基于三階段DEA模型的中國高端裝備制造業創新能力評價

摘要：隨著高端裝備制造產業被國務院列入我國戰略性新興產業，學界更加重視行業的創新發展水平和可持續發展前景。文章通過產出、投入、外部環境三方面的指標建立綜合的創新能力評價體系，按照不同的省份劃分決策單元，以2017～2021年五年間的面板數據作為數據分析基礎，基于三階段DEA實證結果對我國高端裝備制造行業現階段的創新效率做出簡單評價。研究結果表明，無論是純技術效率、規模效率還是綜合效率，中西部以及東北地區都顯著落后于東部沿海各省市，規模效率的差異尤為顯著，說明掣肘我國高端裝備制造業創新發展的瓶頸主要在于資源配置效率低下，大部分區域仍需進一步加大創新資源投入，以實現長足發展。文章最后針對我國高端裝備制造業的區域發展現狀及瓶頸，提出幾點產業升級建議，旨在為地方政府后續的產業政策改進提供決策依據。

關鍵詞：高端裝備制造業；創新能力；三階段DEA；區域差異

DOI：10.12433/zgkjtz.20241609

“十四五”規劃明確提出，我國經濟高質量發展的重點工作，要著眼于搶占未來產業發展先機，培育先導性和支柱性產業，推動戰略性新興產業融合化、集群化、生態化發展。而高端裝備制造業是重點戰略性新興產業，是發展大國重器的基礎，在一定程度上代表著我國先進制造業的發展方向，因此必須注重裝備制造業的提質增效，培育核心競爭力，以創新驅動產業轉型升級，在各個環節上不斷進行革新。

不少學者已經關注到高端裝備制造業的創新水平測算研究領域。劉蘭劍、張田等從政府創新政策角度出發，提取政府文件關鍵詞，量化分析不同創新政策對行業創新績效的影響。范德成、杜明月在價值鏈理論的基礎上，構建兩階段StoNED模型，測度高端裝備制造業細分行業的技術創新資源配置效率并甄別影響因素。唐孝文、孫悅等同樣從行業差異入手，結合“VHSD-EM”動態評價模型分析了七個代表性細分行業的技術創新效率。王成東、焦慧等實證研究了不同細分行業的自主技術創新效率曲線和技術引進創新效率曲線，為產業創新升級路徑的選擇提供重要的理論基礎。趙子博、傅佳屏對全國各省份裝備制造業的全要素生產率進行測度，并據此進一步聚類分析，對裝備制造業高端化路徑作出針對性探討。

總的來說，目前在對高端裝備制造業創新能力的分類研究中，學者基本按照行業和地區來劃分評價單元，關于不同細分行業的指標體系的完善優化及創新績效驅動因素研究逐漸完善，但針對本產業全國范圍內各省份創新水平的詳細對比分析研究稍顯不足。本文將采用三階段DEA模型，排除環境因素和隨機干擾，分地區評估我國高端裝備制造行業創新效率，最后依據實證結果對該產業的創新能力進行深入分析，給出創新能力提高和高端裝備制造業升級發展建議。

一、評價方法介紹

數據包絡分析（Data Envelopment Analysis，DEA）方法的原理是利用線性規劃方法，對具有相似性的決策單元進行相對有效性評價，主要用于分析多個投入和多個產出的問題。傳統的DEA模型并沒有考慮環境和隨機干擾對決策單元的綜合效率評價的影響，不能準確評價高端裝備制造行業創新效率，因此，本文采用三階段的DEA模型，剝離外部干擾因素后再對創新效率進行測度，以求更加真實地反映行業水平。

第一階段采用傳統的DEA模型，測算高端裝備制造產業的研發創新效率。本文假定規模報酬可變，而高端裝備制造業作為生產主體，一般會選擇在既定的產出目標下，靈活調整投入量，即假定產出一定，力求投入最小，選用的是投入導向的BCC模型。

第二階段需要排除環境與隨機干擾對效率估測的擾亂，將研究對象置于一致的環境中，在SFA回歸中，將第一階段的松弛變量分解成環境因素、管理無效率和隨機干擾因素三種效應。構造回歸函數如下所示：

