基于熵權的制造業新型化程度國際比較與預測

周彩紅,樊麗君

(南京信息工程大學制造業發展研究院,江蘇 南京 210044)

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基于熵權的制造業新型化程度國際比較與預測

周彩紅,樊麗君

(南京信息工程大學制造業發展研究院,江蘇 南京 210044)

本文從經濟、科技、能源三維角度，對2000—2012年中、美、日、德、韓、英六國制造業新型化程度進行綜合評價，并在此基礎上運用GM(1,1)模型預測并比較分析了到2020年六國的制造業新型化發展趨勢。研究結果表明：中國制造業新型化程度將進一步提升，逐漸縮小與美國的差距，或在2016年超越美國，但經濟、科技、能源三方面發展水平差異較大。其中，經濟創造是制造業發展的優勢所在，未來仍將保持高速上升態勢；科技創新能力也有較大幅度提升，預計到2020年與美國水平相當；能源集約是制造業新型化發展的短板，位于六國底端，與其他五國差距甚大。

制造業;新型化；國際比較；GM(1，1)

1 引言

2001—2013年，中國制造業增加值年均增長18.89%，而同期美國增長速度僅為2.69%。不僅如此，同期中國制造業總產值年均增速高達23.61%，于2010年超越美國，進而打破了美國1895年以來制造業第一的壟斷，成為名副其實的制造業大國。然而，中國制造業最大的問題是大而不強[1]。當前中國經濟已進入新常態，制造業持續高速發展面臨著諸多挑戰。比如：在全球制造網絡中，中國制造業長期滯留在附加值較低的加工組裝環節[2]，關鍵核心技術自給率低，專利和標準受制于人，多數行業研發仍處于跟隨模仿狀態；經濟增長方式上，高能耗、高污染、高排放的粗放方式亟待轉變。特別是2008年國際金融危機以來，歐美發達國家“再工業化”戰略的推進，一方面吸引部分高端制造業出現“回流”的逆轉移趨勢，另一方面 “工業機器人、人工智能以及數字化制造”的升級目標將使發達國家在技術、產業方面繼續引領制造業高端，進一步拉大與中國的距離。與此同時，當前國內貨架上隨處可見的印度、越南、印尼等國商品，也表明這些國家正以更低的勞動力成本承接勞動密集型產業的轉移，搶占制造業的中低端。中國制造業面臨著日益嚴峻的“中低端分流”和“高端回流”雙重擠壓[3]。面對此態勢，一些市場參與者和觀察家對中國制造的抗沖擊能力和應變能力逐漸降低信心，個別學者甚至提出 “全球工業4.0后中國制造業將全線崩潰”[4]。中國與其他制造業強國相比到底有哪些優勢和劣勢？五年后的情況大致如何？本文借鑒李廉水等建立的制造業新型化指標體系，從經濟、科技、能源環境角度在國際比較中窺見一二。

制造業新型化指標體系最早由李廉水和杜占元于2004年提出[5]，其內涵主要體現在以人為本、科技創新、環境友好和面向未來四個方面，并構建了一套涵蓋經濟創造能力、科技創新能力和環境資源保護能力的三維一體指標體系，提出中國制造業的可持續發展必須依靠科技創新、降低能源消耗、減少環境污染、增加就業、提高經濟效益。李廉水、周勇[6]運用主成分分析法對省域制造業新型化程度進行了評價分析。崔維軍[7]從相同的角度運用熵權綜合評價法對江蘇省制造業的發展現狀進行了分析評價。徐曉春[8]基于環境保護的視角分析了江蘇省制造業新型化程度。張艷輝[9]構建了資源節約型制造業評價體系，并對上海制造業新型化程度進行了定量分析。李廉水、楊浩昌等[10]基于FAHP-熵權組合賦權的灰色關聯投影法評價分析了東、中、西部制造業的綜合發展能力。曹鵬[11]則從產業角度分析了28個制造業細分行業的新型化程度。

上述研究成果對了解中國制造業新型化程度有著重要的參考價值。本文結合數據的可得性，運用基于FAHP-熵權組合權重的灰色關聯投影模型，對2000—2012年的中、美、日、德、韓、英六國制造業新型化程度進行綜合分析評價，并在此基礎上運用灰色預測GM(1，1)模型預測分析六國到2020年制造業“新型化”的發展趨勢。有利于深入比較分析中國制造業新型化程度。

2 制造業新型化評價指標體系

本文依據制造業新型化內涵[12]，根據系統性、客觀性、可操作性等原則，從經濟創造、科技創新和能源集約三個方面分析制造業新型化程度，構建如下評價指標體系(見表1)。

