基于专利与行业参照关系分析的制造业技术创新能力测度初探——以南京市为例

李金刚，李迎成

（东南大学建筑学院，江苏南京 210096）

1 研究背景

党的十九届五中全会指出，要坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。可以说，创新已经成为当前我国推动经济发展、优化经济结构和提升全球竞争力的核心动力。而制造业作为推动国民经济发展的主要力量，其技术创新能力的提升对于实现高质量发展和建设现代产业体系具有重要意义［1］。过去十多年来，全球新一轮科技革命和产业变革不断深入推进，美国、日本、德国等发达国家纷纷提出了再工业化战略，希望重塑制造业在实体经济发展中的重要地位。我国也于2015 年提出了有关高端制造业发展战略，建设制造强国［2］。近年来，在创新驱动发展和制造强国战略的推动下，我国的创新能力得到显著提升并已进入创新型国家行列。然而，我国制造业关键技术受制于人的问题并没有得到根本解决，提升制造业的技术创新能力在当前构建“双循环”新发展格局的背景下显得愈发迫切。

在上述背景下，制造业技术创新能力成为国内外学者高度关注的一个研究领域，已有研究主要关注产业技术创新能力的测度评价、影响因素和提升策略等方面。其中，基于产业的类型特征构建指标体系对产业技术创新能力进行测度评价是已有研究关注的重点。国外有学者指出技术创新所包含的范围十分广泛，对其创新能力的测度往往需要选择适当的替代性指标［3］。例如，OECD［4］提出技术创新能力的测度评价指标体系应从知识的投入、存量、流量、产出、网络和学习六个维度进行构建。国内学者主要从创新投入、创新产出、创新环境等方面对产业技术创新能力进行测度评价。例如，针对高技术产业的技术创新能力，范德成等［5］从投入能力、产出能力和支持能力三个维度，梁琳等［6］、顾伟男等［7］从技术创新外部环境、技术创新投入能力、技术创新产出能力和技术创新转化能力四个维度进行了评价。在测度方法方面，已有研究主要采用传统的数理统计方法，如熵值法［8］、TOPSIS 法［9-10］、因子分析法［11-13］、主成分分析法等［14-15］。作为科技创新活动的重要表征之一，与创新活动具有密切关系的专利［16］，不仅被广泛地应用于研究创新活动的空间分布［17-19］，而且近年来也被学者用于测度产业技术创新能力［20-23］。同时，国内外很多学者也对产业技术创新能力的影响因素进行了探究。例如，Fan［24］通过以中国和印度的生物技术企业为研究对象进行分析发现，全球制度因素和国家创新政策对企业自主研发和引进国外技术的创新选择具有重要影响。邹璇等［25］研究发现轨道交通建设对城市创新产出具有显著的正外部效应。Agostino 等人［26］研究发现企业内部创新是企业创新的最重要来源，并且该研究还发现与其他公共和私营机构合作对于参与更密集创新活动的企业更为有利。此外，也有学者重点关注了产业技术创新能力的提升策略，提出突破产业核心技术、从产业链角度布局产业发展方向、打通融资渠道等提升建议［27-28］。

已有关于产业技术创新能力的研究取得了较为丰富的成果，但也表现出如下两个方面的特点。一方面，已有对产业技术创新能力进行测度评价的研究大多关注区域层面的特定产业，从城市层面测度和比较其不同产业的技术创新能力的研究有待进一步加强。而城市是产业和创新要素集聚的基本空间单元，研究城市产业技术创新能力对于优化城市产业技术结构、提升城市产业整体技术创新能力具有重要意义。另一方面，基于传统数理统计方法和指标体系的评价方法具有维度广、内容全的优点，可以较为系统和全面地反映特定产业和区域的技术创新能力，但由于在指标体系、评价方法选择等方面缺乏统一的标准，导致不同研究结论之间的可比性不强。

鉴于此，本文构建了基于《国际专利分类与国民经济行业分类参照关系表（2018）》和城市专利分类数据的制造业技术创新能力测度方法，并以南京市为例进行了实证研究，在对其2009—2019 年各类制造业的技术创新能力进行测度的基础上，进一步分析了其各类制造业技术创新能力的演变特征。本文所构建的制造业技术创新能力的测度方法，以城市专利分类数据为基础、以专利与行业的参照关系为切入点，旨在进一步丰富已有关于产业技术创新能力测度的研究成果，为城市制定更有针对性的产业技术创新政策提供参考。

