基于系統動力學的中國醫藥制造業可持續發展潛力研究

葛志遠，劉奕汝

(北京工業大學經濟管理學院，北京　100124)

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基于系統動力學的中國醫藥制造業可持續發展潛力研究

葛志遠，劉奕汝

(北京工業大學經濟管理學院，北京100124)

摘要：本文探討了當今中國醫藥制造業的可持續發展潛力及其影響因素的作用。首先對中國醫藥制造業的發展現狀和存在的問題進行了分析，然后結合前人的研究成果確定了中國醫藥制造業可持續發展潛力的衡量和主要因素體系，對其建立了系統動力學模型。基于動力學模型的模擬分析結果表明，科技成果轉化率、生物醫藥規模、老齡化趨勢和資金進入壁壘對中國醫藥制造業可持續發展潛力影響很大。研究結果說明，政府和企業應該基于上述方面來使醫藥制造業的發展和市場需求相協調，其研發活動能更有效率和效果，促進產業的可持續發展。

關鍵詞：系統動力學；醫藥制造業；可持續發展潛力；科技成果轉化率

1引言

醫藥制造業是中國重點發展的高新技術產業，也是中國制造業中具有較強發展潛力的產業。然而，中國醫藥制造業也存在一些問題。與發達國家相比，中國醫藥制造業的發展是依賴投入人財物的粗放型方式，產品相對簡單，缺乏相應的科技支撐，自主創新能力弱，專利藥研制水平低。此外，還存在制藥企業規模較小，長期積累的結構性不合理等問題[1]。

中國醫藥制造業迫切需要以高科技進步拉動發展、調整結構以適應人們日益增長的醫療保健需求和滿足國家經濟戰略發展的需要，實現健康有序的可持續發展。

2文獻綜述

目前關于醫藥制造業的文獻不多且大多從創新研發和產業集群角度研究。鄒鮮紅從創新投入和產出角度建立指標，用DEA模型對中國R&D投入前20的省份的創新效率進行了評價[2]。褚淑貞通過計算基尼系數、集中率及赫希曼·哈菲德爾指數等指標，對中國醫藥制造業產業集聚水平進行了實證分析[3]，另外，有一些學者對制造業發展潛力做了一些研究。Jennifer L.Schneider分析了11個醫藥企業的各部門為了實現可持續發展而開展的活動，證明了可持續發展正在成為醫藥企業的社會責任并且可以增加他們的競爭力[4]。

中國醫藥制造業的可持續發展問題具有開放性、復雜性、交互反饋性等信息特點，系統動力學探究模型中的要素在一定范圍內的改變對模型其他要素的影響，預測研究對象在未來一段時間內的行為，可以用來做結構和政策分析[5]，有利于對上述問題進行研究。

3中國醫藥制造業可持續發展潛力的系統動力學建模

3.1　中國醫藥制造業可持續發展潛力的內涵和衡量

醫藥制造業作為高技術產業，其可持續發展可以定義為：在供需平衡和技術進步推動下，滿足當代人和后代自身的需求，增加自身經濟效益以支撐社會的進步和地區經濟的發展[4]。也有學者提出醫藥制造業可持續發展的內涵是在社會、人口、技術和經濟相互協調共同發展的前提下，實現產業發展并保持持續性[6]。在此基礎上，其可持續發展潛力可以理解為將可持續發展變為現實的可能性和能力。

由上述論斷可以看出，醫藥制造業可持續發展潛力的衡量更側重于產業的經濟效益方面，穩定的經濟收益是持續發展的保證。再結合醫藥制造業自身耗能低、低污染的特點以及中國的統計年鑒中模型數據的可得性，借鑒其他學者的研究，本文將產業自身創收能力作為系統動力學模型中衡量中國醫藥制造業可持續發展潛力的宏觀指標，創收能力由產業利潤占當年總產值的比重計算得出，總利潤的增加有利于產業實現可持續發展[7]。

3.2　中國醫藥制造業可持續發展潛力系統流圖建立

首先，本文運用平衡計分卡分析了系統模型的主要因素體系。平衡計分卡是哈佛大學教授Robert Kaplan與諾朗頓研究院的執行長David Norton提出的一種績效評價體系，分為財務、客戶、內部過程、學習與成長四個部分，主要應用于企業績效管理。由于整個產業是所有企業的宏觀聚集，各個企業的微觀活動構成整個產業的活動總體，所以本文將平衡積分卡拓展應用到產業發展全局，將客戶擴展為市場與影響市場的政策，旨在借助其清晰合理的框架分析模型的因素體系。在參考相關文獻、醫藥行業“十一五”發展指導意見的要求、醫藥制造業可持續發展潛力的內涵和衡量以及統計年鑒中數據的可得性和指標的可量化性之后，得出因素體系如圖1所示。

