中美制造业竞争态势及中国制造业技术创新策略

吴福象

【摘要】当前，中国制造业以规模庞大、门类齐全占优，美国制造业以结构优化、技术领先见长。围绕国家重大技术战略构建、国际贸易体系以及双重贸易圈重塑，中美经贸博弈复杂性不断加剧，关键核心技术竞争也逐渐白热化。未来，中美仍将继续围绕研发投入、专利竞赛、知识产权保护、制造业关键技术控制权等加剧竞争。基于中美科技竞争的严峻性和复杂性，中国要基于自身禀赋保持战略定力，聚焦自主创新，以依托“一带一路”深化国际产能合作为战略抓手，依照制造业的产业谱系和创新特点进行分类突破。

【关键词】中美制造业竞争  技术创新能力  关键核心技术

【中图分类号】F42                                【文献标识码】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2023.17.006

制造业是立国之本、强国之基。在中美科技竞争常态化背景下，充分把握中美先进制造业差距，并基于自身禀赋保持战略定力、聚焦自主创新、依托“一带一路”深化国际产能合作，寻找先进制造业快速发展的突破口，对中国制造业高质量发展具有重要意义。

细分行业的中美制造业技术创新能力对比

行业角度创新能力对比。早在2013年，麦肯锡全球研究院在研究报告《中美创新实力对比》中，对中美两国四类制造业进行了对比。其主要结论是，中国制造业在科学研究、互联网、半导体、生物医药、汽车等领域尚未掌握关键核心技术，自主可控能力明显不足。首先，在科学研究型行业，美国在生物技术、品牌药、特种化学品、半导体设计四个领域创新水平均遥遥领先于中国，尤其在生物技术实力上差距最为悬殊。其次，在工程技术型行业，美国在商业航空、医疗器械、应用程序和系统软件、通信设备、汽车配件、汽车六大行业的创新实力强于中国，而中国在铁路、风力涡轮机两大行业的创新实力超出美国。再次，在客户中心型行业，中国除了在家用电器行业的创新能力稍强于美国外，其他领域均弱于美国，包括互联网零售、互联网软件与服务、智能手机、消费电子与高科技硬件、家庭娱乐软件、家居产品、饮料及包装食品。最后，在效率驱动型行业，中国除了在石油天然气服务与设备制造行业要明显弱于美国外，在诸如太阳能电池板、半导体中的晶圆代工和后端工程、电气设备、工程机械、建筑材料、通用化学品、仿制药、纺织品等行业的创新实力均强于美国，尤其在太阳能电池板领域最为突出。值得一提的是，中国通过效率驱动的半导体加工制造能力全球领先，但基于科学研究的半导体设计却依旧依赖美国供应商。

研发投入规模结构对比。众所周知，研发投入在一定程度上能够揭示制造业的技术创新力度。从国内研发投入及其所占GDP比重来看，中国的研发投入强度虽稳步提升，从2000年107.8亿美元的研发投入和所占GDP不足0.90%的比重提升至2018年2973.7亿美元和2.18%的水平。[1]不过，亚太经济合作组织（APEC）和Wind数据库中数据显示，相比美国在2018年高达5738.3亿美元的研发投入和2.80%的GDP比重，中国的研发投入强度仍显不足。其一，从国内研发投入结构来看，在基础研究投入方面，中国始终低于国内研发总投入的6%，美国基本保持在16.5%以上。在应用研究的投入方面，中国仅维持在国内研发总投入的10%左右，美国基本保持在19%～23%的区间水平。相比较而言，中国将大部分国内研发资金投入在试验发展领域，近几年保持在83%以上，远高于美国63%的投入强度。[2]与美国相对比，中国制造业科技研发经费投入严重不足，尤其是基础研发领域投入长期偏低，导致中国制造业企业缺乏创新主动性和可持续动力，造成中国制造业基础技术与美国的差距呈现进一步拉大趋势。其二，从研发投入领域来看，ICT、健康、汽车及交通成为当下三大重点，共占研发总投入的63.5%。[3]其中，ICT领域成为中美最活跃的创新力量，也是未来中美竞争的焦点。在汽车及交通领域，中国大陆已逐渐加大对新能源汽车和自动驾驶汽车的研发力度，但研发投入绝对数仍低于美国。另外，健康成为美国研发投入的第二大领域，但中国的投入明显较弱。

