陜西省重污染企業技術變遷式轉型升級路徑

黃光球，宋明明

（西安建筑科技大學管理學院，陜西西安 710055）

1 研究背景

我國“十三五”規劃和黨的十九大都提出要加大環境保護力度和環境綜合治理力度，大力推進污染物達標排放和總量減排。我國經濟的快速發展在帶來經濟效益的同時也對環境產生了不可挽回的破壞，重污染行業既是國民經濟的重要組成部分，同時又是環境污染問題的重要來源。陜西省作為西北地區工業發展大省，重污染企業數量同樣居多，目前省內國控污染源重點監控企業就高達320家，所以陜西省重污染企業急需向企業效益與環境效益平衡發展的方向轉型。

在現有研究中，不同學者對于重污染企業如何進行綠色可持續發展的轉型有不同的見解。有學者認為造紙業應實行清潔化生產，減少廢氣廢水的排放，走節能減排路徑［1-2］；王喜平等［3］的研究表明火電企業應把重點放在提高減排技術水平和投資力度上；張華等［4］認為鋼鐵企業在生產過程中降低能耗和減少原料來削減生產成本是企業轉型的關鍵因素；王正東等［5］認為采用綠色技術、進行綠色生產、實行綠色管理是石油企業構建環保型企業的有效措施；秦業等［6］認為當代制造業應利用互聯網走企業智能制造、綠色制造之路；王旭等［7］認為綠色技術創新驅動型發展路徑是環境政策規制下企業綠色發展的一種有效途徑；艾良友等［8］認為節能降耗、清潔生產、廢物利用、技術創新、科學管理是企業綠色發展的重點；陳志祥等［9］提出企業管理能力和商業模式的轉型升級是企業實現綠色發展的有效路徑；鄒貴武［10］認為革新技術實現煤炭綠色開采和利用互聯網、實現科學管理是國有大型煤炭企業轉型發展的方向；張曙［11］認為我國制造企業應充分利用信息技術，構建數字化、網絡化、智能化、自動化和綠色化工廠；唐光海［12］認為基于互聯網思維，制造業產業升級路徑主要有3種形式:生產擴大化、生產虛擬化和互聯網定制化。

已有理論研究表明，重污染企業轉型升級的目標是使企業效益和環境效益兩者能夠協調發展，研究提出的轉型路徑主要有4個方面：綠色清潔化生產、加強廢棄物治理、智能制造、信息化科學管理。盡管已有路徑研究為重污染企業轉型升級指明了方向，但大都是以描述性和規范性分析為主，缺乏具體實現路徑的演化論證，且對各條路徑下的企業轉型效果缺乏實證分析，未識別出企業轉型升級的最優路徑及其關鍵影響因素，使得企業轉型升級側重點不突出；再者，已有路徑研究中都涉及到了技術對企業轉型的影響，但大多數學者只對技術的影響進行了理論闡述，并未在技術對整個轉型過程中的演化機理進行具體研究。基于此，本文將以陜西省重污染企業為樣本，借助技術變遷來探求重污染企業的技術變遷式轉型升級路徑以及各路徑的具體運作機理，并對所提出的路徑利用系統動力學模型進行實證分析，進而通過路徑仿真找到最優的轉型路徑及其關鍵影響因素。

2 技術變遷的內涵、特征和模式

2.1 技術變遷的內涵

技術變遷過程分為發明、創新、擴散、反饋4個階段［13］。發明階段就是一個技術創新想法形成的階段；創新階段就是企業改變現有的技術，將新的技術引入到企業之中，或者通過與企業自身技術結合創新出一種新的技術；擴散階段是新技術在企業內部開始擴散應用，將新技術及新技術轉化成果輸出進行商業化的過程；反饋階段是企業根據技術擴散的效果來衡量該技術變遷是否達到企業預期的效果，根據效果信息的反饋來決定下一步的技術選擇。所以技術變遷是一個動態的、反饋循環的過程。

