基于系統動力學的高技術企業技術創新績效研究

鄧多杰，張 崢

(上海理工大學 管理學院，上海 200093)

0 引言

在當前新發展階段，創新驅動是實現經濟高質量發展的重要戰略選擇。從石油開發、糧食安全到裝備制造、航天事業，我國各行業各部門均逐漸通過技術創新培育發展新動力。作為人才、技術和知識密集為主要特征的高技術企業，其技術創新具有研究開發投入高，技術更迭速度快、創新輻射力強，更加注重基礎技術創新研究與轉化，在國民經濟發展進程中具有重要的推動作用。

2020年，我國高技術制造業增加值同比增長7.1%，較全部規模以上工業快4.3個百分點，同時，高技術制造業利潤相比2019年增長16.4%，投資增速快于平均水平7.9個百分點。發展勢頭強勁，協調內生特點日益凸顯，新動能逆勢增長顯著。我國高技術企業發展起步較晚，但隨著世界經濟的融合發展以及政府對高技術企業相關先進技術的引進和技術創新的支持，進一步借鑒典型發達國家高技術企業的發展經驗，全方面投入創新資源要素，充分將市場規模優勢和產業配套能力相結合，塑造競爭新優勢，高技術企業已牢牢占據國民經濟發展的技術制高點。

技術創新活動是一個復雜的系統性過程，高技術企業的技術創新績效水平與其所處創新環境有必然聯系，良好的創新環境是有效提升高技術企業技術創新績效的基礎條件。在技術創新理論中，對高技術企業技術創新動力的產生以及技術創新績效影響因素的研究是十分重要的方向。因此，全面分析高技術企業技術創新績效的影響因素，加強對高技術企業技術創新的系統性研究，尤其是模擬研究系統內不同因素參數值的變化對技術創新績效的動態影響，進一步分析技術創新與經濟增長方式之間的作用機理，對促進高技術企業提升技術創新動力，發揮技術創新在高質量發展中的引領作用具有重要意義。

1 研究現狀分析

國內外學者對技術創新做了多方面的研究，主要集中在以下兩方面：一是通過模型和實證分析研究我國高技術企業技術創新發展的影響因素；二是將系統動力學方法研究應用于技術創新的動態研究。

目前國內外關于高技術企業技術創新影響因素的研究主要集中在定量分析和側重探討單個或多個因素共同作用的機制。國外學者FURMAN et.al(2002)構建基于國家創新能力概念的新框架，認為不同的創新投入和研發生產力均會影響創新能力[1]。許慶瑞等(2003)歸納總結高技術產業創新發展的相關規律，主要包括資源配置規律、創新規律以及政府和市場的作用機制等一系列關鍵因素[2]。趙志耘(2013)運用隨機前沿生產函數模型研究影響我國高技術產業的創新能力的因素，認為企業規模對創新能力有負面的影響，國內技術引進對提升技術創新能力的作用并不顯著[3]。HSIEH et.al(2015)對149家高技術企業的創新數據進行實證分析，認為客戶關系強度、知識評估(信息資源和組織資源)均會影響創新成果[4]。盛宇華等(2020)采用熵指數法構建多元回歸模型，研究多元化戰略如何影響高技術企業創新持續性，認為產品多元化對創新持續性的影響存在擠出效應[5]。SEPEHR et.al(2021)采用因子分析法研究稅收優惠和融資與高技術企業創新投入和產出之間的關系，認為對大中小型高技術企業而言，稅收優惠和融資更能促進中小企業的創新產出，且對于大公司來說，稅收優惠和融資兩者之間存在著明顯的相互作用[6]。李楨等(2021)基于創新生態系統視角，研究高技術企業顛覆性技術創新能力的影響因素，認為企業應共享創新資源，以提高創新能力[7]。王良虎等(2021)運用門檻回歸模型研究企業處于不同發展階段中，研發投入影響企業技術創新績效是否受企業規模門檻效應的影響[8]。

