我國高技術產業發展動力機制研究
——基于系統動力學方法

杜躍平 杜夢靈

(西安電子科技大學 經濟與管理學院，陜西 西安710126)

0 引言

高技術產業是國際經濟和科技競爭的重要戰略陣地，是推動一個國家或地區經濟發展的重要力量。現階段，我國經濟增長處于轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的關鍵時期，推動經濟高質量發展是我國未來經濟發展的根本政策要求。高技術產業作為我國知識、技術密集、產品高附加值的戰略性先導產業代表著我國科技發展水平和綜合實力，為我國產業優化升級和經濟轉型調整提供了重要技術支撐和參考價值。積極推動高技術產業發展、提升高技術產業發展綜合質量是解決傳統產業的技術改造困境、提高傳統產業國際競爭力的有效手段，也是調整我國經濟結構、帶動產業技術升級和實現經濟高質量發展目標的重要舉措。因此，在當前我國工業經濟發展的深度調整期，深入探究我國高技術產業發展內在機制、加快推進高技術產業高質量發展，對我國產業結構調整和經濟發展方式轉變具有重要的參考價值。

1 研究述評

高技術產業高質量發展是社會進步和經濟發展的必然選擇，是指以技術創新、產業結構優化、有效供給為核心的可持續發展模式。其不同于傳統以效率為導向的經濟模式，不是追求發展速度和發展規模，而是要追求效率更高、供給更有效、結構更合理、更綠色可持續以及更和諧的增長[1]。我國對高技術產業的研究開始于21世紀初，主要從高技術產業與經濟發展的關系角度進行了實證研究。趙玉林和魏芳〗[2](2006)運用灰色關聯分析方法發現我國高技術產業發展與經濟增長之間存在正相關關系，并建議通過加速發展高技術產業實現區域經濟穩定增長的目標。林秀梅，徐光瑞等[3](2012)通過相關研究表明，高技術產業帶動的經濟發展不僅是穩定的總量上的增長，而且是可促進產業結構優化升級、經濟發展方式高級化轉變的可持續性的發展。基于高技術產業高質量發展的內涵可以得出，產業高質量發展是以多動力要素驅動為源頭的產業全方位、多角度的發展模式。關于高技術產業發展動力問題，Czarnitzki,Thorwarth[4](2012)研究發現政府產業政策、市場現實需求、區域技術水平以及區域基礎設施條件等方面對高技術產業發展都將產生的重要影響作用。向吉英[5](2005)從市場需求、技術創新、產業競爭、政策、投資等方面分析了影響產業成長的動力因素。趙玉林等(2009)認為主導性高技術產業成長的動力是一個由技術創新、市場需求、企業競爭和政府行為等子系統組成的復雜動態系統。張鵬[6](2015)等從區域經濟發展角度出發研究得出，R&D強度、區域開放程度、區域要素稟賦結構以及區域自然資源稟賦都可以對高技術產業發展起到一定的影響作用。這些研究,為本文的研究奠定了理論和事實基礎。但是，從總體看來，現有的針對高技術產業發展方面的研究主要集中于高技術產業發展的一個或多個影響因素，尚未涉及各要素間的動態反饋機制，且大多僅僅為在定性研究，缺少相關的定量分析。高技術產業發展質量提升的實質是通過各子系統的協調共進實現復合系統的持續發展及效益總和的最大化[7]。因此，只有從系統論的微觀角度揭示高技術產業發展的動力機制，并對其進行深層次的定量分析，才能全面把握其內在發展規律。

產業發展是一個復雜的動態過程，它涉及許多影響因素和環節，同時具有內涵多維性、發展目標多元性、發展路徑多樣性和戰略選擇靈活性等特征[8]，由此決定了產業發展動力要素的多樣性和復雜性。高技術產業發展動力的產生是由諸多驅動要素前后匹配、上下耦合，并通過非線性迭加演進而來[9]。而系統動力學運用系統結構決定系統功能的原理，將系統構成為結構、功能的因果關系模型，利用反饋、調制原理進一步設計反映系統行為的反饋回路，最終通過建立計算機仿真模型并借助于計算機仿真定量研究高階次、非線形的反饋系統，實現結構、功能、歷史相結合[10]。通過系統動力學模型的優化調整，可以試驗各種虛擬假設條件的變化對系統所產生的影響，也可以將不同產業政策或增長方式呈現出來，為明晰產業發展目標、制定產業發展戰略提供參考依據。因此，本文以高技術產業作為研究對象，將高技術產業發展動力視為一個由多要素構成的復雜動態系統，利用系統動力學方法模擬仿真我國高技術產業發展趨勢，通過情景模擬比較不同發展路徑下的產業發展潛力，力求為制定我國高技術產業發展政策框架以及促進高技術產業發展高效化建設提供政策參考。

