電子信息產業協同創新網絡時空演化分析

索 琪，王梓豪，王文哲

(青島科技大學經濟與管理學院，山東 青島 266061)

0 引言

電子信息產業是支撐經濟社會發展的戰略性、基礎性和先導性產業，是當前最具發展前景的產業之一。2020年《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》等國家政策的出臺，旨在打造以新一代電子信息技術為基礎的全新產業結構。近年來中國電子信息產業發展增速明顯，然而中美貿易摩擦使我們認識到中國電子信息產業還存在一些“卡脖子環節”。因此，深入剖析電子信息產業協同創新的發展路徑，揭示其創新演化規律，有助于提升產業的整體創新能力。當前，在激烈的市場競爭下，產業鏈的不同組織已經突破傳統單一主體的發展瓶頸，開展了形式各異的協同創新活動。其中，產學研協同創新已成為重要的創新模式之一。企業、高校和研究所這三類創新主體，運用具有優勢互補的資源開展創新合作，通過異質性知識流動和資源共享實現知識與資源的創造與增值[1]，進而提升整個產業的創新績效，并促進產業升級發展。

近年來相關學者從概念、模式、機制等視角對產學研協同創新系統進行了比較充分的探討，并逐漸意識到它具有復雜系統和網絡化特征。基于社會網絡分析方法，有效抽象出創新主體之間的復雜合作關系[2]逐漸成為學者的研究熱點之一。如高霞和陳凱華[3]揭示了中國電子信息領域的產學研合作模式及網絡結構演化特征；常路等[4]探討了高校與研究所的產學研協同創新績效影響因素；LI等[5]結合農業領域的合作專利數據，基于三重螺旋理論探討了合作創新網絡的結構演化特征和影響因素。其中部分研究更是結合具體省份，圍繞地區視角進行了細化研究。如王鵬和張淑賢[6]以廣東省為例，從社會資本結構視角對合作創新網絡中的創新主體獲取能力進行了評價；唐恒等[7]運用社會網絡方法對京津冀地區合作網絡進行了時空演化分析，從資源配置視角提出了發展建議；PENG等[8]基于遼寧省電子信息產業的專利數據，對合作創新網絡的結構、時空演化以及三重螺旋關系進行了研究。此外，還有學者以高校或企業特定創新主體為研究對象，探討它在協同創新網絡中的作用。如李雨濃等[9]基于“985高校”的數據構建校企專利合作網絡，界定了高校和企業在創新網絡中的地位。郭建杰等[10]以“雙一流”高校為例，基于產學研專利數據，探討了合作主體的特征和合作網絡的動態演化過程。王海軍等[11]以“華為”作為代表性企業，揭示了模塊化視域下的產學研合作行為。

既有研究或從宏觀視角、或從區域層面、或從特定創新主體視角對產業創新網絡開展了卓有成效的研究，豐富了我們對于產學研協同創新網絡的認識。然而，電子信息產業這一特定產業，缺少從整體產業過程性、空間性的視角進行的系統化考量。鑒于此，本文基于電子信息產業產學研專利數據，從時間和空間雙重維度探究中國電子信息產業產學研協同創新網絡的動態演化特征。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源與處理

聯合申請專利有助于共享、溢出和轉移技術知識，屬于開放性創新模式，能夠較好地反映創新主體之間的互動合作關系。本文數據來源于國家知識產權局專利信息服務平臺。本文依據電子信息產業IPC分類號，獲取發明專利數據。考慮到專利公布的滯后期，將時間范圍限定截至2017年12月31日，共獲取發明專利數據681 912條。剔除掉專利權人為自然人或單一主體的數據，經數據預處理后，共獲得產學研聯合發明專利28 836條，專利權人共計7 568家。基于專利權人的名稱、性質和注冊信息描述，結合人工核查校驗，將專利權人歸屬為高校、企業、研究所3種不同類型的創新主體之一。基于專利權人的地址信息，判別創新主體所屬省級行政區。

