醫藥制造業發明專利與產業發展的空間耦合協調研究

張 莉，單曉光

(同濟大學 上海國際知識產權學院，上海 200092)

0 引言

新一輪科技革命和產業變革深入發展，產業與技術加速融合，創新逐漸成為區域經濟發展的重要驅動力[1]。黨的十八大提出實施創新驅動發展戰略，將科技創新作為經濟增長新引擎；黨的十九大報告明確提出加快建設創新型國家，并指出“創新是引領發展的第一動力，是建設現代化經濟體系的戰略支撐”；2020年11月30日，習近平總書記在中共中央政治局第二十五次集體學習時強調，“創新是引領發展的第一動力，保護知識產權就是保護創新”。我國已成為世界知識產權數量增長的主要源泉，是名副其實的知識產權大國，截至2020年11月底，我國發明專利有效量為301.0萬件，有效注冊商標量為2 965.2萬件，累計批準地理標志產品2 387個，核準專用標志使用企業9 333家，累計注冊地理標志商標6 015件[2]。然而，我國知識產權資源仍然存在大而不強、多而不優的問題，對產業發展的支撐作用不明顯，與經濟社會發展融合不夠緊密。《中共中央制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》明確提出要促進科技與經濟深度融合。2015年，國家知識產權局啟動知識產權區域布局試點工作，旨在明確知識產權資源與產業發展的協調匹配關系，促進知識產權工作與經濟社會發展深度融合[3]。專利與產業協調共進有助于推動產業實現創新驅動發展。因此，研究專利與產業的空間耦合協調關系，對促進技術與產業深度融合，優化專利與產業空間布局，加強專利對產業的有效支撐具有現實意義。

1 文獻綜述

專利作為一種重要知識產權，是保護和激勵創新的基本保障，也是實現創新成果向現實生產力轉化的重要橋梁和紐帶[4]。有效發揮專利在產業優化升級中的作用，有利于提高產業競爭力[5]。專利創造與產業發展關系的研究一直是學術界持續關注的議題。然而，詳細梳理現有文獻發現，目前多以協整分析和格蘭杰因果檢驗為主要研究方法，探討專利與產業發展間的協整或因果關系[6-9]，或采用回歸分析方法，從產業層面探討專利產出與產業增長的關系[10-11]，而鮮有探討專利與產業空間分布特征及兩者間耦合協調關系的研究。中國幅員遼闊，地域差異大，多位學者關注到專利布局的區域差異[12-16]和產業空間分布差異[17-19]，并對專利布局和產業發展均存在顯著地域差異已形成共識，但對兩者差異程度是否同步與協調的研究還相對缺乏。

近年來，部分學者開始從空間視角探討創新資源與產業發展的協調性，如焦敬娟等[20]從空間和行業兩個視角，探討東北地區創新資源和產業發展的集聚性與協同性，發現東北地區創新資源與產業發展均表現出顯著的空間集聚性，但在市轄區內部集聚區存在較大差異，導致創新資源和產業發展的協調性呈現嚴重偏離；杜德林等[21]基于科教資源—知識產權—產業發展的創新發展鏈條，對科教資源與知識產權資源進行產業匹配，從行業視角定量分析珠三角地區產業與創新發展的協同關系，發現珠三角地區科教資源和知識產權資源均表現出顯著的行業集聚性，但僅有少數行業的科教資源、知識產權資源與產業發展達到高水平或中等水平協調關系。整體而言，上述研究主要側重于某個時間點的靜態分析，而基于時空動態演變過程的研究還十分缺乏。綜上所述，現有研究較為重視專利創造與產業發展之間的相互作用或相互影響，而較少關注專利創造與產業發展的空間耦合協調關系，對兩者時空動態演變趨勢的研究亟需加強。