圖1　中國醫藥制造業可持續發展潛力模型主要因素體系

然后，根據主要因素體系并兼顧指標的實質性、可量性以及數據的可得性，結合具體實際，從2005年至2013年《中國統計年鑒》和《中國高技術產業統計年鑒》中查找了100個與中國醫藥制造業相關的數據，對它們做相關分析，計算公式為：

(1)

最后，中國醫藥制造業可持續發展潛力系統是一個復雜、開放和有反饋的系統，只憑文字和數學計算很難直觀形象的反映它的行為和機理，故需要用vensim軟件為其建立系統流圖(見圖2)。

本文以產業總利潤占工業總產值的比重來表征醫藥制造業可持續發展潛力。總利潤分為生物醫藥產業總利潤和其他醫藥產業總利潤兩個部分。增加醫藥產業固定資產投資和從業人員可以提升整個醫藥產業生產規模，其中投入生物醫藥產業的部分提升了生物醫藥產業規模，推動中國醫藥制造業優化升級[6]。銷售收入衡量產業取得資金收入的程度，銷售收入的提高是實現利潤的直接方式，銷售收入的實現依賴市場需求和新產品銷售業績的增加。市場需求受到醫院診療人數、醫保覆蓋率、社會老齡化水平和居民消費水平的影響，任何一個的提高都會增加醫藥產品的市場需求。新產品主要是指醫藥制造業的含有較高科技成分的專利實現產業化后的專利藥品。其銷售業績的實現一方面依靠醫藥專利的申請，另一方面依靠專利成果被轉化和產業化，從而實現銷售，這兩個方面離不開政府和企業對醫藥制造業科研活動的支持，而且用于這兩個方面的投入要合理協調，既保證充足的專利申請量，又保證科技成果轉化率盡可能保持較高水平，保證專利藥品產業化實現最大化。此外，已有學者用實證分析法證實資本密集度可以反映資金進入壁壘，在一定程度上表征新企業進入產業市場的難易程度。醫藥制造業是高技術產業，規模經濟性強，較高的企業進入難度可以防止過度競爭造成大的資源浪費，有利于科研力量的集中。鑒于數據的可獲得性和計算的準確性，本文用資本密集度來表征資金進入壁壘，計算方法為固定資產與總資產的比值[8]。

圖2　中國醫藥制造業可持續發展潛力系統流圖

將各因素指標適當轉換為流圖中相對應的符號，并遵循指標之間的關聯關系連接它們就可得出流圖。本文設定醫藥制造業從業人員、地區總人口、需求總量和醫藥制造業銷售收入作為存量，存量由流量隨著時間積累而成，故流量可定為從業增長人數、凈增人口、需求增長和收入增加。輔助變量和常量就根據醫藥制造業實際以及指標與存量和流量的相關性加以確定，再通過系統動力學原理確定各因素之間的關系式就可以建立系統流圖。

圖2中涉及的各指標之間的有代表性的系統動力學關系式，如下所示，其中所有公式均由SPSS軟件擬合，原始數據來源于2005—2013年的《中國統計年鑒》和《中國高技術產業統計年鑒》。

(1)醫藥制造業銷售收入= INTEG(收入增加，40198000)。

(2)生物醫藥工業產值= 1.77×生物醫藥固定資產投資+1139660×生物醫藥從業人數-7019220。

(3)醫院總數=衛生事業固定資產投資×2.614/10000+17249.8。

(4)醫藥工業總產值=其他醫藥工業產值+生物醫藥工業產值。

(5)醫藥制造業稅收=醫藥制造業銷售收入×稅率(Time)。

(6)財政收入=醫藥制造業稅收/稅收占財政收入比例(Time)。

(7)高校和科研機構專利數對數=(0.692×LN(“醫藥高校和科研機構R&D經費”)+1.258×LN(“醫藥高校和科研機構R&D人員”)+1.652×LN(進入壁壘(Time)))/2+3.307[9]。

(8)企業專利數對數=(0.691×LN(“醫藥企業R&D經費”)+1.258×LN(“企業R&D人員”)+1.652×LN(進入壁壘(Time)))/2+3.983[9]。

(9)專利申請總量=EXP(企業專利數對數)+EXP(高校和科研機構專利數對數)。

(10)新產品=專利申請總量×科技成果轉化率×知識產權保護力度。

(11)新產品銷售收入=新產品×90317.4×EXP(-0.194×(Time-2004))。

(12)生物醫藥利潤=生物期望利潤ד生物R&D支持力度”。

(13)需求增長=期望需求增長×EXP((1.06×LN(醫保影響)+1.555×LN(居民消費水平影響)+6.948×LN(老齡化影響)+1.372×LN(診療人數影響))/4+0.1095)[10]。