1.2 研究方法與指標

運用社會網絡分析方法，將創新主體視為節點，根據專利合作關系構建連邊，連邊權重代表合作次數，構建產學研協同創新網絡，該網絡為無向加權網絡。選取如下指標進行網絡結構測度:網絡規模對應于創新主體數量，用于刻畫各階段創新主體的增長情況；網絡密度用于刻畫創新主體的合作緊密程度；網絡直徑用于判斷創新主體之間的信息交換傳輸延遲程度，直徑越大則網絡的信息傳播效率越低；平均距離用于刻畫網絡傳輸效率，該值越小，則創新主體之間的知識和技術越容易轉移；聚類系數用于測度創新主體與鄰居的聯系程度；平均度和平均強度分別用于衡量協同創新網絡的平均合作廣度和平均合作頻次；此外，采用K核通過由內到外逐層解析網絡來揭示網絡的層次結構性質；同時，引入節點i的結構熵Hi用于表征節點i與不同類型節點連接的異質性，如式(1)所示。

(1)

2 產學研協同創新網絡時序演化特征

2.1 產學研協同創新模式

電子信息產業的產學研聯合發明專利數量和創新主體的變化趨勢分別如圖1和圖2所示，均呈指數形式快速增長。專利數量和創新主體年平均增長率分別為27.44%和21.37%，其中高校、企業和研究所3類創新主體的年平均增長率分別為15.27%,22.88%和17.18%。新進入的創新主體增速低于專利增速，表明大部分創新主體之間已經形成了較為穩定的合作關系，新進創新主體需要借助于原有創新主體的關系牽引才能提高合作成功率。隨著電子信息產業全球化進程的加速和中國自主創新發展戰略的確立，產學研協同創新力日漸提升。

圖1 產學研聯合發明專利數量Fig.1 Number of joint invention patents

圖2 創新主體數量Fig.2 Number of innovation subjects

就聯合發明專利的合作規模而言，目前協同創新模式仍以小規模合作為主，2～3個創新主體的共同合作依然是專利研發的主流。對創新主體參與申請的專利數量進行統計，高校、企業、研究所平均參與的專利數量分別為13.71,9.89,7.24，均呈現出明顯的冪律分布態勢，即大部分創新主體只參與完成了少量專利合作，處于網絡的邊緣；只有極少量創新主體研發能力突出，對于創新網絡的協同發展具有核心帶動作用。

2.2 整體網絡結構特征

中國電子信息產業的發展歷程具有明顯的階段性特征，參考高霞和陳凱華[4]的研究，并結合產業生命周期理論，將電子信息產業產學研合作分為3個演化階段。第1階段(1985—1994年)為萌芽階段，1985年中國頒布了《中華人民共和國專利法》，開始鼓勵研究、教育和生產單位相聯合，創新主體開始嘗試協同創新；第2階段(1995—2005年)為起步階段，1995年全國科技大會提出深化科技體制改革，推動產學研相結合，鼓勵科研院所、高等學校的科技力量進入企業并參與到技術開發活動中。2000年，中國對專利法進行2次修訂，相關政策的頒布推動了中國高技術行業的技術創新發展；第3階段(2006—2017年)為快速發展階段，2006年國務院頒布了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，提出構建以企業為主體、市場為導向、產學研相結合的技術創新體系，協同創新進入緊密融合發展階段。同時，國家出臺了一系列促進高技術產業發展的政策，激發了中國電子信息產業的協同創新活力，專利數量呈跳躍式增長。基于3個階段的劃分，繪制整體網絡拓撲結構演化圖譜(見圖3)，并計算網絡結構測度指標如表1所示。

