成鹏飞,刘 念,王佳慧,王克喜,周向红
(1.湖南科技大学大数据与智能决策研究中心,湖南 湘潭 411201;2.产业发展大数据与智能决策湖南省工程研究中心,湖南 湘潭 411201;3.湖南科技大学商学院,湖南 湘潭 411201)
改革开放以来,中国产业与经济得到了快速发展,但产业结构趋同、产业低端锁定等问题日益突显,并逐步影响到产业与经济的持续健康发展。目前,中国已发展成为制造大国,但还不是制造强国,其中高端装备、电子、工业机器人等制造产业的核心技术不足、高端制造业比重较低、区域创新能力不强等问题已成为我国产业与经济高质量发展的掣肘。2020年5月,李克强在第十三届全国人大三次会议上指出,要以供给侧结构性改革为主线,发挥科技创新的支撑作用,推动制造业升级,促进产业结构优化升级。因此,研究区域创新与产业结构优化升级的耦合协调机理,对推动产业和经济高质量发展有重要意义。
国内外学者对区域创新、产业结构优化升级以及两者之间的关系进行了广泛研究。其中,研究区域创新的成果主要从国家和省级层面展开[1-2],一般认为区域创新是指各创新主体基于协调各要素之间关系的制度和政策网络,单独或与创新相联系的其他主体要素 (创新机构和组织)共同利用非主体要素 (创新所需要的物质条件)在特定经济区域开展的创新活动[3]。国内外学者通常认为产业结构优化升级是通过区域创新推动机制以及拉动机制实现[4],并围绕区域创新与产业结构优化,从以下3个方面展开研究。①研究影响产业结构优化的因素。李新功[5]通过实证发现金融创新指标与产业结构调整指标之间存在长期均衡关系,对产业结构优化升级的影响比较明显。江三良等[6]运用空间杜宾模型研究发现技术创新能够促进产业结构优化升级。高素英等[7]通过定量模型计算发现创新资金投入能显著促进产业结构优化升级。②研究区域创新推动产业结构优化升级的路径[8-9]以及对经济发展的作用[10-14]。陈刚等[15]从理论层面分析创新对产业结构的影响,指出科技创新促进产业结构升级主要体现在加速农业工业化、制造业服务化、服务业知识化和高科技产业化等方面。龚轶等[16]从微观层面分析创新能力提升,驱动生产要素由低效率部门向高效率部门转移,进而促使生产效率提高以及资本成本下降,并推动我国产业结构优化升级。还有学者[17]从宏观层面探讨市场化调节对区域技术创新的强化作用,从而推动产业结构合理化和高度化发展,认为技术创新是推动产业结构升级的根本动力,并能促使产业效率大幅提升,促进更多要素和资源集聚,进而利用新技术改造传统产业[18]。周忠民[19]认为科技创新是经济增长和产业发展转结构、调方式的关键因素。③研究区域创新与产业结构优化升级之间的相关性。袁航等[20]采用面板向量自回归模型实证发现产业结构转型升级与创新质量和创新数量存在着良性相互促进作用。王鹏等[21]基于我国2002—2008年省际数据实证发现产业结构调整和区域创新存在相互促进关系。胡京[22]指出区域创新能力的提升能推动产业结构的优化升级,产业结构的优化升级又能有效提升区域创新水平。吕雁琴等[23]认为外商直接投资与区域创新均促进了产业结构合理化与高级化,两者交乘项对产业结构合理化起到阻碍作用,但却促进了产业结构的高级化。
综上所述,目前对于区域创新和产业结构优化升级的研究成果较多,但仅有少量文献论证技术创新与产业结构优化之间具有相互促进作用,对区域创新与产业结构优化两个系统之间的耦合协调机理,以及时空演变的研究缺乏。鉴于此,本文将分析区域创新与产业结构优化升级的耦合机理,在此基础上,拟综合运用熵值法和BWM方法,构建区域创新与产业结构优化升级的耦合协调模型,选择2012—2017年湖南省14个市州的经济数据,分析湖南省区域创新与产业结构优化升级的耦合协调度,揭示其时空演变特征。
