陈向博,丁慧平
(北京交通大学经济管理学院,北京 100091)
根据《“十四五”规划和2035年远景目标》文件的指导思想,“创新”是中国未来发展的重要趋势。通过坚持创新驱动发展,强化国家战略科技力量、提升企业技术创新能力、激发人才创新活力,全面塑造发展新优势;加快发展现代产业体系,深入实施制造强国战略、发展壮大战略性新兴产业、促进服务业繁荣发展、建设现代化基础设施体系,巩固壮大实体经济根基[1]。高铁产业作为中国高端装备制造业的“靓丽名片”,是中国通过技术创新突破先进制造落后局面的重要产业,在实现自主研发、具有完全知识产权的过程中通过商业化实践带来可持续发展,既符合国家宏观发展理念,也为区域协调发展和广大人民群众带来普惠性和正外部性。
产业创新速度是个相对概念,难以用具体的时间来衡量(俞立平等,2018)[2]。相对日本在高铁产业创新国与技术“领跑者”的地位,中国高铁在产业创新初始速度滞后条件下以“追赶者”的身份实现了更高效率的技术创新。在2004年中国引进日本高铁技术时,川崎重工总裁Tadaharu Ohashi曾建议中方技术人员用两个八年的时间来分别掌握时速200公里技术和时速350公里技术,最终中国高铁仅用6年就掌握到了时速350公里的高铁核心技术,并于2017年推出具有完全知识产权的“复兴号”动车组列车。其中由CR400系列担当的部分车次是世界上商业运营时速最高的高铁列车。相较于日本、法国、德国等传统高铁强国数十年的发展历史,中国高铁在短时间内实现了从无到有,甚至在技术等级、运营规模、安全可靠等方面均处于世界领先,实现了中国高铁从“追赶者”到“领跑者”的跨越。
技术创新是一种复杂现象,可从国家、地区、行业和企业等层次进行研究,一个企业不可能独立进行创新,而是依赖与环境广泛接触(Fagerberg,2003)[3]。本研究将高铁企业技术创新的微观环境与产业发展的宏观环境相结合,通过研究中国高铁实现从“追赶者”到“领跑者”跨越的经验,分析中国高铁技术创新快速发展的原因。其研究意义在于从理论和实践的角度总结中国宏观背景下有利于高技术产业发展的优势条件,对中国高铁未来发展中如何保持竞争优势具有积极意义,对其他高技术产业及相关企业的未来发展具有示范意义,对中国产业的创新发展具有借鉴意义。
技术创新作为企业竞争优势的重要来源,企业可持续发展的重要保障,一直是学术界关注的焦点。本文深入挖掘创新理论和技术协同理论,从中筛选了有利于提升技术创新效率的研究观点:
熊彼特作为创新理论的提出者,强调大企业是技术进步最有力的发动机[4],基于大企业的资源优势、规模效益[5]和管理能力[6],更有利于提升企业的技术创新能力。其中,资源优势来源于企业R&D经费投入[7]和人力资源的价值创造[8],通过有效的管理提升技术创新效率[9],尤其在高技术产业发展由低速转向高速时,人力资源和管理水平的影响效果大大提高[10]。
模仿创新战略是企业快速学习率先创新者创新思路和行为的主要手段,可提升企业自主创新能力[11]。在此基础上,“兼容性创新”的概念孕育而生,强调在大一统的国家体系下,通过模仿创新对技术的筛选、融合、再创新,有利于通过提高技术兼容性提升技术创新效率[12],同时保留了未来技术发展更多的可能性[13]。
技术创新动力的二元论强调技术推动与需求拉动的作用[14][15],具体体现为产品的加速迭代。当企业、大学和科研单位等在合作创新过程中自发地形成一种非正式的合作网络[16],通过网络关系实现学习资源的共享[17],以此带动技术创新的联动,促进产品提升,加速产品迭代。