第1階段的協同創新網絡較為稀疏，整體連通性較差，產學研合作剛剛起步且較為零散，多集中于2～3個創新主體之間，合作溝通效率較低。隨著網絡規模的擴張，第2階段的網絡直徑和平均距離均逐漸增大，合作難度有所提升。然而，創新主體的合作行為逐漸進入活躍期，開始呈現出明顯的社團結構特征，最大連通子圖包含93個節點，創新主體的合作頻次和合作深度得以顯著提升，孤立式合作占比不足30%，核心-邊緣結構更為明顯。從第2階段到第3階段，創新主體之間的協作和互動關系不斷增強，最大連通子圖覆蓋了節點總量的52%，K核高達15，網絡連通性大幅提升，逐漸形成了一個包含大部分節點的“巨片”。創新主體的合作范圍和合作深度均在不斷增強，穩定的合作關系有助于加速信息傳遞與知識交流，促進知識溢出。然而，隨著協同網絡規模的大幅度擴張，網絡仍較為稀疏，且始終處于低密度狀態，說明創新主體之間的合作交流仍有較大的提升空間，連通性可以進一步優化。

灰色圓形代表高校，白色三角形代表企業，黑色正方形代表研究所。圖3 產學研協同創新整體網絡拓撲結構演化圖譜Fig.3 Network topology evolution of industry-university-research institution collaborative innovation

表1 協同創新整體網絡結構測度指標Tab.1 Overall network topology indicators of collaborative innovation

2.3 局域網絡結構特征

產學研協同創新對產學研合作模式的深化和升級起到了促進作用[12]。高校、企業和研究所具有不同的創新資源優勢，在網狀協同創新體系中通過多種路徑的互動耦合可以實現優勢互補。考慮到創新主體的差異性，以高校(U)、企業(I)、研究所(R)3類創新主體為對象，分別基于校-校(U-U)、企-企(I-I)、研-研(R-R)、校-企(U-I)、企-研(I-R)和校-研(U-R)這6類協同創新模式獲得局域網絡結構測度指標，如表2所示。

表2 不同協同創新模式下局域網絡結構測度指標Tab.2 Local network topology indicators under different collaborative innovation modes

第1階段，研究所在初期占據主導作用，這主要源于其核心職能就是從事研發活動，專業知識和專有設備等得天獨厚的優勢助力它們成為核心創新主體。這一階段高校之間尚未建立合作聯系，同類型之間的知識交換渠道較少，而企業則以大批量制造生產、提高效率為主，尚未開展系統性的研發活動。第2階段，科技體制改革促使大量企業開始注重提升自身研發創新能力。企業創新活動不再局限于內部的獨立研發，以市場需求為導向，通過和同行企業或與學研機構形成協同創新組織，實現了集成市場與技術的新型創新模式[13]，激發了創新潛力。企業逐漸成為協同創新網絡中的核心創新主體，且合作關系穩定性提升，而研究所、高校的地位逐漸弱化。第3階段，企業的地位進一步提升，目前中國電子信息產業逐漸確立了以企業為主導，以市場應用型需求為導向的協同創新模式。高校和研究作為重要的知識伙伴，合作具有較強的擴張力和融合力，凝聚力不斷增強且高于整體網絡，從簡單合作向協同發展邁進。值得關注的是，高校創新參與力度加大，成為當前協同創新最主要的合作模式。

網絡結構熵能夠反映創新主體協同合作的異質性程度。縱觀3個階段，不同類型創新主體的平均結構熵均有不同幅度的上升，表明中國電子信息產業產學研跨領域合作有所增強。其中，高校的協同合作相對突出，高校具有較好的研發能力和技術人才，有推動創新產品市場化的迫切愿望；而企業的協同合作水平低于平均水平，合作創新主體類型相對單一。跨領域的資源共享、合作互補有助于產業創新，然而目前產學研合作積極性尚未充分調度。

