先進制造業數字化轉型組態路徑研究
——基于“技術-組織-環境”的理論框架

李煜華，向子威，廖承軍

(上海應用技術大學經濟與管理學院，上海 200235)

1 研究背景

隨著新一輪科技革命和產業變革孕育興起，互聯網、大數據、云計算、人工智能等數字技術的日新月異，以數據資源為重要生產要素、以全要素數字化轉型為重要推動力的數字經濟得到了蓬勃發展［1］。在新一輪科技革命和產業變革浪潮之下，中國政府對數字經濟給予了高度重視。國家在第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要中，明確提出要推動制造強國、數字中國建設［2］。在數字經濟背景下，制造業作為我國發展數字經濟的主戰場，是推動數字經濟與實體經濟融合發展的主攻方向和關鍵突破口。尤其是在美國、德國、日本等發達國家大力實施“再工業化”戰略，意圖進一步擴大與發展中國家差距的國際形勢下，我國制造業的發展將承受愈來愈大的壓力。如何依靠數字技術實現制造業數字化轉型，是實現智能制造、完善中國制造＋中國服務發展模式、實施“三大任務、一大平臺”國家戰略的重要課題。因此，制造業數字化轉型既是推動我國制造業高質量發展的重要途徑，也是拉動我國數字經濟發展壯大的重要支撐。與此同時，探索制造業數字化轉型的規律，亦成為學界重點研究的理論問題。

先進制造業是指應用創新技術、工藝、材料等生產要素，并能充分體現先進生產力發展方向的制造業總稱［3］。黨的十九大報告提出必須把發展經濟的著力點放在實體經濟上，加快建設制造強國，加快發展先進制造業，要推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合。在國際經濟大循環動能日益減弱的背景下，推動先進制造業高質量發展是新發展格局形成的基本支撐，也是滿足中國巨大內需市場需求的迫切需要。在數字經濟的浪潮下，我國先進制造企業數字化轉型意愿強烈，但由于企業中普遍存在資源剛性、路徑依賴、創新倦怠等問題，導致人工智能、工業互聯網、區塊鏈等數字技術難以短時間內有機融合到先進制造企業中，最終造成數字技術引領制造業高質量轉型升級的作用不明顯。而且企業與企業之間的生產能力、技術水平、員工數量等方面也存在巨大差異，通過單一路徑研究得出的對策也不能很好地指導我國先進制造企業實現數字化轉型。因此，本文將制造業數字化轉型視為制造業應用數字技術促進自身高質量發展——制造業與數字技術實現有機融合的過程。基于此，本文結合適用于研究新興技術轉移的“技術-組織-環境”（technology-organization-environment,TOE）理論框架，以中國27 家先進制造企業為案例，運用模糊集定性比較分析方法（qualitative comparative analysis，簡稱QCA），探討數字技術躍遷、管理模式變革等前置要素推動先進制造業數字化轉型的組態路徑，進一步探究不同先進制造業數字化轉型組態路徑之間的異同，嘗試打開先進制造業數字化轉型的“黑箱”。結合實證分析結果針對性提出推動先進制造業數字化轉型的管理啟示，促進數字經濟背景下我國制造業“關鍵少數”——先進制造業，在保持高質量發展的前提下率先實現數字化轉型，充分發揮“頭雁效應”，激發雁群活力，為其他制造企業數字化轉型提供指導，確保我國制造業高質量轉型升級的完成。

2 文獻綜述與模型構建

2.1 文獻綜述

近年來，學者們研究發現制造業數字化轉型過程受多方面因素影響，如李君等［4］指出的數字化轉型意識；孟凡生等［5］、Christensen 等［6］、張璐陽等［7］、歐春堯等［8］指出的技術躍遷；羅序斌等［9］、沈運紅等［10］指出的設施建設；Maiga 等［11］、呂文晶等［12］、嚴子淳等［13］、劉意等［14］指出的管理變革；Reischaue［15］指出的企業內部因素以及政策推動；馬艷艷等［16］指出的企業合作關系；周源［17］指出的政府引導等企業外部因素影響，Luo 等［18］、Tang［19］還指出受到其他環境因素影響。