根据技术协同理论,企业在技术并购过程中快速获得技术资源,经过并购方的整合与管理,收购方和被收购方可以共享技术和研发成果,集中研发力量技术创新。此外,从长期来看,企业在并购过程中,通过纵向并购可以实现上下游一体化,通过横向兼并和收购,可以扩大自身的生产经营规模,有利于实现规模经济,从而降低生产成本,将更多的资金用于技术研发,提高自身的竞争力[18]。技术并购作为技术追赶的杠杆,是技术追赶理论中的重要组成部分[19]。通过对中国沪深A股上市企业2013-2017年的并购数据的研究发现,技术并购对自主创新能力具有显著正向影响,并购企业通过技术并购的方式加快企业技术能力完善,有助于提高自身技术创新能力,加快自主创新成果的产生[20]。
基于上述创新资源与管理、兼容性创新、技术创新动力理论和技术并购的理论基础,本文探寻在动态发展的竞争环境中,影响中国高铁技术创新快速发展的关键因素。
高铁业的发展是中国制造业最具代表性的产业之一,在持续发展中构建起了独具特色的中国高铁产业创新生态系统,实现了高铁技术从无到有,从引进、消化、吸收再创新到自主创新,迈向领先地位。截至2021年年底,中国高速铁路运营总里程超4万公里,约占全球高铁运营里程的百分之七十①数据来源:国家铁路局《2021年铁道统计公报》,并率先实现了“智能高铁”的技术创新。
Raymond Vernon(1966)提出产品生命周期理论,构建了创新国、其他发达国家和发展中国家在一定时间内对同一产品的市场发展竞争态势模型[21],本研究引用这一方法构建了高铁产品国际竞争走势图(见图1)。由于高铁产品的生命周期较长,且整体市场需求仍保持高位,因此包括日本(创新国)、法国和德国(其他发达国家)和中国(发展中国家)在当前及未来的国际高铁市场中具有较强的竞争关系。但较于日本、法国和德国经历数十年的发展形成当前领先的技术体系,中国高铁通过更短时间内形成较强的技术优势,成为当前国际高铁市场不可小觑的竞争威胁,是中国高铁快速崛起的表现。
图1 高铁产品国际竞争走势图
通过资料整理统计过去六十年间中日法德四国高铁产品的迭代情况(见表2),比较分析四国在时间范围内进行的产品技术迭代,发现中国高铁在较短的发展时间内实现了较高频的技术创新,尤其于2019年运行的CR400BF-C型高铁列车了实现“智能高铁”的技术创新,在更短的时间内实现较大的技术突破,体现了中国高铁技术创新的快速发展。
表2 四国高铁产品迭代统计
资源作为能力的基础,对能力的演进产生重要的影响。从资源的能动性角度,可将资源分为能动性资源和非能动性资源。能动性资源是指人力资源及以人力资源为载体的知识和智力资源,它具有主观能动性,具有不断开发的潜力[22]。创新能力的提升体现为能动性资源对非能动性资源的高效利用,以创造出新价值,使创新资源的价值大于创新资源的成本。
1.优化创新资源配置提高创新效率
中国中车通过整合南车与北车的创新资源,获得更丰富的能动性资源,包括人力资源与以专利为代表的知识资源。根据对比中国中车与南北车的企业年报,中国中车拥有更大数量的高学历技术人员(见图2),具有更强的知识与技术的学习能力,有利于更快地吸收整合后的智力资源,通过知识、技术与实践的结合,实现对高铁创新有目的地、有计划地作用。利用SOOPAT对三家企业国内专利申请情况进行统计,制作企业专利数量增长趋势图(见图3)。中国中车凭借人力资源对知识资源的消化、吸收,提高专有技术的技术水平,以实现创新能力的提升,具体体现为专利数量的大幅增长,通过技术专利的积累为“复兴号”的技术创新奠定技术能力基础。
图2 企业技术人员增长趋势图(数据来源:历年企业年报)
图3 企业专利数量增长趋势图(数据来源:SOOPAT)
财力资源作为技术创新最主要的非能动性资源,是中国高铁创新演进中重要的创新要素,而研发费用则是财力资源在企业层面对技术创新投入程度的重要体现。对比南北车与中车的研发投入(见图4),前两家企业每年的研发费用投入约占当年总收入的2%-5%,而中车每年的研发费用投入约占当年总收入的4%-6%,三者在研发费用的投入上总体呈上升趋势,但中车依托于更庞大的创新主体,涨幅更为显著。将图3与图4结合,分析专利数量与研发费用投入的增长趋势,发现两者增长趋势趋于一致。因此,研发投入往往与产出呈正比关系,更多的研发投入意味着更多创新活动的实践,直接影响创新成果更高的产出机会。
