价值链视角下我国制造业绿色技术创新能力评价——基于云模型的实证

张熠，薛雯文，王先甲

（1.湖北工业大学 经济与管理学院，湖北 武汉 430068；2.武汉大学 经济与管理学院，湖北 武汉 430072）

随着经济全球化，世界各国之间的渗透不断加深，全球价值链也逐渐成为各国参与国际分工、融入世界市场的重要平台。一直以来，我国主要依靠资源要素投入、规模扩张的粗放发展模式，这极大阻碍了我国制造业的发展，使得我国制造业被锁定在价值链低端[1]。这种粗放式的经济发展模式不仅造成高能耗低产出的现象极其严重，而且给环境带来了巨大的污染和破坏。随着环境问题愈发严重，可利用的资源日益减少，劳动力成本不断提高，投资和出口的增长速度明显放缓，利润空间也在逐步缩减[2]。近几年，我国制造业整体上参与全球价值链的分工程度和地位稳步上升[3]，但仍处于价值链的低端地位[1]。研究表明，一个国家在全球价值链中的地位与其科技水平相一致[4]，推动绿色技术创新的研发对我国制造业价值链攀升有重大意义[1]。通过绿色技术创新，不仅可以节约能源资源、提高利用效率，实现碳排放，还可以提高生态经济效益，实现经济效益和生态效益的共赢[5]。因此，探究价值链视角下我国制造业绿色技术创新能力的测度，建立我国制造业绿色技术创新能力评价指标体系和评价模型，对于促进我国制造业转型升级、提升产业价值链、改善我国制造业在全球价值链的地位有重要意义。

1 文献综述

目前国内外学者从不同层面对绿色技术创新进行了研究。有关绿色技术创新影响因素的研究，主要探讨了政府补贴、环保目标责任制、人力资本投资、专利以及环境法规等因素与绿色技术创新之间的关系。杨晓辉和游达明[6]分析了企业绿色技术创新的驱动因素，指出政府对绿色产品的补贴会促进企业绿色技术创新；陶锋等[7]采用双重差分法考察了环保目标责任制对于绿色技术创新活动数量和质量的影响；杨明海等[8]基于人力资本理论与技术创新理论，指出人力资本投资对绿色技术创新具有显著的正向效应；Zhang等[9]认为绿色增长主要是由绿色的实用新型专利驱动的，但这种正向的关系只存在于国有企业中，国有企业与政府之间的亲密关系使得他们更能利用绿色创新；Liu等[10]选取中国30个省市的面板数据进行实证分析，认为环境法规对绿色工艺创新具有“U”型非线性影响，而政府补贴对促进绿色工艺创新具有积极作用。

有关技术创新能力评价的研究主要是从技术创新投入产出的视角[11-12]和技术创新过程的视角[13-14]建立评价指标体系，而绿色技术创新能力评价指标体系则以此为基础，加入环境和能源要素评价指标。以不同区域作为研究对象，赵少飞等[15]从绿色技术的保障能力、投入能力和产出能力三个维度构建了区域工业绿色技术创新能力评价指标体系。以行业作为研究对象，田红娜等[16]从投入和产出两个方面构建了制造业绿色工艺创新能力评价体系。

综上所述，学术界围绕技术创新能力构建了相应的评价指标体系[11-14]，而针对绿色技术创新的研究主要集中于影响因素研究[6-10]，对绿色技术创新能力评价的研究还不多见，其中围绕区域工业和企业的绿色技术创新能力评价的研究较多[15-16]，而对于制造业细分行业的绿色技术创新能力评价的研究很少[17]。因此，本文在价值链视角下，对我国制造业绿色技术创新能力进行测度与评价，基于投入到产出的逻辑关系构建制造业绿色技术创新能力评价指标体系，利用云模型可同时兼顾模糊性与随机性的特征，建立基于云模型的制造业绿色技术创新能力评价模型，并对制造业细分行业进行实证分析。