专利与商标申请量对比。根据世界知识产权组织发布的2019年度世界知识产权指标（WIPI）报告，目前中国的专利和商标申请数量已位于全球首位。2018年中国专利申请数达1542002件、商标申请数达7365522件，分别占据全球总量的46.4%和51.4%，已超越美国、日本、韩国和欧洲国家的总和，增长幅度也全球领先。而美国不仅申请总量远低于中国，而且专利申请量在2018年甚至出现了负增长。从具体技术领域来看，通信技术领域的專利成为各国企业竞争的焦点。[4]根据《通信产业报》的评选结果，2018年中国华为在5G核心专利、研发投入、贡献力、发展潜力四项关键指标中均获得最高排名。在5G标准必要专利族排行上，中国华为以1554件的专利数量，超过芬兰的诺基亚（1427件）、韩国的三星（1316件）和LG（1274件）、美国的高通（846件）。在排名前15的企业中，中国所占专利族份额为34.19%，明显高于韩国的25.20%、美国和芬兰的13.88%；在人工智能（AI）领域，根据《人工智能技术专利深度分析报告》，2017年中国以76876件的AI专利申请量居全球首位，比美国多9600件。然而，在PCT专利申请方面，中国仍然不占优势。2017年中国PCT专利申请仅占全球总量的10%，远低于美国的41%。[5]

由此可见，与美国相比，中国制造业在科学研究领域的短板较突出，在科技研发投入上仍有待加强。虽然在专利与商标申请上成果丰硕，但在关键核心技术创新上依旧任重道远。

中美制造业竞争的方向和重点

中美制造业的主要竞争方向。第一，基于研发视角的趋势预测。一是中美研发强度的趋势预测，研发强度以研发支出占GDP比重表示。截至2018年，中国研发强度稳步上升，美国研发强度增速慢于中国，因此中美两国的研发强度差距逐步缩小。2018年中美研发强度分别为2.18%和2.81%，与2010年相比增速分别为27%和3%，[6]中国增速是美国的9倍。采用ARIMA模型作进一步预测发现，预计2025年中美两国研发强度均为2.91%，2030年中美研发强度分别为3.32%和3.01%，意味着未来中国的研发强度很可能超越美国，成为最大的研发中心。二是研发人员规模的趋势预测，研发人员规模以每百万人研发人员规模表示。截至2015年，中美两国研发人员规模均在稳步提升，但始终保持较大差距。2015年每百万人中研发人员规模中美分别为1159人和4313人，美国是中国的4倍。[7]预计2025年美国研发人员规模将达到中国的3倍，2030年美国是中国的2.8倍，即未来中国研发人员规模较难超越美国。三是研发投入结构的趋势预测，研发投入结构以基础研究、应用研究與试验研究占国内总研发支出比重表示。截至2016年，中美基础研究、应用研究与试验研究占国内总研发支出比重始终有较大差距。以2016年为例，美国三类研究支出占比，分别是中国的3.22倍、1.91倍和0.75倍。[8]以目前的增速进行预测，预计未来十年中国的试验研究投入占比仍高于美国，而在基础研究和应用研究方面仍不及美国。

第二，基于专利与知识产权视角的趋势预测。一是中美总专利授予量的趋势预测。中国的总专利授予量于2015年赶超美国，2018年中美专利授予量分别为43.2万件和30.8万件。[9]预计2025年中国的专利授予量高达65万件，几乎为美国的2倍，2030年中美专利授予量分别为67.8万件和39.8万件，[10]这意味着未来十年中国的总专利授予量仍高于美国，且差距呈持续扩大趋势。二是中美知识产权专利使用费的趋势预测。根据世界知识产权组织（WIPO）数据，截至2018年，中国知识产权使用费净收入始终为逆差，2018年逆差超过300亿美元。美国的知识产权使用费净收入逐年稳步上升，2018年超过700亿美元，中美知识产权使用费差距较大。预计美国知识产权使用费净收入顺差和中国的逆差都将持续上升，到2030年两者将分别达到1320亿美元和450亿美元。[11]未来中美知识产权差距如持续增大，则中国短时间内难以扭转知识产权弱势局面。