2.2 技術變遷特征及模式

技術變遷受外生因素和內生因素的影響，會產生內生性技術變遷和外生性技術變遷,積極影響因素會使技術向變遷效果較好的方向發展，而消極影響因素會產生相反的效果［13］；技術變遷發展路徑在系統反饋機制下會形成路徑依賴和技術鎖定［14-15］；一個新的技術出現會打破原有技術變遷路徑的均衡，進而促成新的技術變遷路徑形成并再一次達到均衡狀態［16］。這就是技術變遷的四大顯著特征。鑒于技術變遷的以上特點，目前技術變遷過程形成了主要的4種模式［17］：（1）技術推動型技術變遷模式，主要驅動因素是新技術的出現，技術變遷是由技術而引發的一系列創新活動發生的過程；（2）市場需求拉動型技術變遷模式，主要驅動因素是市場需求，市場需求的改變就會促使企業尋找新的、可行的技術的引入、創新和研發，進而將創新成果進行市場擴散的過程；（3）新技術出現和和市場需求共同作用下的技術變遷模式，驅動因素就不只一種，它是技術和市場共同影響的結果，并且技術變遷的結果還會對技術的研究和發展方向產生反饋作用，進而進行又一次新的技術變遷，是一個不斷反饋循環的過程；（4）一體化的技術變遷模式，驅動因素同樣是技術與市場的共同作用，也是一個循環反饋的過程，但與其他3種模式不同之處在于，該技術變遷模式下技術作用轉化階段中的生產制造、技術創新、市場營銷等多種活動是并行發生的。

3 陜西省重污染企業技術變遷的內涵和運作模式

3.1 企業概況與轉型升級方向

通過《陜西省統計年鑒》和實地調研的資料整理可知，陜西省重污染企業目前內外壓力夾逼，環境約束與政策約束壓力不斷加大，企業內部又存在產能過剩、產品同質化嚴重、效益低下、生產技術和生產工藝傳統、設備老舊、組織結構傳統、管理效率低等問題，須針對目前所處的現狀明確自身的轉型方向（見圖1）。

圖1 陜西省重污染企業的轉型升級方向

3.2 企業技術變遷內涵

技術變遷也可以理解為要素輸入階段、作用轉化階段、成果輸出階段，即技術變遷過程其實也是一種投入產出的過程，這與技術變遷的發明、創新、擴散、反饋4個階段的作用機理不謀而合。陜西省重污染企業的技術變遷內涵可以從要素輸入、作用轉化和成果輸出三階段的角度進行闡述。在要素輸入階段，企業有兩種技術變遷途徑，一是根據企業的外部環境和內部環境對市場現有先進技術進行選擇并引入到企業轉型中（如引入信息技術），二是企業內部進行研發創新產生新的技術再引入到企業轉型中（如生產技術和環保技術）。在作用轉化階段，企業將新技術投入到生產中，進而帶動生產流程、廢棄物處理流程、產品、人員、組織結構等整個內部生產活動的變革；在成果輸出及效果反饋階段，企業對新技術和新技術應用所產生的新產品、新工藝進行市場擴散，依據技術變遷效果進行反思和二次決策，調整企業的技術變遷方向，進行再次技術變遷升級。陜西省重污染企業的整個技術變遷是動態的、循環的、不斷反饋的過程（如圖2）。

圖2 陜西省重污染企業技術變遷的內涵

3.3 企業技術變遷模式

無論哪種企業轉型升級，制定技術變遷方案是前提。陜西省重污染企業在進行轉型之前，應該結合本企業的技術模仿及技術積累情況確定技術變遷方式，即選擇技術引進還是技術創新，并提出具體的技術變遷方案，然后才開始轉型。鑒于陜西省重污染企業轉型升級受到企業內部壓力和環境政策壓力，因此企業從生產技術、環保技術和信息技術三方面同時進行轉型。企業的生產技術的變遷路徑會使產品結構發生改變，環保技術變遷路徑使得廢棄物處理流程發生改變，信息技術變遷路徑促進了生產流程的重組、管理體系的升級和產品銷售方式的轉變，而人員構成貫穿于以上各個環節配合運行。其中，企業的產品結構轉變會促進產品升級，進而增加產品銷售收入，影響企業效益；廢棄物生產流程改變使得“三廢”存量發生變化，進而影響企業對環境政策約束的響應；生產流程重組和管理方式升級不僅可以實現清潔生產、減少廢棄物的產生，還可以對產品生產過程進行精細化管理，減少生產成本，進而影響企業效益。當企業完成一次技術變遷后，將進入再學習階段，依據技術變遷產生的反饋效果進行反思再學習，對技術變遷方案進行完善和調整，在不斷循環反饋過程中實現企業的螺旋式的轉型升級。這一整個從構思到研發、到企業開始轉型、再到轉型效果反饋的過程，構成了企業轉型的整個技術變遷過程（如圖3）。