2 制造业技术创新能力的测度方法构建

专利数量是衡量产业技术创新能力的重要表征之一，但由于产业分类与专利分类之间很难一一对应，相关统计年鉴并不涉及不同类型产业的专利数量。已有针对某一类型产业的研究大多选取与该产业相关的几种类型专利，将这些专利的数量之和近似地作为该产业所对应的专利数量［21,29］。为加强专利活动与经济效益之间的关联评价，实现专利与产业的对接，我国国家知识产权局制定了《国际专利分类与国民经济行业分类参照关系表（2018）》（以下简称《2018 年参照关系表》），该表建立了专利类型与国民经济行业类型的映射关系，为专利的行业分类提供了直接对照，也为测度产业技术创新能力提供了新的视角。《2018 年参照关系表》依据国际专利分类（IPC2018.1）和国民经济行业分类（GB/T4754-2017）进行编制，涉及国际专利分类全部技术组和国民经济821 个四位代码产业，共有参照关系21 863 条。本文基于《2018 年参照关系表》构建的制造业技术创新能力测度方法主要包括以下步骤：

首先，由于《2018 年参照关系表》中的国民经济行业分类和国际专利分类的代码细分程度不同，前者涉及的行业代码最多到四位，而后者涉及的专利代码则有四到九位不等。为便于对应和比较，对五到九位的专利代码，取其前四位作为新的代码，从而将表中的专利代码统一为四位。例如，原专利代码为C12N15/05，通过取其代码前四位形成新的代码C12N。在此基础上，统计每一类四位代码产业所涉及的不同类型四位代码专利，对重复出现的四位代码专利只统计一次。例如，在四位代码产业3130（钢压延加工）对应的四位代码专利中，B21D（金属板或管、棒或型材的基本无切削加工或处理；冲压金属）出现5 次、B21J（锻造；锤击；压制；铆接；锻造炉）出现4 次、B21K（制造金属锻件或压制件）出现1 次、F16L（管子；管接头或管件；管子、电缆或护管的支撑；一般的绝热方法）出现3 次、F16S（一般结构元件；用这类元件组成的一般构件）出现3 次。但是在统计各四位代码专利在四位代码产业3130（钢压延加工）中出现的次数时，上述五种四位代码专利均各只算作1 次。

其次，考虑到大部分城市的统计年鉴只有二位代码产业的相关数据，为便于将专利数据与产业发展数据相结合，根据二位代码产业与四位代码产业之间的包含关系，统计各二位代码产业所对应的四位代码专利及各自出现的次数。例如，二位代码产业16（烟草制品业）包含了3 个四位代码产业，分别为1610（烟叶复烤）、1620（卷烟制造）和1690（其他烟草制品制造）。其中，1610（烟叶复烤）对应的四位代码专利为A24B，1620（卷烟制造）对应的四位代码专利为A24C 和A24D，1690（其他烟草制品制造）对应的四位代码专利为A24B。最终，二位代码产业16（烟草制品业）中各四位代码专利出现的次数统计为：2 次A24B、1 次A24C 和1 次A24D。

表1 “专利—产业”关系矩阵

第四，对构建的“专利-产业”关系矩阵进行列标准化，得到某一四位代码专利在各二位代码产业中出现的次数占该四位代码专利在关系矩阵表中出现的总次数的比重（）。该比重越高，说明某一二位代码产业涉及的技术创新与该四位代码专利之间的关系越紧密。该比重的具体计算公式如下：