第三，基于制造业质量竞争力视角的趋势预测。根据世界银行（World Bank）提供的相关数据，并采用ARIMA模型预测发现，截至2016年，中国中高技术产业增加值占制造业产值比重缓慢上升，美国则波动较大。其中，2016年中美中高技术制造业产值占比分别为41.4%和41.2%，中国略高于美国。预计2025年中美中高技术产值占比分别为46.02%和44.54%，2030年分别缓慢下降至44.17%和41.5%，中国仍在美国之上，这在一定程度上体现了中国企业对中高技术的重视。不过，中国人口红利的逐渐消失，制造业全员劳动生产率的持续下降，意味着中高技术产值占比是提升中国制造业竞争力的重要突破口。

由此可见，近年来中国的科技实力在快速崛起，中国在研发强度、中高技术产值占比等方面取得关键进展。然而，预计到2030年中美科技实力在整体上仍存在较大差距，中国在研发、专利与知识产权、制造业质量竞争力等整体水平方面仍有较大的提升空间。

中美制造业的主要竞争领域。对标国家战略与企业实践，中国制造业未来主要从新一代信息技术、智能制造、新能源、新材料、生物医药等重点战略性新兴产业入手，加快技术创新以期掌握重塑国际生产体系的主导权。笔者从重点战略性新兴产业的关键核心技术专利规模角度入手，并综合其他因素，对比、预测中美未来在主要竞争领域的竞争实力与竞争态势。内容中涉及的数据主要来自于世界知识产权组织（WIPO）及采用ARIMA模型预测所得。

第一，新一代信息技术领域的竞争。一是数字通信技术专利的规模及趋势预测。截至2018年，中美数字通信专利规模呈稳步增长态势，但美国的数字通信强于中国。2018年中美数字通信专利规模数分别为25千件和27千件，中美差距缩小。预计2025年中美数字通信专利规模分别为33千件和27千件，2030年分别为34千件和31千件。德勤（Deloitte）的一项研究报告显示，在信息通信领域，中国自2015年以来对5G基础设施的投入比美国多240亿美元，已建成35万个蜂窝基站，而美国则不足3万个蜂窝基站，中国华为正在引领全球5G技术与标准。二是半导体专利的规模及趋势预测。截至2018年，中美半导体专利规模稳步上升，但美国始终占优，2018年中美半导体专利规模分别为12千件和18千件。预计2025年中美半导体专利规模分别为15千件和23千件，2030年在半导体领域中国仍很难望其项背。三是云服务基础设施领域的分析。根据Synergy Research Group提供的数据，2016～2018年，Amazon、Microsoft、Google、Alibaba分别占据云服务领域全球基础设施市场份额前四位。其中，Amazon市场份额始终超过30%，Alibaba始终低于5%，但总体趋于稳步上升。综上，中国新一代信息技术产业取得积极进展，通信技术有望赶超美国，但总体水平与美国差距悬殊。美国在半导体、云服务等领域的优势地位预计在未来很难撼动。

第二，智能制造领域的竞争。一是机床专利规模及趋势预测。中国机床技术专利规模于2008年赶超美国，2018年中美机床专利规模分别为21千件和5千件。预计2025年中美机床专利规模分别为19千件和6千件，2030年中国机床专利规模为18千件，远超美国，机床制造成为中国智能制造的重点突破口。二是机械元件专利的规模及趋势预测。中国的机械元件专利规模于2015年赶超美国，2018年累计达12千件，美国为7千件。预计2025年中美机械元件专利规模分别为12千件和7千件，2030年为12千件和8千件。智能制造领域中国存在较大优势，得天独厚的要素禀赋为中国奠定了良好的竞争基础。预计2023年中国有望在智能制造专利规模方面赶超美国，缩小与美国在智能制造领域的悬殊差距。