(14)收入增加=期望收入增加×EXP((0.964×LN(總需求影響)+0.789×LN(新產品銷售影響)+0.6)/2)[10]。

(15)科技成果轉化率=期望轉化率×新產品研發經費影響[10]。

(16)醫藥制造業可持續發展=醫藥制造業總利潤/醫藥工業總產值。

3.3　模型的檢驗

在建模之前選擇了時間最新、相關度最高的國內外文獻進行研讀，并結合相關性分析對模型的主要變量進行了精心挑選，剔除了相關度低和影響小的不合理變量，選取了相關度高的內外生變量，并用SPSS軟件擬合了其數量關系，因此，可以認為所構建模型的基本結構與所要研究的中國醫藥制造業可持續發展潛力方面基本吻合，模型是合理有效的。

然后對模型做心智測試。心智測試是為了檢驗模型按照當前的運行能否得出與系統實際行為趨勢相近的結果，有兩種情況：絕對數據的吻合和趨勢的吻合。系統動力學認為模擬趨勢的吻合往往更為重要，因為系統動力學模型是利用系統的微觀結構建立的模型，結構決定行為特征，行為是模型模擬的我們要研究的結果，而行為特征正是通過趨勢表征的，因此應以模擬趨勢的檢驗為主，考察其有效性[11-12]。

圖3為醫藥制造業銷售收入和專利申請量的模型模擬結果和來自統計年鑒的現實數據的比較結果。可以看出模擬結果與現實數據在整體發展趨勢上存在很強的一致性和同步性，其中銷售收入實際數據圖線和模擬數據圖線幾乎重合，無論在趨勢上還是絕對數據上都有很強的吻合度，專利申請量實際數據圖線和模擬數據圖線發展趨勢一致，關鍵時間節點轉折趨勢吻合。因此可以說，建立的中國醫藥制造業可持續發展潛力的系統動力學模型能夠表達和辨別中國醫藥制造業發展在不同時期的狀態和變化，在一定程度上能較好地反映實際系統的結構和行為特質，和實際系統具有較好的擬合性，運用模型進行的仿真模擬和政策分析具有較高的可靠性和準確性。

圖3　中國醫藥制造業銷售收入和專利申請量擬合圖

4系統政策仿真

本模型以年為單位，仿真時間從2005年到2013年，時間步長為1年，用 vensim軟件進行仿真分析。各模擬方案均是針對可調控因素做的設計，第一個方案都是由現實情況簡化得出的，作為參照方案。

4.1　模型的基本假設

(1)知識和科技創新的實質表現就是專利，假設專利的經濟績效最后都通過新產品產值反映出來[9，13]。

(2)以系統邊界為界限，系統只受邊界內的因素影響，不考慮系統邊界以外的因素對它的作用，假設系統長期穩定。

4.2　內部過程對中國醫藥制造業可持續發展潛力的影響

(1)科研方面，對醫藥制造業R&D活動分別設計模擬方案(見表1)。

表1　科研方案

由仿真結果可以看出，醫藥制造業可持續發展潛力最大的是科研比例3，然后是科研比例1，科研比例6，科研比例5，科研比例4，最小的是科研比例2。這說明新產品研發所投入的經費和用于專利發明的經費的最理想比例為3:1，大于和小于這個理想比例都會抑制醫藥制造業的可持續發展。在小于理想比例時，轉化率很低，會有很大一部分專利申請停留在發明的初期而無法進行下一步的開發和臨床試驗，無法真正投向市場并創造利益，隨著比例的增大，轉化率也隨之提高，醫藥制造業的可持續發展潛力隨著新產品越來越多的獲利而提高。當比例達到3:1時專利申請量和新產品轉化量達到供需平衡，可以最大限度地實現產業化，此時的可持續發展潛力達到最大。比例進一步增大，大于理想比例時，發明專利的力量薄弱，專利申請量總數太小，用于研究和轉化成藥品的專利數量不足，科技成果轉化率的提高也無法為產業的持續發展提供有力支撐。因此，R&D活動要講求科學比例，達到創產平衡，科技成果轉化率是醫藥制造業實現可持續發展、取得更高經濟效益的重要一環。

