信息化、智能化對企業創新和產業發展的影響*
——以第三、第四次工業革命下的高端制造裝備業為例

北京大學光華管理學院 肖 婷 白 琰 潘奕飛

工業和信息化部產業發展促進中心 蘇 錚

高端制造裝備產業是社會實現工業現代化、科技化的基石，是一個社會、一個國家工業化水平、社會現代化程度和綜合國力的重要標志和保障。高端制造裝備應用領域廣，航空、航天、船舶、電力、汽車等多項重要國民生產領域的裝備都需要高端制造行業提供產品和服務支持。高端制造裝備的影響范圍廣、作用深，并且涉及電子、計算機、通信、機械、自動控制等多項技術。因此，高效有力地推動高端制造裝備產業的發展是每個國家前進和發展的重大使命。20世紀50年代初，美國麻省理工學院研制出世界上第一臺使用APT編程語言的數控系統，自此開始，世界上每一次重大的科技變革都對高端制造領域的發展產生了重要的作用。當下，以大數據、移動互聯、人工智能為代表的第四次工業革命對高端制造裝備的發展將產生劃時代的推動，因此，全面系統地分析科技革命對高端制造裝備業在創新方面的作用，不僅可以提升我們對科技和產業創新關系的認知，而且對提升我國高端制造裝備業的持久發展能力、把握宏觀科技革命帶來的多方面影響都有著積極意義。本文首先回顧歷史上重要的科技進步對高端制造業的影響，然后梳理出每次科技革命推進高端制造業發展的理論原因，接下來結合高端制造裝備產業的數據用相關的模型進行計算，通過計算結果討論其揭示的現象和背后的邏輯，最后對高端制造裝備產業的發展做出總結和展望。

一、科技進步對高端制造裝備業創新的影響

(一)第三次工業革命的影響

人類歷史上每一次重大的科技革命都為產業發展注入新的活力。第一次工業革命，通過對蒸汽動力技術的發展，形成了工廠的雛形，初期產業集聚于河流兩岸，為產業規模化奠定了基礎。第二次工業革命，通過對電力的使用，以流水線作業的方式組織制造、組裝、銷售、服務等一系列的生產經營活動，對產業升級提供了新的技術和組織推力。第三次工業革命，以半導體、計算機、互聯網的發明和應用，將產業的生產和經營活動與互聯網的虛擬世界進行融合，將產業發展推進到數字化信息化軌道，使之成為新的資源，從而為工業進步帶來新的發展空間(賀正楚等，2013；劉吉超和李鋼，2014)。

高端制造產業發展的一個重要技術支持就是現代化的信息技術、自動化技術及其相關技術。伴隨著第三次科技革命，隨著計算機技術的發展、信息存儲分析能力的增強，制造業關注的重點逐漸從物質、能量轉移到了信息(師漢民，1997)。制造業信息化 (manufacturing information engineering，MIE)是將現代信息技術及其相關的自動化技術、現代管理方法等與制造技術相結合，以實現高端制造裝備在設計和生產中的數字化和信息化。20世紀50年代初，美國麻省理工學院研制出世界上第一臺用APT語言編程的數控銑床，1964年美國通用汽車公司推出世界上第一個機械工程制圖CAD系統(杜平安，2003)，70年代至80年代中期，大量專用和通用 CAD系統的問世推動了二維繪圖技術的普及與三維 CAD技術的發展，對高端制造裝備的設計提供了強有力的技術支持，這些技術突破為制造企業研發創新提供新的設計手段，提升了企業自主創新能力(劉吉超和李綱，2014)。信息化技術基于網絡和數據庫在產品設計部門的應用，有利于深入對零件整體性能和內部結構的認識，提高產品的合格率，保證零件的加工精度要求，讓高端制造裝備的設計能力有了顯著提升。

除了對高端制造裝備產業整體設計的提升，第三次工業革命中的機械自動化技術也為產業的發展注入新的活力。機械自動化，主要指在機械制造業中應用自動化技術，實現加工對象的連續自動生產，加快生產投入物的加工變換和流動速度。初期的機械自動化最先出現在機械制造冷加工廠中，采用的是剛性自動化。工廠依靠凸輪、擋塊、分配軸、彈簧等實現對加工對象的快速處理分配，從而完成制造裝備的生產。20世紀60年代發展的柔性自動化技術，通過數字控制完成多品種、多批量的加工、制造、裝配、檢測等過程，還可以根據工藝設計，將各種設備連線，這讓高端制造裝備的自動化生產形成了有機整體，使得高端裝備的制造既具有一定范圍的適用性，又具有較好的可變性，從而大大提升了制造裝備生產的靈活程度。70年代后出現的計算機集成的自動化制造系統(computer integrated manufacturing systems，CIMS)和80年代的機械自動化系統，在高端制造裝備的汽車制造領域，廣泛應用于生產流水線，提升了制造業的產量和效率、深化了分工水平、釋放了生產力；此外，自動化的要求在不斷提高，逐漸發展出分散合作式、個性化、就地化、數字化生產。

第三次科技革命提高了高端制造裝備的設計、制造、生產、組裝的各個環節的技術水平，并且依托于信息化技術，改變了高端制造裝備業的企業內部組織結構和外部服務方式，使得高端制造裝備產業逐步完成從低附加值、初級技術化向高附加值、高級技術化的演進(李坤等，2014)。高端制造裝備產業為了滿足消費者的個性需求，生產組織形式不斷優化，可進行自我計算判斷和分析決策，能夠自動調整操作；企業內部可根據市場需求，調整內部組織方式，生產并且可以定制與生產相關的產品 (賀正楚等，2013)。企業內部組織形式也由分散孤立向集中合理化發展(李坤等，2014)。制造產業對外部提供的不僅是制造產品本身，還提供相關的過程服務，服務價值超過實體產品的價值。據此，信息化、數字化發展帶來原有服務業部門的重構，高端制造裝備業對外部市場提供服務時，受到的時間與空間限制都被打破，附件服務存儲的困難也被克服，從而使對外部市場的需求更加有效地得到滿足(賀正楚等，2013)。虛擬化、高效化地交換信息、提供服務，成了產業新的服務關注點和增長點。

(二)第四次工業革命的影響

借助第三次工業革命，數字化、信息化為高端制造業在生產方式、社會分工、銷售服務和產業架構等各方面提供了重要支持。以大數據、云計算、物聯網、信息互聯創新、人工智能為代表的第四次工業革命已悄然來襲。本次科技革命的智能化程度，很有可能顛覆了很多舊式生產制造模式。智能化的到來將會促進高端制造裝備生產和制造全過程的數字化、自動化和一體化。例如，美國、歐洲等國加大智能制造的創新力度，推動3D打印、人機互聯、賽博實物系統(cyber-physical systems,CPS)等技術的發展，從而引領制造模式的智能化轉型(孫紅俊，2016)。與此同時，我國發布了《中國制造2025》，明確了新一代科技革命在高端制造裝備行業，包括高檔數控機床、航天航空裝備、海洋工程裝備等十大領域的發展方向。以第四次工業革命的技術為支撐，在高端制造裝備的生產流程上，利用機器人和3D打印技術，實現定制化生產、提升復合工程生產效率；在其生產決策上，實現人機協調信息管理和深度學習分析決策，推動智能制造；在生產服務方面，通過云計算和大數據分析提供定向推廣和個性化服務。正如第三次科技革命引領了產業發展步入全新的工業化軌道，第四次工業革命利用大數據信息的智能化構建(郭朝先和王宏霞，2015)，正在引領改變現代制造業的驅動內核。