第三，新能源领域的竞争。一是电机、设备和能源专利的规模及趋势预測。最近十多年来中美两国在电机、设备和能源领域专利的规模都稳步上升，中国于2014年赶超美国，至2018年中美的专利规模分别为35千件和21千件。预计2025年中美的电机、设备与能源专利规模分别为40千件和22千件，2030年分别为38千件和26千件。二是替代能源与核能占能耗比重的趋势预测。1980年美国对可替代能源的重视程度便高于中国，但至2014年美国的替代能源与核能能耗占比仍是中国的2倍。预计2025年中美替代能源与核能能耗占比分别为6.24%和13.87%，2030年分别为6.79%和14.80%。综合新能源领域主要专利规模以及替代能源与核能占能耗比重的预测，核心技术专利不足以弥补替代能源的劣势，预计到2030年中国在新能源领域仍与美国存在较大差距。

第四，新材料领域的竞争。一是微结构和纳米技术专利的规模及趋势预测。中国的微结构和纳米技术专利规模于2008年赶超美国，至2018年该专利规模将近1200件，是美国的2倍。预计2025年中国的专利规模为1500件，美国可能暂时下降至550件，2030年分别上升至2000件和1200件。二是生物微材料技术专利的规模及趋势预测。中美生物微材料技术专利规模稳步上升，中国于2014年赶超美国，至2018年中美专利规模分别为2022件和2083件。预计2025年中美的生物微材料技术专利规模分别为2500件和1800件，2030年中美分别为2200件和2000件。[12]综合新材料领域关于微结构与纳米技术、生物微材料技术专利规模的预测，未来中国有望在专利规模方面赶超美国，缩小与美国在新材料领域的技术差距。

第五，生物医药领域的竞争。一是生物技术专利的规模及预测。中国的生物技术专利规模增速得到积极增长，2018年中美生物技术专利规模分别为6500件和6000件，数量方面中国略高于美国。预计2025年中美生物技术专利规模分别为8500件和5500件，2030年分别为9500件和6900件。二是医疗技术专利的规模及趋势预测。截至2018年，中美医疗技术专利规模稳步增长，且美国远超于中国。其中，2018年中美医疗技术专利规模分别为12000件和17500件。预计2025年中美医疗技术专利分别为12600件和20000件，2030年分别为15000件和22000件。预计到2030年中国的生物技术专利规模占优，但受制于中美医疗技术专利规模方面的差距，中国在生物医疗领域很难赶超美国。

可见，预计当前到2030年中国在新一代信息技术、智能制造、新材料、新能源、生物医药等领域与美国竞争激烈，且在新一代信息技术、新能源、生物医药领域不能撼动美国地位，而在智能制造、新材料领域有望缩小与美国差距。

中国制造业应采取的策略和主要措施

鉴于中国制造业面临的发展局面和中美竞争的态势，中国应从以下方面进行突破。

基于自身禀赋，保持战略定力。第一，加快构建开放型自主可控的现代产业体系。一是优化营商环境，加快构建开放型自主创新体系。重点深化知识产权与专利制度改革，塑造良好的营商环境。一方面，要努力提高研发费用加计扣除比例；另一方面，要提高有效专利占比，尤其是要提升重点领域核心技术专利规模增速。二是完善支撑实体经济的服务体系。深化国企改革，重点放开新一代信息通信、新能源等战略性新兴产业的管制和干预，保证竞争中性，调动企业家积极性。通过政府和市场双轮驱动，重点完善股权、专项债等融资体制，发展多层次资本市场，拓展企业融资渠道。三是打造协同发展的现代产业体系。抓住后疫情时代产业发展新机遇，整体打造实体经济、科技创新、现代金融、人力资源协同发展的中国式现代产业体系。此外，优化国家和地方政府创新系统“官、产、学、研、金”协同的网络体系，深化政府、企业、大学、科研院所、金融机构的协调参与，强化“科产城人”互动与融合，培育具有“生态化、国际化、智能化和品牌化”的先进制造业高端集群。

