美國制造業創新結構的變化及對我國制造業創新發展的啟示

程 都

近年來，美國眾多學者的研究指出，美國制造業的創新能力已經嚴重衰落，導致國家競爭力受到后發國家的威脅。實際上，自二戰結束以來，以1980年前后為分割點，美國的制造業創新結構發生了明顯的階段性變化，主要體現在創新主體構成、創新投入比例、創新資源的產業分布以及創新活動集中的環節四個方面。分析其變化原因以及對美國制造業創新產生的影響很有必要。在我國制造業面臨雙重擠壓，謀求創新發展的新階段，充分吸取美國制造業創新結構變化的經驗教訓，合理制定政策舉措，有利于推動我國制造業創新與可持續發展。

一、二戰結束以來美國制造業創新結構的四個變化

(一)創新主體結構由“雙塔”模式向“多元”模式轉變

從二戰后到20世紀70年代末，美國的研究型大學和大型制造企業形成了制造業技術創新的核心支柱，個體科學家在創新活動中的影響逐步暗淡，中小企業在創新中的作用尚不突出。研究型大學從原有的人力資源生產者轉變為同時擔負起科學知識生產者的角色。原有的依賴產業部門資金并主要為產業部門進行研發服務的模式逐步弱化，從政府部門獲得主要資金并開展自由研究的模式逐漸盛行。1953年，由大學執行的研發經費中，聯邦政府的資金占比為54.7%；在20世紀60年代，該比例基本維持在70%以上；到1980年，該比例為67.2%。在研究方向上，大學的研究更多轉向基礎性研究。

圖1 1953—1979年美國高校使用的研究和開發經費來源占比數據來源：美國國家科學基金會(NSF)網站。

小型專業研究組織涌現。由高校的研究人員和企業技術人員創業形成的小型企業開始在技術創新中發揮重要作用。這些組織進行研究開發、技術咨詢項目和專利許可、芯片設計等知識產品的交易，或者通過向市場推出新產品來直接商業化他們的想法，或者通過將它們出售給具有下游組織能力的大型企業來間接商業化。

(二)創新投入結構由政府部門主導向產業部門主導轉變

從二戰后到20世紀70年代，美國政府部門(包括聯邦政府和非聯邦政府部門)成為研究開發的主要投資者，全社會研發投入中來源于政府部門的資金占比高于產業部門。1953年，政府部門投入的研發經費在全社會研發投入中的占比為54.7%，高出產業部門11.2個百分點；到1964年，政府部門投入的研發經費占比達到67.5%，比產業部門高出36.7個百分點。此后，政府部門研發投入占比有所下降，但仍然高于產業部門。非盈利機構和高校在全社會研發投入中的占比都長期低于2%。風險投資機構在1946年就起步發展，但是發展緩慢。雖然在1973年就成立了納斯達克證券市場，但到1980年全美風險投資總額僅10億美元。

進入20世紀80年代后，政府投入的研發經費已經下降到略低于產業部門的水平，90年代兩個部門投入比例差距進一步拉大。2001年政府部門研發投入占社會研發總經費的比重僅為26.1%，而產業部門占比達到69.2%。21世紀以來，這一態勢也沒有改變。

圖2 1953—1979年美國不同部門投入的研發經費占比數據來源：NSF網站。

圖3 1981—2013年美國不同部門投入的研發經費占比數據來源：NSF網站。

表1 1985—2008年美國產業界執行的研發經費與風險投資金額 單位：百萬美元(當年價)

(三)創新資源的分布由傳統產業向新興產業集中

從二戰后到1980年，美國制造業部門的研發投入集中在飛行器和火箭、電子電氣設備、交通運輸設備、機械設備、化學工業五大部門。其中，飛行器和火箭、電子電氣設備兩個行業的研發費用就占到了40%以上。在化學工業中，研發工作主要集中在制藥和生物技術、特殊化學制品、復合材料、電子工業材料等先進材料研發等領域；電子電氣設備行業中，主要的研發投入集中于電子信息領域；交通運輸設備行業的研發集中于汽車制造領域。

表2 1956—1980年美國制造業各行業研發經費占比情況 單位：%

20世紀80年代以來，美國制造業主要研發活動進一步向化學工業(主要是制藥行業)、計算機和電子光學儀器兩大行業集中，機械設備、飛行器和火箭行業的研發活動的比重逐步下降。在1993年制造業研發經費中，計算機和電子光學設備行業所占比重為33.6%；到2017年，這一比重達到了60%左右的水平。而化學工業研發經費占制造業研發經費的比重，也從1987年的11.4%上升到2017年的29.1%。交通運輸工具行業研發經費占比保持了穩定，飛行器和火箭行業的研發投入占比則由1987年的29%下滑到2017年的10.3%，機械設備行業研發投入占比也由70年代10%左右的水平下滑到5%左右。從風險投資項目在制造業各行業的占比看，越來越集中在醫療器械、電信設備、網絡設備和半導體行業中。