其中，Cmi是第i個決策單元的第m項投入的松弛量；ai是研究過程中想要剔除的環境量，Bm是前面環境量的影響系數；Vmi表示隨機干擾因素對投入松弛值的影響；Kmi是管理因素對投入松弛值的影響。而后需要通過調整公式對投入值進行調整，剔除回歸函數中計算得出的外部干擾項，把所有決策單元的外部條件統一化。

最后，第三階段只需將調整后的投入變量再次代入傳統模型中，重復第一階段的操作，計算出新的效率，得到的這一效率值就是排除了其他影響的準確效率值。

二、我國高端裝備制造業原始創新能力評價與分析

（一）指標選取及數據來源

投入指標參考吳敬茹的文章，基于創新驅動視角審視各影響因素，最終確定將研發人員全時當量和研發經費內部支出這兩個對企業創新能力影響較大的要素納入指標體系，涵蓋人力投入和財力投入兩個主要方面。借鑒馮纓、滕家佳的做法，綜合考慮數據可得性和地區可比較性，以體現研發創新經濟效益的新產品銷售收入和體現科技產出能力的專利申請數作為產出指標。環境變量選用能代表當地經濟發展水平的人均GDP，反映各省市政府對高技術產業支持力度的政府Ramp;D經費投入，以及一定程度上體現當地市場規模的常住人口數量。

本文的產業投入產出及環境指標具體數據來源于《中國高技術產業統計年鑒》《中國科技統計年鑒》《全國科技經費投入統計公報》以及《中國統計年鑒》。選用全國各省市高端裝備制造業2017～2021年的創新研發面板數據進行實證分析，在全國34個省市中，港澳臺及西藏自治區的部分Ramp;D數據缺失，因此，文中只保留30個省市作為決策單元。

（二）第一階段：傳統DEA模型分析

在第一階段里，用DEAP2.1軟件計算出30個省市的三種效率，同時對規模收益的狀態進行分析。結果顯示，在調查期內，我國各省市高端裝備制造業的技術效率平均為0.655，純技術效率均值為0.686，規模效率均值為0.961。前述三個數值表明，我國高端裝備制造業總體規模效率是大于純技術效率的，即資源配置效率優于研發創新技術的發展水平。在未排除外部干擾的情況下，只有河南和廣東兩個省份位于技術效率前沿面上，實現了資源配置和生產管理的有效性。

（三）第二階段：隨機前沿分析

這一階段先是將上階段得到的投入變量的松弛變量作為回歸函數的被闡釋變量，三個環境量作為解釋變量，進行SFA回歸分析。采用計算軟件Frontier4.1，結果見表1。另外，兩個廣義單邊似然比檢驗結果分別為79.11和47.19，而在95%置信度情況下的臨界值是5.14，顯然不能接受沒有無效率項的原假設，這驗證了采用SFA模型分離外部干擾的必要性。

回歸系數大于零表示該解釋變量的上升將會使松弛值也越來越大，導致資源配置不合理的加劇；回歸系數小于零時反之。從本階段的回歸結果可以得到信息，政府研發經費投入的增加可以促進產業創新研發效率的提高，近幾年我國多地政府已經意識到高技術產業對地區經濟的拉動作用，以積極的政策引導和財政支持幫助行業解決內部資源配置等問題，將政府補貼最大限度轉換為研發產出。各地GDP的回歸情況說明研究期內地區經濟發展水平高對研發人員和資金的冗余程度影響不大，高端裝備制造產業與所在地經濟發展水平的耦合程度不高。各地區常住人口數的回歸系數說明市場規模越大，對行業產出的經濟效益提升有一定的正向作用，能夠消化更多的新產品，從而激勵企業不斷研發創新，形成商業生態良性循環。

（四）第三階段：調整后分析結果

調整后的技術效率平均為0.403，純技術效率平均為0.882，規模效率平均為0.474，與第一階段結論相反，純技術效率占據優勢地位。相較于第一階段計算的效率值，新增北京綜合效率為1，河南、廣東兩省份仍處于前沿面上，調整前技術效率達到生產前沿面的新疆綜合效率則顯著降低。需要重點關注的是甘肅、青海、寧夏、新疆四個省份，由于規模效率顯著低下，綜合效率已經低于0.1，說明資源配置情況極度制約該地區高端裝備制造業發展，規模收益遞增則說明優化方向是加大投入力度，迎合西部地區產業升級資金及科技人員需求量。