第二，充分挖掘中国禀赋优势激发的需求拉动力。一是加快分配体制机制改革，释放消费潜能和活力。加快新型城镇化建设步伐，建立居住导向的住房制度和长效机制，保障人地挂钩。并依托城市群创造更多工作岗位，缩小收入差距，发挥内需对实体经济的带动作用，加速盘活自由竞争的市场经济，摆脱“中等收入陷阱”。二是降低成本，实行差异化投资。以有效落实更大力度减税降费为抓手，大规模降低企业交易成本。此外，进行差异化补短板，重点加大新一代信息技术、新能源等战略性新兴产业中小型企业和创新企业的投资优惠力度，延长前沿颠覆性技术领域的税收优惠期限。三是利用市场规模加快专业化分工。依据斯密定理，市场规模的大小决定分工的专业化以及专业的多样化，而人类特有的交易倾向下的专业分工会产生普遍富裕，通过大力发展人工智能，提高劳动技能与产业禀赋的匹配度，可以提高制造业技术创新效率。

聚焦自主创新，加快迈向创新强国。第一，加强国家目标导向的基础研究。一是持续加强基础研究的研发投入。基于摩尔定律跨越极限需要知识革新的基本事实，在提升整体研发强度基础方面，政府应带动企业加大对基础研究的投入。利用基础研究保障基础科学创新的自主性和持续性，增强科学研究型产业的科技供给能力。二是合理配置基础研究的研发投入结构。加强关系到国家安全和经济命脉的战略性新兴产业的基础研究投入，尤其是信息通信、可替代能源等领域的研发投入。重点关注生命科学、工程、物理和环境等极具战略价值领域的交叉融合，加快推进基础研究领域颠覆性创新的前瞻遴选和培育。三是加强制造业基础研究科技成果的转化。发挥应用研究与基础研究的匹配效应，提高技术成果市场化转化速率、推动重点产业转型与发展。并围绕主要竞争领域的重大共性需求，加强高校与市场联系，重点推动一批国际一流的研究型大学与国家实验室建设。四是尊重科学规律，释放基础研究的潜力。针对基础研究具有战略性、先导性、公益性、探索性的特点，明确国家战略科技力量在重大基础研究领域的不同功能和定位。利用中国高试验研究投入的优势，保障科学家对基础研究方向和研究路线选择的自主权，利用基础研究不可预知性激发新的产业生态。

第二，创新技术范式政策，分类突破。一是借鉴发达国家经验，编织中国制造业技术谱系，培育“产业基因”。在国家重大战略需求的关键领域，借鉴以美国、英国和法国为代表的“使命导向型”国家的做法，充分利用制度和市场优势，重视战略性“产业基因”的培育。在一般商业性产业领域，借鉴以德国、瑞士和瑞典为代表的“扩散导向型”国家的做法，通过靶向施策，运用市场机制加快技术商业化和推广，着力化解企业技术创新的困境。善于以物联网、大数据等为手段创新互联工业理念，培育先进制造业的“产业基因”，避免制造业技术碎片化。二是结合制造业技术生命周期与技术工艺成熟度，对产业进行分类突破。从产业类型角度看，处于技术生命周期萌芽阶段的大部分战略性新兴产业重视关键技术变革风险，而处于成熟阶段的传统产业面临较大商业风险。从产业结构角度讲，厂商进入和退出比例较高的产业，其技术成熟度低、变革机遇高。此外，精准对接工艺成熟度与模块化程度，对战略性产业分类突破。如生物医药采用工艺驱动式创新，先进材料采用工艺嵌入式创新，半导体采用纯产品创新，柔性电路采用纯工艺创新。根据工艺成熟度和技术生命周期，灵活采取共性技术的产业扶持政策，实现科学技术化、技术工程化、工程产业化、产业价值化、价值规模化、规模资本化、资本科学化“七化”齐头并进。三是善于发现和捕捉关键技术间断点，灵活运用产业政策。产业演化的复杂性展示产业存在一系列间断均衡和离散的主导技术，形成关键技术辨别系统。从产业链角度讲，关键技术的技术间断点包括基础技术、杀手锏技术和非对称技术，从专用性角度可分为基础技术和应用技术。灵活运用专用技术政策和通用技术政策，善于捕捉主导技术的间断点，可以助推关键核心技术实现自主可控。