制造業的工業生產要經歷機械化、自動化、信息化、智能化的變革(趙杰，2012)，與第三次工業革命對高端制造產業發展的影響相比，第四次工業革命將會產生劃時代應用的新技術，為高端制造裝備業的進步帶來質的飛躍。如，工業機器人的智能化應用，將會進一步提升高端制造的效率和效能。工業機器人的核心部件包括機器人本體、減速器、伺服系統、控制系統四部分，這四部分是制造裝備運轉必不可少的模塊，對核心模塊的技術運轉的效率、精度，都有突破性提升。然而，值得注意的是，除了機器人本體相關部件的核心技術外，企業技術都主要掌握在德國、日本等發達國家手中(任宇，2015)，由此可見，高端制造裝備產業的發展在全球將會不均衡發展，并且差距可能由于智能化帶來的高速發展而逐漸加大。這點同樣可以從高端裝備的智能制造的另一核心部件——數控機床的發展看出。數控機床為大型機械化生產提供精細化、高速化的控制和指揮，基于第四次工業革命的數控機床將擁有更完善的集成模塊設計、更便捷的操作、更精準的傳感器和現場控制，從而大量消除生產操作過程中的障壁，提升生產效率和效能。相比于美、日等國，中國的機床數控化率不足30%，仍與發達國家存在較大差距，但同樣說明我國高端制造裝備產業擁有極大的發展空間，可以通過追趕學習再次解放生產力。尤其是3D打印技術的推廣，可以使精細化的機械模塊得到更加準確的構造，使過去難以進行改造的設備獲得獨立的、個性化的定制。因此，基于CAD設計驅動的3D打印技術被稱為“改變世界的制造新技術”，也是“增材制造”的主要實現形式(任宇，2015)。同樣，我國同發達國家相比，由于3D打印材料的限制、打印技術和科研投入的差距，在3D打印應用于高端制造裝備業的工業生產場景中，依然處在較為落后的水平。因此，我國仍需加大研發投入，攻克技術難關，追趕先進科技，從而賦能高端制造裝備業的再次發展。

第四次工業革命的一個核心特點就是互聯和智能化，通過對全部環節的要素、部件進行互聯，將獲得更加廣泛、全面、準確、深入的信息，使得對高端制造裝備設計、生產、加工、組裝、服務等各個環節遇到的問題和進行的決策，都有著前所未有的深刻理解。原先無法處理的內容繁復、體量巨大、層面交疊的信息，都可以借助第四次工業革命的賽博實物系統(CPS)、系統數據分析、運籌算法的智能化，對生產過程中產生大量數據信息收納，并依靠人工智能對這些信息進行后續的處理和分析，從而形成人與機器的協同決策，建立完善的賽博實物系統以及豐富人機溝通交互的實時信息處理和反饋的協調工作系統，這將大大解放和發展新一輪依靠數據和人工智能結合的生產力和動能。智能化為高端制造裝備的傳感器系統、控制系統、加工系統提供了基于大數據的機器學習算法，以全方位加強學習反饋。在生產環節中借助虛擬現實技術(virtual reality，VR)，通過VR進行規模化、輕便化的操作知識普及，使更多從事制造業的企業獲得了高效便捷的生產學習路徑，從而有可能實現技術的越級發展。

除了互聯和智能化，大數據和基于大數據的云計算是第四次工業革命的另一個核心特點。在高端制造裝備業的設計、生產、組織、銷售、服務等各個環節中，大數據和云計算正在扮演愈發重要的角色，為高端制造業的創新發展提供新的有力武器。例如，通過對高端制造專利的原創性文字進行自然語言處理，比較不同專利之間的原創程度(Kaplan & Vakili，2015)，這些最終都為制造業的生產服務帶來了全新的、更為便利的視角，為從事高端制造業企業的創新能力的加強提供了學習路徑。在設計產品的生產方向時，通過大數據和云計算，將會更加精準地把握已有和潛在用戶的偏好、市場當前的熱點，根據歷史數據搭建企業和消費者之間新的生產要素配置模型，從而產生更多創新的產品設計和服務。此外，豐富的用戶數據、市場產品競爭數據、上下游制造廠商的供應鏈數據，都會成為被分析的對象。這些龐大的數據體量，涵蓋豐富的數據類型，極大促進了深度學習在高端制造裝備生產服務環節的多維度應用。甚至可以使用在其他領域的遷移學習，來分析制造業用戶的個性化需求，并進行精準訂制和銷售。

綜上所述，第四次工業革命，以互聯、大數據、云計算、人工智能等技術為核心，催生具有代表性的科技和產品，為高端制造裝備的每一個環節提供新的生產和組織方式，通過人工智能配置生產要素，對整個產業賦能，使人機結合的生產新模式引領和帶動高端制造裝備產業的創新和發展以實現又一次質的飛躍。基于機器學習、深度學習等人工智能理論和模型，小到車間里機器人產品分類路線的最優化調劑和路徑規劃，大到對下一代高端制造裝備的創新，無一不是大數據和深度學習的產物。可以期待，隨著物聯網的普及、數據化的深化，人工智能終將覆蓋高端制造裝備產業的全生態發展。

二、科技變革對企業創新和發展的理論推動綜述

(一)宏觀環境分析(PEST)理論的影響視角

每次科技革命，都會對企業的宏觀外部環境帶來改變，這些外在環境又會作用于企業的創新和發展；企業的生產經營，各項活動的改變，又再次推進整個行業的創新和發展。通常有四類比較重要的外在環境，Johnson和Scholes(2002)將其分為政治、經濟、社會、技術四類。

1.政治環境的影響。

從政治制度與體制、政局、政府的態度等方面來看，我國目前實行了先進的社會主義制度，政局穩定，為制造業企業發展提供了良好的穩定前提。同時，在國際的政治博弈中，我國正在有條不紊地踐行和平發展，高端制造裝備業的發展將會對于我國占據有利地位提供戰略支撐，是實現中華民族偉大復興的重要保障。我國政府一直在推動市場化，并在促進產業發展中扮演積極的角色。政策的支撐、政府帶頭支持新技術應用、政府信息公開等都將促進計算機、半導體、互聯網、人工智能與大數據技術的應用在創新中發揮作用(朱旭峰和張友浪，2015；鄭成華等，2017；王常君，2018)。從法律環境來看，我國的立法、司法、執法水平不斷上升。習近平在中央全面依法治國委員會第二次會議中指出，要完善法治建設規劃，提高立法工作質量和效率，保障和服務改革發展，營造和諧穩定社會環境，加強涉外法治建設，為推進改革發展穩定工作營造良好法治環境。(1)《習近平主持召開中央全面依法治國委員會第二次會議》，新華網，2019年2月25日。依法治國的深入貫徹實施為高端制造業企業發展提供了良好有序的法律環境，是企業穩定發展的安全網，知識產權司法保護為創新者提供了激勵(王海成和呂鐵，2016)；涉外法制建設的推動有利于我國高端制造業企業進一步“走出去”，在國際市場上占據有利的競爭地位。

良好的政治、法律環境有利于新技術的推進。以計算機、半導體、互聯網為特征的第三次科技革命的浪潮方興未艾，物聯網、大數據、云計算、人工智能又將成為企業發展新的助推器。我們既需要借助科技革命的進步，也需要重視企業和產業對于隱私保護的需求。因此，建立相關技術部門與執法部門，共同攜手制定恰當的法律法規。而這些舉措將會為我國高端制造裝備企業提供長期穩定、和諧的法治環境，并保證新興技術能夠為企業和產業的創新與發展創造新的增長空間。

2.經濟環境的影響。

穩定的經濟環境、充足的資金、經濟體制的不斷完善有利于推進創新(李政和楊思瑩，2018；劉平青和吳岸澤，2018；盧啟程等，2018)。從國內經濟整體運行情況來看，我國宏觀經濟發展展現出了信心和韌性，結構調整逐步進行。2019年前三季度國內生產總值697798億元，按可比價格計算，同比增長6.2%。其中，第一、第二、第三產業的增長率分別為2.9%、5.6%、7.0%。(2)國家統計局：《前三季度國民經濟運行總體平穩 結構調整穩步推進》，中華人民共和國中央人民政府網站，2019年10月18日。良好的經濟發展態勢為高端制造業企業發展提供了穩定的經濟環境，有利于提振企業信心。一方面，穩健的經濟增長有利于資本積累，為生產提供物資儲備；另一方面，經濟的穩步提升也有利于增強下游企業的購買力，從需求側拉動高端制造業企業的發展。