三、結語

（一）結論

剔除其他干擾后，平均純技術效率由0.686提高為0.882，各省市也是普遍提高，說明外部因素的干擾會使人們低估行業科研技術發展水平，錯誤判斷加快裝備制造業創新水平提升速度的工作重點。平均規模效率從調整前的0.961降低到0.474，甘肅、青海、寧夏等中西部欠發達地區規模效率的降低尤為嚴重，說明一些環境條件差的省份規模效率虛高，而浙江、山東、福建等經濟體量大且近幾年發展勢頭好的省份，調整外部因素后規模效率則明顯上升。

按東、西、中、東北四個地區大致劃分我國各省份，不難看出，東部沿海發達地區經濟生態環境好，產業轉型升級開始時間較早，形成了較為溫和舒適的產業生存環境，純技術效率和規模效率往往更接近生產前沿面，可以適當放緩創新相關的人力、物力投入速度，轉而提高資源配置效率。而甘肅、青海等中西部省市科技發展水平受限，重點發展的工業類型也大多是原料開采等產業鏈上低附加值環節，純技術效率不高，規模效率更是顯著低于東部地區，需要國家加大科技創新相關資源的幫扶力度，幫助其解決管理過程中的問題。東北地區有多年工業發展基礎，但受限于老舊的產業結構，近幾年發展勁頭不足，高端裝備制造產業的規模效率仍有很大的進步空間，與中西部省份相似。

（二）建議

1.重視人才的價值，普遍教育與重點培養相結合

長期以來，我國高端裝備制造業基礎研究經費在總研發經費中占比極小，產品的核心尖端技術以及關鍵零部件仍大量依賴外部引進，嚴重阻礙了我國本產業的自主發展。這需要我國政府繼續在信貸政策、財稅政策、科研政策等諸多方面給予重點扶持，同時連同國內高校及研究院，完善高端裝備制造相關課程體系，普遍教育與重點培養相結合。行業發展必定需要大量優秀的專業人才，用以提供原始創新驅動力，由此增強整個行業的核心技術研發能力，但普遍教育有時候會出現力度不足等問題，因此應當依照冪定律制定特殊人才培養計劃，有針對性地培養行業頂尖人才。

2.利用數字技術進行價值驅動，實現產品導向轉型

我國的社會經濟形態正在經歷從工業經濟到服務經濟的轉變，但高端裝備制造業技術創新的市場導向性仍然處于一個較低水平，探索出一種適合我國經濟現狀的服務型制造業的發展模式尤為重要。隨著當前通信、傳感以及物聯技術的不斷發展，制造設備的實時狀態監測以及數據采集逐漸變得容易，高端裝備制造企業若能將數字技術高效融入生產系統中，便能實現產品生產線和服務平臺的有效連接，產品的數字化服務水平將會得到極大提升，購買者的個性化需求也能夠得到最大限度的實現。從整個供應鏈的角度來看，數字技術能有效跨區域集合資源，推動上下游企業間的信息流通和技術聯動，最終達到提高創新效率、優化產業生態環境的目的，符合地方經濟長足發展的要求。政府也應適當運用宏觀調控手段，對數字技術資源適度再分配，通過政策傾斜或財政補貼的形式縮小區域間數字經濟發展差距，著力建設數字經濟發展平臺，推動數字技術與高端裝備制造產業深度融合。

3.利用原有地域優勢，促進產業集群機制完善

大范圍的產業分工雖然能夠整合不同區域的優質資源，但在當前的國際形勢下逐漸暴露短板：產業鏈的不穩定性凸顯，缺乏抵抗突發風險的韌性。而在一定區域內形成垂直整合的產業鏈集群可以有效協調資源整合效率與產業鏈穩定性之間的關系，下游企業的供給也會更加精準有效。我國高端設備制造產業作為戰略性新興產業，已在原有制造業基礎上形成了集群態勢。但很多地區仍然存在著集而不群的傳統問題，地方政府應當統籌考慮，利用積極的政策引導改變現狀，優化產業園區，促進不同環節的企業互聯生產，形成更加完善的產業集群，實現規模經濟性。此外，供應鏈企業還可以跨區域聯動，利用中西部地區低價的原材料和勞動力，結合東部沿海各省的區位優勢，整合多方力量完成產品的生產銷售，形成集約型跨區域產業鏈。

參考文獻：

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作者簡介：李永琪（2000），女，山東濟南人，碩士，主要研究方向為產業經濟學。