在中國情境下，先進制造業的數字化轉型，需要結合企業自身特點、整合多方面因素進行綜合考慮。國內外眾多學者從技術層面、組織層面、環境層面對制造業數字化轉型影響因素做了大量的探究，相關豐碩研究成果對進一步探討先進制造業數字化轉型路徑具有重要的借鑒意義和啟示作用。然而，從技術、組織等單一層面出發，只能考慮到單一影響因素推動制造業數字化轉型的凈效應，難以體現不同維度的因素對制造業數字化轉型的綜合影響，不能系統解釋不同制造企業數字化轉型的復雜多因素聯合機制［2］。先進制造企業數字化轉型的各個驅動因素是否為必要條件？單個因素與各因素間聯動匹配效果有何差異？以及驅動路徑有何異同？先進制造業數字化轉型影響因素之間存在何種聯系與差異、不同影響因素在推動制造業數字化轉型過程中是否具有某種組合作用等問題仍有待進一步探討。

2.2 先進制造業數字化轉型模型構建

本文整合TOE 理論框架以及現有研究，結合中國先進制造業數字化轉型的具體情境，在綜合考慮研究樣本、研究方法、研究可行性等各方面因素的前提下，從技術、組織、環境三方面確定驅動先進制造業數字化轉型的條件變量。

（1）技術維度的影響因素主要體現在數字技術躍遷、數字設施搭建這兩個方面，它們是推動先進制造業數字化轉型的重要力量。在本文研究范疇內，數字技術躍遷是指先進制造企業依靠數字化技術，通過轉換技術軌道、提供新的功能屬性來滿足用戶期望或改變市場標準；數字設施搭建是指先進制造企業為了實現數字化技術與自身的有機融合，通過數字化基礎設施建設、工業互聯網配套設施建設提升自身數字化硬件水平。以人工智能、工業互聯網為代表的數字技術具有顛覆性潛力，能夠通過轉換技術軌道、提供新的功能屬性來幫助先進制造企業滿足用戶期望或改變市場標準［7］，實現技術躍遷以增強企業的技術創新能力［8］。因而，作為企業增強技術創新能力的前提，數字技術躍遷是先進制造業數字化轉型的重要保障［10］。此外，已有研究證明了數字設施建設會顯著促進工業數字化，推動制造業產業結構升級［20］。因此，數字技術躍遷和數字設施搭建是先進制造業數字化轉型開展的重要前提。

（2）組織維度的影響因素主要體現在管理模式變革、生產流程改進這兩個方面，它們是先進制造業數字化轉型開展的重要空間。在本文研究范疇內，管理模式變革是指先進制造業依靠ERP、MES 等智能執行系統，通過消除“數字孤島”、提高員工素質來促進智能制造的實現；生產流程改進指的是先進制造企業依靠智能加工設備、智能執行系統等先進生產要素實現車間生產數據透明化，結合反饋的數字信息改進自身生產流程。以ERP 為典型代表的數字化管理信息系統被認為是企業內部開展數字化轉型的重要基礎之一［13］，數字化技術也會推動先進制造業以產品、工藝為切入點對生產流程進行改進，促進制造業數字化轉型［11，4］。因此，管理模式變革和生產流程改進能夠有效促進先進制造業數字化轉型內部優勢的形成。

（3）環境維度的影響因素主要體現在行業發展水平、企業競爭壓力這兩個方面，它們是先進制造業數字化轉型提速的重要機遇。在本文研究范疇內，行業發展水平指的是先進制造企業所處行業的運行水平、發展水平以及產業集群建設水平；企業競爭壓力是指區域績效考核、企業效益評價、企業間市場拼搶等行為給先進制造企業帶來的壓力。制造行業發展水平是先進制造業數字化轉型的基礎和重要載體，制造行業發展基礎好的區域能夠依靠產業優勢，承載區域內的行業數字化快速發展［21］。面對績效考核各區域政府必須做出應對，因此地理位置臨近的同級政府間競爭勢必會影響本地政府注意力和行為［22］；制造業數字化轉型是推動數字經濟高質量發展的主要支柱，因而，各地區政府面臨鄰近地區制造業數字化高質量發展的競爭壓力時，會激發當地政府以先進制造業數字化轉型為手段推動工業數字化發展的熱情［2］，地區間的競爭壓力通過政府傳遞到各地區先進制造企業，影響先進制造業數字化轉型進程。因此，行業發展水平和企業競爭壓力對先進制造業數字化轉型優勢的發揮有重要影響。