图4 企业研发费用投入趋势图(数据来源:历年企业年报)
从创新资源的属性来看,由于中国工业行政的特色,中国高铁产业链的企业大多为国有企业,政府对于企业创新资源的管理具有导向作用。中国南车和中国北车在国资委的主导下实现合并重组,将中国中车建立为全球规模最大、品种最全的轨道运输设备制造商与高铁技术供应商。同时,在政府的领导下,南北车企业的创新要素实现了向中车的集合,创造了更具系统化和规模化的创新环境,为中国中车建立了技术创新的优势条件。
从企业管理的角度看,中国中车研发投入的增长,不仅源于合并后经济实力的提升,同时也来自于创新内容与项目的精减。由于南车与北车是两家经营业务范围高度一致的企业,双方存在较多具有同质化的创新项目,中车可以通过资源整合实现同质化创新项目的合并,融合项目创新要素,避免了内部创新资源的冗余浪费的问题,以此释放更多创新资源的动能,转化为机会成本投入到新的创新活动中,实现研发费用使用的效益最大化。同时,中车根据融合创新的成果,实施精益管理,加强自主创新研发体系,有意识地培育组织的核心能力与竞争优势以实现创造自身核心竞争力。在自主创新的成功实践之后,通过重点关注核心技术、核心产品和核心能力的成长和突破、实施组织的经营战略和自身研发能力与服务能力的深度打造,通过加强创新能力提升创新效率。
从科技创新成果来看,中国中车扩大创新主体的战略收效显著,多次实现了技术突破,使“复兴号”动车组列车具有完全自主产权和80%以上的中国标准。根据对国家知识产权局每年发布的“中国专利奖”评选公告的统计整理,自第十八届“中国专利奖”(暨2016年)起,中国中车于中国企业专利奖排行榜稳居前列,并数次位居前两位,较于南北车时期的表现更为突出,是对中车技术创新的数量和质量的肯定。此外,中国中车融合创新战略也在发挥作用,动车组列车技术得到了广泛认可,产品出口至沙特阿拉伯、马其顿、捷克等国家。
2.高技术渗透减少创新学习时间
高铁作为知识密集和技术密集的产业,具有较强的社会性,是中国高技术的代表。中国高铁的政用产学研协同创新系统作为高铁高技术的技术支撑体系,具备了技术发展所需的财力、物力、人力、信息等资源,形成了一种融合生产企业、研究机构、政府部门等多种关系组成的复杂网络体系,而中国南车、中国北车和中国中车便是其中的重要构成。
基于高技术渗透演化锥形模型[23]的逻辑建立了中国高铁高技术产业渗透模型。在模型中,不同创新主体的高技术彼此之间无明显的技术等级之分,它们之间可以互相渗透,各种状态可以互相转化,再结合中国高铁装备制造业的发展现状,由于并无潜在进入者和退出者的存在,因此可构建较为理想化的高技术产业渗透模型(见图6)。
图6 南北车时期中国高铁高技术产业渗透图
[0]是高铁装备制造业的企业群所构成,[N]代表接受庞巴迪和川崎重工高技术的南车集团,[B]代表接受西门子和阿尔斯通的北车集团,而[N]与[B]之间的双向箭头代表着在高铁装备制造产业的企业群中,不同的研发技术在两家企业存在转化的可能,且是非单向的。在此过程中,技术支撑体系所提供的网络关系成为一种无形的经验知识以缄默化的形式存在,通过渗透效应使产品与技术的开发逻辑在体系内流通。随着[N]和[B]企业合并,[Z](中车)成为高铁装备制造业的企业群[0]中新的一员,也是唯一的一员(见图7),此时产业已转向了高速发展时期(“复兴号”技术创新时期),吸纳了南北车大量的智力资源,实现产品与技术谱系的完整。因此,中车获得了通过经验知识的流转实现继承技术支撑体系的机会,以提高中车的学习能力,减少技术创新的时间成本,进而推动了中国高铁产业的创新演进。
图7 中车时期中国高铁高技术产业渗透图