表3 1987—2017年美國制造業分行業研發投入占比 單位：%

(四)創新活動更加集中于產品研發和前沿技術

從二戰后到20世紀70年代，美國制造業在生產裝備、新產品的開發與設計環節開展的研發活動偏多，在工程技術研發和工藝創新方面的活動偏少。根據麻省理工學院(MIT)競爭力委員會開展的回顧式調查，在20世紀70年代，美國企業會投入2/3的研發經費進行產品設計和開發，僅投入1/3的研發經費用于工藝研發，這與日本企業的研發經費分配恰恰相反。在“大規模生產”特征明顯的鋼鐵、汽車、基礎化學品行業，美國企業熱衷于研發先進的自動化設備，希望以頂層設計的自動化技術控制后續的制造過程。美國企業研發人員注重前沿技術探索，但是漠視較為成熟的技術領域。調查發現，美國企業工程師愿意將大部分精力用于全新的技術創新上，而日本企業工程師更加注重改進現存的技術。

進入80年代后，美國制造業創新集中布局在推動電子信息技術深度運用、先進的生產裝備、綠色化生產技術上。例如，開發計算機輔助設計系統(CAD)、計算機輔助制造系統(CIMS)、3D打印技術，以及研究開發低油耗汽車產品等。美國從2011年開始布局國家創新網絡并成立了數十家制造業創新中心，主要研究領域分布在納米材料、增材制造、精密儀器制造、智能機器人、柔性電子材料等方面。總體來看，美國制造業創新活動的趨勢是，一方面通過前沿技術的研發推動產品創新，另一方面通過前沿技術向生產制造過程滲透，推動制造方式創新。

二、美國制造業創新結構變化的原因分析

(一)垂直一體化經營模式的瓦解

在20世紀80年代之前，美國制造業依托全球市場形成了一大批巨型企業，杜邦、福特汽車、辛格縫紉機、美國電話電報公司、德州儀器等企業在市場競爭中成為行業龍頭，他們無一例外地采用一體化的經營模式，一個產品從發明到設計到生產再到測試、包裝、運輸乃至營銷，整個流程都在公司內部進行。一體化企業掌握了產業上下游各環節的功能，可以減少市場風險。但是20世紀80年代之后，在金融市場追求短期業績的壓力下，這些垂直一體化的企業開始分散重組，高估值的“核心”資產和項目被保留，非核心資產被拋售，一體化企業走向輕資產模式。偏于基礎性的研發活動耗費時間長，成果不確定性大，直接效益難以測定，在大型制造企業中廣泛萎縮。電子、紡織、汽車等“大規模生產”模式行業的制造過程具有重資產特性，也被轉包到勞動力偏低的國家。

(二)創新活動的專業化和市場化

在政府加大投入以及風險投資體系不斷成熟的環境下，大學和小企業的研發活動越來越豐富，成為可靠的技術創新來源。通過對從1971年到2006年間在“研發100”競賽中獲獎的新產品、新流程來源進行分析發現，在20世紀70年代，500強企業參賽項目占據了絕大多數，而到了90年代，獲獎的成果大多出自小公司或者是大學和美國的政府實驗室。在這種情況下，大型企業通過并購的方式獲得創新成果比通過開展內部研發更具有效率和成本優勢。80年代之后，美國更為寬松的反壟斷環境、對知識產權保護的強化、技術市場的成熟也為大企業以收購替代內部研發創造了條件。

(三)經濟全球化帶來的市場競爭加劇

在二戰后的幾十年內，美國制造業的技術基礎大量來源于戰時體制下的研發成果和本土企業長周期的研發積累。隨著日本、德國、韓國、中國等后發國家經濟逐步恢復和經濟全球化的深入發展，這些國家的研發能力提升，對美國先進技術的追趕速度加快。在一些成熟度較高的行業，美國難以保持技術壟斷地位，大企業越來越難以從內部研究中獲利。在汽車、機械等行業，日本和德國企業甚至通過精益生產模式超越了美國企業。因而，面向未來需求，發揮基礎研究的相對優勢，追求前沿科技，探索顛覆性技術和進入新興產業成為美國制造業的優先選擇。

(四)“勞資對立”導致對制造環節的放棄

美國在與歐洲制造業競爭過程中最早取得市場優勢的行業是汽車、鋼鐵等采用大規模生產方式的企業。在這種生產方式下，制造業企業需要大量的初級勞動者作為工人。在管理模式上，技術人員和工人是界限明顯的兩個層級。工人從事的崗位經過細致的分工對技術要求低，僅僅被看作勞動力市場上的一種“生產要素”，長期被排斥在研究開發活動之外。大量的工人形成了工會組織，對企業主的經營決策形成了制約。二戰后，電子學、計算機和自動控制系統技術進步推動形成的以資本替代勞動，管理層集中控制生產的總體控制思想在美國工業界占據了主導地位，工人群體和制造環節成為被擺脫的對象，制造環節的創新活動也難以受到重視。

三、美國制造業創新結構變化對創新活動的影響

(一)多元化創新模式萎縮，更加依賴“管道延伸模式”