“一帶一路”倡議將會為我國高科技企業創新帶來新的機遇。從外匯市場發展水平來看，在2019年前三個季度中美貿易摩擦的情況下，我國外匯市場運行總體平穩。前三季度，人民幣對美元匯率中間價貶值3.0%，CFETS人民幣匯率指數下降1.9%，同期，美元指數上漲3.3%，人民幣匯率總體表現穩定。市場主體跨境投融資活動和結售匯意愿保持平穩。一方面，境外資本繼續流入。直接投資項下，前三季度我國實際使用外資1008億美元，同比上升2.9%；證券投資項下，境外投資者凈增持我國債券713億美元，凈增持上市股票185億美元。另一方面，我國對外投資穩定有序。非金融部門對外直接投資810億美元，和上年同期基本相當。(3)《“2019年前三季度外匯收支數據情況發布會”文字實錄》，國家外匯管理局，2019年10月25日。整體上我國外匯市場不斷成熟，外匯自主能力與抗風險能力增強，國內外投資者都能比較理性的進行資本運作，外匯市場的穩步成熟為高端制造業企業提供了良好的國際資本貿易環境，從而使我國高端制造裝備業繼續向發達國家進行技術知識的學習成為可能。這為我國高端制造業企業做大做強，抗擊國際金融危機、外部競爭的沖擊提供了良好的支撐與緩沖。

3.社會環境的影響。

我國堅持中國特色社會主義文化，為我國企業的管理提供組織文化建設的外部支持。隨著科技進步，人與科技的和諧共進將會成為重要的社會議題。滕堂偉(2017)提出應該逐步建立區域創新生態系統。同時，我國重視在基礎教育階段對于青少年與科學技術相關的興趣的培養，這將會為長遠技術人才的培養、社會創造力的激發積蓄力量。鄭成華等(2017)倡導發展中介服務機構、集群代理機構，為創新提供專業服務及監督。

高端制造業作為國家重要戰略性產業，應積極擔當起自身的經濟、社會使命，為發展提供持續動力。大數據與人工智能技術挑戰了人類的倫理、道德，為社會和諧發展提出了新的問題，如失業、教育等(Acemoglu & Restrepo，2018)。因此，高端制造裝備企業，不僅需要運用大數據與人工智能的新助力發展人機結合的新模式，更應努力提升自身的企業社會責任感，履行自身的社會責任，如服務社會、提供就業機會等，使得企業技術發展與社會發展相輔相成。一方面，在中國共產黨的領導下，社會各界弘揚社會主義核心價值觀，逐步深化“不忘初心，牢記使命”的責任意識，塑造昂揚向上，齊心協力的社會精神文明環境，這些都為企業的積極發展提供了正的外部環境。另一方面，高端制造裝備企業應積極探索符合本國國情和社會環境的發展道路，使得自身的設計、生產、組裝、加工更加立足社會、以人為本，不斷提升自身的國內和國際競爭力。

4.技術環境的影響。

20世紀以來，我國的技術研發水平不斷提升，技術儲備增強。研發支出不斷上漲，科技人才不斷增加，研究發表水平不斷上升，研究的質量與引用量逐步提高，專利數量不斷增加，創新能力提升。計算機、互聯網、大數據與人工智能技術將會在深厚技術積累的前提下發揮更大的作用。我國高端制造業企業應充分學習社會各界的先進經驗、行業相關的先進技術，為自身創新打好基礎。

與改革開放初期相比，我國目前已經不再是單純的追趕和模仿模式。隨著技術積累的增多，我國逐步突破了一些技術壁壘，正在逐步走向跨越式的自主研發。在一些國際前沿領域，我國亦占據了有利的地位。在已經占據先發優勢的前提下，高端制造業企業應該充分利用大數據和人工智能的浪潮，使自身發展更上一層樓。齊嚴等(2017)提出通過數字技術精準滿足顧客需求，從而促進高端制造裝備產業的技術升級。

(二)需求拉動與技術推動理論的影響視角

1.需求拉動的影響。

每一次科技的變革，產業市場需求都會發生變化，并產生需求的不可預測性。對于不可預測性高的市場，應采取以需求為導向的策略。通過與下游客戶的合作，努力克服信息“黏性”(Von Hippel，1994)，掌握技術實施環境、客戶支付意愿、風險厭惡程度等信息(Kemp et al.，1998)。當需求不可預測性中等時，可以采用以競爭為主的策略。一方面，依然要努力滿足客戶需求；另一方面，也要加強對客戶的教育，降低新技術產品對客戶帶來的認知負擔(Attewell，1992)，成功對本公司的先進技術進行商業化。隨著人工智能技術的不斷成熟，市場前期探索的完成，新技術即將進入大規模商業化的階段(謝伏瞻，2019)。面對這樣的機遇，現階段高端制造裝備產業應采取需求導向為主、競爭導向為輔的策略，加快技術研發與搶占市場份額，為長期的可持續增長奠定基礎。計算機、互聯網、機器學習與大數據技術有利于降低需求的不可預測性，輔助高端制造業企業提升競爭優勢。

此外，市場的需求變化不完全以當前成熟市場的客戶需求為導向，要注意到路徑依賴(Teece & Shuen，1997)與客戶需求的滯后性。企業應堅持把一部分資源分配到研發新技術方面(Christensen & Bower，1996)。因此，對于一些仍處于萌芽階段的技術，我國高端制造裝備業需要進一步探索，提前在國內和國際的技術競爭中占據有利地位，為實現科技強國增加技術儲備。尤其是第四次工業革命中人工智能技術的發展有利于協助高端制造裝備企業推進研發活動、降低勞動力生產負擔、提升信息的傳播效率，以促使高端制造裝備企業的生產效率和效能再次提升。

2.技術推動的影響。

技術推動將迫使企業重新審視技術給企業帶來的新資源、新知識、新方向。面對新的技術推動，企業要綜合考慮組織內部整合、學習、轉化的過程，清楚認識企業在技術、資金、市場、聲譽、組織結構形式等方面的積累，做出符合企業定位的技術創新決策(Teece & Shuen，1997)。資源基礎理論一方面強調企業要獲取競爭優勢，需要占有珍貴、不可模仿的資源，另一方面也強調企業需要有能力識別這些資源，并且在企業內部進行有效的資源配置，真正把資源利用起來。高端制造裝備產業尤其需要識別現階段技術積累程度與我國獨特的社會、人力優勢，制定符合國情、行業發展現實的策略。不僅僅要努力擴大協同效應、規模效應，提升新技術、新產品與原有技術產品的匹配程度，也要注意路徑依賴，避免僵化(Sorensen & Stuart，2000)。計算機、互聯網、大數據與人工智能等技術的發展有利于快速推進資源識別與學習，減輕高端制造裝備業企業的學習、管理負擔，從而為我國高端制造裝備產業的技術裝備的快速追趕提供路徑。

技術的推動同時改變企業與企業間、行業與行業間的邊界，通過技術互聯，讓企業、行業和社會方方面面以更加緊密的方式進行連接。面對技術推動，企業要綜合考慮外部機遇與組織邊界，明晰組織在創新社會網絡中的位置，不斷進行信息迭代(Von Hippel，1994)。企業除了通過自身占有資源，也可以通過合作從外部獲取必須的戰略資源。對于我國高端制造裝備行業，尤其需要注意依靠本土力量實現技術跨越(李坤等，2014)。一方面，積極與相關領域企業進行廣泛的技術合作，增強研發的多樣性；另一方面，不能忽視提升自身技術實力，增加技術研究的深度。計算機、互聯網、大數據與人工智能技術的爆發有利于高端制造業企業快速地識別有利技術、加快合作創新步伐，這在高端制造裝備這個高強度學習的產業中尤為重要——學習、創新是該行業發展的重要保證。

此外，面對技術推動，企業需要綜合考慮企業價值與科研人員的創新理念，注意到一些創新方面的關鍵人物，提升協作水平(Rothwell，1992)，通過恰當的激勵推進創新。高端制造裝備業屬于高科技的戰略性產業，與普通的科技公司相比，不僅僅需要對研發人員進行物質激勵，更加需要增強研發人員的使命感和榮譽感，預防研發人員泄露技術等問題發生。同時，也需要提升企業內部研發團隊的水平，加強研發團隊之間的合作，爭取在企業組織形式方面釋放一部分生產力，實現整體最優的發展路徑。借助第三、第四次工業革命的新技術有利于幫助企業識別專利價值，促進高端制造裝備產業的創新發展。