第三，培育现代化产业的创新价值观。一是重视创新型人才的培育。由人口红利转向工程师红利，加大教育投入，提高高校及人才科研水平。切实提高教育人员和科研人员收入待遇，给予科研人员在创业、兼职、咨询方面更大的自主权。二是弘扬企业家的工匠精神。转变企业粗放型增长的思维方式，鼓励企业将国家精神资本物化到物质资本，提高物化技术的积聚力。三是塑造可持续发展的创新和创业环境。加快新能源领域的开拓，降低传统能源的消耗。提高替代能源与核能占总能耗的比重，增加可替代能源的发电量，加速将新能源汽车由示范阶段转向推廣阶段。此外，深化和促进新兴战略领域的产业融合，重点推进新一代信息技术与高端制造、新能源的跨界融合，以高效率塑造绿色制造工程。

依托“一带一路”深化国际产能合作。第一，提高产业属性与国家产能禀赋的契合度。一是深化与“一带一路”共建国家的产能合作。立足中国自身制造业产能优势，结合“一带一路”共建国家的产能需求，提高产能供需耦合度。着重细分北亚、东南亚、南亚、西亚等区域市场，从初级产品、半成品、零部件和资本品等细分维度，制定差异化且有针对性的贸易和投资促进政策。强化技术、资金和项目的对接，扩大中国与“一带一路”共建国家的产品和服务贸易，继续推进人民币国际化，深化打造新兴贸易圈。二是积极开拓“一带一路”的发达国家市场。基于“一带一路”的东向拓展市场战略，以点带面，深化与欧洲、亚洲等国的“第三方”合作。重点深化新一代技术与智能制造业融合的产能项目合作，提升对“一带一路”共建国家高端产品的进口力度。

第二，塑造以我为主价值链，嵌入双重产业链。一是加速重构以我为主的包容性全球价值链。以区域经济一体化为支撑，将中国最初的单一开放，逐渐拓展到双向开放和全方位开放，提升中国在全球价值链中的地位。此外，改变传统单一的U型价值链模式，提升中国以平台技术、集成技术为主的W型复合模式，加速参与新的国际分工和产业重塑。二是向全球创新链中高端攀升。依托中国本土制造业的“产业基因”，加大对外开放力度，以关键共性技术、战略性新兴技术、颠覆性技术创新为突破口，突破自主品牌和核心技术抑或制定标准的核心专利，保证专利规模与质量同步发展，跻身专利前后引用的关键节点。通过实现关键技术、关键环节的自主可控，在W型全球价值链上，要通过平台和集成技术提供一揽子解决方案，切入价值链的高附加值环节，向发达国家主导的全球创新链中高端攀升。三是全方位嵌入全球产业链双环流。基于发达国家主导的全球创新链，提高工艺成熟度和模块化程度，加快制造外包，深度嵌入全球产业链治理和经贸双环流。结合中国科技创新、大学教育、关键核心技术、独角兽企业等领域在国际上的特点，优化中国在全球价值链双环流中的资源配置。

（本文系国家社会科学基金重大项目“中国深度参与全球创新链治理的机制、路径与政策研究”和国家自然科学基金面上项目“中国制造业关键核心技术创新突破及实现路径研究”的阶段性成果，项目编号分别为：20＆ZD123、72073061）

注释

[1][6]世界银行（World Bank）数据库，https：//data.worldbank.org.cn/；Wind数据库，https：//www.wind.com.cn/。

[2][7][8]根据亚太经济合作组织（http：//www.apec.org/）和Wind数据库（https：//www.wind.com.cn/）相关数据计算所得。

[3][5]根据《2018年欧盟工业研发投资记分牌》相关数据计算所得。

[4]《2019年度世界知识产权指标（WIPI）报告》，https：//www.docin.com/p-2269899620.html。

[9]世界知识产权组织（WIPO）官网，https：//www.wipo.int/portal/en/index.html；世界银行（World Bank）数据库，https：//www.wind.com.cn/。

[10]采用ARIMA模型对世界知识产权组织（WIPO）、世界银行（World Bank）相关数据进行预测所得。

[11]采用ARIMA模型对世界知识产权组织（WIPO）相关数据进行预测所得。

[12]世界贸易组织（WTO）官网，http：//www.wto.org/。

责 编∕肖晗题