2.4 核心創新主體

基于合作強度進行統計，創新活躍程度排名前十位的創新主體如表3所示。對比3個階段，核心節點中，研究所、高校的比例明顯下降，企業越來越占據中國電子信息產業技術創新的核心位置。國家電網公司參與的創新合作次數遠遠高于其他創新主體，明星效應突出，對于知識、資源等創新要素的流動具有至關重要的協調和控制能力。綜合性電子信息企業，如鴻海精密工業股份有限公司和鴻富錦精密工業(深圳)有限公司，北京奇虎科技有限公司和奇智軟件(北京)有限公司，企業之間有意識地增強合作深度，致使合作強度快速上升，形成了長期、穩定的合作模式。京信通集團與其旗下的分公司開展了較為密集的合作，形成了集團內部的協同創新模式。專業性研究機構如信息產業部電信傳輸研究所、中國電力科學研究院則具備知識資源優勢，參與了大量的研發合作。

表3 基于合作強度的創新主體排序Tab.3 Rank of innovation subjects based on collaborative strength

目前，中國電子信息產業的協同創新合作呈現出由分散到聚集的趨勢，協同創新體系也朝著規模更大的方向邁進。創新主體的合作也愈加呈現出不均勻態勢，知名高校如清華大學、北京郵電大學等，專業性研究機構如中國電力科學研究院等，具有資源稟賦優勢，這些機構通過知識輸出、人才培養等方式成為其他創新主體重要的合作對象。大型國有企業占據重要地位，國家電網公司無論合作強度還是合作廣度均處于首位，處于網絡中知識擴散的中心，合作伙伴最多，信息資源豐富，凝聚現象顯著。

在合作總強度排名前10%的創新主體中，結構熵排名靠前的創新主體在協同合作和橋接方面發揮著重要作用。相較于其他，協同性排名靠前的大學、研究所數量更多，它們處于協同創新網絡中的“橋梁”和“樞紐”位置。合作類型的均衡化，能夠有效協調技術研發與產品化需求，加強主體間資源優勢互補。這些創新主體在合作中起到連接溝通的作用，是合作交流的橋梁，可以控制網絡資源流動，在網絡中發揮著不可或缺的作用。

3 產學研協同創新網絡空間格局演化特征

3.1 創新主體空間分布演化態勢

按照創新主體所屬區域，以省級行政區作為空間分析單元，統計各省份所含創新主體數量，探究電子信息產業產學研協同創新主體的空間演化態勢。第1階段，創新主體有100家，數量較少且零星分布于22個省份，其中北京、湖北、遼寧、浙江、安徽的創新主體相對活躍，占總量一半以上，尤其是北京的研究所數量占比高達18%，在電子信息領域起步較早，為北京的后繼發展奠定了良好的研究基礎。第2階段，創新主體增長至443家，地域分布擴散至27個省份，北京依舊保持領先地位，上海、廣東呈快速增長態勢，這3個區域的創新主體占總量一半以上，呈現出空間集聚效應，但尚未形成規模較大的電子信息產業聚集區，東北三省的創新地位急劇下滑。從第1階段到第2階段，空間布局具有明顯的自北至南的遷移特征。第3階段，創新主體的規模快速增長，7 568家創新主體覆蓋了全部省級行政區，然而各區域專利創新差距不斷增大。北京、廣東仍處于領先地位；同時，隨著江蘇和浙江地區創新主體數量的快速增長，第2階段到第3階段的空間布局呈現重心朝東部強化態勢。

目前，電子信息產業的核心創新主體集中在中東部地區，北京、廣東、江蘇、上海、浙江這5個區域的創新主體占總量60%以上，這些區域基礎設施建設完善、科技發達，匯集了大量優秀的大學、研究所以及電子信息企業，依托于創新主體的聚集和便捷的交通沿線，逐漸形成了聚集程度高的電子信息產業科技創新中心。而邊緣地區如內蒙古、海南、寧夏等由于受到網絡關系路徑較遠、知識傳遞效率較差等因素影響，增速緩慢且長期處于創新鏈低端。省際、區域發展不均衡現象在一段時間內仍將持續。