(1)經濟指標。本文從制造業增加值、效率、就業和市場四個方面來衡量經濟創造能力。通過增加值測評制造業的規模以及對國民經濟的貢獻水平，通過效率測評制造業人員的勞動效率，通過就業測評制造業對國家就業的貢獻能力，通過市場占有率反映制造業在國際競爭中的市場地位。

(2)科技指標。本文以R&D支出和R&D投入強度測評一國制造業的科技創新投入，以“三方專利授權數”測評科技創新產出。

表1 制造業新型化評價指標體系

注：①勞動生產率=制造業增加值/制造業從業人數；②國際市場占有率=一國制造業產品出口額/世界制造業產品總出口額；③R&D投入強度=R&D支出/GDP；④“三方專利”是指OECD組織為了方便國際比較，綜合美國、日本、歐洲專利局專利申請授權的指標；⑤能耗強度=能源消耗總量/制造業增加值；⑥效益指標是指越大越好的指標，成本指標指越小越好的指標。

(3)能源集約能力。本文以能源消耗總量反映各國制造業能源消耗情況，以能耗強度來衡量能源利用效率，以煤炭消耗占比、電力消耗占比衡量能耗結構，環境指標受數據可獲取性限制，僅用制造業和建筑業CO2排放量衡量。

3 制造業新型化評價、預測模型

本文運用基于FAHP-熵權組合權重的灰色關聯投影模型，來綜合評價制造業新型化程度。灰色關聯投影法既考慮了比較序列與參考序列之間曲線的相似性和距離程度，同時又兼顧了兩者方向的一致性，能夠全面而準確地反映比較序列與參考序列的接近程度。此外，考慮到灰色關聯投影法運用單一賦權法進行計算，結果有可能存在偏差，本文引入FAHP-熵權組合權重，綜合考慮主觀偏好與客觀信息。其中，主觀權重是依據專家調查法在確定各因素相對重要程度的基礎上，適當突出了科技創新與能源節約的比重，建立模糊互補判斷矩陣并計算得出，具體方法可參考蘭繼斌等人[13]的研究。客觀權重則使用熵權法依據各評價指標所提供的信息量進行賦權，具體方法可參考李廉水等人[10]的研究。最終權重根據主觀權重與客觀權重各占50%計算得出。

本文用于預測制造業新型化程度的是灰色預測GM(1，1)模型。灰色預測系統是著名學者鄧聚龍1982年創立的，以部分信息已知、部分信息未知的小樣本、貧信息不確定性系統為研究對象，主要通過對部分已知信息的生成、開發，提取有價值的信息，實現對系統運行行為、演化規律的正確描述，并進而實現對其未來變化的定量預測[14]。其中應用最廣泛的是GM(1，1)模型，其基本原理也不再展開。需要注意的是，GM(1，1)模型有一定的適用范圍。劉思峰等按照發展系數閥值，采用模擬、實驗分析方法對該模型的適用范圍進行了研究，得出以下結論：當-a≤0.3時，可用于中長期預測；當0.3<-a≤0.5時，可用于短期預測，中長期預測慎用；當0.5<-a≤0.8時，做短期預測應十分謹慎；當0.8<-a≤1時，應采用殘差修正GM(1，1)模型；當-a>1時，不宜采用GM(1，1)模型。

4 評價結果及分析

本文運用上述模型對2000—2012年中、美、日、德、韓、英六國制造業新型化程度進行了綜合評價與預測，還對六國制造業的經濟創造能力、科技創新能力、能源集約水平進行了比較分析。

本研究數據主要來源于世界銀行數據庫、《國際統計年鑒》(2001—2015)、WTO Statistics、OECD結構分析數據庫2015、OECD主要科學技術指標數據庫、OECD出版的《Energy Balances of OECD Countries》(2001—2015)和《Energy Balances of Non-OECD Countries》(2001—2015)。

4.1 制造業新型化程度的國際比較

在分析過程中，首先對2000—2012年六國的數據進行標準化處理，以消除不同量綱對評價結果的影響后，再運用FAHP-熵權組合賦權法確定各指標的權重，結合灰色關聯投影法計算出六國制造業的新型化灰色關聯投影值，也就是制造業新型化程度的綜合評價值(見表2)。