区域创新主要通过聚合知识、技术和资本等创新要素,不断形成新的技术和新的产品,推动产业结构合理化、高效化和高度化,进而促进产业结构优化升级。产业结构优化升级不仅能有效促进区域经济的发展,还能为区域创新发展提供物质基础,优化区域创新环境,形成良好的区域创新氛围,提高区域创新产出。可见,区域创新与产业结构优化升级相互促进,协同发展,区域创新与产业结构优化升级耦合关系如图1所示。
图1 区域创新与产业结构优化升级的耦合关系
区域创新能有效促进新产品、新产业、新业态和新商业模式的形成[24],是产业转型升级的第一推动力。区域创新活动能有效集聚技术和知识等创新资源,加快企业产品和技术的更新迭代步伐,促使企业管理模式和商业模式变革,形成新产品、新业态和新模式,有利于新产业的形成和可持续发展,进而提升产业结构合理化水平。
区域创新能改进生产技术和工艺设备,促使传统产业革新生产方式。一方面能促进传统产业向低污染、低耗能的绿色产业升级发展[25];另一方面能使传统产业向人工智能、高端装备等战略性新兴产业和高新技术产业发展,提高生产和资源利用效率,提高产品质量,增加产品附加值[26]。同时也能加快推动大量重复工作、危险岗位的智能化,实现机器换人,减少企业劳动力投入,降低企业生产成本,推动传统产业从劳动、资金等要素驱动向创新驱动转变,提升产业高效化水平。
区域创新能促进产业链的技术水平不断提升。区域创新主体通过交流与合作,实现知识、技术、人才等要素集聚,有效推动资源和生产要素的流动与配置[27],以及产业之间的分工协作,从而提高劳动和资本的效能,为产业优化升级提供内在动力,推动产业从低附加值环节向高附加值环节攀升,提升区域产业结构高度化水平。
产业结构优化升级能有效改善区域创新环境。产业结构优化升级会对所在区域的制度、人力资源、基础设施和市场等内外环境提出更高要求,可促使政府进一步完善相关政策环境,加大基础设施建设投入力度,提升市场环境开放度和透明度[28]。同时,产业结构优化升级需要资金的有效投入,且能聚集资本、设施和服务等资源要素。环境的改善以及资源、要素的集聚与优化配置又有利于企业技术、知识、人才的进一步积累,从而为区域创新提供良好环境、基础和条件。
产业结构优化升级会提出新技术、新方法和新工艺等创新需求[29],而创新需求有时会促使产业飞跃式发展,如企业为满足市场需求,提高市场占有率,必须提升产品和服务质量,因而会促使企业加大人力、财力、物力和技术投入力度,重新整合各种资源,升级改造设备和工艺技术,加快引进高素质人才和高端技术,加大区域创新投入的数量和质量,进而促进区域创新发展。
产业结构优化升级能有效提高创新产出。产业结构优化升级的本质是生产要素从低效率生产部门向高效率生产部门转移的过程[30],在这一过程中创新资源的高效利用使产品多样化大批量生产成为可能,也使产业间的联系更紧密,将产业链或产业集群内众多企业的创新资源有效整合,共同攻克共性核心关键技术,提升创新成果的产出效率和水平,加快创新成果在产业链或产业集群企业间的扩散速度,进一步带动区域创新产出。
为了进一步探究区域创新与产业结构优化升级之间的耦合协调程度,分别构建指标体系,并建立区域创新与产业结构优化的耦合协调度模型。
构建区域创新与产业结构优化升级指标体系,应遵照科学性、整体性、层次性和数据可获得性原则。根据相关文献资料[31-34],结合中国区域创新与产业结构优化升级情况,以及两者的相互作用机理,区域创新指标体系主要从创新投入、创新产出和创新环境3个维度构建,产业结构优化升级指标体系则从产业结构的高效化、高度化和合理化3个维度考虑。
2.1.1 区域创新指标体系
本文分3个层次构建区域创新指标体系。①目标层,即区域创新;②准则层,主要包括创新投入、创新产出和创新环境3个维度;③对准则层的每个维度进一步细分,共设12个指标,见表1。
表1 区域创新指标体系