綜上所述，本文構建的先進制造業數字化轉型驅動因素模型如圖1 所示。

圖1 先進制造業數字化轉型驅動因素模型

3 研究設計

3.1 研究方法及其合理性論證

定性比較分析是一種以集合論和布爾邏輯運算法則為基礎、重點解決組態視角研究問題的分析方法，常用來揭示現實中的復雜因果關系［23］。本文采用fsQCA 方法展開研究主要基于以下原因：首先，fsQCA 方法兼具定性與定量優勢，能從整體視角對多個案例進行分析，非常適合中小樣本的研究［24］；其次，與結構方程、計量模型等傳統研究方法相比，fsQCA 方法能夠找出多種影響因素共同作用的組態路徑，更適合研究復雜過程中多要素之間的系統效應；最后，TOE 框架常被用于研究新興技術應用擴散［2］，并和fsQCA 方法有著良好的相性，非常適合本研究。因此，采用fsQCA 方法結合TOE 框架探討先進制造業數字化轉型組態路徑具有理論上的可行性。

3.2 樣本選擇

本文選取先進制造企業作為數字化轉型研究樣本的原因在于：一是先進制造企業作為數字化技術與制造業深度融合的主戰場，有顯著區別于傳統價格競爭的以數字經濟為主線的商業模式——先進制造業為實現智能制造，會積極尋求數字化核心技術、智能化管理系統和共創型商業模式的快速迭代，因此，先進制造企業是研究制造業數字化轉型的理想對象；二是與傳統制造企業相比，先進制造企業融合了更多的高新技術成果、應用了更多的現代管理經驗，為企業實現數字化轉型打下了良好的基礎，創造了以工業互聯網、人工智能等數字化技術為依托實現價值共創的可能，為企業與人工智能、工業互聯網、區塊鏈等數字經濟技術的對接提供了良好的土壤。

根據QCA 模型規范的相關研究［24］，當模型的前因條件為六個時，樣本數量大于25 個即可區分隨機數據與真實數據，以保證組態結果的內部效度。在充分考慮到典型性、豐富性和易得性等資料收集原則的前提下［8］，結合《2020 年中國獨角獸企業研究報告》《2020 先進制造業集群白皮書》《2020中國先進制造業百強園區》《2020 年中國制造企業500 強》等行業規劃及智庫研究報告，本研究最終選定了27 家先進制造企業進行分析，樣本企業編碼及其主要技術領域如表1 所示。

表1 樣本企業編碼及其領域

表1 （續）

3.3 測量模型開發及其賦值標準

本研究按照設計量表、小范圍調研、改進量表、發放問卷的流程來展開調研，進而收集相關數據。為保證量表擁有良好的信度和效度，本研究盡量借鑒前人的研究假設與研究成果，盡可能采用已有文獻的成熟量表中的題項來設計本量表。在設計量表初期，我們與進行相關行業研究的博士和企業中高層管理人員進行數次討論，得到初始量表；中期結合初始量表開展小范圍調研；后期依靠調研反饋數據反復改進問卷題項，得出最終量表。

3.3.1 結果變量問卷開發與賦值標準

已有學者從生產運作過程、企業網絡特征、外部環境等維度設計了多種指標來刻畫制造業數字化轉型的多維特征，給予了本研究如下啟示：一是數字化技術雖然在企業數字化轉型過程中起著重要作用，但單純依賴數字化技術并不能很好地實現制造業數字化轉型。企業需要將數字化技術科學應用于各個生產環節中，結合相應數字化技術依賴數據進行智能決策，才能更好地積累制造業數字化轉型優勢。二是先進制造企業若不重視數字化轉型的重要性，就會逐漸失去原有的資源、技術、管理優勢，加大企業突破發展瓶頸的難度。因此，先進制造企業也需要積極向數字化轉型過渡，充分發揮自身優勢，結合數字化技術推動自身更好地實現產業升級。