由此,中车打通了国内高铁产业的高技术渗透壁,开启了以中车企业为中心、基于国家重大科技创新工程、国家高速列车技术创新中心为主体的“一体四翼”的科技创新体系。在中央企业使命为导向的战略引领下,一方面通过中车研究院实现全产品链、全技术链创新能力的提升和全生命周期保障能力的提升;另一方面通过国家高速列车技术创新中心的模式搭建了开放、协同、一体化、全球布局的科技创新生态体系。在与金融、信息、人才、组织、流程、制度、文化等外部环境的互动中完成从技术方向引领能力、产业经济带动能力、重大战略支撑能力到社会进步推动能力的涌现升级,将大一统国家体系下的高技术渗透的技术红利转化为正外部性,使企业的学习与创新通过创新技术的商业化实现高铁产品的普惠价值。
技术兼容性最初用于体现技术并购过程中并购双方对技术知识的相似程度,随后在概念的发展中不断获得含义的延伸,包括技术的模仿行为、技术创新的兼容度,等等。技术兼容性在本文中主要包括两层含义:一是中国高铁技术对各国不同高铁技术的兼容,更体现为一种专有技术的兼容性;二是高铁时代2.0视角下高铁技术对其他技术的兼容,更体现为一种复合技术的兼容性。两者从不同维度下拓展了高铁技术的创新客体,推动了中国高铁的技术创新。
1.兼容专有技术提升产品技术水平
2007年,由中外合作创新的“和谐号”动车组列车问世,由于合作方来自当时高铁技术较为先进的加拿大、日本、德国和法国,因此四款车型的原型车来自不同的品牌(见表3)。虽然在较短的时间里通过合作创新的产品满足了群众出行的需要,然而基于不同平台研发出的“和谐号”车型,由于标准不统一,不能互联互通,难以互为备用,提高了运营和维修成本。由于每款车型的技术开发平台差异较大,随着“和谐号”车速的提升,车辆装备的软件接口数量也随之提升,使每款车型需具有一定数量的生产要素以维持设备的运营维护与创新研究,因此造成了创新资源的分散,减缓了中国高铁技术提升的进程。但基于后期维护统一性的需求,实现不同车型的技术兼容成了中国亟待解决的问题。
表3 “和谐号”技术来源统计表
随着中国南车与中国北车的合并,在“消化”和“吸收”不同车型的技术基础上,中国中车获得融合四家企业技术特点进行技术创新的机会,打破了从前多款车型存在的技术隔阂,进一步提升中国高铁装备研发队伍自主开发全套车辆工作逻辑的能力,为日后“复兴号”的车辆技术兼容性创新奠定基础。在中国中车自主研发、具有自主产权的CR400系车型中,兼具了四者的技术特点,并创造出了属于自己的技术开发平台。在这一过程中,中国高铁通过融合创新使之软硬件组合系统之间能够相互协调工作,提高了中国高铁技术的兼容性。而这种兼容性也有利于中国高铁在日后面对世界各国高铁技术突破发展,能够增强自身的学习能力,更好地理解和贯通他国高铁技术的新奥秘,为中国高铁未来的技术发展保留更多的可能性。
2.兼容复合技术拓展产品技术边界
“高铁2.0”是于京张铁路设计、研发阶段所提出的主要是指高铁网+互联网的“双网融合”,以加快数字化、智能化的高铁发展。随着中国科学技术水平的提升,新型基础设施建设要求提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系,高铁作为交通基础设施建设的重要环节,通过兼容大数据技术、物联网技术、5G技术等等,优化产业链的资源配置,利用现代化技术成果建立智能化、智慧化的发展路径,给予中国高铁技术创新的更多可能性。
2019年,复兴号CR400BF型电力动车组问世,搭载设备运用了云计算、物联网、大数据、北斗定位、下一代移动通信、人工智能等先进技术,通过新一代信息技术与高铁技术的融合,集成出具有复合技术兼容性的“智能高铁”,实现高铁智能建造、智能装备、智能运营技术水平全面提升。以CR400BF和CR400BF-C为例,后者在前者高铁列车专有技术的基础之上,搭载了更多现代化技术,融合创新出中国第一代“智能高铁”。