國內外學者對系統動力學方法應用于高技術企業技術創新也做了大量的研究。吳傳榮等(2010)構建高技術企業技術創新網絡的系統動力學模型，模擬研究系統內因素變化對創新網絡發展的影響，認為提高企業有效銜接度最能夠促進新產品銷售收入的增加[9]。國外學者ELPIDA et.al(2012)通過構建創新體系的系統動力學模型，分析系統內創新政策對創新績效的影響，認為企業創新績效的提高是一個長期的目標，需要持續性努力[10]。王偉(2014)基于系統動力學方法構建高技術企業技術創新演化路徑決策模型，研究企業技術創新的決策選擇，認為自主創新路徑能夠促進企業利潤的提升，但合作創新所產生的效果更好[11]。張美麗等(2017)采用系統動力學方法構建高技術企業組織創新和技術創新匹配的系統動力學模型，研究2種不同類型創新的發展速率對成長期企業創新效率的影響情況[12]。JURGEN et.al(2018)利用系統動力學方法定量研究影響自動駕駛汽車創新擴散的動態行為，考慮到汽車自動化創新系統的動態性和復雜性，認為知識轉移和引入外部基金能夠提高創新擴散能力[13]。肖寒(2021)基于創新理論，采用系統動力學的方法，構建高技術企業的創新生態系統，并進行仿真分析，研究我國區域高技術企業的發展趨勢[14]。

綜上所述，依據研究對象與視角的不同，已有眾多學者開始嘗試研究企業技術創新的內外部途徑，即從企業自身到涉及企業外部的政府支持、高校以及科研機構合作對技術創新活動的影響，這對研究的開展具有啟發意義。結合國內外眾多文獻研究成果，根據上述文獻研究存在的些許不足，考慮到企業技術創新活動的復雜性，文中選取高技術企業技術創新績效的衡量指標，嘗試從系統動力學的角度出發，借助Vensim PLE仿真分析軟件，構建高技術企業技術創新的系統模型，分析不同因素對高技術企業技術創新績效的動態影響，為我國高技術企業發展提出較為合理的建議。

2 研究設計

2.1 數據來源

文中的研究數據主要來源于《中國統計年鑒》《中國高技術產業統計年鑒》《中國創新指數》報告及國家統計局、國家知識產權局等官方網站發布的相關數據和統計公報中發布的相關數據，并結合研究內容整理而來。考慮時間跨度和年鑒中數據的完整性和易測性，我們選取高技術產業的醫藥制造業、電子元件制造業以及醫療儀器設備及儀器儀表制造業中2012—2019年的數據來進行數據分析和模型驗證。

2.2 指標選取

耿慶申(2010)認為企業技術創新績效既要有強度指標也要有總量指標，測度指標的建立應側重對技術創新產出的考量[15]。曹勇等(2010)基于實證分析研究技術創新資源投入對產出績效的影響，選取主營業務收入、新產品銷售份額、發明專利數和企業利潤作為產出績效的指標[16]。楊曉冬等(2012)運用DEA分析方法評價創新績效時，選取的技術創新績效指標包括R&D人員全時當量、生產經營用設備原價、新產品營業收入和發明專利數[17]。劉棟(2020)以專利數量作為衡量企業技術創新績效的指標，采用多元關聯分析模型驗證專利保護強度對技術創新績效的正向影響[18]。EBERSBERGER et.al(2021)通過構建貝葉斯模型研究開放式創新對企業創新績效的影響時，用新產品在每年總銷售額中的銷售份額來衡量創新績效[19]。

文中基于以上分析，借鑒傅家驥[20]和高建[21]等學者關于衡量技術創新績效指標的方法，選取有效發明專利數、新產品銷售收入以及主營業務收入衡量技術創新績效，據此研究技術創新系統中因素的改變對技術創新績效的影響變化，從而得出相應的研究結論。

2.3 系統動力學方法可行性

文中確定用系統動力學建模來研究高技術企業的技術創新績效，這一研究模型是可行的。

一方面，高技術企業產業鏈長，涉及企業類型和數量眾多，難以收集到十分全面的數據，系統動力學依據系統內部反饋關系和整體結構，對數據的依賴性相對較小，因此，文中抓住系統中的關鍵影響變量和作用路徑，通過資源優化調節就可以實現系統內技術創新績效的動態變化模擬。