(1)创新投入指标。创新投入反映区域创新活动中,人力、财力、物力和技术等方面的支出情况,主要表现在创新经费投入和参与科技创新的人员投入等方面。创新经费投入又包括研发经费投入和教育培训经费投入,其中教育培训经费投入反映当地对科技创新人才培养的重视程度,研发经费投入包括购买试验设备、引进技术等经费的支出,反映当地对科技创新的重视程度。创新经费投入一定程度上决定了未来一段时间的创新产出。参与科技创新人员投入是区域创新人力资本投入的直接反映,包括每万人科技活动人员数和规模工业企业R&D人员数量。为了消除绝对规模大小对分析的影响,全面反映区域创新投入情况,设置教育财政投入强度、R&D投入强度和每万人科技活动人员数3个相对指标以及规模工业企业R&D人员数量等,共计4个指标。
(2)创新产出指标。创新产出指区域创新活动对知识创造和经济发展等的贡献,反映区域创新水平的强弱,主要包括创新成果、创新技术和创新成果产业化等方面。创新成果和创新技术通常包括专利、科技论文等。同样,为了消除区域规模大小对分析的影响,全面反映区域创新产出情况,设置每万人授权发明专利拥有量和高新技术产业产值增长率等相对指标,以及专利年申请量、科技论文发表量等4个产出指标。
(3)创新环境指标。创新环境指影响创新活动的环境因素[35]。因国内各地创新政策大同小异,故未将创新政策纳入指标体系,主要考虑区域拥有的高新技术企业数量、研究机构数量以及高校在校学生人数和科研用仪器设备价值等指标。
2.1.2 产业结构优化升级指标体系
参照相关文献,结合机理分析,分3个层次构建产业结构优化升级指标体系。①目标层,即产业结构优化升级;②准则层,主要包括产业结构的高效化、高度化和合理化3个维度[34-36];③对准则层每个维度进一步细分,共设11个指标,以充分反映区域产业结构优化升级水平,见表2。
表2 产业结构优化升级指标体系
(1)产业结构合理化指产业间的聚合质量,反映产业间的协调程度和要素资源的有效利用程度[36],以及区域产业和劳动力、资源、环境的良性循环程度。因此,可将产业结构合理化细分为产业结构偏离度、人均产值密度、产业开放度和产业可持续发展能力等指标。
(2)产业结构高度化又称为产业高级化,反映产业从低层次向高层次的转移以及低附加值产业向高附加值产业的演进,最终表现为产业竞争力的提高[34]。产业结构高度化具体表现在各产业之间的产值、就业人员、国民收入比例的动态提升过程。因此,将产业结构高度化准则细分为产业附加值比率、第三产业比重、高新技术产业发展系数和信息产业产值比重等指标。其中,附加值率衡量产业附加值的高低,附加值比率越大则产业的附加值就越高。
(3)产业结构高效化是产业结构优化升级的目标,通常指优化产业资源配置、提高资源产出效率的过程,最终表现为产能利用率的提升及投入产出效率的提高[34]。因此,可将产业结构高效化准则细分为新产品研发效果系数、能源产出率和固定资产投资效果系数等指标。
(1)指标权重的确定。为了综合考虑专家经验、知识以及原始数据等信息,避免出现与客观事实相悖的权重计算结果,将综合应用主观赋权法 (BWM方法)和客观赋权法 (熵值法)对指标进行赋权。
BWM (Best-Worst Method)方法比模糊层次分析法 (FAHP)成对比较更少,且能获得更可靠的权重[37]。因此,应用BWM方法来计算区域创新与产业结构优化升级系统准则层的主观权重,BWM方法确定权重的计算步骤具体如下[38]。
第1步:确定准则集,并从中选取最优准则和最劣准则。
第2步:利用1~9打分确定最优准则相比其他准则的重要程度,得到比较向量AB= (aB1,aB2,...,aBn),aBj表示最优准则B相对其他准则j重要性,显然aBB=1。
第3步:利用1~9打分确定其他准则相比最劣准则的重要程度,得到比较向量AW= (a1W,a2W,...,anW),ajW表示其他准则j相对最劣准则W重要性,显然aWW=1。
第4步:确定最优准则权重 (w1,w2,...,wn)。计算公式为:
熵值是热力学概念,反映了系统的混乱程度,现已广泛应用于社会经济发展和区域创新能力评价等领域,该方法不但能克服主观赋权法的臆断性,还可避免多重相关指标信息量的重叠[39]。区域创新与产业结构优化升级系统的指标层样本数据离散程度高,故采用熵值法确定其指标权重更为合适,具体计算步骤如下。
第1步:对指标层的初始矩阵Xij=x11,x12,...xnm(i=1,2,...n;j=1,2,..m)标准化。根据指标属性的不同,对指标进行无量纲化处理。计算公式为:
当xij为正向指标时:
(2)
当xij为负向指标时:
(3)
第2步:计算指标的信息熵 。计算公式为:
(4)
第3步:计算指标权重向量wj= (w1,w2,...,wm)。计算公式为:
(5)
确定指标权重为wi,计算公式为:
wi=w1i×w2i
式中,w1i表示BWM法确定的权重,w2i表示熵值法确定的权重。
(2)综合评价模型构建。在确定指标权重的基础上,为了充分反映区域创新与产业结构优化升级水平,本文构建区域创新与产业结构优化升级的综合评价模型,计算公式为:
(6)
式中,Uij为第i个系统 (区域创新、产业结构优化升级)第j年的综合评价值,其值越大,表示该系统的综合发展水平越高;xij表示各系统第i个指标的第j年的标准化值;wij表示指标权重。
为了进一步研究区域创新和产业结构优化升级水平之间的内在关联,建立 “区域创新-产业结构优化升级”耦合协调度模型[40],并借助物理学上的耦合概念,构建区域创新与产业结构优化升级的耦合评价模型[41],公式为:
(7)
式中,C为耦合度。U1为区域创新系统的综合评价值,U2为产业结构优化升级的综合评价值。
为了进一步分析区域创新与产业结构优化升级的协调程度,构建耦合协调模型,公式为:
(8)
式中,D为耦合协调度,T为区域创新与产业结构优化的综合协调指数,α,β为待定系数,且α+β=1。在区域创新与产业结构优化升级的耦合发展过程中,区域创新与产业结构优化系统处于同等重要的位置,所以取α=0.5,β=0.5。
为了更好地反映耦合度值和协调度值所代表的含义,本文借鉴相关学者研究成果[42-43],将耦合度与协调度进行等级划分,见表3。
表3 区域创新与产业结构优化升级耦合度与协调度评价标准
为了验证机理分析的合理性和所建模型的有效性,选取湖南省2012—2017年的相关数据,分析湖南各市州科技创新与产业结构优化耦合协调的演化发展情况。相关数据来源于 《湖南省统计年鉴》 《湖南省科技年鉴》 《湖南省国民经济与社会发展公报》、湖南省各市州统计年鉴,以及各市州统计局和科技局网站。
首先,应用BWM法和熵值法计算系统的准则层和指标层权重。然后,应用式 (6)计算得到2012—2017年湖南各市州区域创新和产业结构优化升级水平的综合评价值,见表4和表5。
表4 2012—2017年区域创新综合评价值
表5 2012—2017年产业结构优化升级水平综合评价值
根据耦合协调度模型式 (7) (8),计算2012—2017年湖南各市州区域创新与产业结构优化的耦合度与协调度,结果见表6。
表6 2012—2017年湖南省区域创新与产业结构优化升级耦合度与协调度
由表4可知,2012—2014年湖南省市州的区域创新综合评价值都不高,表明期间各市州的创新投入和创新产出增长速度以及创新环境改善程度都不太理想。2015—2017年,除湘潭市和娄底市2015年低于2014年外,其他市州的区域创新评价值整体均得到显著提升,表明各市州的区域创新水平都有了明显改善和增强。分析2015年湘潭市和娄底市的原始数据可知,尽管2015年相对2014年包括教育经费和R&D经费在内的所有统计数据都有较大幅度增长,但2015年的教育经费占GDP比例和R&D投入强度等指标值要远低于2014年,而这两个指标的权重相对较大,因此,计算得到的2015年区域创新综合评价值低于2014年。2017年张家界、永州和怀化等市州的区域创新综合评价值均高于0.9,且都大于长沙、株洲和湘潭,主要是在进行指标赋权时,高新技术产业产值增长率、教育经费占GDP比例、R&D投入强度和科技创新人员占比等相对指标的权重较大,而普通高等学校在校人数、科技论文发表量、专利申请数等绝对指标的权重较小。由于衡阳、邵阳、张家界、益阳、永州和怀化等市州的GDP基数小,只要高新技术产业产值、教育经费和R&D投入有一定增长,其高新技术产业产值增长率、教育经费占GDP比例和R&D投入强度等指标就有大幅增长,而长沙、株洲和湘潭等市州因GDP基数大,增长相对较为平缓。