表2 2000—2012年六國制造業新型化程度

為了更清晰地看出六國制造業新型化程度的發展趨勢，運用灰色預測GM(1，1)模型對六國制造業到2020年的新型化程度進行了預測(見圖1)。中、美、日、德、韓、英六國預測方程的發展系數a分別為-0.0422、0.0073、-0.0011、0.0061、-0.0035、0.0070，均滿足-a≤0.3的條件，因此適合中長期預測。平均相對誤差分別為2.10%、1.21%、1.77%、1.37%、0.82%、0.58%，可見，平均誤差均較小，預測結果較好。

圖1 到2020年六國制造業新型化程度預測趨勢

(1)中國制造業新型化程度快速提升。2000年，中國制造業新型化程度在六國中位于底層，但十幾年間得到了迅速發展，分別在2006年、2007年超越了韓國和英國，并在2008年超過了德國和日本，僅落后于美國。如果按照目前的發展趨勢，到2020年中國制造業的新型化程度將得到進一步提升，逐漸縮小與美國的差距，并可能會在2016年超過美國，成為六國之首。

(2)美國制造業新型化程度穩居前列。美國是當之無愧的制造業強國，其制造業新型化綜合能力也一直較為突出。但從2000—2012年的發展趨勢來看，整體呈現小幅度下滑，尤其受2001年與2008年金融危機的影響，美國制造業新型化綜合值在2002—2003年、2009—2011年均有更大幅度的下降。預計到2020年仍有小幅度下滑，但依舊遙遙領先于日本、韓國、德國和英國。

(3)日、韓、德、英四國制造業新型化綜合水平相當。從圖1可以看出，2000—2012年，日、韓、德、英四國制造業新型化程度相當。其中，日本新型化程度穩定，韓國則在逐步提升，但增速十分緩慢，2012年超越英國，可能將在2018年超過德國。德國、英國則出現輕微下滑，預計到2020年分別位居第五位和第六位。

4.2 制造業經濟、科技、能源發展水平的國際比較

本文對2000—2012年六國制造業的經濟創造能力、科技創新能力、能源集約水平分別進行了綜合評價和預測，其中，經濟、科技、能源三個方面二級指標權重分別為：wjj=[0.28，0.21，0.12，0.17，0.22];wkj=[0.44，0.20，0.36];wny=[0.16，0.14，0.33，0.21，0.16]。

六國制造業經濟創造能力的計算及預測結果如圖2所示。其中，中、美、日、德、韓、英六國預測方程的發展系數a分別為-0.0221、0.0401、0.0134、0.0112、-0.006、0.0115，均滿足-a≤0.3的條件，適合中長期預測。平均相對誤差分別為3.30%、3.95%、1.27%、4.92%、2.02%、1.20%，可見，平均誤差均較小，預測結果較好。

圖2 到2020年六國制造業經濟創造能力預測趨勢

(1)中國制造業經濟創造能力迅猛上升。2000—2008年，中國制造業經濟創造能力先后超越日本(2002年)、德國(2006年)、美國(2007年)，為在2010年成為世界第一制造業大國和第二大經濟體奠定了基礎。受全球經濟危機影響，2008—2010年增長放緩，但當前中國制造業的發展潛力依然巨大：僅有美國1/8左右的人均GDP、僅相當于美國14%的平均工資(按2013年現價美元計算)、每年 600萬～700萬應屆大學生的勞動力供給，因此中國制造業經濟創造能力在未來還將繼續攀升，呈現出更加明顯的競爭優勢。但也應注意，雖然2012年中國制造業勞動生產率較2000年增長近五倍，在六國中增幅最快，但與其他制造業強國相比差距依然甚大，大約只有美國的1/5、日本的1/4。因此，提高勞動生產率是繼續提升中國制造業經濟創造能力的重要途徑。

(2)美國制造業經濟創造能力下降幅度較大，韓國穩中緩慢提升。2000年，美國制造業的經濟創造能力位居六國之首，但隨著美國向價值鏈兩端高附加值環節延伸速度的加快，其制造業增加值占世界總和的比例從2002年的30%降為2010年的19.4%，2012年又進一步降為17.4%。盡管2008年全球金融危機以來，基于美元匯率的競爭力、頁巖氣革命帶來的廉價能源、與新興國家在勞動力成本上差距縮小等因素推動了美國制造業的復蘇，但2020年前美國制造業經濟創造能力仍呈下降趨勢。韓國制造業經濟創造能力則在緩慢提升，值得注意的是，2008年金融危機爆發，韓國是六國中唯一經濟創造能力有較大提升的國家，加之制造業增加值占GDP份額僅次于中國，達到31%以上，制造業從業人員也超過16%，位居第二、第三的位置，而且隨著三星等公司的海外強勢擴張，其制造業經濟創造能力將有所上升。