另一方面，系統動力學是一種研究多重信息反饋系統的計算機模擬方法。利用系統動力學方法能夠描述系統內部結構和反饋機制的特點，構建高技術企業技術創新的系統動力學模型。這一研究方法不僅能夠將技術創新績效的眾多影響要素及其互動關系體現出來，而且能夠充分把握技術創新系統內部各要素間的反饋關系，更符合技術創新活動的實際情況，也能夠為高技術企業經濟發展提出較為合理的政策和建議。

3 技術創新系統的動力學模型設計

3.1 技術創新系統邊界確定

熊彼得的技術創新理論認為技術創新活動發生在社會系統中，在研究技術創新績效時有必要將技術創新看作是一個不同要素相互作用的結構化系統。

作為一個復雜系統，許多學者對技術創新系統提出了自己的理解，依據研究目的將其劃分為不同的子系統。王紅倩等(2016)在研究企業社會責任履行對技術創新能力的影響，基于技術創新理論將技術創新系統劃分為技術創新投入、技術創新需求和技術創新產出3個子系統[22]。廖明治(2017)運用系統動力學方法對海爾集團的技術創新系統進行研究時，將海爾集團“互聯網+”技術創新系統分劃分為自身創新、用戶技術創新和網絡交互平臺3個子系統[23]。郭峰等(2018)在研究知識吸收能力對企業技術創新影響時，將技術創新系統劃分為企業知識存量、企業外部知識源和企業技術創新3個子系統[24]。周美娟等(2020)將技術創新系統劃分為企業、政府和市場3個子系統，探析提高新能源汽車技術創新能力的影響因素[25]。

基于學者對技術創新系統的認識和描述，結合高技術企業當前的發展環境和研究內容，以技術創新理論為研究基礎，文中界定高技術企業技術創新系統包含創新投入、創新產出、創新主體和創新環境4個子系統。

3.2 技術創新系統模型構建

在運用系統動力學進行建模時，文中將系統內影響技術創新績效的因素納入創新投入子系統、創新產出子系統、創新主體子系統以及創新環境子系統。結合研究內容，以技術創新和系統動力學理論為研究基礎，綜合考慮影響企業技術創新績效的因素，對4個子系統的邏輯關系進行系統性分析，構建高技術企業技術創新系統的因果關系圖，如圖1所示。

圖1 高技術企業技術創新系統因果關系圖

在高技術企業技術創新系統流圖中，系統內的變量由5個狀態變量，7個速率變量以及28個輔助變量組成。整理模型中所涉及的多種變量，詳細說明變量的分類，見表1。

表1 模型變量屬性及名稱

3.3 主要因果關系分析

因果回路圖能夠清晰直觀表達出高技術企業技術創新系統中各變量之間的相互影響和相互關聯，是對系統內要素結構關系的定性描述。在對技術創新系統因果關系圖進行分析，考慮系統內部各個因素的相互關系后，將高技術企業技術創新系統的因果關系圖的主要反饋回路概括為以下九條。

3.3.1 企業自身技術創新投入與技術創新產出的反饋關系

1)企業技術知識存量→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→企業利潤→利潤率→企業技術創新動力→企業R&D經費投入→R&D項目經費→企業R&D機構數→有效發明專利數→企業技術知識存量

2)企業技術知識存量→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→企業利潤→利潤率→企業技術創新動力→企業R&D經費投入→R&D項目經費→R&D人員投入→企業R&D人員數量→技術創新效率

3)企業技術創新吸收能力→企業R&D經費投入→R&D項目經費→R&D人員投入→企業R&D人員數量→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→企業利潤→利潤率→企業技術創新動力→企業R&D經費投入

4)研發人員投入力度→R&D人員投入→企業R&D人員數量→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→企業利潤→企業R&D經費投入→R&D項目經費→R&D人員投入

5)企業研發投入強度→企業R&D經費投入→R&D項目經費→新產品開發經費支出→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→企業利潤→企業R&D經費投入