圖3 陜西省重污染企業技術變遷模式

4 陜西省重污染企業技術變遷式轉型升級路徑及其機理

4.1 技術變遷式轉型升級路徑

陜西省重污染企業轉型升級的目標是提升企業效益和減少廢棄物排放，從其技術變遷模式中可以看出，企業通過產品升級、生產流程重組、廢棄物治理流程重組、管理升級、銷售方式升級等五方面的轉型升級，可以使企業效益和環境保護兩者達到協調發展，而實現這五方面轉型必須借助生產技術、環保技術和信息技術的支撐，此3種技術變遷的過程就形成了陜西省重污染企業技術變遷轉型升級的3條路徑，即生產技術變遷路徑、環保技術變遷路徑和信息技術變遷路徑。

4.2 技術變遷路徑運作機理

（1）路徑一：生產技術創新發展路徑。該路徑下，企業要改變現有生產技術，創新生產工藝，調整生產方式，達到產品升級、生產成本降低和廢棄物產生量減少。企業通過新的生產技術生產新產品，增加產品的多樣性并投入市場，通過新產品的市場擴散來增加企業主營業務收入，進而增加企業效益，此時企業效益就變成了企業轉型的效果指標，企業可以根據企業效益對新產品投產力度進行調整，找到有利于增長企業效益的最優產品生產鏈，完成完美轉型；同時生產技術的革新也會使生產所需原料以及能耗降低，從而也可以達到減少產品生產成本和廢棄物產生量。具體路徑演化過程如圖4所示。

圖4 陜西省重污染企業生產技術變遷路徑運作機理

（2）路徑二：環保技術創新發展路徑。該路徑追求的目標是通過重污染企業在生產活動時改變現有的“三廢”處理方式，發展綠色循環經濟，實現企業節能減排，這就需要企業研究新的環保技術，提高“三廢”治理效率，降低“三廢”外排量。在該路徑下，企業通過研發新的環保技術并應用于“三廢”處理流程，企業“三廢”處理流程得以重新組合，提升企業“三廢”循環利用效率和治理效率，則“三廢”排放量就成為了“三廢”治理流程重組的轉型效果指標，企業依據本身的轉型目標對“三廢”治理結果進行評價反思，找到轉型過程中的不足，完善技術變遷方案，提出新的技術變遷策略，進行再次升級。具體運作模式如圖5所示。

圖5 陜西省重污染企業環保技術變遷路徑運作機理

（3）路徑三：管理技術創新發展路徑。該路徑下企業要實現的目標是企業智能化生產、信息化設備管理、信息化人員與組織管理以及組織網絡化、虛擬化，所以企業應從組織結構、人員結構、生產流程信息化、廢棄物處理流程信息化管理和產品服務方式五方面進行轉型升級。首先，企業需要將信息技術植入產品生產設備中，生產管理系統依賴于產品生產流程的升級進行轉變，進而增加信息化技術人員的數量與之匹配，形成生產流程自動化生產和智能化管理，實現精細化生產和管理，企業生產成本得以降低；接著，各種信息管理系統數量的增加就要求企業進行人員投資，增加信息化管理人員比例，加快企業網絡組織的構建；同時，企業信息系統的上線使廢棄物處理流程實現網絡化管理，而銷售信息管理系統的使用又可以實現產品的線上線下銷售結合，提高產品的銷售率；最后，企業通過對信息技術植入引起的企業組織、人員、銷售方式的轉型效果進行分析，根據轉型效果的反饋，進行下一步轉型決策。具體運作機理如圖6所示。

圖6 陜西省重污染企業管理技術變遷路徑運作機理

5 陜西省重污染企業技術變遷式轉型升級系統動力學模型

系統動力學（system dynamics，SD）是研究如何協調管理系統中相互關聯的多個因素或子系統的影響，從而實現目標的綜合性方法［18］。SD方法最主要的功能是對不同子系統之間的動態反饋關系進行分析和模擬［19］，它可以應對系統的復雜性，并用于替代方案的篩選［20］。由于技術變遷式轉型升級是企業整個系統的轉變過程，系統中的重要單元相互關聯又各有特點，各重要單元的轉型又是并行展開的，整個系統十分復雜，且每個轉型升級路徑中的各部分又是相互影響、相互作用、動態反饋的過程，所以本文引入系統動力學方法，構建企業整個轉型升級過程的系統動力學模型，并通過對不同路徑的仿真模擬，找到影響企業轉型的關鍵因素，確定企業轉型升級的最佳路徑。