“十四五”期间,在双循环新发展格局下,我国高铁快运将迎来规模化发展新阶段。目前,我国已将高铁技术应用于大载量货运,创新出货运动车组CR400AF-H,使大宗商品的货运具有时速350km的技术等级,尚待实现量产。同时,将高铁技术与冷链技术相结合,不断拓展高铁货运的服务边界,如利用冷链快运箱推出“冷鲜达”和医药冷链“定温达”“定时达”等产品。
在中国高铁的技术创新中,技术推动和需求拉动缺一不可。中国的社会经济发展为高铁提供了实现满足快速-规模化交通需求的机会,中国现阶段的工业发展也为建设高铁打下了能力基础,此二元相结合创造出中国高铁技术创新的动力,即也符合技术创新动力的二元论[24]。
1.复杂运营场景对产品提出新需求
1964年,日本开通第一条高铁;2008年,京津城际建成通车,成为中国大陆第一条高标准、设计时速为350公里的高速铁路。较于两国高铁的发展历程,中国高铁具有较快的产品迭代速度,虽然发展时间较短,但由于市场需求对高铁产品提出了更高要求,拉动了技术创新,根据表2对四国产品迭代统计选取中日具有相同技术创新的迭代产品形成中日高铁技术创新统计表(见表4):从耐寒高铁技术的创新可见两国高铁起步差距较大,技术创新时间相差25年;但在车速实现300km/h的突破上两国创新时间已缩短至3年;此后,中国高铁依然保持较高的产品推新速度,并在车体传感器控制、高效率再生制动、轻量化节能化车体等技术创新上成功实现时间维度上的反超。
表4 中日高铁技术创新统计表
近年来,随着国内高铁网络的不断拓展,途经区域更为广阔,对高铁技术的需求更体现为多样性和综合性。由于中国是世界上高铁里程最长、运输密度最高、成网运营场景最复杂的国家,运营环境穿越了高寒、热带、温带、干旱、潮湿等气候地区,经历不同气象天气,覆盖了开阔平原、急拐弯路线及山势爬坡等复杂地形,途经世界人口密度最大的城市带,相较于其他国家,对高铁车辆装备提出了较高要求,需要根据不同运营环境研制出适宜车辆。根据对中国高铁列车技术特点和运营线路的资料整理,形成中国高铁技术特点统计表(见表5)。
表5 中国高铁产品技术特点统计表
2.技术发展联动产业链整体提升
高铁作为高端装备制造业的一员,其产品技术门槛较高,对技术的依赖性更强,处于以技术迅速更新为特征的市场。迅速的技术变化导致产品市场的迅速变化,产品的生命周期缩短了,使得技术创新成为竞争的首要动力。高铁拥有大型的技术系统,其中所包含的产品类目众多,随着其中某个环节的产品技术提升导致生命周期的缩短,也对整体的高铁产品技术的创新速度提出了更高要求。复杂的技术结构对各产品部件和技术环节的协同性和适配性提出更高要求,任一环节取得的技术突破和产品创新势必联动其他环节的技术发展。在中国的发展模式下,由政府牵头和领导的高铁创新模式,创造了有利于技术创新的创新生态系统,通过产学研的机制共享技术与资源,同时也给予创新生态系统内各创新主体更低的沟通成本,有利于各产品部件和技术环节的研究机构与生产企业针对技术动向及时沟通。
在日本新干线的发展中也无不体现技术创新对产业链的影响。日本作为高铁的创新国,也是目前高铁最发达的国家之一。从20世纪90年代起,日本新干线依靠日本电子产品的技术发展,日立、东芝等一批电子科技企业在半导体技术上不断创新,与装备制造企业合作创新突破了核心元件的技术,包括将牵引逆变器升级为IGBT、数码自动列车控制系统、运行控制技术、传感器控制车体、定速系统等等。
相较于日本新干线的产业链联动发展,中国正处于现代工业快速发展时期,具有完备产业链,是世界唯一的、拥有工业门类最齐全的国家,更具备“牵一发而动全身”的动态发展基础。从“和谐号”到“复兴号”的发展阶段,中国高铁装备制造业与电力、钢铁、水泥、芯片等产业实现联动发展,甚至与昆仑润滑油等细分产业进行创新联动,加速创新的同时突破高铁装备业中齿轮油的技术壁垒。此外,“复兴号”以全面实现自主化,包括自主研发、自主设计和自主生产,对产品与技术之间的适配性也提出更高的技术标准,5G基站、特高压、大数据中心、人工智能、工业互联网等高新技术的发展,联动了“智慧高铁”的创新实践。随着工业能力的不断提升,各生产环节的产品与技术也迎来技术发展,中国高铁的创新要素所蕴含的技术价值也呈上升趋势,包括生产制造装备等非能动性资源的技术提升、能动性资源引导下对知识和专利的发展,以及工业化发展中所积累的经验与网络关系呈缄默化的存在以致用。