企業自身R&D經費的投入是高技術企業技術創新經費籌集的最重要來源。在高技術企業中，R&D項目經費主要投入到研發機構活動、企業R&D人員培養以及新產品的研究開發上，具有技術和知識積累的效應。這3類活動均有助于企業專利的研發和技術知識存量的增加，擴大新產品的市場占有率，提升整體創新效率。使得企業在獲得利潤后愿意投入更多資金加強新產品的開發，直接推進企業技術創新活動的進行，促進技術創新的采用。

3.3.2 政府補助的投入與企業技術創新產出的反饋關系

政府補助力度→政府經費投入→R&D項目經費→新產品開發經費支出→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→主營業務收入→企業稅收貢獻→政府財政收入→政府財政支出→政府經費投入

政府對高技術企業的創新補貼投入是其R&D項目經費籌集重要的一部分。一般來說，政府對企業的補貼經費投入越多，企業的研發資金就越充足。由此，在解決技術創新研發資金難題后，新產品開發投入的效果好，就能夠帶來足夠的技術創新效率，給高技術企業帶來的經濟效益也越高。高技術企業主營業務收入和利潤的增加，對稅收的貢獻也越多，同時，政府也會更加重視對高技術企業創新補貼的支持力度。

3.3.3 高校技術創新資源投入和企業技術創新的反饋關系

校研合作→有效發明專利數→企業技術知識存量→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→主營業務收入→企業稅收貢獻→政府財政收入→政府財政支出→教育經費投入→校研合作

教育經費是高校人才培養的重要來源，也為企業的技術創新提供人員投入，在一定程度上，高校與高技術企業R&D機構的合作能夠更好實現技術創新的開發和擴散。一方面，政府對高校科研機構研發的支持可以促進技術創新理論的發展，另一方面，企業對技術創新的需求能夠為技術創新理論的實踐提供平臺，幫助企業更好地進行專利研發和新產品的開發。增加企業新產品的市場競爭力和收入，從而做出了良好的稅收貢獻，由此，政府會更加重視教育。

3.3.4 創新主體與企業技術創新效率的反饋關系

1)產學研協同度→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→企業利潤→利潤率→企業技術創新動力→企業R&D經費投入→R&D項目經費→企業R&D機構數→有效發明專利數→企業技術知識存量→技術創新效率

2)金融環境支持力度→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→主營業務收入→企業稅收貢獻→政府財政收入→政府財政支出→政府經費投入→R&D項目經費→新產品開發經費支出→技術創新效率

3)大眾傳媒對技術創新的傳播強度→技術創新效率→新產品市場占有率→新產品銷售收入→企業利潤→企業R&D經費投入→R&D項目經費→R&D人員投入→企業R&D人員數量→技術創新效率

在高技術企業技術創新過程中，企業之間技術創新交流的能力和動力也在很大程度上決定企業是否接受新的技術并加以應用，若新技術成果應用效果顯著，能為企業帶來可觀收益，企業則愿意進一步投入資金和人員進行研發活動，從而使得技術創新獲得自我持續發展的動力。同時，作為技術創新主體的大眾傳媒和金融機構能夠傳播各種技術創新信息，提供良好的金融環境，為技術創新成果的進一步傳播提供可能。

3.4 模型系統流圖構建

因果關系圖反映的是高技術企業技術創新系統要素間的定性關系，而定量關系則需要在系統流圖中建立。依據因果關系圖和文中研究目的，結合高技術企業技術創新系統的特點，在系統因果關系圖的基礎之上，構建高技術企業技術創新的系統動力學流程圖，如圖2所示。