5.1 模型構建相關說明

（1）建模步驟。系統動力學模型構建的具體步驟見圖7所示。

圖7 陜西省重污染企業系統動力學模型構建步驟

（2）系統的邊界及子系統劃分。本研究的建模目的是對陜西省重污染企業的三大技術變遷轉型升級路徑的演化機理進行量化分析，由三大轉型升級路徑的運作機理可知，生產技術變遷可以使企業效益和企業廢棄物產生量發生變化，環保技術變遷可以改變廢棄物的治理方式進而影響企業的經濟效益和“三廢”存量，信息技術變遷路徑會影響企業的管理，進而降低成本、影響企業效益，因此可以確定整個系統邊界為企業經濟子系統、企業環保子系統、企業管理子系統。

5.2 系統變量的確定

系統變量指標的確定需要結合所研究的問題、系統的邊界和各個系統的要素分析。企業經濟子系統用來衡量企業進行技術升級之后對企業效益的影響，所以該子系統的衡量指標是企業利潤；企業管理子系統主要用來分析信息技術植入對企業管理方式的改變，進而影響企業管理成本的改變，所以該子系統的主要衡量指標為企業管理成本；企業環保子系統用來分析環保技術創新對企業廢棄物治理方面的影響，所以該子系統中的效果衡量指標為“三廢”外排量。各子系統主要變量見圖8所示。

圖8 陜西省重污染企業技術變遷式轉型升級影響因素

5.3 系統因果關系圖與系統流圖

5.3.1 因果關系圖

根據企業經濟子系統提取的各個影響因素對于本系統的影響機理及其相互間的因果反饋關系，本文使用Vensim軟件構建轉型升級系統的因果關系圖如圖9所示。由圖9可以看出：

（1）生產技術創新路徑中主要回路有3條：一是生產技術創新投入→生產技術與設備支持率→新產品產值→新產品主營業務收入→企業主營業務收入→企業利潤→生產技術創新投入；二是生產技術創新投入→生產技術與設備支持率→新產品產值→產品生產成本→總成本→企業利潤→生產技術創新投入；三是生產技術創新投入→生產技術與設備支持率→新產品產值→企業總產值→總能耗→能耗成本→企業利潤→生產技術創新投入。

（2）環保技術創新路徑中主要回路有2條：一是環保技術投入→新環保技術與設備支持率→環保投資→總成本→企業利潤→環保技術投入；二是環保技術投入→新環保技術與設備支持率→環保投資效果因子→“三廢”存量→污染防治收益→企業利潤→環保技術投入。

（3）信息技術創新路徑中主要回路有4條：一是信息技術投入→信息化人員數量→企業信息系統上線率→企業管理成本→總成本→企業利潤→信息技術投入；二是信息技術投入→信息化人員數量→企業信息系統上線率→產品銷售率→新產品主營業務收入→企業主營業務收入→企業利潤→信息技術投入；三是信息技術投入→信息化人員數量→企業信息系統上線率→信息技術與設備支持→產品生產成本→總成本→企業利潤→信息技術投入；四是信息技術投入→信息化人員數量→企業信息系統上線率→污染物監控系統→“三廢”存量→污染防治收益→企業主營業務收入→企業利潤→信息技術投入。

圖9 陜西省重污染企業技術變遷轉型升級系統因果關系

5.3.2 系統流圖

本文將各個子系統因果關系圖進行具體化分析，利用Vensim軟件繪制陜西省重污染企業技術變遷式轉型升級SD流圖，見圖10所示。

圖10 陜西省重污染企業技術變遷轉型升級系統流程

6 模型實例仿真

6.1 實例背景及數據來源

陜西省某重污染企業（以下簡稱案例企業）注冊資本100億元，資產總額1 000多億元，在冊員工94 000人，經營范圍主要是煤化工產品、化學肥料和精細化工產品的研發、生產及銷售，年產煤化工產品超過500萬t，銷售收入超500億元。案例企業近幾年一直致力于調整產業結構和加強技術進步，在國內創造性地提出了煤炭分質清潔高效轉化利用的科學理念，開發了低階煤分質清潔高效轉化利用的關鍵工業化技術和甲醇制低碳烯烴等技術，實現了產業升級，并且通過發展循環經濟延長了產業鏈，經濟規模和實現利稅躍上了新的臺階。案例企業目前發展方向比較符合本研究所提出的轉型升級方向，所以本文以該企業的實際生產數據為數據基礎進行模型仿真。