2 高技術產業高質量發展系統動力學模型

2.1 高技術產業高質量發展系統因果關系分析

2.1.1 高技術產業高質量發展系統的構成

高技術產業發展動力系統由相互關聯、相互作用的要素構成。在系統動力學中，要素之間的聯系或關系可以概括為因果關系，正是這種因果關系的相互作用，最終形成系統的功能和行為[11]。高技術產業發展動力系統是一個復雜的社會經濟系統，該系統主要由規模效益系統、科技創新系統、環境支撐系統、國際競爭系統四大子系統構成，分別從產業效益、技術創新、政府行為和市場需求角度，探究高技術產業發展質量的影響因素及作用機理。

(1)規模效益子系統。產業規模效益體現的是一國或一地區高技術產業整體規模和產業經濟效益。高技術產業具有知識密集、高投入、高風險和高產出的特征，其中高產出不僅包括規模產出，更包括效益產出[12]。規模產出反映該產業在人員、資金以及基礎設施等方面的基本概況，能夠從產業經濟存量的絕對層面客觀展現產業的發展水平；效益產出則是產業創造的企業效益和社會效益的綜合體現[13]。高產出則進一步帶動了產業高效益的產生，產業效益作為產業發展水平的經濟反映，表現為產業盈利能力和收入增長水平的提升。因此，總體來看，規模效益子系統將重點從產業自身規模和產業盈利能力的經濟因素角度影響高技術產業發展。

(2)科技創新子系統。在高技術產業中，科技創新是整個產業生存與發展的重要環節，作為高技術產業發展的內在動力，創新能力的高低直接決定了了高技術產業發展的可持續程度，科技創新子系統具體包含創新投入、創新產出及技術轉移能力三方面內容[14]。其中，創新投入反映了企業的研發投入水平，作為科技創新活動的起點直接影響了企業的創新產出能力。創新產出能力一般可通過專利產出和新產品產出來衡量，往往凝聚了一個企業最新的技術，體現了企業當前的科技發展水平和技術創新成果的經濟價值。此外，企業還通過技術轉移路徑將引進獲得的新技術加以消化、吸收和創新，逐步實現外來研發技術與本企業研發創新的融合，從而加速將專利、知識、技術轉化為現實生產力的過程[15]。

(3)環境支撐子系統。提升高技術產業發展質量不僅要重視產業自身發展能力，更要關注外部環境對產業發展的支撐引導作用。經濟環境、政府政策和市場機制對高技術產業的發展均有重要的影響作用。政府部門作為產業發展的外部支撐力應發揮其對市場的宏觀調控作用，通過政策引導和制度建設創建良好的產業發展環境，通過建立投資引導、財稅支持以及相關法律、法規政策支持進一步提高政府“有形的手”對高技術產業發展的牽引力功能。

(4)國際競爭子系統。20世紀90年代以來,世界各國經濟的競爭越來越多地表現為各國產品科技水平高低的競爭。一般而言，產品質量好，國際競爭力強，需求也更旺盛，因此，高技術產品的國際需求反映了高技術產業國際競爭力，國際需求越多，產品出口越多，市場占有率越高，產業競爭力和質量競爭力越強[16]。在國際競爭子系統中，國際競爭是推動高技術產業高質量發展的外在動力，高技術產業發展水平的提升又進一步加劇了國際競爭，由此帶動新的市場需求、激發創新潛力，觸發新一輪產業規模效益的大幅提升。

圖1 高技術產業高質量發展動力系統模型框架

2.1.2 高技術產業發展動力系統的因果關系分析

將上述各子系統中的變量進一步細化，分析高技術產業高質量發展子系統之間的相互作用關系，由此構成了一個各要素相互交錯的復雜的動力源系統，如圖1所示。

從結構上看，高技術產業高質量發展系統由規模效益子系統、科技創新子系統、環境支撐子系統和國際競爭子系統四個子系統構成。基于對高技術產業高質量發展系統整體結構分析的基礎上，加之以各子系統的行為及互動關系為研究主線,構建高技術產業高質量發展動力系統因果關系模型，如圖2所示。高技術產業高質量發展系統具體由以下回路構成：