(三)制度邏輯理論的影響視角

制度同樣是影響制造業工業進行創新的重要原因之一。制度邏輯在Friedland和Alford(1991)提出后，經歷了社會學和組織學者們長時間的討論，逐步充實了制度邏輯的內容和內涵。制度邏輯理論是一種社會學理論，其范式涉及社會微觀和宏觀的各個層次。這些層次會以社會學的視角覆蓋社會觀察的各個側面，盡可能描述和還原制度本身并挖掘其后的制度邏輯的存在。符合邏輯的社會產物將獲得多數人的認可并占據社會的主流價值觀念，而不同社會實踐的更迭則可以被認為是社會的制度邏輯正發生著大幅度的震動，制度邏輯的變更，將改變社會各個層面的范式，當代高端制造業的生產模式和生產方式當然也不例外。新的產業革命，將對高端制造裝備產業的發展提出新的范式。新的概念和范式的提出，同樣會影響行業和企業的認識、理解和應用。

每一次科技革命的到來，從個人角度而言，個人和組織的利益、身份、價值和假設都嵌入了流行的制度邏輯中，這種角色被稱為嵌入式代理人。制度邏輯產生之后，將會從各個層面上指導個人和組織的行為。對個人來說，當個人認同集體身份時，他們可能會遵守其規范和規定，并試圖保護集體利益免于相互競爭的境地。進一步，制度邏輯塑造并創造了游戲規則，通過這種規則，組織中的權力和地位得以獲得、維持和喪失。全球高端制造業大會(Global High-End Manufacturing Summit，GHMS)是為新的制度邏輯下的游戲參與者們嘗試建設新的社會游戲規則的組織。

對單個企業和組織而言，機構間制度允許理論上的異質性，并可以從不同機構秩序的邏輯之間的矛盾中觀察到，即社會作為一種制度間體系，調節了不同邏輯間的關系并使得組織間的根本矛盾得到了緩和；對多層次組織而言，制度邏輯可以在不同的層次上發展，例如組織、市場、組織間網絡、地理社區和組織領域。這也解釋為什么在第三、第四次工業革命發生的當下，越來越多的制造業工業區域化、批次化地共同選擇了計算機、互聯網、大數據和人工智能作為高端制造的新的增長點，這些都為高端制造裝備產業的發展提供了趨同的增長空間。同時，制度邏輯對社會文化而言，社會上的每一個制度秩序都具有物質和文化特征，這也是制度邏輯的深層次影響。當然，如果探究具體的社會制度邏輯的更迭，這其中既有社會發展階段的必然性，也有處于不同歷史時期的偶然性，如早在計算機普及之前，人工智能就已經是各個發達國家的研究課題了，但是如何將人工智能應用于生產制造領域中，卻是直到1999年物聯網概念的提出和發展，才得到了進一步的深化。制度邏輯的變更需要社會各個層面上的改變，才能達到實際的社會改造的觀感。我國積極推進工業產業國際化，并且擁有中國特色社會主義文化，從這點而言，我國的高端制造裝備產業的發展應有自己的獨特之路。

(四)資源基礎觀理論的影響視角

高端制造裝備產業的發展離不開資源，珍貴、稀缺并且不易于模仿的資源是企業競爭可持續優勢的來源(Barney，1991)。這些寶貴的資源，將對我國高端制造業企業的發展產生巨大的影響。

人口紅利一直都是支撐中國經濟快速增長的重要因素。一方面，每年增長的大學畢業生群體為經濟社會發展提供了強大的人力資本。另一方面，作為一個幅員遼闊的多民族國家，不同地區不同背景的人才精誠協作，更加有利于創新。如果我們進一步關注工程、計算機、信息技術等領域，中國在2004年就擁有了351537名本科畢業生。與之相比，美國擁有137437名，印度擁有112000名相關專業本科畢業生(Gereffi et al.,2005)。到2019年，中國與印度、美國相比就擁有了兩三倍成熟的工程師、程序員群體。這些高端技術人才為高端制造裝備業企業發展提供了人力資源保障。計算機、互聯網、大數據與人工智能技術的發展將會進一步對高端技術人才提出要求，取代低端勞動力。我國的人才結構轉型符合這一趨勢。高端制造業企業應充分利用我國的人力資源優勢，與此同時，也應積極利用教育資源，提升現有員工的技術知識水平。這將為我國高端制造產業的規模化提供競爭優勢。當今世界格局下，隨著人口老齡化，人力資源將成為未來世界各國技術競爭中的關鍵因素。我國深厚的文化底蘊與人力資源積累不易于被其他國家模仿，也成為我國高端制造裝備產業持續發展的獨特優勢。

除了豐富的人力資源，我國的基礎設施建設資源也為高端制造裝備產業——這種與國防建設、國民生產、社會民生聯系緊密的行業提供寶貴資源。歸功于網絡對各類信息的高效傳輸，制造企業對市場供求關系把握更加精確，整合各種生產要素和企業資源的成本更低、時間更快。通過虛擬化網絡帶來的新的資源配置方式，改變了為數眾多的中小企業生存和發展的環境，這類企業可以較為容易地突破以前幾乎無法突破的企業資源困境，在低制造成本、快速響應市場、不斷開發新產品的環境中得以成長。大數據與人工智能需要在完善的信息網絡中運行。我國信息網絡基礎設施建設的推進為技術發展奠定了基礎，也培養了一批用戶。高端制造業企業應充分利用我國廣泛的信息網絡，拓展市場范圍。與此同時，豐富的用戶數據、完善的用戶征信平臺的建立有利于企業在第四次工業革命中更好地把握用戶情況，準確地進行企業定位。對于高端制造業企業，通信網絡與網絡平臺、數據的積累有利于快速并且動態地了解市場情形、學習新型技術，進而把握好發展的時機(盧啟程等，2018)。

市場資源仍然是高端制造裝備業發展的有力資源支撐。中國的消費市場巨大，不斷提升的人均GDP水平和世界前列的人口數量為各類商業發展提供了巨大的購買力。新興的技術在中國更有可能快速得到市場的認可，進行推廣。計算機、互聯網、人工智能與大數據等技術的發展有利于深入挖掘市場潛力，進一步深化市場開發。高端制造業企業應充分利用這一機遇，搶先完成對市場的學習。另一方面，可以利用我國市場的吸引力吸引發達國家的高端制造裝備企業來投資，從而通過整合全球化的市場資源，進行更加深入的學習創新。

(五)知識基礎觀和組織學習理論的影響視角

知識基礎觀和組織學習的理論是世界高端制造裝備企業進行持續創新和進步的不可缺少的重要內在推力，其對企業和行業的發展意義重大。知識基礎觀將知識作為一種獨特的資源，強調知識資源及該類資源的轉換、更迭、創建及螺旋上升對涉及該類知識資源的組織的影響(Grant，1996)。因為組織本身，尤其是本文所涉及的那些高端制造裝備的制造業企業，需要有機組合個體知識，通過特定的路徑和組織過程，創造出有利于組織創新和組織利益的新的(知識)價值(Kogut & Zander，1996)。正是由于組織對于知識創造的需求，研發活動才會成為企業的主要課題之一。研發不僅產生新知識，而且有助于企業吸收能力的提升。因此，研發活動對學習激勵的反應能力表明了吸收能力的經驗重要性，先前的知識幫助個人獲得相關問題的解決能力。學習能力涉及發展、吸收現有知識的能力，而解決問題的技能則代表創造新知識的能力，這說明組織的吸收能力取決于個人能力。眾多研究都著重于從學習能力和知識創新的角度對制造業和相關企業進行研究。有的研究從管理認知的角度解讀企業的知識創新戰略(尚航標和黃培倫，2010)；有的則從政府政策與企業技術研發的契合度出發，講述了企業研發選擇的重要性(李苗苗等，2014)；有的根據地域(區域)特征和創新知識集群的形成來觀察企業技術創新的措施和成果(解學梅和曾賽星，2009)。