(2)對生物醫藥的模擬方案如下(見表2)。

表2　生物醫藥規模

由仿真結果可以看出，從長遠來看，醫藥制造業在生物醫藥規模2條件下的可持續發展潛力最大，然后是生物醫藥規模3，生物醫藥規模4和生物醫藥規模1。這說明提高生物醫藥資金和從業人員的投入力度可以保證產業的持續發展潛力維持在一個較高水平，而且生物醫藥資金投入比人員投入的作用更顯著。先從短期來看，增加生物醫藥的整體投入對醫藥制造業的可持續發展的推動作用還不是很大，增加生物醫藥人員投入在前7年還一度降低了可持續發展潛力，這是因為在鼓勵發展生物醫藥產業的政策尚未實施太久，用于產業建設的資金積累緩慢尚未形成一定規模時，過多的增加從業人員會帶來人員配置不合理和勞動成本增加等問題，對產業的創收能力起到一定的負作用。這種負作用會隨著日后長時間的政府支持和引導，資金的一步步到位和生產條件的逐步完善而漸漸消除，這時，再增加生物醫藥的人員和資金的投入，或者只增加兩者之一都可以顯著地擴大生物醫藥生產規模，提高生物醫藥產品的現代技術含量，為整個醫藥產業取得高利潤并且提高產業的可持續發展潛力。

4.3　市場與政策對中國醫藥制造業可持續發展潛力的影響

(1)市場因素的作用。由于醫保覆蓋率是通過增加市場需求來對醫藥制造業起到影響作用的，所以把醫保覆蓋率歸為市場因素來研究，具體市場因素方案(見表3)。

表3　市場因素

仿真結果表明，市場需求的幾個因素中，中國醫藥制造業可持續發展潛力對于社會老齡化最為敏感，其次是居民消費水平和醫保覆蓋率，老年人比例、居民消費水平與醫保覆蓋率都與中國醫藥制造業的可持續發展潛力有著正相關關系。老年人比例增加1倍，醫藥制造業可持續發展潛力平均可提高1.1倍。未來中國社會人口結構的老齡化趨勢必然會給醫藥制造業帶來更大的發展潛力和空間。

(2)政策因素的作用。在以往各年資本密集度范圍內，設計以下方案。①資本密集度為33%;②資本密集度為40%;③資本密集度為47%。

資本密集度反映資金進入壁壘，新企業要想進入市場必須具備強大的資金量，由仿真結果可以看出，資本密集度與中國醫藥制造業可持續發展潛力呈正相關關系，效果明顯。這是因為提高資金進入壁壘可以限制實力不合格的企業亂入醫藥市場，節約成本，合理高效的配置資源，防止過度競爭帶來的浪費和擾亂市場秩序，提高創新能力和盈利水平。

5啟示和建議

隨著社會老齡化程度加深，文明程度和用于醫療保健的消費水平提高，中國醫藥制造業面臨的挑戰與機會并存，成功轉型、實現可持續發展尤為重要。

(1)醫藥制造業是高技術產業，科技是其生命之源。當前中國醫藥制造業存在用于開發專利和用于新產品轉化的R&D投入比不協調帶來的科技成果轉化率低的問題，因此要協調專利發明和產業化投入的分配，適當縮減專利發明的科研投入，增加新產品研發轉化部分的投入，提高投產能力，進行理性研發和創新。

(2)現代生物技術的產生和發展給醫藥制造業帶來了新氣象，其產品在治療中起著舉足輕重的作用。中國應順應形勢和需要，鼓勵企業進軍生物醫藥領域。

(3)政府和企業應重點關注老年市場和醫保市場，在老年人疾病譜變化復雜以及醫保覆蓋面不斷擴大的背景下，加強對醫藥企業的監督和管理，加大高性能藥品的研發生產。

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(責任編輯譚果林)

Research on the Sustainable Development Potential of Pharmaceutical Manufacturing in China Based on System Dynamics

Ge Zhiyuan，Liu Yiru

(School of Economics and Management，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China

Abstract：This paper explored the sustainable development potential and factors influenced of pharmaceutical manufacturing industry in China.Firstly，the current situation and the existing problems of the pharmaceutical manufacturing industry in China were analyzed.Secondly，influence factors of industrial development potential were analyzed based on literature reviews and correlation analysis.Then based on system dynamics,the sustainable development potential model of pharmaceutical manufacturing industry was built.The simulation results show that the conversion of scientific and technological achievements，the scale of bio-pharmaceutical，aging and the barriers to entry of fund impact strongly on the sustainable development potential in China.According to the results，adjustment or measures would promote the development of pharmaceutical manufacturing industry if coordinated with the market demand;and the R&D can be more efficient and effective.

Key words:System dynamics；Pharmaceutical manufacturing industry；Sustainable development potential；Conversion rate of scientific research

中圖分類號:F427；G301

文獻標識碼:A

作者簡介：葛志遠(1974-)，男，湖南人，北京工業大學經濟管理學院副教授，博士；研究方向：管理仿真。

收稿日期：2015-06-12