2 基于价值链的制造业绿色技术创新能力评价指标体系构建

绿色技术创新的核心不仅在于获得新的产品、工艺、服务和市场方案，同时能够减少资源消耗、降低生态环境破坏、提高资源配置效率，为我国经济高质量发展提供实现路径。绿色技术创新有助于提升企业的竞争优势，并最终促进我国产业在全球价值链中的地位攀升[18]。随着经济全球化，我国“人口红利”优势不再凸显，传统比较优势逐渐丧失，以创新驱动为核心的内生比较优势成为我国制造业经济增长的新动力。绿色技术创新不再局限于单纯降低生产成本、提高经济效益，而更注重于高质量生产要素的合理流动与配置，通过自主创新掌握关键核心技术、增强竞争优势，由此促进中国制造业向全球价值链的高附加值环节逐步迈进[19]。

现有研究主要是从投入产出的视角构建包含投入、产出、环境三个层面的评价指标体系[20]。因此，在价值链视角下，依照从投入到产出的逻辑关系，本文将制造业绿色技术创新能力分为绿色技术创新支撑能力、绿色技术创新投入能力、绿色技术创新产出能力三个层面。通过梳理相关文献的高频率指标，按照科学性、全面性、数据可获得性和可比性原则构建了包含17个二级指标的制造业绿色技术创新能力评价指标体系。绿色技术创新支撑能力，是开展绿色技术创新活动的基础，政府和研发机构对企业的绿色技术创新活动起到强力的支撑作用[21]，采用非研发投入强度、R&D项目数（项）、R&D经费外部投入强度、有产品或工艺创新活动的企业数占比和R&D经费内部支出来源于政府资金（万元）等指标来衡量。绿色技术创新投入能力，包括在绿色技术创新活动中的人力投入、资金投入、研发投入和设备投入等，这些都会对绿色技术创新活动的效益产生影响，采用R&D经费投入强度（%）、新产品开发经费投入强度、研发机构科研人员硕士以上人员比例（%）、R&D人员全时当量、人员投入强度、科技机构研发强度、R&D活动强度和R&D内部仪器和设备购置费用（万元）等指标来衡量。绿色技术创新产出能力，包括绿色技术创新活动所产生的经济效益和生态效益，采用新产品销售收入占营业收入比例（%）、发明专利申请数、发明专利强度和能耗降低率等指标衡量。具体指标及指标解释如表1所示。

表1 制造业绿色技术创新能力评价指标体系

3 模型构建

云模型是一种处理定性概念与定量描述的不确定转换模型，已成功地应用到自然语言处理、数据挖掘、决策分析等领域。云模型兼顾了指标的随机性和模糊性，能够使评价结果更为客观，因此本文采用云模型对制造业绿色技术创新能力进行评价。

3.1 数据规范化处理

由于评价指标体系中各个指标的量纲和数量级存在差异，需要对原始数据进行规范化处理。设有m个待评价方案，每个方案用n个评价指标来描述，则方案的指标特征值矩阵X=(xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。运用公式（1）、（2）对特征值矩阵进行标准0～1变换：

则可得到规范化矩阵Z=(zij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

3.2 确定各指标权重

本文采用熵权法，其基本思路是根据各指标值的变异程度来确定指标权重，可以保证结果的准确性和客观性。

按照传统的熵概念可定义指标的熵为：

为了消除当zij=0时对结果的影响，做出以下变换：

利用熵值可计算第j个指标的差异系数为：

因此，第j个评价指标的熵权wj为：

3.3 确定各指标的正态云标准

建立评语集C={C1,C2,…,CP}(s=1,2,…,p)。将每个评价指标的有效论域划分为p个子区间，第S个子区间为，各子区间的云特征值为(Ex,En,He)，各参数可用公式（7）表示（其中k为常数，可在试验中根据需要进行调整），并运用正向云发生器生成各评价指标的评价等级标准云。

3.4 计算隶属度

运用X条件云发生器求出被测项目各二级评价指标隶属于某等级的隶属度，对生成的u个云滴(xjl,yjls)(j=1,2,…,n;l=1,2,…,u;s=1,2,…,p)的yjls求平均值，得到平均隶属度yjs，构成二级评价指标的初始隶属度矩阵。将二级评价指标的初始隶属度矩阵汇总加和得到一级评价指标（个数为f）的初始隶属度矩阵(t=1,2,…,f)。