最后，计算每一类二位代码产业所对应的专利数量，将其定义为每一类二位代码产业的技术创新能力，具体公式如下：

式（2）中，TIC_Ik表示城市某一二位代码产业Ik的技术创新能力，NUM_Pl表示城市某一四位代码专利Pl的数量。

3 基于南京市的实证分析

3.1 研究区域与数据来源

南京是江苏省省会、国家重要的科教中心之一，具有丰富的科教创新资源和雄厚的制造业基础。根据赛迪顾问发布的《2020 先进制造业城市发展指数》，南京市先进制造业发展指数排名从2018 年的第10 位上升到2020 年的第6 位，凸显了南京市的制造业实力。在新冠疫情期间，南京市制造业表现强劲，制造业的快速复工带动了南京经济的全面复苏。2020 年3 月，南京市的制造业率先实现全面复工复产，工业用电量恢复到去年同期的90%以上，前三季度南京市GDP 同比增长3.3%，其增速位居GDP 万亿规模城市首位，全市经济总量也首次进入全国前十。基于此，以南京市为实证研究对象测度并分析其制造业技术创新能力具有一定的典型性和代表性。

根据上文构建的方法，对南京市制造业技术创新能力进行测度首先需要获取南京市各类产业四位代码专利的数量。考虑到实用新型与外观设计类专利的技术创新性较低，本文所用的专利数据为发明专利数据。通过利用Python 对我国国家知识产权局公开的发明专利公告书进行文本大数据分析，提取发明专利的申请年份、申请人地址和前四位专利代码等信息。此外，也需要确定纳入分析的二位代码制造业类型。本文基于国民经济行业分类（GB/T4754-2017）里包含的二位代码制造业，剔除其中的“其他制造业”“废弃资源综合利用业”和“金属制品、机械和设备修理业”等3 个二位代码制造业，最终得到28 个二位代码制造业作为本文的分析对象。综合考虑数据的可得性和研究的时效性，本文选取2009—2019 年作为南京市制造业技术创新能力测度的时间范围。

3.2 主要专利类型及数量变化分析

在测度南京市制造业技术创新能力之前，有必要先分析南京市2009—2019 年期间四位代码专利数量的变化情况。表2 列出了2009 年和2019 年排名前十的四位代码专利及对应数量，可以看出两个明显特点。一方面，这些四位代码专利的数量都经历了较大幅度的增长。例如，G06F（电数字数据处理）的数量从2009 年的174 件增长到2019 年的1 150件。另一方面，两个年份排名前十的四位代码专利在构成上具有较大差异。在2019 年排名前十的四位代码专利中，仅有5 类四位代码专利在2009 年也排名前十，新增了5 类四位代码专利，分别是G06Q、G06K、G06T、H02J 和G01R，一定程度上反映了10年来的技术变化趋势。

表2 南京市2009 和2019 年排名前十的四位代码专利及对应数量

3.3 与各二位代码制造业具有紧密联系的专利类型分布情况

基于制造业技术创新能力测度方法中构建的“专利—产业”关系矩阵，表3 列出了与每一类二位代码制造业技术创新关系最紧密的前3 位四位代码专利（即根据测度方法的步骤四，对每一类二位代码制造业计算各类四位代码专利与之对应的，并取值排名前三的四位代码专利）。显然，不同二位代码制造业在与其存在紧密技术创新关系的四位代码专利构成方面差异较大。此外，可以看出许多四位代码专利仅在某一类二位代码产业中出现。例如，四位代码专利A23D 仅在农副食品加工业中出现，四位代码专利A23J 仅在食品制造业中出现。

表3 与各二位代码制造业技术创新关系最紧密的前3 位四位代码专利

3.4 二位代码制造业技术创新能力的测度结果与分析

基于各四位代码专利的数量以及其在各二位代码制造业中出现次数占其总出现次数的比重，我们可以计算得到南京市2009—2019 年期间28 类二位代码制造业的技术创新能力。囿于篇幅限制，表4列出了各类二位代码制造业在2009 年和2019 年的技术创新能力测度结果及对应的排名情况。下文从三个方面对测度结果进行简要分析。