(1)耦合协调度的时间演化。湖南各市州区域创新与产业结构优化升级水平耦合度计算结果如图2所示。由图2可知,2012—2017年湖南区域创新与产业结构优化升级耦合度值为0.2~0.8,跨越区间较大,表明区域创新与产业结构优化升级之间的耦合度年份变化较大。耦合度值总体上呈波动上升态趋,仅娄底等个别市州出现回落情况,其中2012—2014年耦合度值增长缓慢,2014年之后耦合度值涨幅较快,各地市州的耦合度差异逐渐缩小,耦合态势逐渐转好,说明随着时间推移,湖南区域创新与产业结构优化升级开始出现相互配合、相互制衡的良好状态,并呈现共振耦合有序发展特征。结合表3的耦合度评价标准和图2可知,2017年湖南各市州普遍达到磨合阶段,表明此时区域创新与产业结构优化升级之间开始存在交互影响作用,且相互耦合强度较大。
图2 2012—2017年湖南省区域创新与产业结构优化升级的耦合度
计算湖南省各市州的区域创新与产业结构优化升级协调度,区域创新与产业结构优化升级耦合协调度变化趋势如图3所示。由图3可知,2012—2017年,湖南省各市州区域创新与产业结构优化升级耦合协调度波动上升,协调性呈现良好发展态势。从耦合协调度涨幅趋势可知,2012—2014年,各市州耦合协调度增长幅度不大,除娄底和常德等市州在个别年份耦合协调度值超过0.4,处于勉强协调外,耦合协调度总体上为0.2~0.4,处于濒临失调状态;2014年之后,各市州耦合协调度涨幅明显,2015年耦合协调度均超过0.5,协调性明显转好,2017年各市州总体上处于中度协调阶段,表明湖南各市州的创新能力得到了有效提升,同时产业结构优化升级也取得了较好效果,这与近年来湖南省积极推行 “以高新技术为主导,制造业和服务业为主体”的发展思路密切相关。
图3 2012—2017年湖南省区域创新与产业结构优化升级的耦合协调度
其中,2012年娄底市的创新水平与产业结构优化升级耦合度已处于磨合阶段,娄底市和常德市的创新水平与产业结构优化升级耦合协调度也已处于基本协调状态,相比其他市州处于较好水平。然而,2017年娄底市的创新水平与产业结构优化耦合度仍处于颉颃状态,耦合协调度也还处于基本协调状态,而常德的耦合协调度则已处于中度协调阶段。分析相关数据可知,自2013年开始,虽然娄底市的创新投入、创新产出和创新环境都在不断改善,产业结构也在不断优化升级,然而,出现了创新能力的增长速度较慢,产业结构优化趋势相对较快的状况。因而,2013—2017年娄底市的创新水平与产业结构优化升级耦合度从磨合阶段返回到了颉颃阶段,耦合协调度也仍处于基本协调状态,但2015年开始耦合度和耦合协调度趋势逐步向好。常德市则自2013年开始,其创新投入、创新产出和创新环境均有较大改善,产业结构优化升级速度也得到同步加快,区域创新与产业结构优化升级耦合度和耦合协调度都逐年得到稳步提升,因此,2017年常德市耦合度和耦合协调度分别达到了磨合阶段和中度协调状态。
(2)耦合协调度的空间分异。为了进一步研究区域创新与产业结构优化升级的耦合度与协调度的空间特性,应用ArcGIS10.2软件绘制2012年和2017年湖南各市州区域创新与产业结构优化升级耦合度和耦合协调度的空间分布图,其耦合度和耦合协调度的空间格局演变如图4和图5所示。
图4 湖南省区域创新与产业优化升级耦合发展空间格局 (2012年、2017年)
图5 湖南省区域创新与产业结构优化升级协调发展空间格局 (2012年、2017年)