运用公式（8）、（9）分别计算出二级评价指标和一级评价指标的相对隶属度矩阵，其中的计算公式为：

式中：wj为指标权重；ds为被测项目隶属于评价等级的隶属度。

3.5 确定最终评价结果

为评语集C中的每个等级赋予相应的分数Z={z1,z2,…,zp}，并为每个评价等级划分分值区间。采用加权平均法，应用公式（11），结合二级评价指标相对隶属度矩阵R3和每个等级所对应的分数（令），可以得到被测项目各二级评价指标的得分。结合一级评价指标相对隶属度矩阵R4和每个等级所对应的分数（令），可以得到被测项目各一级指标的得分。结合综合隶属度矩阵D和每个等级所对应的分数（令bc=ds）可以得到被测项目的最终得分，并得到最终评价等级。

4 实证研究

4.1 数据来源

综合考虑到数据的可得性、时效性和权威性，本文以2019年数据为例，选取了农副食品加工业、纺织业、造纸和纸制品业、通用设备制造业、汽车制造业、电气机械和器材制造业等六个典型制造业细分行业，对研究提出的绿色技术创新能力评价指标体系和评价模型进行实证分析。数据来源于《2020中国统计年鉴》《2020中国能源统计年鉴》《2020中国科技统计年鉴》，详见表2。

4.2 数据处理过程

利用公式（1）、（2），通过Excel软件对表2中的原始数据进行规范化处理，得到的标准化数据如表3所示。通过Excel软件，对表3中的数据进行平移修正，并利用公式（3）～（6）得到各评价指标的熵权，具体如表4所示。建立评语集为C={及格,中等,良好,优秀}，根据我国制造业的实际情况划分各评价指标的评价标准，如表5所示。结合表5的数据，通过Excel软件，利用公式（7）计算出各评价指标对应于各评价等级的云特征值。通过Python软件，运用正向云发生器生成各评价指标的评价等级标准云，具体如表6所示。

表3 2019年各行业评价指标的标准化数据

表4 评价指标的熵权

表5 评价指标标准划分

表6 评价指标的正态云标准

结合表2的数据，通过Python软件运行X条件云发生器得到各行业的初始隶属度矩阵，利用公式（8）、（9）计算出各行业的相对隶属度矩阵，利用公式（10）可以得到各行业的综合隶属度，具体如表7所示。

表2 2019年各行业评价指标的原始数据

表7 行业综合隶属度

为评语集C中的每个等级赋予相应的分数，并为每个评价等级划分分值区间，如表8所示。运用

表8 评语分数与分值区间

公式（11）得到各行业二级评价指标的得分（表9）、一级评价指标的得分（表10）以及最终得分（表11），并得到最终的等级评价结果，如表11所示。

表9 二级评价指标得分

表10 一级评价指标得分

表11 行业的综合评级

4.3 实证结果分析

从综合评级来看，农副食品加工业、纺织业、造纸和纸制品业这三个行业的评级为中等，通用设备制造业、汽车制造业、电气机械和器材制造业三个行业的评级为优秀，按分数排序为：汽车制造业＞电气机械和器材制造业＞通用设备制造业＞纺织业＞造纸和纸制品业＞农副食品加工业。

从评价指标得分来看：首先是绿色技术创新支撑能力，按分数排序为：汽车制造业＞通用设备制造业＞电气机械和器材制造业＞纺织业＞造纸和纸制品业＞农副食品加工业。汽车制造业、通用设备制造业、电气机械和器材制造业的得分明显高于农副食品加工业、纺织业、造纸和纸制品业。农副食品加工业在非研发投入强度这个指标上的得分明显低于其他五个行业；农副食品加工业、纺织业、造纸和纸制品业这三个行业在R&D经费外部投入强度上的得分明显偏低；农副食品加工业、纺织业、造纸和纸制品业在R&D经费内部支出来源于政府资金这个指标上得分较其他三个行业明显偏低；通用设备制造业与电气机械和器材制造业这两个行业的R&D项目数明显比其他四个行业多；而在有产品或工艺创新活动的企业数占比这个指标上，六个行业的差距相对较小。