高端制造裝備產業的產品所涉及的知識是有層次的。產品作為一個整體(系統)和產品的各個部分(部件)之間的區別不僅在制造工序上，在部件知識和聯結知識上分別有其特有的研究領域。首先，企業很可能需要部件知識，即關于每個核心設計概念以及它們在特定組件中實現方式的知識。其次，它需要關于組件如何集成和聯結成一個連貫的整體架構的知識。前者能夠幫助企業從部件層面實現增量式的、發明家式(基于個體)的創新，而后者則會幫助企業實現激進的、結構化的創新(Henderson & Clark，1990)。很大一部分研究表明，企業與大學(學術界)的合作創新機制的形成能夠有效地克服知識創新與技術創新之間的脫節問題(洪銀興，2011)。這樣的模式被大量地運用在高端制造裝備業的行業當中，制造業央企在高等學府中大量設立的定向生項目，通過與學術機構合作完成的大型工程(如北斗衛星項目)都是運用企業與學術界關系提升知識創新能力的典型代表，而基于共享的學術資源或相近的學術群體而形成的知識網絡則可以給企業創新帶來更加深遠的影響。從事高端制造裝備生產的企業因為各個層面的知識創新的需求，往往有建構不同知識圖譜的需求。有些高端制造行業的企業會著重于招納和培養某領域的精尖人才、杰出工程師，著力于創造新的部件知識，以收獲更加大的經濟效益；有些企業則會聯合相關企業和復合人才進行系統結構的研究，著力于創造新的不同部件間的聯結關系，以此徹底改變企業的生產業態，從而把握先機。

從知識基礎觀的角度來看，高端制造裝備的企業可能會參與具有高附加值的基礎研究，因為這可以使他們具備快速利用創新(或快速復制市場新知識)的技能。隨著企業的進步與基礎研究的聯系越來越緊密，它們將進行更多的基礎研究。同時，企業與學術界可能發展出日趨完善的關系，形成復雜的知識網絡。同樣，在已經具有相關領域先驗知識的公司中，創新的擴散將更快地發生。而根據組織學習理論我們可以認識到，組織間形成的知識網絡和知識競爭環境將會要求組織不僅能夠對社會的制度邏輯和資源圖譜有一個正確和敏感的認知，也要求組織擁有更強的吸收能力和學習能力(Cohen & Levinthal，1990)。對于高端制造行業的企業，他們不僅面對著行業各類資源的變化，也面臨著知識資源這一獨特生產資料的分享和競爭。第四次工業革命加速了知識傳播的速度，從而促進了知識更迭的頻率，也在一定程度上提高了對企業的吸收能力和學習能力的要求，由此產生了企業與學術界的緊密關系、企業精英人才間的知識網絡、企業的高頻率的知識生產的需求。對于高端制造行業而言，由于其專業化、精尖化的知識資源的需求，將更加需要知識基礎觀和學習理論的研究支持。

值得注意的是，對于高端制造裝備業而言，企業由于其內在技術不同，而處于不同的發展階段，因為知識研發戰略的選擇與企業所處行業的發展階段、企業在市場中所占據的位置有關。通過早期的資源密集型優勢構建的代工廠集群，幫助一些沿海地域的企業獲得了近距離學習先進技術知識、引進技術人才的機會。這些企業在漫長的生產代工中自我培養出的吸收能力和學習能力，幫助他們最終能夠獲得屬于自己的創新能力和技術競爭力(李揚和沈志漁，2011)。其中京東方就是很好的例子，京東方在長期的基礎生產和代工中培養和發展了一群優秀的覆蓋各個知識層面的技術人才和工程骨干，幫助他們在新時代的顯示屏幕生產和開發中占得了一席之地。接近壟斷的大型跨國企業會針對不同層次的知識創新都作出部署，甚至會根據不同創新所需要的基礎知識技術直接收購上游企業或競爭對手。而處在大型機械生產行業的企業則會因為結構創新的難度較大、涉及的知識門類過于復雜而心照不宣地選擇知識部件的創新為企業研發重點，高端制造產業中大部分的企業均為如此。而對于那些具有嚴格保密性的行業，研發者將不得不兼顧生產制造的各個方面(部件和聯結)，并努力為脫離重要部件和技術的外部購買而不懈努力，這也恰恰是我國提出《中國制造2025》的重要出發點之一，即指引我國高端制造裝備新時代發展思路和方向。

(六)國際競爭理論的影響視角

1.國際競爭中機遇的影響。

我國高端制造裝備產業和其他高科技企業在經歷了學習、吸收和結合國情自主開發的基礎上已經逐漸成熟起來。與國際技術巨頭相比，在實用性、實施周期短、風險低、見效快等方面存在一定優勢(黃婭娜，2019)。高端制造業企業應充分發揮本土優勢，立足于服務中國本土制造業企業，靈活調整、深入研發、填補國際技術空白。以計算機、互聯網、大數據、人工智能為標志的第三、第四次工業革命為發展中國家工業跨越式發展提供了機會窗口，這是我國迎頭趕超美國、日本、歐盟等發達經濟體的歷史機遇。在新技術標準確立主導地位之前，行業將會經歷一個“騷亂”時期。而一旦新的技術標準被確立，擁有新技術的企業、行業、國家將會持續地占據競爭優勢地位(Anderson & Tushman，1990)。我國高端制造裝備業企業應把握時機，積極準備，為未來一百年的技術前景打下基礎。與此同時，面對全新的技術，技術領先國也可能由于國家的體制和戰略不能及時適應新技術的要求，而喪失將技術領先優勢轉化為產業領先優勢的機會。所以，與發達國家站在同一條起跑線上，高端制造裝備業應充分認識到戰略機遇的可貴，增加技術與文化自信，廣泛地在國際上與發達國家開展競爭。此外，第四次工業革命的人工智能與大數據技術的短周期特征使得快速學習成為可能。在信息技術領域，如果后發國家能夠進行高強度學習，同樣有很高的實現技術趕超的可能性(李根，2016)。高端制造業企業應充分搜尋外部的新技術，結合內部已有技術，同時創新技術知識組合方式，爭取創造出更新或者更有用的技術，在國際市場上占據一席之地。

2.國際競爭中挑戰的影響。

在國際競爭中，我國高端制造業企業也面臨著一系列的挑戰。目前我國高科技企業普遍存在售后服務不足、管理觀念轉變滯后等缺點(黃婭娜，2019)。目前國際上高端制造裝備業市場仍然被歐美發達國家的巨頭企業壟斷。基于此，我們應積極學習先進的經驗、轉變觀念、開放心態，積極利用人工智能與大數據技術進行彌補和追趕。另外，發達國家先天具備了前三次工業革命的技術優勢，也在積極推動技術進步。發達工業國家希望通過加快技術突破和先導產業發展，鞏固甚至進一步強化其在全球經濟版圖中的優勢地位。2008年全球金融危機后，歐美等發達國家實行“再工業化”的政策，要重振發達國家的制造業，促進傳統制造業回流，推動產業結構優化升級，促進高端制造業的發展，占領產業價值鏈制高點，鞏固發達國家在產業國際分工中的優勢地位(劉戒驕，2011)。例如，美國能源獨立戰略取得突破性進展，“頁巖氣革命”使美國迅速擺脫了對中東石油的依賴，并形成美國能源價格洼地(李泊溪，2013)。我國高端制造裝備業應充分借鑒發達國家的經驗，降低對外部資源的依賴，形成自身獨有的競爭優勢。同時，相關的上下游產業也應該努力配合提供支持。