本文將先進制造業數字化轉型優勢（AMDTA）作為先進制造業數字化轉型組態模型的結果變量。鑒于研究數據來自27 個先進制造企業案例材料，本研究首先將結果變量的錨點設定為0、0.33、0.67 和1，其中“1”和“0”代表完全隸屬與不隸屬，“0.67”和“0.33”等屬于交叉點，即偏隸屬和偏不隸屬［8］。賦值標準如表2 所示。

表2 先進制造業數字化轉型結果變量賦值標準

3.3.2 條件變量問卷開發與賦值標準

由于先進制造業數字化轉型屬于模糊構念，本研究在整合前人研究的基礎之上，以數字化技術水平、管理及生產模式和外部環境適應性等不同層面的影響因素作為條件變量，探討其組合構型對先進制造業數字化轉型的影響，問卷測度及賦值標準如表3 所示。

表3 先進制造業數字化轉型條件變量賦值標準

3.4 數據收集與信度檢驗

本文選取企業中高層管理人員作為調研對象，調研工作從2020 年10 月持續到2021 年3 月。調研工作按照如下步驟展開：首先，在每個先進制造企業內隨機選取三名中高層管理人員填寫打分表；其次，逐個對比三人不同問卷的打分分值，若出現兩人打分相同、一人打分不同的情況，按少數服從多數的原則處理；最后，組織一場研究人員和三名管理人員共同參與的小型會議，針對量表中三人賦分分值各不相同的問卷作討論，得出此類問卷最終的賦值。

為了保證研究結果的科學性與客觀性，本研究結合相關企業小型會議紀要、智庫研究報告、企業研發中心申報材料等相關資料，采取交叉驗證的方式對打分數據進行信度檢驗。結果顯示，研究成員、咨詢專家、企業人員給出的問卷分值具有較高的一致性，問卷分值也完全符合二手材料內容以及企業實際情況，表明問卷數據的信度較高。

4 實證分析

4.1 必要性分析

首先對所有前置條件及其反條件進行必要性分析，判斷各個條件在結果變量實現過程中的必要性。分析結果如表4 所示。若出現存在單因素一致率高于0.9 的情況，則需考慮其可能為必要條件。本研究沒有單因素一致率高于0.9 的情況出現，說明單個前置條件對先進制造業數字化轉型的解釋能力較弱，不宜作為必要條件討論，需要進行組態匹配才能影響先進制造業數字化轉型。（文中符號“～”代表前因要素的缺乏狀態或者相反狀態）

表4 先進制造業數字化轉型單因素必要性分析

4.2 組態分析

本研究采用Ragin 等［23］的方式展示先進制造業組態路徑分析結果（見表5）。用“●”或“?”表示條件變量出現，表示變量不出現，空格表示該條件變量無關緊要。大實心圓圈“●”表示核心條件，小實心圓圈“?”表示邊緣條件。表5 以四條路徑的方式呈現了發達制造業數字化轉型組態分析的中間解，這四條路徑覆蓋了70%的總樣本。在分析得出發達制造業數字化轉型四條不同組態路徑之后，本文結合相關案例以及實證研究結果，對每組路徑的內在含義進行解釋。

表5 先進制造業數字化轉型前因組態分析

表5 （續）

組態路徑1：技術-組織主導型（DTECT×DFC×MSC×～PPI×CCP）。此條路徑表明，數字技術躍遷和管理模式變革程度高，數字設施建設情況較好，企業競爭壓力較小且不對生產流程改進作過多投入的先進制造業，能更快實現數字化轉型。其中數字技術躍遷（技術）、管理模式變革（組織）為核心條件，數字設施建設（技術）、生產流程改進（組織）、企業競爭壓力（環境）為邊緣條件。該組態路徑能解釋約31%的先進制造業高質量數字化轉型的案例，其中12%的案例僅由該路徑解釋；代表性企業有ZHGL、SHYY 等。