(二)技術機會不斷縮減，創新空間受到限制

政府部門對研發投入的比重降低，工業企業對基礎研究和長期研發項目投入的減少，弱化了整個制造業體系對前沿技術的探索能力，也使得重大創新的概率降低。創新資源集中在少部分行業，導致了其他行業創新的衰落以及行業間技術關聯緊密度下降，制造業中跨行業的“嫁接”式創新缺乏生長的土壤。產業體系和企業群體的豐富度下降也會使產業創新網絡的關聯類型減少、延展性減弱、復雜度降低，創新的邊際效應遞增特性難以體現，創新產出也隨之下降。制造環節的離岸分布造成了大量的創新場景缺失，制造過程中大量的潛在創新點難以得到充分發掘。制造業中工程能力和生產組織能力的弱化使研發人員的創新成果在工程化階段頻頻受阻，新的產品設計不能進入市場，難以形成新的市場引力，限制了后續創新和配套產業的技術創新。

(三)創新的累積條件減弱，持續創新能力受侵蝕

(四)創新單向擴散加強，創新收益流失嚴重

美國創新資源逐步向生物醫藥、電子信息等基于科學的產業部門集中，這些部門都是專利密集型部門，技術知識的可編碼性強，以專利、科學文獻、數據庫等為重要載體，相對于隱形知識和技能，保護難度大，擴散更加容易，更易被后發國家學習。在研發設計環節保留于本土、制造部門遷移到后發國家的產業鏈分布態勢下，新產品進行大批量生產時，設計部門必須對制造部門進行詳細指導，其知識和能力自然向后發國家擴散，有利于后發國家培育技術吸收能力。后發國家的企業在學習美國研發的新技術、新設計后，可以充分利用產業豐富度高、貼近市場的優勢，針對細分市場進行二次創新，獲得知識產權，甚至可以通過專利布局阻止美國相關企業進入市場，從而獲得主要的創新收益。

四、對我國制造業創新發展的啟示

近年來，我國制造業創新結構也在發生一些變化，企業作為創新主體的地位越來越明顯，科技型中小企業和初創企業也越來越多。在產業轉型升級的浪潮中，“低端”產業向東南亞、非洲等次發達地區轉移成為趨勢，創新活動也越來越向電子信息、電氣機械、生物醫藥等行業集中。為促進制造業創新的可持續發展，吸取美國經驗教訓，提出以下建議。

(一)充分保障本土制造業的產業豐富度

技術創新的空間廣泛分布在各個產業門類和各個環節中，不同行業技術創新也存在周期性和集中性，即使是一些目前還具有勞動密集、環境資源消耗大特征的“低端產業”，也具有產生顛覆性創新的可能，對其他產業的創新也具有支撐配套作用，是制造業創新資產的組成部分。要避免一刀切劃定所謂“低端產業”，避免這些企業完全遷移到東南亞國家，要鼓勵和支持這些產業進行技術改造和創新，以應對資源環境及成本壓力，盡量將其保留在國內，以免陷入產業空心化陷阱。

(二)保持若干貫穿全產業鏈的大型一體化企業

貫穿產業鏈的一體化大型企業比一般企業更有能力推動產業鏈與創新鏈的融合發展，更加便于組織研發周期長、投入資金多、配套條件復雜的研究項目，有利于積累創新資產、拓展科技前沿、提升創新潛力。應當在鋼鐵、石化、化工、機械制造等技術迭代慢、漸進式創新多、隱形知識比重大的行業，保持一定數量貫穿產業鏈的國有一體化大型企業，在企業業績考核評價體系中，適當降低經營利潤績效要求，提升創新考核績效要求，增強這些大型企業的創新活力。

(三)持續支持基礎性研究并鼓勵大企業投身其中

隨著全球科技文明程度的提升，制造業技術創新對科技水平的要求也越來越高，基礎研究的發達程度直接影響到制造業的創新譜寬和重大技術突破的概率。考慮到基礎性研究的周期長、風險高、公共性強等特征，應當以政府部門作為主要投入部門，對基礎研究給予長周期的支持。大型企業是引領行業發展的龍頭，需要探索前沿技術，投入一定的人員和資金到基礎研究中去，有利于培育基礎理論和工程技術兼備的復合型人才，推動產、學、研部門融通發展，加速先進理論和前沿技術的擴散。應當鼓勵行業龍頭企業積極投身基礎研究，積淀可持續的創新能力。

(四)引導創新資源在新興產業和傳統產業中合理分布

前沿技術對傳統技術的替代是一個漫長的過程。美國從20世紀40年代開始就追求通過數字技術對現實模擬，追求自動化技術對人工生產過程的替代。但一直到目前，在制造業的很多領域中，數字技術還難以完全模擬現實，人工生產環節也依然大量存在。因此，在依托前沿技術的新興產業完全興盛之前，仍然要多渠道引導創新資源的理性分配，積極推動傳統產業的創新發展，避免制造業支柱性產業的缺失和創新資源的浪費。