我國加入世界貿易組織以后，市場保護的力度減弱、范圍縮小，中國企業面臨著更大的競爭壓力(宋泓，2005)。如果不能很好地保護國內企業發展，一方面會使民眾失去發展實業的信心；另一方面，也不利于中國企業長遠的自立自強。隨著“一帶一路”倡議的推進、中美貿易摩擦升級，中國需要重新確定自己在區域、國際市場中的位置，相應地調整市場保護策略。在外部環境的變化中，高端制造業企業需要保持冷靜，認識到自己所面對的市場環境，做好日常的研發工作。更進一步，高端制造業企業應努力通過對大數據、人工智能技術的掌握，自行設立技術壁壘，提升在國際競爭中的自我保護能力。所以，如果不能抓住機遇迎頭趕上，對發展中國家不利的低端產業的“鎖定效應”將更加明顯，“中心—外圍”的世界分工格局將被進一步固化(劉吉超和李鋼，2014)。發展新一代信息技術是發達國家推行“再工業化”的重點，大量融合信息技術的智能化生產裝備的使用將加劇全球制造業競爭格局，使生產投入要素結構發生巨大變化，企業競爭力的源泉將被重新定義，全球產業分工格局將重新構建。第四次工業革命將帶來深刻的產業、社會變化，技術落后意味著在經濟社會各方面都將處于不利地位。如果我們不能抓住這次戰略機遇，下一次機遇便將遙遙無期。高端制造裝備業企業應通過對于大數據、人工智能技術的掌握提升抓住機遇的可能性。

我們分別從宏觀環境、微觀經濟、制度邏輯、資源基礎、知識基礎與組織學習理論、國際競爭等理論角度分析了影響高端制造裝備行業企業創新的多樣化因素，同樣這也是理論歷史演化的主要過程(見圖1)。基于不同理論的分析和所涉及研究層次的豐富恰恰說明了第三、第四次科技革命影響著我國高端制造裝備產業創新和發展的機理。

圖1 相關理論發展歷史資料來源：作者整理。

三、數據分析與計算

(一)數據源介紹

使用IncoPat數據庫全球范圍內2000年1月至2019年11月的全部高端制造裝備相關專利信息，我們檢索到859317條有效專利數據。篩選掉發明授權人為個人和學校的專利，最終保留了全世界26個國家、涵蓋了全部申請過該領域專利的39285個企業、130398個專利。通過技術軌跡、技術距離、技術生命周期和技術圖景的測量，我們分析了整個行業發展的歷史脈絡與未來趨勢。

特別地，考慮到各國與中國高端制造裝備領域的競爭程度，我們主要與德國、日本、美國等國家進行對比。由于技術領域的精細化，在全部122個技術領域中，我們重點關注鍛壓技術領域(B30)。在此領域內，著名的企業有德國藍幟菲特(Fette)公司，日本株式會社小松制作所(Komatsu)，美國明斯特(Minster)公司，中國濟南二機床集團有限公司等。

(二)描述性分析

1.專利數量與質量。

Nt= ∑2019tq

2.技術軌跡。

通過識別一家公司申請的所有專利(或一家公司在特定的關注時間段內申請的專利)所占據的技術區位，可以獲得該公司的技術軌跡，該足跡既顯示了公司所覆蓋的技術領域，也顯示了在該技術領域的搜索深度。為每一個公司i在每一年t生成一個1×122的技術向量Tiτ，t=(Ti1，t，Ti2，t，…，Ti122，t)，其中Tiτ，t是公司i在第t年的專利在技術領域τ中的占比。對于每一個公司在所有年份，我們可以生成一個技術軌跡矩陣：

Ti=(Ti，2000，Ti，2001，…，Ti，2019)′

我們基于技術軌跡矩陣生成相對應的網絡圖，(4)該網絡圖較為復雜，若有研究需要請聯系作者索取。其中每一個網絡節點代表一個專利技術組件(class)或代表性企業，節點的大小代表該技術組件或代表企業所涉及的專利數量。專利類別基于國際專利分類表(IPC分類)而劃分，不同的英文字母代表所屬的學科領域，后面的數字則指代領域中的技術細分。

從主要競爭企業的技術軌跡可以看出，每個企業有各自的技術專長，這個技術領域會貫穿企業研發的全過程。同時，企業會小范圍地嘗試其他技術類別。對于全部高端制造裝備企業來說，機械工程(B23)技術類別是較為核心的類別。濟南二機床集團有限公司、天津市天鍛壓力機有限公司、揚州鍛壓機床集團有限公司在鍛壓技術(B30)領域主要面對日本株式會社小松制作所和德國藍幟菲特公司的競爭。而徐州達一重鍛科技有限公司在測量技術(G01)領域與美國明斯特公司競爭市場份額。日本村田制作所(Murata)壟斷了機械工程(B23)領域的技術市場，日本株式會社小松制作所壟斷了沖壓金屬(B21)和電力發電、變電、配電(H02)技術領域。此外，德國的舒勒(Schuler)集團、迪芬巴赫(Dieffenbacher)公司，美國的明斯特公司和日本的小松制作所在一些較小的技術領域都有壟斷能力。然而，中國的高端制造業企業由于發展較晚，技術積累薄弱，還未形成足夠強大的技術市場占有能力。

3.技術距離。

為了測量公司之間的技術距離，建立在Jaffe(1986)方法的基礎上，我們首先為每一個公司i生成一個1×122的技術向量Tiτ=(Ti1，Ti2，…，Ti122)，其中Tiτ是公司i的專利在技術領域τ中的占比。這個向量表示了公司全部專利在122個技術領域中的分布。總共可能出現2122種技術區位。

進一步，每兩個公司之間的技術距離可以表示為：

4.技術生命周期。

進一步考慮所有技術領域之間的關系，在每一年，可以列出一個122×122的矩陣，其中的元素classmn為這一年世界上申請通過的、所有同時占有技術類別m，n的專利數量。通過繪制這些逐年計數的矩陣，我們就能夠獲得對技術生命周期的描述。

5.技術網絡結構與技術圖景。

在探究企業技術創新的過程中，我們顯然需要對企業專利的技術領域有一個直觀的認識。技術網絡結構和技術圖景(Schoen et al.，2012)的概念就因此提出。與技術生命周期類似，技術網絡是根據所有專利組件(class)之間的連接關系和連接數量，賦予了專利組件與專利組件之間的連接鍵值(其值即為連接兩端的專利組件共同合作形成的專利的數量)。同樣，我們也根據每個專利組件所支持的專利創新的數量，賦予對應的專利組件點以點值。通過點值和鍵值，我們就能夠獲得網絡的基本信息。經過網絡的描繪和讀取，就能夠從復雜多維的專利技術組件網絡中悉知專利發展的圖景。

6.技術來源多樣性。

對于一個特定的專利，其一定具有一定量的引用，而這些被引用專利，可能來自于世界各個國家p。基于這一特點，可以計算專利技術來源的多樣性。對于某專利q，它擁有Cq個引用，而對于每個國家p，分別占據Cp個引用，則技術來源多樣性為：

再將這一變量以年均的方式計算，即可得某一國家在某一年內技術來源的多樣性數值了。

(三)外部影響的觀測結果

1.宏觀環境分析(PEST)。

根據宏觀環境分析的理論我們可以得知，企業的政治、經濟、社會、技術這四類外部環境要素，會間接地影響企業的生產經營。這些要素雖然在概念上彼此區分，但是在測度和測量上是彼此交融的。這里，我們將觀察世界高端制造裝備行業的主要國家(美國、德國、日本、中國)的經濟發展水平(GDP)與它們在該領域的專利申請的數量和質量之間的關系。

我們提取1999～2018年間世界銀行公布的GDP數據(以2010年美元為計量單位)，并統計這20年間世界整體的高端制造裝備業專利申請數量和質量(專利的平均年均引用量)，將三者繪圖進行對比。如圖2所示，我們可以清晰地發現，在世界經濟緩慢增長的同時，世界高端制造裝備行業的專利申請數量也在逐年增加，且增速在2010年后顯著加快。這得益于第四次工業革命對企業研發創新的助力。另一方面，觀察專利的年均引用總量(專利質量)，可以發現2002年以后專利質量維持在一個較高的水平，這說明基于第三、第四次工業革命，隨著世界經濟的增長、信息公路的打通和知識技術的普及，高端制造裝備領域整體得到了快速的發展。需要說明的是，2012年以后專利質量的下降主要是由于新生產的專利在被引用年限上受到限制，其價值效應的顯現有一定的滯后，單單從目前的年限上觀察，并不能對這部分專利質量做出有效解釋。