組態路徑2：技術-組織-環境協同主導型（DTECT×DFC×PPI×IDI×CCP）。此條路徑表明，數字技術躍遷程度、生產流程改進度和行業發展水平高，數字設施建設情況較好且企業競爭壓力較小的先進制造業，能更快實現數字化轉型。其中數字技術躍遷（技術）、生產流程改進（組織）、行業發展水平（環境）為核心條件，數字設施建設（技術）、企業競爭壓力（環境）為邊緣條件。該組態路徑能解釋約49%的先進制造業高質量數字化轉型的案例，其中10%的案例僅由該路徑解釋；代表性企業有JLZG、HCKG 等。

組態路徑3：技術-組織主導環境協同型（DTECT×MSC×PPI×IDI×CCP）。此條路徑表明，數字技術躍遷和管理模式變革程度高，生產流程改進狀況較好，企業競爭壓力較小和行業發展水平較高的先進制造業，能更快實現數字化轉型。其中數字技術躍遷（技術）、管理模式變革（組織）為核心條件，生產流程改進（組織）、行業發展水平（環境）、企業競爭壓力（環境）為邊緣條件。該組態路徑能解釋約43%的先進制造業高質量數字化轉型的案例，其中4%的案例僅由該路徑解釋；代表性企業有SHQC 等。

組態路徑4：組織-環境主導型（～DTECT×DFC×MSC×PPI×IDI×～CCP）。此條路徑表明，管理模式變革程度且行業發展水平高，數字設施建設情況且生產流程改進狀況較好，不對技術躍遷做過多投入且企業競爭壓力大的先進制造業，能更快實現數字化轉型。其中管理模式變革（組織）、行業發展水平（環境）為核心條件，數字技術躍遷（技術）、數字設施建設（技術）、生產流程改進（組織）、企業競爭壓力（環境）為邊緣條件。該組態路徑能解釋約17%的先進制造業高質量數字化轉型的案例，其中4%的案例僅由該路徑解釋；代表性企業有BJDZ 等。

4.3 重疊路徑與潛在替代關系分析

本研究發現各條先進制造業數字化轉型組態路徑的前置條件之間可能存在重疊路徑和潛在替代關系。為了直觀反映各條路徑之間的聯結情況，本研究結合組態分析數據制作了維恩圖(見圖2)，以展示模糊集中各條路徑的區塊以及覆蓋度。

圖2 組態路徑聯結狀況

本研究重點探析路徑1、路徑2、路徑3 之間的重疊路徑與要素潛在替代關系，路徑4 由于原始覆蓋度遠低于其余三條路徑，故不納入研究范圍。根據三條路徑原始覆蓋度、唯一覆蓋度在組態路徑聯結狀況維恩圖上的可視化結果可知，三條路徑并不是完全孤立的，路徑與路徑之間存在較強的聯結情況。因此，在確定三條路徑存在重疊的前提下，本研究嘗試探究先進制造業數字化轉型三條組態路徑之間可能存在的替代關系。

首先，路徑1 與路徑2 之間，存在由數字技術躍遷、數字設施構建、企業競爭壓力組成的重疊路徑；在此前提下，～生產流程改進、管理模式變革和行業發展水平、生產流程改進存在替代關系，如圖3 所示。其次，路徑2 與路徑3 之間，存在由數字技術躍遷、生產流程改進、行業發展水平、企業競爭壓力組成的重疊路徑；在此前提下，數字設施構建與管理模式變革之間存在替代關系，如圖4 所示。再次，路徑1 與路徑3 之間，存在由數字技術躍遷、管理模式變革、企業競爭壓力組成的重疊路徑；在此基礎上，～生產流程改進、數字設施構建和生產流程改進、行業發展水平之間存在替代關系，如圖5 所示。最后，結合這三條路徑做進一步分析，路徑1、路徑2、路徑3 之間，存在由數字技術躍遷、企業競爭壓力組成的重疊路徑；在此基礎上，～生產流程改進、數字設施構建、管理模式變革和生產流程改進、數字設施構建、行業發展水平以及管理模式變革、生產流程改進、行業發展水平之間存在替代關系，如圖6 所示。