其次是绿色技术创新投入能力，按分数排序为：电气机械和器材制造业＞通用设备制造业＞汽车制造业＞造纸和纸制品业＞纺织业＞农副食品加工业。通用设备制造业、汽车制造业、电气机械和器材制造业的得分还是明显高于农副食品加工业、纺织业、造纸和纸制品业这三个行业。农副食品加工业在R&D经费投入、新产品开发经费投入上的强度明显低于其他五个行业；纺织业、造纸和纸制品业在研究机构内R&D人员硕士以上人员比例上明显低于其他四个行业；农副食品加工业与造纸和纸制品业的R&D人员全时当量明显低于其他四个行业；在人员投入强度指标上，农副食品加工业略低，其他五个行业的评级均属于良好及以上，差距较小；电气机械和器材制造业在科技机构研发强度与R&D内部仪器和设备购置费用两项指标上明显高于其他五个行业；通用设备制造业与电气机械和器材制造业这两个行业的R&D活动强度明显高于其他行业。

最后是绿色技术创新产出能力，按分数排序为：通用设备制造业＞汽车制造业＞电气机械和器材制造业＞造纸和纸制品业＞纺织业＞农副食品加工业。六个行业的评级都在良好及以上，通用设备制造业和汽车制造业的绿色技术创新产出能力要高于其他四个行业。农副食品加工业的新产品销售收入占营业收入比例明显低于其他五个行业；通用设备制造业与电气机械和器材制造业这两个行业的发明专利申请数明显较其他行业多；在发明专利强度方面，六个行业在这个指标上的得分都较高；在能耗降低率方面，电气机械和器材制造业的得分明显低于其他行业。

根据上述分析，六个制造业细分行业的绿色技术创新能力的评级均处于中等或者优秀，整体发展较好，但是发展较不均衡，部分行业已经在积极探索绿色创新之路，但仍有部分行业的绿色创新意识不足。各行业在投入上差距较大，未来还有很大的进步空间。政府还需要加强引导，提高企业的绿色技术创新意识，探索具有针对性的解决方案，协调不平衡的现状。

5 研究结论与建议

提高我国制造业的绿色技术创新能力，对于中国在全球价值链中的地位提升有着重要的意义。本文从绿色技术创新支撑能力、绿色技术创新投入能力、绿色技术创新产出能力三个层面构建了基于价值链的制造业绿色技术创新能力评价指标体系。以云模型为基础建立评价模型，云模型能够描述评价对象的不确定性，兼顾了模糊性和随机性。最后以六个制造业细分行业为例进行了实证分析，分别得到了二级评价指标得分、一级指标得分和行业综合评级。本文构建的评价指标体系和评价模型能够为有效评价制造业绿色技术创新能力水平进而制定制造业绿色技术创新能力提升策略提供科学依据。

为了进一步提高我国制造业的绿色技术创新能力，本文提出以下几点建议：

（1）制造业行业之间绿色技术创新支撑能力差距较大，虽然有的行业绿色技术创新支撑能力比较强，但仍有很多行业的支撑能力仍不够。根据分析结果来看，农副食品加工业用于技术获取与改造的经费支出较少，纺织业、造纸和纸制品业得到政府的财政支持较少，这三个行业在与外单位的合作研发方面支出较少。政府应该制定对策均衡调整财政支持，进一步完善相关法律体系为企业进行绿色技术创新提供支持，以促进绿色技术创新能力的均衡发展。企业也应该重视科研合作并加大科研人员研发力度与合作力度，积极引用国外先进的绿色创新技术和管理模式，从而推动企业的绿色制造转型。

（2）制造业行业之间绿色技术创新投入能力差距也很明显，部分行业的创新投入仍不足。根据分析结果来看，农副食品加工业在研发经费内部支出和新产品开发投入方面较少，产业内R&D人员数占比较低。农副食品加工业与造纸和纸制品业的研发人员实际工作时间相对较少。政府与产业协会应该加强引导，进一步提升制造业企业的绿色技术创新意识，拓宽资金支持渠道，制定激励方案，进一步提高绿色技术创新投入。

（3）制造业行业在绿色技术创新产出能力方面更加重视经济效益，而提高能源效益的意识相对较弱。根据分析结果来看，农副食品加工业的产业新产品销售收入占营业收入比例较低。造纸和纸制品业的发明申请专利数最少。电气机械和器材制造业、农副食品加工业、汽车制造业和纺织业的能源消耗量较上一年增加。企业应该调整创新战略，提高环境保护意识，更多注重环境和能源效益，积极构建绿色制造体系。