6.2 模型系統方程與參數確定

6.2.1 模型的主要系統方程

模型的系統方程是模型進行動態測試的必要條件，系統方程的構建主要是確定參數、變量的關系以及初始化條件，依據變量間的邏輯和數量關系，結合數學統計回歸分析法構建系統模型的特征方程［21］。本文模型所涉及數據來源于我國《工業企業科技活動統計年鑒》《陜西統計年鑒》等。模型主要系統方程見表1所示。

表1 陜西省重污染企業模型主要變量系統方程

表1 （續）

6.2.2 模型參數的確定

系統方程的參數確定主要有四大類，分別是狀態變量、速率變量、輔助變量和常量，使用的具體參數估計的方法見表2所示。

表2 陜西省重污染企業不同變量的系統方程參數估計方法

6.3 模型檢驗

模型檢驗主要包括結構測試和行為測試，通過模型測試檢驗所建模型的科學性及有效性［22］。結構測試以定性為主，分析模型結構是否符合人們對相關系統的認知，系統方程是否遵守基本的物理規律等［23］。行為測試以定量為主，分析模擬值與歷史觀測值的一致性，以及模型結構的穩定性［24］。本文中的結構測試主要是檢驗本文所構建的陜西省重污染企業技術變遷式轉型升級系統SD模型是否符合企業的實際運行邏輯，行為測試從歷史檢驗和模型穩定性檢驗兩方面對模型進行檢驗。結合陜西省重污染企業轉型升級的動因和目的，本文進行模型檢驗所選取的指標為企業經濟子系統中的企業利潤、企業管理子系統中的企業管理成本和企業環保子系統中的SO2排放量3個狀態變量。

（1）歷史檢驗。歷史檢驗主要分析系統行為與歷史數據的擬合度，如果模型仿真結果與實際數據誤差較小，說明構建的模型與實際系統較為一致，模型構建符合實際邏輯。本文模型仿真結果分別見圖11至圖13所示。

圖11 陜西省重污染企業經濟子系統歷史檢驗結果（R2=0.996 5）

圖12 陜西省重污染企業環保子系統歷史檢驗結果（R2=0.998 5）

圖13 陜西省重污染企業管理子系統歷史檢驗結果（R2=0.952 9）

（2）穩定性檢驗。穩定性檢驗是為了檢驗所構造的模型是否存在病態結構。本文選擇步長（DT）為1、1/2、1/4分別進行仿真，觀察并比較仿真結果，如果不同步長下的仿真結果擬合度高則說明模型構建合理。仿真結果見圖14至圖16所示。

圖14 不同步長下陜西省重污染企業企業利潤穩定性比較

圖15 不同步長下陜西省重污染企業SO2排放量穩定性比較

圖16 不同步長下陜西省重污染企業管理成本穩定性比較

由模型的仿真模擬結果圖11至圖13可以看出，模型歷史檢驗所選取的指標的模擬值和實際值相比較，R2值在0.953～0.999之間，模型歷史一致性良好；由模型穩定性檢驗模型的模擬仿真結果圖14至圖16可以看出，3個指標的曲線波動都比較小，說明所建模型比較穩定。由此可知本文構建的模型與實際系統的發展吻合度較高，模型構造較為合理，該模型通過檢驗可以進行不同路徑的仿真實驗。

6.4 仿真結果分析與發展路徑選擇

（1）路徑仿真結果分析。將生產技術投入、環保技術投入、信息技術投入3種不同技術對企業利潤和“三廢”排放量的影響進行仿真結果分析，由于企業環保子系統污染物的變化趨勢類同，所以在此以SO2為例進行具體說明。由圖17、圖18可以看出，信息技術投入對企業利潤的增加效果更明顯，而在信息技術投入下SO2增長速度更緩慢。所以對于案例企業的目前發展狀況來看，信息技術的投入對企業發展更有利，因此案例企業之后的技術變遷轉型升級路徑應該選擇信息技術變遷。