随着全球化的深入和竞争的不断升级,技术知识已经成为维持企业竞争优势和可持续发展的重要战略资源。跨国技术并购可以使组织迅速学习、获取新知识,进而大幅度地缩减时间成本和技术成本,从而提高组织的竞争优势。因此,跨国技术并购已被视为企业获取外部新知识有效途径之一。
高铁产业作为具有较高技术壁垒的集成型高端装备制造产业,在发展历程中多次通过跨国技术并购冲破技术壁垒,包括从生产建设环节到车辆装备制造环节、从车辆材料的细分技术到车辆装备的信息技术,中国高铁以跨国并购作为技术追赶的杠杆,在获取外部先进技术提升自主创新能力基础的同时,通过技术并购的方式加快自身技术能力完善,有助于提高自身技术创新能力,加快自主创新成果的产生。根据对中国高铁产业跨国技术并购的资料整理,形成中国高铁技术并购统计表(见表6)。
表6 中国高铁技术并购统计表
中国高铁所进行的跨国技术并购主要为知识与技术基础较为落后的产品,作为收购方的中国企业通过跨国并购实现技术瓶颈的突破,如IGBT芯片、高铁轮对等环节,提升自身产品和技术的竞争力,有利于降低生产成本,创造价格优势。同时,还有利于通过被收购的海外品牌开拓国际市场。中国高铁通过技术并购进行弯道超车,更快地掌握先进技术以助于进一步的技术创新实践和市场战略执行。但技术并购也存在较大的财务风险,对企业的融资能力和抗风险能力提出更高要求。由于中国高铁产业链企业多为国有,具有更高的可靠性,更利于银行贷款的申请;从“四万亿计划”到“新基建计划”,高铁作为交通运输发展的重要环节,获得了持续性的财政支持。因此,较于其他国家的高铁企业,中国高铁企业更具备规避企业财务风险的能力以实现跃进式创新。
根据创新理论和技术追赶理论,本文从技术创新的角度分析了中国高铁的发展经验,研究结果主要有以下四个方面:第一,通过对能动性资源提升技术创新的学习能力、对非能动性资源的整合加强研发投入以实现更高的创新成果产出机会;第二,提高专有技术的兼容性有利于融合不同车型的技术优势提高专有技术等级、提高复合技术的兼容性有利于融合不同技术资源拓展高铁产品的技术边界;第三,复杂运营场景和完备产业链为中国高铁产业的技术创新提供需求拉动与技术推动的基础,体现为产品的快速迭代;第四,跨国技术并购是中国高铁实现跃进式技术创新的重要杠杆。因此,本文认为提高创新资源整合效率、提高技术兼容性、加速产品迭代和有效的跨国技术并购四个维度加速了中国高铁的技术创新,更有助于中国高铁从“追赶者”到“领跑者”的角色换位。
在上述四个发展维度中,政策支持贯穿始终。由于高铁产业链中拥有较大数量以国家意志和利益为行为导向的国有企业,是中国高铁利于整合创新资源和进行跨国技术并购的重要依托,同时在中国铁路总公司对市场需求的探析后领导高兼容性产品和加速产品迭代的需要,通过政府领导的产学研的技术支撑体系促进高技术渗透,这也是中国高铁较于日法德的特殊竞争力。在中国高铁未来可持续发展的道路中,应继续保持政策支持所带来的发展红利,为产品和技术的快速创新与实践保驾护航。中国高铁的可持续发展不仅顺应了新发展理念,为中国先进制造的技术创新发展树立模范,还助力实体经济发展与国家宏观政策的实践。同时,由于中日德法四国仍处于高铁创新发展的进行时,如日本计划于2024年推出E8系列车、法国和中国仍然在研拓高铁时速的边界、德国政府也发布了高铁2030计划,因此,加速中国高铁的技术创新更有利于提高中国高铁企业的竞争优势,以面对国际高铁市场的激烈竞争,实现中国高铁产业的可持续发展。