圖2 高技術產業高質量發展系統因果關系

(1)產業效益→基礎R&D投入→研究開發支出/新增固定資產→創新產出能力→專利申請數量→新產品產值率→產業效益。該回路形成正反饋回路，反映高技術產業發展質量提升的根本動力為產業經濟效益的提高，企業為追求利潤作大化會繼續擴大基礎R&D投入，其中包括R&D經費投入、R&D人員投入以及固定資產等基礎設施投入，隨著高技術產業企業內所擁有的資源、技術、資產的積累，產業創新能力得到進一步提升，專利及新產品的科技創新成果增加了產品價值，又將促進高技術產業經濟效益的提升。

(2)產業效益→GDP→市場需求→基礎R&D投入→創新產出能力→專利申請數量→新產品產值率→產業效益。該回路形成正反饋回路，反映出高技術產業作為國家戰略先導性產業，其發展對拉動我國經濟增長具備顯著作用。GDP的增加代表國民消費能力的提升，消費需求將帶動高技術產品市場需求的增加，從而激發企業進行更高規模的基礎研發投入，提升產業經濟效益。

(3)產業效益→GDP→政府資金投入→基礎R&D投入→創新產出能力→專利申請數量→新產品產值率→產業效益。該回路形成正反饋回路，反映政府及相關產業政策對高技術產業的發展支撐作用，一方面政府加大對高技術產業研發資金、人力及設備投入可以有效提升產業科技創新水平，另一方面將激發企業創新意識，激勵高技術企業加大基礎研究投入，為企業研究開發、生產制造環節注入新的活力。

(4)產業效益→國際競爭→市場需求→基礎R&D投入→創新產出能力→專利申請數量→新產品產值率→產業效益。該回路形成正反饋回路，高技術產業經濟效益的提高不僅要求加速高技術產業科技系統自身的發展，而且加劇了國家競爭，帶動了新的市場需求，新的市場需求促進了產業生產出具有更高品質和科技含量的新產品，從而帶動技術進步，進一步推動了國內高技術產業的發展。

(5)產業效益→產業規模→創新產出能力→專利申請數量→新產品產值率→產業效益。該回路形成正反饋回路，反映高技術產業經濟效益的提升會進一步增加企業對R&D投入和自身規模的擴大，有利于產業在短期內占領市場，為獲取壟斷利潤企業將進一步擴大產出，將對提升產業經濟效益發揮極大的促進作用。

2.2 我國高技術產業高質量發展的系統動力學模型

高技術產業高質量發展的系統動力學模型是一個以系統動力學為基礎的研究模型，用于定量分析復雜反饋系統下的產業發展動力問題。在本研究中，使用Vensim軟件進行系統因果關系構建、模型建立以及行為模擬，通過引入系統動力學的狀態變量、速率變量、物質流等因素，構建成更加深入的系統流圖，更加詳細地描述系統行為和系統元素相互作用、上下耦合的全過程。利用其系統優化和變量分析技術檢驗變量之間的因果反饋關系，并展現變量的動態演化過程，模型構建如圖3所示。

圖3 高技術產業高質量發展系統流

3 我國高技術產業高質量發展的系統動力學模型仿真及結果

3.1 建模目的

高技術產業發展不僅受到經濟發展規律的影響，還受到社會條件、環境政策等方面的制約。通過建立高技術產業發展的系統動力學模型，分析我國高技術產業發展系統各因素間的作用機制，并進行量化處理。通過建模情景分析，對比不同調控政策對高技術產業發展趨勢的作用效果，探尋促進我國高技術產業持續發展的最佳路徑，為促進我國高技術產業高質量發展提供理論依據和政策支持。

3.2 模型基本假設、數據來源與主要動力學方程

3.2.1 基本假設

由于社會經濟系統是一個復雜的多重非線性反饋系統，為保證模擬的準確性和可行性，需要對高技術產業發展現實中的主要因素進行高度概括，并對反饋系統提出基本假設，以保證在較為全面的基礎上將模型進行簡化。本文模型構建基本假設：

(1)高技術產業發展是一個持續、動態的過程，其系統行為的變化并非隨機產生，而是由系統內變量間的因果循環關系引起。

(2)對高技術產業高質量發展的評價兼顧產業增長能力和可持續發展能力的指標設計，產業增長能力主要反映為產業的收益能力，本文以利潤總額作為監測指標，可持續發展能力主要表現為產業的研發與創新能力，本文以專利申請數作為監測指標。