由图4可知,2012年湖南省区域创新与产业结构优化升级耦合状态处于磨合阶段的有娄底市,处于低度耦合阶段的有郴州、永州、怀化、益阳等4个市州,其他9个市州均处于颉颃阶段,没有市州处于无耦合状态。2017年湖南各市州的区域创新与产业结构优化升级耦合状态,除娄底市处于颉颃阶段外,其他13个市州均处于磨合阶段,耦合状态转好,区域创新与产业结构优化升级的相互作用逐步增强。
由图5可知,2012年湖南省区域创新与产业结构优化升级耦合协调度勉强协调的有常德、娄底2个市州,其他12个市州则均处于濒临失调状态。2017年湖南省区域创新与产业结构优化升级耦合协调度勉强协调的有湘西、娄底和张家界3个市州,其他11个市州的耦合协调度处于中度协调,整体上各市州耦合协调状态全面得到改善,呈良性发展状态。主要原因是,随着2012年国家提出创新驱动发展战略,湖南省各市州加大创新投入力度,给予高新技术产业各种政策优惠,同时主动承接发达地区产业转移,加强人才引进力度,区域创新与产业结构优化升级协调性由此得到提升。
由图4、图5和前述分析可知,湖南省区域创新与产业结构优化升级的耦合协调度与耦合度在空间维度上有一定关联性,耦合协调度的低值区与耦合度的低值区大致吻合。2012—2017年,湖南省区域创新与产业结构优化升级的耦合度和协调度的空间分异性不断演化,地域相近的市州其区域创新与产业结构优化升级耦合度和协调度差异性逐渐缩小,较低协调度地区则主要位于湖南省西北部,并从西北、西南逐渐向东部增强,较高耦合度和协调度地区集中连片,整体呈现出 “西北部低东部高”的空间分布特征。
本文分析区域创新与产业结构优化升级的耦合协调机理,综合运用BWM和熵值法,构建区域创新与产业结构优化升级指标体系以及耦合度与协调度模型,选取湖南各市州2012—2017年的相关数据进行实证分析,并得到以下主要结论。
(1)湖南省区域创新与产业结构优化升级综合评价值呈波动上升趋势,两者的演化趋势具有相似性,且大致可分为2012—2014年和2014—2017年两个演化阶段,前一阶段区域创新和产业结构优化升级水平不高,上升缓慢,后一阶段区域创新与产业结构优化升级水平显著提升,2017年达到较高水平。
(2)湖南省各市州2012—2017年区域创新与产业结构优化升级耦合度和耦合协调度值均为0.2~0.8且呈上升趋势,总体上2017年区域创新与产业结构优化升级的耦合度和协调度值最高,2012年最低,表明不同年份耦合协调程度差异较大。
(3)湖南省区域创新与产业结构优化升级耦合度和协调度的空间分异性不断演化,随着时间推移,相近市州区域创新与产业结构优化升级耦合度和协调度的区域差异性逐渐缩小,较高耦合度和协调度地区集中连片,较低协调度地区位于全省西北部。
总体而言,2012—2017年湖南省区域创新与产业结构优化升级的耦合度和协调度处于上升态势,但未来仍有较大提升空间,且重点应从以下方面着力。
首先,提高自主创新能力。与产业结构优化升级相比,湖南大部分市州创新发展水平仍较落后,因此各市州应加大科研经费投入,通过财政补贴、税收减免、利息优惠等政策鼓励高校、企业和研究机构的基础性和应用性研究;充分发挥高校、企业和研究机构的创新主体作用,提高创新要素利用效率;加强产业、大学和研究机构之间的联系,通过工程中心、重点实验室等创新平台,促进知识技术等创新要素的交流共享,发挥政产学研的协同作用,促进创新成果转化与落地。
其次,推动产业结构优化升级。充分利用互联网、大数据等信息技术对传统产业进行智能化升级,改变传统产业的生产方式和发展模式,同时加快人工智能、大数据、云计算等新兴产业的发展,引导生产要素向更具效率的产业集聚。
第三,促进区域创新与产业结构优化升级的协同发展。湖南各市州应加强区域之间的协作,提高关键人才的培养力度,构建信息共享平台,促进人才等资源要素在区域内的流动与共享,同时应充分利用本地资源优势,大力发展本地优势特色产业,促进区域创新与产业结构优化升级协同发展,进而推动区域经济高质量发展。