3.2 主體間協同創新空間分布演化態勢

根據創新主體之間的協同合作關系探究空間演化態勢。第1階段受到地域和交通限制，協同創新網絡相對封閉，且主體之間合作密度較低。中部、東北部和東部沿海地區的16個省份基于地理優勢開展合作，平均合作強度為4.44次。創新合作聚集區包括湖北、遼寧、北京等，而西部和南部沿海地區的創新合作起步較晚，省際合作極為稀疏，主要集中在鄰近區域的小范圍合作，且創新聯系較弱，平均合作強度僅為1.62次。這一階段，空間合作方式以省份內部和鄰近省際小區域協同合作為主。第2階段，22個省份發揮區域效應開展省域合作，尤其以廣東、山東、上海、北京、江蘇最為明顯，內部平均合作強度為161.60次，總合作強度占總量的88%，形成了頻繁、穩定的合作關系。區域內部的創新合作大大推進了本地知識溢出。同時，省際合作的范圍和強度也不斷增大，空間跨度加大，平均合作強度為11.08次。其中廣東-江蘇、北京-上海、北京-廣東、北京-江蘇、江蘇-上海的合作強度占總量的54%，協同創新聚焦于核心省份之間，呈現以廣東、北京、上海、江蘇為關鍵合作中心的空間格局。第3階段，空間合作聯系大幅度提升，31個省份內部平均合作強度高達762.35次，合作廣泛。同時，長距離、大范圍空間尺度的創新聯系日益密切，省際合作也形成了空前絕后的熱潮，平均強度為69.35次。網絡規模不斷擴大，涌現出北京、廣東、江蘇、上海等穩定的核心區域，形成以北京-江蘇、北京-浙江、北京-廣東、廣東-天津為核心的放射狀星型拓撲結構，合作逐漸向東部與東南部沿海地區擴散，網絡覆蓋范圍越來越大，知識跨區域流動初具規模。省份內部和省際合作兩種互動渠道體現了技術創新的輻射力和影響力，帶動了區域經濟的快速發展，協同創新效益明顯。然而，縱觀空間格局發展態勢，區域間差距呈擴大趨勢，西部和東北地區合作創新聯系缺乏，始終處于創新網絡的邊緣位置。這說明中國電子信息產業的產學研空間布局受到經濟、科技發展水平等多方面因素影響。

4 結論

基于電子信息產業聯合發明專利數據，運用社會網絡分析方法和空間分析方法，立足“時間-空間”視角探究中國電子信息產業產學研協同創新網絡的時空演變特征。研究結論如下：1)協同創新網絡結構呈現出階段性演化特征。表現為網絡密度逐漸增加、社團結構不斷顯現、創新主體的參與活躍度呈現出冪律分布態勢，核心-邊緣結構明顯。說明中國電子信息產業的技術創新能力正在不斷增強，創新成果和創新主體數量保持指數形式高速增長，同時發現中國電子信息產業的產學研專利研發具有以小規模合作為主的特征。2)協同創新網絡規模快速擴張，集聚程度明顯提升，創新主體之間的合作深度和廣度均不斷增強。核心創新主體從以研究所為主導逐漸轉變為以企業為核心，產學研融合凝聚力不斷增強。大型國有企業、綜合性電子信息企業間已建立了長期、穩定的合作模式；知名高校、專業性研究機構處于知識擴散的中心；高校的協同合作相對突出，其“橋梁”作用有助于跨領域的資源共享和優勢互補。3)協同創新網絡的空間分布從早期的零散分布發展形成規模較大的電子信息產業聚集區，且呈現出自北至南、東部強化的空間分布態勢。合作空間尺度不斷擴展，網絡覆蓋范圍越來越大，知識跨區域流動初具規模，由鄰近區域的小范圍合作擴展成為以核心區域為中心的創新網絡密集合作帶，各省份創新能力發展呈非均衡發展，且差距呈增大態勢。本文的研究有助于系統認知電子信息產業協同創新的時空發展路徑，未來研究可以深入探究網絡演化機理，以期為產業技術創新融合發展提供參考和借鑒。