3.2.2 數據來源

本模型運行的時間為2010-2030年，仿真步長為1，2010-2018年數據用于模型的構建、檢驗。模型中的數據主要來源于《中國高技術產業統計年鑒》、《中國統計年鑒》，相關參數值通過借鑒早期研究成果和實際歷史數據計算外推確定。

3.2.3 主要動力學方程

高技術產業發展動力系統主要涉及4個狀態變量，4個速率變量和13個輔助變量，變量類型及模型主要方程如下：

(1)GDP=INTEG (GDP增加值,401202)

(2)高技術產業主營業務收入 = INTEG (新增主營業務收入,744828)

(3)高技術產業利潤=0.026*高技術產業主營業務收入+0.036*高技術產業資本存量+1082.03

(4)高技術產業資本存量=INTEG (高技術產業年投資增加值，57408)

(5)高技術產業年投資增加值=0.048*高技術產品需求量+0.319*新產品銷售收入-20725.2

(6)高技術產品需求量=83218.748*產業競爭強度+1.003*國內生產總值GDP-461284.684

(7)政府R&D資金投入=0.023*高技術產業利潤-7.277

(8)企業R&D資金投入=0.001*R&D人員數量+0.181*高技術產業利潤-339.719

(9)R&D經費支出=0.729*政府R&D資金投入+1.019*企業R&D經費投入+0.631*金融機構貸款R&D投入+21.399

(10)高技術產業從業人員數=INTEG (新增從業人員數，1092252)

(11)R&D人員數量=343101+0.093*高技術產業從業人員數-151884*產業競爭強度

(12)專利數量=30982.2+35.726*R&D經費支出

(13)新產品銷售收入=0.479*專利申請數量-17107.3

3.3 模型有效性檢驗

根據高技術產業發展質量SD模型的特點，選取具有完整歷史數據的2010-2018年變量作為考察對象，檢驗仿真結果與歷史數據的一致性。在模型驗證中，我們使用了兩個核心變量：高技術產業利潤總額、R&D經費支出為檢驗變量，以2010-2018年為模型運行時間區間，將2010年數據作為初始值對檢驗變量進行賦值，運用Vensim軟件進行仿真模擬，并于歷史數據進行對比。

將仿真模擬數據與真實數據進行誤差分析，公式建立如下：

(a)高技術產業利潤總額歷史數據及模擬結果 (b)高技術產業內部R&D支出歷史數據及模擬結果圖4 模型檢驗

仿真結果表明高技術產業利潤總額和內部R&D支出相對誤差均在10.00%以內，表明模型與現實系統擬合度較好，滿足預測要求，能夠較為真實地反映我國高技術產業發展質量系統的結構及變化情況，可用于后續模擬預測分析。

3.4 模型的仿真模擬結果

根據高技術產業高質量發展系統動力學模型可以對我國高技術產業未來的發展趨勢進行模擬，按照歷史發展水平，保持我國現有發展方向和政策規劃的條件下，我國高技術產業主要變量模型預測結果如表2所示。

表2 模型預估數據

從系統模擬結果可以看出，在保持現有政策引導的方向下，高技術產業保持良好發展態勢，未來十年內產業規模將持續擴大，技術創新能力及產業效益大幅提升，同時產業研發投入力度不斷增強，為高技術產業發展提供了更大的增長空間。

3.5 模擬情景設置與分析

在系統動力學模型中，根據相關變量的設定原則，通過相關參數的改變可以直接或間接的影響監測變量的值，對此進行調 控或任意組合，將得到不同的狀態變量值[17]。據此，在本文構建的高技術產業發展系統動力學模型中，改變任何一個政策變量即可以形成一個新的發展方案，逐項觀察控制變量變化對系統相關監測變量數值輸出的影響，即可量化不同控制變量對高技術產業發展趨勢的影響效果。在此選擇R&D人員數量、財政投資比例和產業競爭強度作為控制變量，以利潤總額和專利申請數作為監測變量，設計以下四種高技術產業發展情景：

基準情景，即利用歷史數據推測系統的未來發展情形，借鑒相關研究成果和常識對參數進行設置，用于作為仿真實驗的對照。

調整方案一：技術創新能力改善情景，即在高技術產業發展動力系統模型的基礎情景下，將從業人員增長率從2020年開始上調5%，在此情景下討論R&D人員數量增加對促進產業經濟發展的影響。