圖2 1999～2018年世界高端制造裝備業專利發展資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

進一步，我們用同樣的變量數據，對美國、德國、日本、中國的高端制造裝備行業進行分析。如圖3至圖6所示，我們可以發現不同國家由于其經濟、政治環境的不同，他們在專利的申請上也呈現出截然不同的方向和特點。美國在高端制造裝備行業中的專利申請數量相比較經濟體量而言非常有限，但是整體的引用量還是很高。可以看到在每一任總統的任期內(2001～2009年，2009～2017年)，專利的數量和質量都呈現出先增后降的過程，這與總統任期內的政治政策有關(見圖3)。

圖3 1999～2018年美國高端制造裝備業專利發展資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

對于德國，我們可以清晰地看到德國高端制造裝備業的發展軌跡，主要集中在2000～2008年間。1999年，德國政府頒布了《德國聯邦政府創新資助政策及舉措》，該政策大力推進了德國的技術創新的進程，截至2008年，德國每百萬人獲專利數量列世界第四。同樣我們也可以發現，專利質量與專利數量的波動情況相互錯開，這說明在技術創新和專利發明的浪潮中，德國先追求專利數量的增加，在一定的創新基數上，追求專利創新質量的提高(見圖4)。

圖4 1999～2018年德國高端制造裝備業專利發展資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

相比較美國、德國，日本缺少進行農業和基礎工業作業的部分資源，所以自21世紀以來，日本始終以技術創新作為國家的經濟推動政策之一。我們可以看到，相比較緩慢上升的經濟生產總值，日本企業的專利申請數量始終維持在較高的水平，這種增長在2012～2014年達到巔峰。與此同時，日本企業也兼顧了專利申請的質量，使得質量與數量呈現共同發展的趨勢(見圖5)。

圖5 1999～2018年日本高端制造裝備業專利發展資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

21世紀以來，我國專利數量和質量的增長均呈現指數級的變化趨勢。一方面，這是由于我國人口基數大、工業企業生態完備所致；另一方面，也是由于國家政策支持和企業注重研發創新的社會環境所致。在專利數量呈現指數增長的同時，專利質量的增速并不能跟上專利數量的增長，這說明，我們仍需要將高端制造裝備業的高速技術創新與高水平創新結合起來，只有同時保有質量和數量優勢，才能在未來的世界競爭中呈現厚積薄發的持久力(見圖6)。

圖6 1999～2018年中國高端制造裝備業專利發展資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

2.制度邏輯理論。

我們以企業技術聚類的方式對主要專利技術組件進行研究。將表達技術距離的矩陣繪作網絡圖。網絡中的節點代表特定的技術組件，節點的大小指代該技術組件中所有申請的專利數量。節點間的連線代表技術組件之間的技術距離，技術距離越近，其連線越粗。基于此我們對該技術網絡進行聚類分析，并對每一類的技術組件和技術連接進行深淺度區分，用以辨別在生命周期和技術距離測量中相似的技術組件。

世界高端制造裝備業所涉及的主要專利技術組件(class)共有122個，主要集中于工業作業和運輸領域，并兼容了物理學、電學、機械工程、冶煉化學等學科，形成了復雜的、彼此牽連的技術領域。逐年的技術聚類情況如圖7所示。通過對全世界技術生命周期的數據分析，我們總結整體的專利技術創新主要集中于機械工程(B23)、鍛壓技術(B30)、沖壓金屬(B21)、鐵冶煉(C21)、合金或有色金屬(C22)、涂覆金屬材料(C23)、工程元件或部件(F16)等技術領域。

2000～2017年，機械工程(B23)一直都處于核心地位，擁有最多的技術聯系。其余技術領域的發展主要分為兩個階段，第一階段自2002年開始，塑料化工(B29)、涂層工藝(B32)與基本電氣元件(H01)等各項子技術的相關技術領域逐漸興起，發展至2006年，塑料化工(B29)、涂層工藝(B32)等子技術領域發展達到一個小高潮，技術聚類呈現出百花齊放的場面。第二階段源于2008年鐵冶煉(C21)技術的革新興起，形成了獨有的一派技術聚類，而基于前序發展的鍛壓技術(B30)仍保持著自己在高端制造裝備技術領域中的重要性。直至2016年左右，高端制造裝備領域的專利技術逐步形成了較為明晰的鐵冶煉(C21)與鍛壓技術(B30)、機械工程(B23)三分天下的局勢。

圖7 世界技術聚類圖資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

我國高端制造裝備業選擇以鍛壓技術(B30)作為切入點比較穩妥。首先，這是一個重要的技術領域，值得投入大量的時間資源跨越技術壁壘。其次，這個領域中有許多先進經驗可以學習，避免一上來就進入艱苦研發攻關的困境。最后，這個領域中的競爭相對沒有機械工程(B23)激烈，發展空間比較可觀。未來，我國高端制造裝備業應重點關注大數據、人工智能技術與鍛壓技術(B30)的結合，在工程元件或部件(F16)、基本電氣元件(H01)等新興領域尋求技術結合與突破。

通過考察德國、美國、日本的高端制造業行業的發展趨勢可以看出，日本高端制造裝備業的商業化程度最高，研發最為集中的是汽車行業企業。美國次之，專業的刀具廠商與飛機制造商平分秋色。德國的商業化程度最低，主要的專利研發和技術聯系都來自于機床、刀具廠商。美國的技術多樣化程度最高，研發活力也是最強的。

因此，我國高端制造裝備業要積極學習美國發展技術與商業化相結合的先進經驗，激發市場活力，充分考慮外部的市場因素，因勢利導。

(四)內部影響的觀測結果

1.資源依賴理論(RDT)。

我們依據Schoen等(2012)對于技術網絡結構和技術圖景的測量，基于全世界高端制造裝備行業企業，繪制了專利技術組件(class)網絡連接和發展路徑的技術藍圖。這種算法給予了我們探索企業專利網絡和組件細節的機會，不僅描述了關于企業技術組件的連接網絡是如何合并的，也提供了從宏觀角度整體觀察企業技術圖景的機會。因此，我們將分別從世界整體和各個主要競爭國家的技術圖景出發，分析各國高端制造裝備業發展的既往步調和未來方向與該國特有的資源優勢之間的關系。

世界高端制造裝備業所涉及的主要專利技術組件(class)共有122個(見圖8)，我們以技術組件之間的合作數量作為構建網絡的基礎度量。網絡的節點同樣是專利技術組件，而節點的大小和顏色的深淺分別代表該技術組件申請的專利數量和該技術組件所屬的學科類別。由于一個專利通常都需要涉及多個子領域的知識，因此往往具有多個技術組件，我們根據出現技術組件組合的情況為網絡中的連接鍵賦值，即線的粗細代表同時擁有所連接的兩個技術組件節點的專利的數量。同樣我們可以按照鍵值的疏密分布篩選出核心的技術組件，更接近圓心則代表是更為核心的技術組件。

我們可以發現，在這122個技術組件分類中美國企業涉及了108個，德國企業涉及了84個，日本企業涉及了101個，中國企業涉及了115個。從技術研發的廣度上來說，經過一段時間的企業研發和技術邊界的拓寬，我國已經逐步開始走在世界的前列。

圖8 世界高端制造裝備業技術圖景資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

從世界高端制造裝備行業的技術圖景中可以看出，技術組件的連接主要集中于B23-F16、B23-B24、B23-B25、B23-C23等網絡連接路徑。在此基礎上，進一步比較美國、德國、日本、中國這四個國家所有企業在高端制造裝備業進行技術研發創新路徑的異同。美國相較于德國、日本、中國而言，技術組件的合作已經不僅僅是以工業作業與運輸為中心，大量的跨領域的連接提升了技術距離相對較大的其他組件在企業技術研發中的權重。相較而言，德國和日本在技術組件的開發體量上較美國有所不足，并且主要集中于工業作業與運輸領域內部的技術連接。而中國卻與美國在技術體量、連接廣度上基本相當。這主要得益于大量的促進創新的政策的推出，政策和社會環境加速了高端制造裝備企業進行廣泛技術研發的步伐。