3.5 變量初始值的確定

企業對技術創新研發人員的投入是提升創新績效的關鍵因素之一，文中采用企業研發人員的數量與R&D人員全時當量的比值來衡量研發人員投入力度，根據統計數據計算得到研發人員投入力度的初始值為0.12。企業研發資金的投入是高技術企業技術創新經費的主要來源，企業對技術研發的重視程度越高，其投入的資金越多，文中用R&D經費支出與主營業務收入之比，并求其平均值得企業研發投入強度的初始值為0.033。政府對高技術企業的補助也是其進行技術創新活動的主要來源之一，文中用政府資金投入與R&D經費支出的比值來衡量政府補助力度，計算政府補助力度初始值為0.31。高技術企業的合作創新是企業技術創新的重要保障，對于產學研協同度的測量，文中借鑒王萌芽(2016)關于計算產學研協同度的方法，用企業經費與R&D經費之比和教育經費與高校和科研機構之比來確定[26]，根據所選統計數據和統計年鑒等資料分析確定產學研協同的參數初始值為0.352。

由于一些系統變量數據的缺失，在高技術企業技術創新系統通過敏感性檢驗的前提下，在理論分析允許的范圍內，文中借鑒王展昭等(2015)的研究方法將一些主觀變量設置為模擬數值[27]，分別為：金融環境支持力度為0.203、大眾傳媒對技術創新的傳播強度為0.42、人員自然離職率為0.001 5、新產品自然衰減率為0.000 01以及新產品研發周期為5年。同時，基于數據來源的真實可得性，文中將技術創新系統中有效發明專利數、企業R&D人員數量、新產品銷售收入以及主營業務收入依次設置為2012年統計數據的97 430件、517 392人、182 145 000萬元以及779 089 000萬元。具體數值設置見表2。

表2 模型參數初始值

4 模型驗證及仿真

4.1 模型有效性檢驗

文中參考已有研究，將模型中相關狀態變量的模擬值與實際值進行分析，對比模擬值與實際值的偏差，以此來驗證模型的有效性。選取有效發明專利數進行模型的有效性驗證。

運行模型可以得到相應的模擬值，模型中有效發明專利數的模擬值與實際值對比結果見表3。

表3 有效發明專利數模擬值與實際值對比關系表

2012—2019年，模型中的有效發明專利數的模擬值和實際值的擬合度均達到90%以上，且在2017—2019年擬合度相對穩定，說明擬合度相對較高，與實際情況的預測偏差在合理范圍之內。

4.2 政策模擬分析

基于以上分析，文中所構建的系統模型能夠對高技術企業的技術創新活動進行有效的模擬。高技術企業技術創新系統具有一定的復雜性，系統中各因素之間相互影響，通過改變模型中重要參數的數值，分析技術創新系統內狀態變量的變化情況，并與系統初始值對比分析，以研究對技術創新績效的動態影響。

選取模型中企業研發投入強度、政府補助力度以及產學研協同度3個變量進行賦值，觀察分析技術創新系統內企業的有效發明專利數、新產品銷售收入以及主營業務收入的動態變化情況。

4.2.1 企業研發投入強度

文中在系統模型中通過改變企業研發投入的強度分別提高20%，40%以及60%，設置為策略1、策略2以及策略3，來分析系統中有效發明專利數、新產品銷售收入以及主營業務收入的運行情況。分別運行模型，可以得到結果如圖3的(a)(b)(c)所示。

圖3 企業研發投入力度模擬結果

當企業研發投入強度分別在策略1、策略2以及策略3條件時，有效發明專利數相對于初始值2019年的有效發明專利數值分別提高了29.60%，60.53%和104.22%；新產品銷售收入分別增加了19.61%，38.86%和64.52%，主營業務收入分別提高了13.97%，27.31%和44.67%，說明企業研發投入強度正向影響企業的有效發明專利數、新產品銷售收入和主營業務收入，進一步體現研發資金的投入對高技術企業技術創新的重要性。

4.2.2 政府補助力度

政府補助主要指各級政府部門支持技術創新而投入的資助資金。文中采用統計數據計算政府補助力度初始值為0.31。將政府補助力度在初始值的基礎上分別增加20%，40%以及60%，形成策略1，策略2以及策略3，模型運行結果如圖4的(a)(b)(c)所示。