(3)德、日、英制造業經濟創造能力呈下降趨勢。德國制造業經濟創造能力在2000—2007年呈現緩慢提升趨勢，但2008年后呈現較大幅度下降，下降幅度僅次于美國，預計到2020年仍會有小幅度的下滑。制造業是日本經濟發展的基石，其勞動生產率僅次于美國，并仍在提高。但其制造業就業人數、制造業增加值占GDP比重以及市場占有率都出現不同程度的下滑，盡管近年來日本為保持制造業綜合實力采取了一系列措施，但面對中國和韓國制造業的迅速崛起，日本繼2002年被中國超越后，2012年被韓國超過。英國是產業革命的先驅國，但在后來的發展中，英國制造業不斷被眾多國家超越。在2000年，英國的經濟創造能力就低于其他五國，同時還呈現下滑的發展趨勢，預計到2020年仍居于第六位。

六國制造業科技創新能力的計算及預測結果如圖3所示。中、美、日、德、韓、英六國預測方程的發展系數a分別為-0.0559、0.0018、-0.0117、0.0104、-0.0046、0.0109，均滿足-a≤0.3的條件，適合中長期預測，平均相對誤差分別為7.46%、0.27%、2.35%、2.22%、1.32%、1.52%。平均誤差均較小，預測結果較好。

圖3 到2020年六國制造業科技創新能力預測趨勢

(1)中國制造業科技創新能力增速最快。隨著科技投入的增加，中國制造業的科技創新能力從2000年的第六提升到2012年的第二，先后于2003年、2009年超越英國、韓國和德國，并于2012年超越日本，僅次于美國。按照當前的增長速度，預計到2020年中國制造業科技創新能力可與美國相當。這主要得益于：①從研發支出來看，2000年的165.65(億美元)增加到2013年的2258.21(億美元)，增長了近14倍；②投入強度從0.68增加到1.2 (2013年)，提升了近兩倍；三方專利授權數從1628件增加為19932件，增長12倍左右。這些數據足以見證中國制造業科技創新的巨大進步，正在逐步邁向“智造強國”。但也要看到，2012年中國制造業的研發強度在六個國家中僅高于英國，專利授權數還遠低于美國和日本。因此，中國制造業綜合實力的維持與提升離不開研發投入的加大與創新能力的增強。

(2)美國制造業科技創新能力一直遙遙領先于其他五國。在全球制造網絡中，美國制造業企業往往占據著高端環節，是全球價值鏈的鏈主和治理者，其最突出的核心競爭力在于產品承載的科技含量與創新能力。從十三年來六個國家的R&D數據可以看出，美國制造業的研發投入強度平均保持在1.34，研發支出也一直遠高于其他國家，且仍在大幅度增加；從三方專利授權數量來看，除2002年為39916件外，其他每年都在4萬件以上，遠超其他國家。

(3)韓國、日本科技創新能力也有一定程度的提升，德國、英國則有小幅度下滑。從制造業R&D投入強度來看，韓國、日本不相上下，一直領跑于其他幾國。兩國制造業研發支出近十幾年也有一定提高，到2012年分別提升了3.8倍和1.6倍。研發投入的提升必然作用于研發產出，到2012年日本和韓國的三方專利授權數分別增長了近7倍和4倍，增速僅次于中國。預計到2020年，兩國的制造業科技創新能力將進一步持續提升。而德國、英國制造業科技創新能力在2000—2012年呈現小幅度下滑趨勢，預計到2020年將位于六國底端，其中，英國在2003年被中國超越后，科技創新能力一直排在第六位。

六國制造業能源集約能力的計算及預測結果如圖4所示。其中，中、美、日、德、韓、英六國預測方程的發展系數a分別為-0.0258、-0.0103、0.0124、-0.0081、-0.0111、0.0006，均滿足-a≤0.3的條件，因此同樣適合中長期預測。平均相對誤差分別為2.04%、1.14%、1.53%、1.36%、1.85%、0.13%，可見，平均誤差均較小，預測結果較好。

圖4 到2020年六國制造業能源集約水平預測趨勢

(1)中國制造業能源集約能力遠低于其他國家。能源集約能力可以說是中國制造業新型化發展中的短板，中國在成為制造業大國的同時，能源浪費與環境污染問題日益突出。從2000—2012年的實際數據來看，中國制造業的能源集約水平一直最低，且與其他國家存在較大差距，雖然十幾年間呈上升趨勢，但上升速度非常緩慢。預計未來幾年內，中國能源集約能力與美、德、韓、英四國差距依然很大。從表3可以看出，雖然中國制造業能源利用率在逐漸提升，單位增加值能耗呈現逐年下降的趨勢，但仍遠高于其他五國；2000—2012年美國、日本、德國、韓國、英國的CO2排放量均呈現不同程度的下降，但中國卻呈現大幅度上升態勢；從能源消耗結構看，中國制造業煤炭消耗比重最大，基本在50%～60%之間波動，平均達到55.32%，但電力消耗占比除2008年外均在提高，2012年達到29.68%，與美國、日本相當。