圖17 不同路徑下案例企業的企業利潤變化

圖18 不同路徑下案例企業的SO2排放量變化

（2）信息技術變遷路徑關鍵因素提取。前文提到信息技術變遷路徑有4條主要回路，4條回路中都出現了信息技術投入、信息化人員數量、企業信息系統上線率并且都對4條路徑產生影響。其中，主要影響的變量有：路徑一中的企業管理成本；路徑二中的產品銷售率；路徑三中的產品生產成本；路徑四中的環保投資效果因子。所以，對信息技術投入、信息化人員數量、企業信息系統上線率、企業管理成本、產品銷售率、產品生產成本、環保投資效果因子進行系數調整，依據仿真結果找出關鍵影響因素。由于廢棄物的減少量也體現在污染防治收益上，而污染防治收益又影響企業利潤，所以在此以企業利潤作為參數調整的衡量指標。由仿真結果（如圖19）可以看出，企業信息系統上線率的影響系數調整對4條回路的影響都是最大，所以該路徑的關鍵因素為企業信息系統上線率。

圖19 案例企業信息技術創新路徑中主要變量參數調整的仿真結果

（3）路徑選擇。由以上仿真結果得出，目前案例企業最優的發展路徑是進行信息技術植入，而影響信息技術植入的關鍵因素是信息系統上線率，而且影響信息系統上線率的兩大因素是信息技術人員投資和信息技術引入程度。基于此，本文對案例企業提出以下兩點轉型對策建議：

一是優化人員構成，重用高科技人才。企業管理組織結構的改變必須有與之相匹配的人員構成，企業技術的智能化對員工的技術能力、專業素養和教育水平都有所提升，但是對生產一線勞動人員數量要求降低，所以企業想完成轉型升級，必須進行人員投資，引進高科技人才，或者進行人員培訓以提升員工素質，適應企業管理水平的要求。

二是加大管理信息系統的引入，將互聯網技術應用于企業生產管理的各個環節，實現智能制造與信息化管理。推動大數據、物聯網等信息技術與重污染企業的跨界融合，大力發展智能制造、云制造，實現企業生產的靈活性、企業管理的無障礙性，推動企業向服務型生產企業轉型；利用信息技術對生產流程進行動態監控與調度，通過智能化生產不僅可以降低企業生產成本，還可以減少廢棄物的產生，增加企業經濟效益和社會效益。

7 結論與啟示

（1）本研究以技術變遷的轉型路徑為切入點，通過對陜西省重污染企業的現狀分析，得出陜西省重污染企業的技術變遷具體為生產技術變遷、環保技術變遷和信息技術變遷3條路徑，并結合企業實際生產狀況對3條變遷路徑進行了運作機理分析，為企業的轉型升級奠定理論基礎。對于具體的企業而言，要正確理解技術變遷式轉型升級模式的運行機理，結合企業自身發展特點找到符合本企業的技術變遷轉型升級模式和實現路徑；不同的企業所處的發展階段、發展特征都不同，企業在進行技術變遷轉型升級時，應以自身發展現狀為基礎進行技術變遷路徑設計。

（2）通過路徑仿真模擬結果可以看出，上述3條變遷路徑對于企業效益和廢棄物排放量的控制都有正向的效果，且信息技術投入引起的技術變遷轉型升級路徑產生的企業轉型效果最大，仿真結果顯示該路徑下的關鍵因素為信息系統上線率，這就引導企業今后應重視管理人才的培養和管理信息系統的投入，實現企業智能化生產與管理，完成高端化、服務化轉型。故企業在進行技術變遷模式和實現路徑選擇時，應考慮企業的轉型壓力，避免由于轉型強度太大導致轉型失敗。如果一個企業本身的轉型升級壓力比較大，企業可以選擇最優的一種技術變遷轉型升級模式和實現路徑；相反，如果企業的整體實力較強、轉型升級壓力較小，企業可以選擇多種模式進行多條路徑的并行轉型，縮短轉型升級所需的時間，避免由于轉型升級時間過長導致企業轉型效果不理想的風險。