進一步，如果我們觀察這四個不同國家技術圖景的差異，可以發現這四個國家除了都主要在工業作業與運輸領域中進行創新外，在技術發展副中心的側重點上，這四個國家的高端制造裝備企業也有所不同。德國注重于農業(即生活需要)、機械工程與軍工的研發創新，日本則將主要的創新點融合于本土的資源優勢和長期積累的技術優勢，注重于開拓電學和化學在高端制造裝備業研發創新中所能提供的幫助。美國相比較其他國家，由于其工業分工的細化和工廠的轉移，很大程度上沒有受到地理資源和經驗資源的限制，在各領域技術組件上的專利技術創新都非常均衡，而中國的高端制造裝備業研發創新雖然已經跨越115個技術組件，但是事實上大部分的創新還是集中于工業作業與運輸領域，而在電學、金屬冶煉、機械工程等副中心領域中，缺少高質量、高頻率的技術組合創新，也沒能拿出具有信服力的數量的專利成果。

一方面，這是國家特有的資源優勢和專利技術發展的路徑所導致的；另一方面，我們也可以預計這和四個國家的技術發展階段有關，從美國企業廣泛的技術組件涉獵和多元化技術組件的合作來看，我國的高端制造裝備業的技術研發創新依然有著很長的發展階段需要追趕。而要做到這些，最基本的就是根據技術組件網絡和技術圖景、我國所具有的資源優勢，尋找我們缺少的是哪些領域的知識和技術，以探求我們希望拓展的邊界在哪里。這對于整個行業技術的未來發展路徑和方向都是至關重要的。

2.知識基礎觀和組織學習理論。

組織本身，尤其是本文所涉及的那些高端制造裝備的制造業企業，需要有機組合個體知識，通過特定的路徑和組織過程，創造出有利于組織創新和組織利益的新的(知識)價值(Kogut & Zander，1996)。正是由于企業對知識創造的需求，研發活動才會成為企業的主要課題之一。研發不僅產生新知識，而且有助于企業吸收能力的提升。考察同一市場中的不同企業在2000～2019年的全部專利技術領域聯系程度，對每兩個企業求出技術距離，并且對于每個企業加總市場中的全部技術聯系，我們得到：(1)日本2657家企業中，75分位與中位數相差32%，偏度為-0.7048967，峰度為2.012609；(2)德國947家企業中，75分位與中位數相差35%，偏度為-0.613042，峰度為1.869795；(3)美國1130家企業中，75分位與中位數相差35%，偏度為-0.7560205，峰度為2.20574；(4)中國6851家企業中，75分位與中位數相差3%，偏度為-0.6282872，峰度為1.576126。

因此，可以看出，德國、日本和美國在中等技術距離區域區分了超過1/3的企業，而中國企業的技術區分度不高。從右偏程度與峰度看，日本、美國公司的學習程度更高，尤其是美國，有最多的公司集中在遠距離學習競爭的區域，德國公司的技術學習距離相對平均和分散，中國公司最為分散。

這進一步說明，中國企業加強學習需要注意兩方面。一方面，中國行業內部公司整體技術區分度不高，內部學習效率較低。所以中國企業應積極尋求外部學習機會，廣泛學習各國的不同經驗。另一方面，中國企業應注意內部技術差異化，找到自己的定位，避免過度模仿和重復研發。

更進一步，通過對核心企業技術軌跡的分析可以看出，高端制造裝備業的學習模式是就近學習，學習廣度不高。在這樣的背景下，中國應該發揮自身知識廣度優勢，尋求突破。

3.國際技術競爭中的機遇。

基于專利的引用觀察，全球化對于高端制造裝備產業技術創新的影響我們可以窺得一二。通過計算中國、美國、德國、日本四個國家所引用的專利來源，計算了他們的赫芬代爾指數，以此來衡量專利技術來源的多樣性。

如圖9所示，日本和美國的專利技術來源多樣性基本處于上升的趨勢，德國的較為平穩，而中國的多樣性數值于21世紀初較高，隨后逐漸減少。我們可以認為，日本和美國等發達國家充分利用全球化，在本國技術創新的發展路徑中通過融合、吸收他國的創新成果，來形成更加深入的創新模式。而中國在21世紀初就抓住了這一要點，以他國的創新成果為基礎，大量的學習、引入知識和技能，刺激了國內的專利技術創新。而隨著時間的推移，由全球化獲得的技術共享紅利效應逐漸減小，中國高端制造裝備產業也由此轉變戰略，從引入學習到自主生產，力求通過多年來的積累和國際競爭中積累的經驗，深入鉆研、提升自身實力，創造出獨屬于中國高端制造裝備產業技術發展的快車道。

圖9 1999～2018年中國、德國、日本、美國專利引用來源的多樣性變化趨勢注：1999年中國該方向專利申請數為0，2016～2018年美國該方向專利申請數為0。資料來源：根據美國專利及商標局、歐洲專利局、日本專利特許廳、中國知識產權局和世界銀行數據庫的數據統計繪制。

四、總結和展望

(一)外在影響

首先，需要技術推動。在模仿發達國家先進技術的同時，也要注重基礎科研的推進，以擁有自身獨特的技術優勢。在這一點上，既需要向美國學習對基礎科研的重視，也需要向日本學習抓住主要矛盾，重點突破。同時，從需求角度拉動創新。我國高端制造裝備產業需要認清市場需求，努力滿足大中小下游企業各自不同的需求。應緊密圍繞航空航天、船舶、發電設備、汽車四大領域發展趨勢，結合產業技術發展方向，強調研究開發必須符合用戶需求，以發展主機和成套裝備為牽引安排各項重點任務。

其次，要積極發揮政府的主導作用，通過政府立法，積極推進。如要充分運用政府整合社會力量的優勢，對目前我國數控機床領域“廠多人眾”的現狀進行有效整合，通過制定涉及數控機床的基本法律，從國家戰略層面進行“頂層設計”，正確決策，從方針政策上大力扶植數控機床企業的發展。我國應充分發揮社會主義制度優勢，體現出舉國體制在專項實施中聯合攻關的優勢。由政府、國有企業、國家研究院所牽頭，引導部分制造業優勢企業充分發揮多年積累的技術優勢，帶動上下游研發力量，攻克技術難關，在高校、科研院所及用戶之間逐漸建立起穩定的合作關系，形成產學研用協同攻關模式。

最后，也需要注意制度邏輯的發展，積極推進企業內部協作水平的提高。如學習德國“以人為本”，師徒相傳的制度；注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研并重。我國高端制造裝備業企業應建立行之有效的組織秩序，促進研發人員的交流合作。

(二)內在影響

通過對世界部分國家高端制造裝備行業企業技術距離、技術集聚、技術圖景等測量的研究，我們可以得出一些結論。對于高端制造裝備業的企業而言，企業的技術領域有非常顯著的聚集效應。即使是技術和工業發展相當充分的前沿發達國家，也會集中于工業作業與運輸領域中進行專利創新。但是隨著技術路徑的深入和技術圖景的鋪展，企業可以通過國際工廠進行細化的技術分工，同時獲得多方面的技術支持和資源支持，以此增強企業的學習能力和知識組件的創新能力。因此，這些發達國家會在技術圖景中融入跨領域的技術學習和更多的技術組件的組合，展示出越發廣泛和平衡的技術圖景和發展路徑，同時這也意味著對掌握的技術組件知識的有效應用能力的提升。

當然，技術知識的廣度可能只是研究發展的第一個階段，在實際發展中，則需要結合資源優勢和知識優勢，進行有方向的技術知識的拓展。以德國和日本為例，兩國分別在本國特有的機械工程、化學工程等領域中進行技術融合和技術拓展。而對于中國而言，則需要在拓寬技術廣度的同時，有方向性地在一些技術領域中進行深度的發展和鉆研。這要求我們在技術路徑上參照美國、德國、日本的發展模式，融入獨有的資源優勢，確立本國的技術發展方向。由技術廣度的發展向深度的轉化不僅需要在原有的技術領域中有足夠的資源掌握能力和技術競爭力，還需要企業擁有較強的學習能力。組織學習將幫助企業在面對新的技術領域時有充分的吸收能力，以提高資源利用的效率和知識吸收的效率。