表3 2000—2013年六國制造業能耗強度

(千噸石油當量/美元)

年份中國美國日本德國韓國英國20000640220090130210152001060022011013025017200205602201301302501620030560210120100230152004053019010010020013200505101701101001701220060460160110090160122007040016011008014011200803501700900701601120090340160090080170122010030016008008015012201102601600800701401120120250130070080140092013025013009007013009

(2)英國制造業能源集約能力最強。英國的環境污染問題曾經非常嚴重，后經過長期不懈的治理，環境問題得到了有效改善，當今成為全球應對氣候變化、發展低碳經濟的積極倡導者和先行者，其“先污染，后治理”的模式也給后發國家提供了借鑒。從2000—2012年的統計數據看，除了2012年，英國制造業的煤炭消耗占比在六個國家中最小，CO2排放量也最低，能源集約水平最強。

(3)美國和德國制造業能源集約能力不斷提升，韓國較為穩定，日本有所下降。2000—2012年，美國的能耗強度不斷下降，煤炭消耗比重低于10%(2012年為六國最低)，特別是2009年以來，美國更是將清潔能源技術創新作為國家創新戰略的突破口，從而使得美國制造業的能源集約水平呈現較大幅度上升態勢。同期，德國的能源集約能力也有一定程度的提升，韓國較為穩定，日本則出現較大程度的下滑，這主要是因為2000年以來煤炭占日本能耗消費的比重逐漸上升，由22.87%上升至32.07%，而電力消耗占比逐漸下降，由36.34%下降至28.56%。同時，日本制造業的CO2排放量也高于德、韓、英三國。

5 結論

中國制造業新型化程度將進一步提升，逐漸縮小與美國的差距，但經濟、科技、能源三方面發展水平差異較大。其中，經濟創造是中國制造業發展的優勢所在，未來仍將保持高速上升態勢；科技創新能力也有較大幅度提升，預計到2020年與美國水平相當；能源集約是中國制造業新型化發展的短板，位于六國底端，并與其他五國差距甚大。因此，中國制造業要想保持綜合發展優勢，必須充分利用現有產業基礎，積極應對歐美再工業化的制造業“回流”效應和東南亞等國的制造業“分流”效應，發揮科技創新的支撐和引領作用，突破資源約束瓶頸，減輕環境壓力，走兼顧經濟創造、科技創新、資源環境保護的新型制造業道路，實現推動制造業在全球價值網絡中向高附加值環節攀升。

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(責任編輯 沈蓉)

Prediction and International Comparison of“New Pattern” Manufacturing Industry Based on combined weights of FAHP

Zhou Caihong,Fan Lijun

(China Institute of Manufacturing Development,Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China)

This paper used a 3-D evaluation index system of new pattern manufacturing which includes economy creation,technology innovation,energy using and environment protection.Then it used the evaluation model of the grey relation projection method based on combined weights of FAHP and entropy to valuate new pattern manufacturing of China,the U.S.,Japan,Germany,Korea and the U.K.from 2000 to 2012.On this basis,it used the GM(1,1) model to predict and analyze the six of the developing trends of new pattern manufacturing by 2020.The results indicate that the overall level of new pattern of China’s manufacturing would be further improved,and gradually narrow the gap with the United States,maybe surpass the United States in 2016.But there is an obvious difference between the abilities of economy,technology and energy.Economic development is the advantage of China’s manufacturing industry,which will continue to maintain a high-speed upward trend in the future.The science and technology creative ability of China’s manufacturing industry also has a more substantial upgrade,expected to be the comparable level with the United States by 2020.Energy intensive ability is the shortcoming of China’s“new pattern”manufacturing,located in the bottom of the six countries.

Manufacturing;New pattern;International comparison;GM(1,1)

國家自然科學基金項目“環境規制下我國制造業轉型升級研究”(71173116)，教育部哲學社會科學發展報告項目“中國制造業發展研究報告”(13JBG004)。

2016-01-25

周彩紅(1974-)，河南洛陽人，博士，副教授；研究方向：制造業發展、創新管理。

F062.3

A