造范式的变化等，谋划我国机床产业创新和发展战略，形成我国机床产业的新竞争优势，在与下游产业互促发展中实现我国产业体系现代化水平的整体提升。

加强机床产业创新的需求侧政策，健全机床企业与用户合作创新的机制。真正“开明”的用户是不存在的，需要加强政策引导弥补机床企业与用户协作之间的合作失灵。一是加强供给侧政策和需求侧政策相结合，加强机床产业基础和核心技术研究，持续开展“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项，并探索建立用户牵头的“产学研用”协同攻关的组织模式和利益共享机制。二是通过财税和金融政策，降低创新型产品市场进入壁垒，对于机床企业与用户联合开展研发的项目给与专门的支持，包括设立专项、提高双方合作研发项目经费加计扣除的比例等；为机床企业与用户建立合作关系提供机会，具体包括完善国产重大装备首台（套）采购的风险补偿或保险政策，对应用国产高端机床及零部件的企业给予优先贷款、优惠利率等买方信贷支持；面向制造业智能化改造和升级，鼓励财政资助的技改或产业转型升级项目优先采用国产创新产品，对采用国产机床的企业，可以给与提高贷款贴息额度、减免相关税费等优惠；对在已有国产机床上进行改造升级的项目，减免有关税收，以进一步验证科技创新成果、改进产品质量、加速产业化并形成示范效应。三是在产业组织政策方面，鼓励用户与机床企业之间通过各种方式建立利益共同体。有研究认为，日本企业的财团 结 构（Keiretsu Structure）在其机床产业发展中发挥了独特的作用，一些机床企业及零部件供应商与用户隶属于同一财团，在财团内部通过相互持股或形成长期交易关系等对外形成了一定的市场壁垒，其长期作用甚至超过了进口限制，对内则通过研发合作、技术转移和工程师互换等形成了有利于机床产业创新的环境（RAND，1994）。建议在机床企业、下游用户企业的重组、兼并收购等过程中，鼓励有利于开展合作创新的跨产业整合。