圖3 路徑1 與路徑2 之間的重疊路徑與替代關系

圖4 路徑2 與路徑3 之間的重疊路徑與替代關系

圖5 路徑1 與路徑3 之間的重疊路徑與替代關系圖

圖6 路徑1、2、3 之間的重疊路徑與替代關系

5 結論與啟示

基于27家先進制造企業樣本數據，本研究結合TOE理論框架與fsQCA方法，探討了先進制造業數字化轉型的組態路徑，并探究了組態路徑間的重疊路徑以及前置要素潛在替代關系。本文研究結論主要有以下兩點：第一，技術、環境、組織維度中的任意單一前因條件不能單獨構成先進制造業數字化轉型的必要條件，前因條件需要通過組態匹配才能推動先進制造業數字化轉型。先進制造業數字化轉型驅動路徑主要有四條，分別是技術-組織主導型（路徑1）、技術-組織-環境協同主導型（路徑2）、技術-組織主導環境協同型（路徑3）以及組織-環境主導型（路徑4）。第二，路徑1與路徑2之間、路徑2與路徑3之間、路徑1與路徑3之間存在著重疊路徑和潛在替代關系，進一步研究發現路徑1、路徑2、路徑3三條路徑之間也存在著重疊路徑和潛在替代關系。基于以上研究結論，本研究提出如下管理啟示：

（1）從組態路徑角度出發，企業管理者應意識到組態路徑發展策略在數字化轉型策略中的優越性并重視組態協調思維的應用。研究結果表明，數字技術躍遷、管理模式變革雖為先進制造業數字化轉型組態路徑中的核心條件，但某單一前置條件并不能很好地指導先進制造業實現數字化轉型。從指導先進制造業數字化轉型的結果來看，多因素組合驅動型策略明顯要優于單因素驅動型策略。因此，先進制造企業管理者應關注技術、組織、環境等因素的組合效用，在明確本企業技術條件、管理能力、環境優勢的前提下，高度重視多種條件的協調配合，制定出符合當下企業情境的數字化轉型組態路徑。

（2）從重疊路徑以及替代要素角度出發，企業管理者應該厘清重疊路徑與替代要素的關系并在短期內做出先進制造業數字化轉型最優決策。研究結果表明，“數字技術躍遷+企業競爭壓力”的要素組合最具有普適性；在企業完善此要素組合的前提下，管理者可以結合企業自身特點以及要素替代關系，在每個數字化轉型關鍵節點上做出最優發展決策。當企業想通過技術-組織主導型路徑實現自身數字化轉型時，企業在完善“技術躍遷+企業競爭壓力”要素組合的前提下，優先構建數字設施或變革管理模式就是關鍵節點上的最優策略——按照技術-組織主導型路徑實現數字化轉型的同時，還可以根據企業數字化轉型狀況隨時調整發展路徑。因此，管理者在數字化轉型關鍵節點上做短期決策時，要充分考慮到重疊路徑以及替代要素，在確保決策正確的同時提高決策的容錯率。

（3）從影響要素角度出發，企業管理者應注意到各前置條件的特點并結合企業自身條件制定相應的要素長期培養策略。研究結果表明，在先進制造業數字化轉型組態路徑中，數字技術躍遷、管理模式變革多為核心條件；生產流程改進、行業發展水平核心條件與邊緣條件并重；數字設施構建、企業競爭壓力多為邊緣條件。首先，企業管理者應高度重視數字技術躍遷、管理模式變革對先進制造業數字化轉型的積極作用；其次，企業管理者需意識到生產流程改進、行業發展水平也是數字化轉型過程中的重要影響因素；最后，企業管理者需了解到數字設施構建、企業競爭壓力是促進先進制造業數字化轉型的關鍵。因此，企業管理者需要結合各前置條件特點以及企業自身特點，制定相應的要素培養方案，補足企業前置要素短板的同時緩解單一優勢依賴狀況，驅動本企業高質量轉型升級。

由于先進制造業數字化轉型領域成熟量表較少且考慮到典型性、豐富性和易得性等資料收集原則，本研究采用打分表的形式設計問卷，后續可以嘗試使用李克特量表的形式設計問卷；另外，本研究在實證分析過程中發現不同領域的先進制造業數字化轉型路徑存在不同特點，后續可以嘗試分析不同領域先進制造業數字化轉型組態路徑的聯系與區別。