表4 南京市2009—2019 年二位代码制造业技术创新能力的测度结果

第一，从计算结果看，本文所构建的基于专利与行业参照关系分析的制造业技术创新能力测度方法具有较好的解释力，大部分二位代码制造业的技术创新能力符合常规认识且与南京市制造业的整体技术创新水平一致。例如，农副食品加工等轻工业的技术创新能力整体上要低于化学原料和化学制品制造等重工业的技术创新能力。再如，烟草制造业的技术创新能力在2009—2019 年期间均为南京市最低，这符合该行业本身的技术特性，同时也反映了南京市与该行业相关的专利产出较少。相反，专用设备制造业、计算机、通信和其他电子设备制造业、化学原料和化学制品制造业、仪器仪表制造业的技术创新能力在南京市位居前列。事实上，这几类二位代码制造业的技术创新需求较高，南京市与这几类制造业相关的专利产出也较多。需要说明的是，尽管汽车制造业以及铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业等部分产业本身具有较高的技术创新需求，但由于南京市与这些产业相关的专利产出较少，导致结果显示这些产业的技术创新能力较低。

第二，从技术创新能力的数值变化看，南京市28 类二位代码制造业的技术创新能力整体而言在2009—2019 年期间均得到了显著提升。例如，所有制造业技术创新能力的平均值从2009 年的209.1 上升到2019 年的921.9，技术创新能力值超过200 的二位代码制造业数量也从2009 年的9 类上升到2019年的16 类。此外，化学原料和化学制品制造业、专用设备制造业、计算机、通信和其他电子设备制造业和仪器仪表制造业的技术创新能力值达到了3 000以上。当然，也有一些二位代码制造业的技术创新能力提升幅度不大甚至出现了下降，如烟草制造业、纺织服装、服饰业、皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业、家具制造业和农副食品加工业等。制造业转型发展和创新驱动发展战略的实施是推动南京市制造业技术创新能力提升的主要原因。2009—2019年期间，南京市相继印发了《关于促进我市新兴产业发展的政策措施的通知》（2012）等政策文件，将新一代信息技术、高端装备制造、新材料、生物医药和医疗器械等产业作为南京市制造业的发展方向，为机械、电子类制造业技术创新能力的提升提供了良好的政策发展环境。

第三，从技术创新能力的排名变化看，10 年来大部分二位代码制造业的技术创新能力排名发生了变化，有12 类二位代码制造业的技术创新能力排名下降，12 类二位代码制造业的技术创新能力排名上升，仅有4 类二位代码制造业技术创新能力排名不变。其中，排名上升并且幅度较大的制造业以机械和电子类制造业为主，如铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业、汽车制造业等；排名下降并且幅度较大的制造业以轻纺类制造业为主，如皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业、农副食品加工业和食品制造业等。

4 结论

准确评价制造业技术创新能力对落实国家创新驱动发展战略、制定更有针对性的产业发展政策具有重要意义。本文以《国际专利分类与国民经济行业分类参照关系表（2018）》为基础，对构建基于专利与行业参照关系分析的制造业技术创新能力测度方法进行了初步探讨，并以南京市为实证分析对象对该方法进行了应用。本方法构建的“专利—产业”关系矩阵能够较好地反映不同二位代码制造业在与其存在紧密技术创新关系的四位代码专利构成方面所存在的较大差异，并体现在制造业技术创新能力的测度结果中。实证结果表明，南京市2009—2019年期间二位代码制造业的技术创新能力呈现出显著的增长趋势，但不同二位代码制造业的技术创新能力差异较大且增长幅度也不同。通用设备制造业、专用设备制造业、计算机、通信和其他电子设备制造业、仪器仪表制造业等具有较好的创新基础并且近年来受到重点扶持的二位代码制造业的技术创新能力较高且增长幅度较大。虽然铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业、汽车制造业等二位代码制造业技术创新的基础较为薄弱，但是在政府的支持下，其在二位代码制造业中的排名上升幅度较大。而纺织业、纺织服装与服饰业等轻纺类制造业的技术创新能力较低且增长幅度较小，并且皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业和农副食品加工业的技术创新能力还出现了负增长。整体而言，基于该方法测度的南京市二位代码制造业技术创新能力能够被较好地解释，初步证明了该方法的有效性。

需要说明的是，本文所构建的方法为测度制造业技术创新能力提供了一个新的视角，所计算的“专利—产业”关系矩阵对其他城市也具有适用性，有利于不同城市间的横向比较以及不同年份间的纵向比较。当然，本文仅仅从专利与行业参照关系的视角对制造业技术创新能力的测度方法进行了初步探索，后续将进一步加强对测度结果的解释与应用，也期待有更多的学者对该方法进行优化和完善。