調整方案二：環境支撐力提升情景，即在調整方案一的基礎上增強政府財政支持力度，選取財政支出比例作為政策參數，在保持其他參數不變的情況下，將財政投資比例由0.293%上調一倍，達到0.586%。

調整方案三：國際競爭力增強情景，即在調整方案二的基礎上通過擴大高技術產品出口需求來提升高技術產業發展質量，將產業競爭強度從2020年開始上調一倍，其他參數保持不變，同時該情景也為前三種情景的同時應用模擬，可以在此情境下綜合考慮前三種政策措施對推進高技術產業技術進步、促進高技術產業發展的政策效益。

利用系統動力學模型對以上情景進行模擬，討論不同情景對我國高技術產業利潤、專利申請數、R&D經費支出的變化影響，各方案系統運行模擬結果如圖5、圖6所示。

圖5 高技術產業利潤模擬結果

圖6 高技術產業專利申請數模擬結果

通過模擬結果可以看出，高技術產業技術創新能力、環境支撐力和國際競爭力的提升均對高技術產業的發展起到了不同程度的促進帶動作用。由產業效益變化趨勢圖可以看出，調整方案一和方案二與基礎情景相比變化較為微小，變化量不足6%；在調整方案三即綜合情景下，高技術產業R&D投入強度、財政投入強度以及產業競爭強度與產業效益之間呈正相關，且高技術產業利潤額在2020年之后呈現指數增長趨勢，模擬結果明顯優于基準情形運行結果。

從高技術產業專利申請數變化趨勢圖可以看出，不同方案下高技術產業專利申請數增長速度不同。短期內，方案二的政策效果凸顯，但從長遠角度來看，綜合情景下的政策效果更為顯著，考慮到企業為追尋出口競爭優勢，會在一定程度上降低產業研發成本投入，由此導致企業創新產出能力在一段期間內表現為發展潛力不足。由此可以得出，實現我國高技術產業高質量發展，首先需要增強提升產業技術創新能力、加大產業研發資金及人員投入；同時需進一步提升產業國際競爭力，刺激市場需求，力求實現產業發展硬實力和軟實力同步提升、促進產業向高質量發展方向邁進，為我國高技術產業提供良好、持久的發展動力。

4 結語

高技術產業發展動力系統是一個多因素、多關聯的復雜系統，是各個驅動因素相互協同、互為因果的非線性作用行為。傳統的從單一動力角度尋求高技術產業發展的研究方法是難以有效的。因此，本文采用系統動力學方法，重點研究了產業規模效益、技術創新力、環境支撐力和國際市場競爭之間的動態反饋關系，構建了高技術產業高質量發展系統動力學模型，并運用該模型進行仿真模擬。模擬結果表明，當產業規模效益、技術創新能力、環境支撐力度以及國際競爭力同步提高時高技術產業經濟運行效益達到最佳。由此我們可以得出，高技術產業高質量發展是一個由規模效益、技術創新、環境支撐和國際市場競爭系統共同作用、互為反饋的動態系統，任何一個驅動因素的變化都會導致產業發展發生不同程度的變化，其中技術創新是高技術產業發展的根本動力，在技術研發投入、研發人員投入增大的前提下產業發展水平有了明顯的提升。在推動高技術產業發展的過程中不僅要從內部激發產業發展潛力，同時積極引導各級政府加大創新投入、優化產業外部發展環境。只有將高技術產業規模效益、科技創新、環境支撐、產業競爭協同推進，才能使政策效益得到最大程度的顯現，促進高技術產業實現高質量發展。

基于上述研究結果，本文提出以下政策建議。首先增強高技術產業研發投入力度可以有效提高產業經濟效益，激發產業發展潛力，我國應積極鼓勵高技術產業技術創新活動的開展，大力支持重點企業開展自主創新，推進產業鏈及創新鏈深度結合，加強產業關鍵技術的研究與開發。同時，根據產業戰略升級和市場需求變化構建多層級人才培育體系，為高技術產業發展提供豐富的人力資源投入儲備。其次，在加強產業創新動能培養的同時，還應注重市場條件和政策措施等要素的支撐作用，進一步完善財政、稅收、專利技術和知識產權保護等方面政策措施，積極引導資金流入高科技含量的產業項目中去，鼓勵和引導金融機構加大對科技成果轉化、專利研發等項目的支持力度，為高技術產業的發展提供方向指引和制度保障。