圖4 政府補助力度模擬結果

在3種不同策略下，提高政府補助力度，與2019年相比，系統內有效發明專利數分別增加了26.75%，59.26%和105.78%，新產品銷售收入分別提高了17.97%，38.58%和66.39%，主營業務收入分別提升了12.70%，26.88%和45.43%，表明適當提高政府補助力度能夠促進有效發明專利數、新產品銷售收入和主營業務收入的增加。同時，在2018年至2019年，策略1、策略2和策略3中企業的主營業務收入的增長率分別為1.58%，1.91%和2.32%，相對于政府補助力度初始狀態下的增長率為1.27%，表明在系統運行后期，提高政府補助力度對主營業務收入的提升效果會減弱，初步估計是企業尋租行為導致政府補助資金的使用效率較低。

4.2.3 產學研協同度

統計數據計算得出產學研協同度的初始值為0.35。為了考察產學研協同度對技術創新系統的影響，同樣將產學研協同度的參數在初始值的基礎上分別上調至120%，140%以及160%，設定為策略1，策略2以及策略3，模型運行結果如圖5的(a)(b)(c)所示。

圖5 產學研協同度模擬結果

提升產學研協同度，有效發明專利數量呈現較為明顯的增長趨勢，企業的有效發明專利數分別提高了27.56%，61.76%和102.72%，新產品銷售收入分別提高了23.30%，53.59%和91.97%，主營業務收入依次提高了13.68%，29.72%和48.04%。表明提高產學研協同度對有技術創新績效起到正向影響，這是由于產學研合作的加強能夠促進技術創新的活力，帶動企業間甚至是整個行業技術創新績效的提升。

5 結語

文中通過構建高技術企業技術創新系統的系統動力學模型，驗證模型的有效性，證實了模型模擬結果的科學性和可靠性。在此基礎上通過改變系統內企業研發投入強度、政府補助力度以及產學研協同度3個參數值，探析在不同條件下有效發明專利數、新產品銷售收入以及主營業務收入的變化，以此來判斷對技術創新績效的影響。

1)當提高企業的研發投入強度，系統內有效發明專利數、新產品銷售收入的增長幅度較高，證實企業研發投入強度對技術創新績效的促進具有一定的正向影響。從理論上分析，創新研發經費的投入是企業技術創新發生的前提和根本，當企業加大創新資金投入時，資金的注入必然刺激創新的產生有助于企業有效發明專利數的增加。

2)提高一定比例的政府補助力度能夠促進有效發明專利數的提高，而對新產品銷售收入以及主營業務收入的影響較小。在系統發展中后期，政府補助力度的提高僅對有效發明專利數有一定的促進作用，而其余3個狀態變量變化的幅度較小，表明在系統發展初期，政府補助力度的增加對技術創新績效的提升效果最好，在中后期則出現較為平穩的增長趨勢。

3)產學研協同度的提高可以有效促進系統內企業的新產品銷售收入和主營業務收入的提升。相比較改變其他企業研發投入強度和政府補助力度，產學研協同度能夠顯著提升高技術企業的技術創新績效。

4)研發資金投入體現了企業對技術創新的重視程度，是推動高技術企業實現技術創新的內在動力。因此，要想加快高技術企業的發展步伐，就必須在合理范圍內加大多方面技術研發經費的投入，拓寬資金渠道，實現技術創新資金投入的多元化。

5)政府應根據企業發展的實際情況投入補助，注意政策優惠的機制設計，避免造成政府資金浪費。強化政府在創新活動中的組織引導作用，提升政府對創新主體的協同互補能力，鼓勵企業共同參與創新項目和新技術的開發工作，優化整合多方創新資源，更好發揮政府作用，同時也能夠分擔企業自身在技術創新過程中的風險，加快技術創新的步伐。

6)在技術創新系統中，綜合考慮3種參數在改變相同比例的前提下，提升產學研協同度對技術創新績效的提升效果最好，基于此，文中認為若要提升技術創新績效水平，加強產學研合作力度這一政策是為首選。產學研合作交流能夠為企業技術創新協作提供技術信息共享平臺，進一步推進產學研深度融合。因此，企業需積極與高校及科研機構進行合作交流，促進高校及科研機構與企業間的技術知識的轉移，提升高技術企業技術創新績效水平，達到技術創新和技術擴散的效果。