專利密集型產業是創造并大量使用專利要素的產業，其對專利和技術的依賴顯著高于傳統產業。毫無疑問，專利是專利密集型產業的核心要素，是提升產業競爭力的關鍵因素。自2012年美國首次發布《知識產權與美國經濟》報告以來，歐盟、中國等也相繼發布知識產權密集型產業及其經濟貢獻相關報告[22]，專利密集型產業培育與發展成為各國關注和競爭的重點。數據顯示，2018年我國專利密集型產業增加值為10.7萬億元，占GDP比重達11.6%[23]；2019年我國專利密集型產業增加值達到11.5萬億元，比上年增長7.0%，占GDP比重與2018年持平[24]。專利密集型產業已經成為經濟高質量發展的重要支撐。因此，本文選擇高度依賴專利要素的專利密集型產業探討專利與產業的協調關系具有典型代表意義。醫藥制造業不僅已進入國家知識產權局公布的專利密集型產業目錄[22, 25]，而且是我國重點發展的高新技術產業。隨著經濟社會發展、人口老齡化及生態環境變化，醫藥制造業的基礎性和戰略性地位更加凸顯[26]。近年來，我國醫藥制造業產能和規模都有了較大提升，但未成長出世界知名的跨國公司，而且從藥品銷售內容看，仍以中藥注射劑和專利過期藥為主，在專利藥品可及性方面仍低于全球其它主要市場[27]。在出口競爭力方面，2012—2016年，中國工業出口交貨值與工業銷售產值之比的平均值為10.87%，同時期醫藥制造業為5.75%，遠低于工業總體平均值。以上事實表明，我國醫藥制造業創新能力不足、國際競爭力不強，有必要從專利與產業協調關系視角探究醫藥制造業的創新發展路徑。

專利創新與產業發展相互促進、彼此作用，產業是專利發揮作用的載體，產業優化升級必然引起專利變動，同時專利要素的合理配置對實現產業創新發展具有重要作用。因此，優化專利空間布局，使其與區域產業發展水平耦合協調，是促進產業結構升級的必然要求。在創新驅動發展大背景下，深入研究專利與產業的耦合協調關系及其動態演變趨勢，有助于把握專利與產業的協調發展態勢，調整專利產業空間布局，實現專利對產業發展的有效支撐。基于此，本文以專利密集型產業中的醫藥制造業為典型代表，采用改進的象限圖法以及專利重心與產業重心的空間耦合態勢模型，從空間視角探討醫藥制造業發明專利與產業發展的耦合協調關系及兩者的時空動態演變趨勢，以期為我國醫藥制造業及其它專利密集型產業或高技術產業協調發展提供參考和建議。

2 研究方法與數據來源

2.1 象限圖法

本文借鑒陳明星等[28]、焦敬娟等[20]的改進象限圖法，探討醫藥制造業發明專利與產業發展的空間耦合協調關系。具體步驟如下：首先，對醫藥制造業發明專利和產業發展水平進行標準化，生成兩個新變量ZP、ZIDL，其中ZP表征樣本點在散點圖中偏離發明專利樣本中心位置的程度，ZIDL表征樣本點在散點圖中偏離產業發展水平樣本中心位置的程度。其次，利用標準化后的新變量數據列，以ZP為X軸、ZIDL為Y軸，繪制散點象限圖。最后，劃分類型區。本文以ZP-ZIDL符號表征兩者偏離各自樣本中心的協調性，ZP-ZIDL的絕對值表征兩者偏離各自樣本中心的協調程度。據此，將醫藥制造業發明專利與產業發展的關系劃分為以下5種類型區：專利嚴重滯后區(ZP-ZIDL<-1)、專利滯后區(-1≤ZP-ZIDL <-0.2)、基本協調區(-0.2≤ZP-ZIDL≤0.2)、專利超前區(0.21)。

2.2 專利重心與產業重心的空間耦合態勢模型

借鑒樊杰等[29]的經濟重心與人口重心空間耦合態勢模型，刻畫醫藥制造業發明專利重心與產業發展重心的空間耦合態勢，并進一步探討其時空演變趨勢。醫藥制造業發明專利重心和產業發展重心是各地區醫藥制造業發明專利與產業發展水平子矢量的合力點，發明專利重心和產業發展重心的計算公式為：

(1)

其中，GP、GI分別表示醫藥制造業發明專利重心和產業發展重心，n為地區數量，xi、yi表示各地區空間區位(用經緯度表示，單位為度)，Pi、Ii分別表示各地區醫藥制造業發明專利和產業發展指標。

更進一步，采用發明專利重心與產業發展重心在空間分布上的重疊性及其變動軌跡一致性，從靜態和動態兩個角度考察兩個重心的空間耦合態勢。發明專利重心與產業發展重心的空間重疊性用兩者間的距離表示，距離越近則重疊性越高。兩者重心間的距離計算公式為：

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(2)

變動一致性以發明專利重心和產業發展重心相對上一時間點產生位移的矢量交角θ體現，并用其余弦值cosθ作為變動一致性指數，該值越大則表示變動越一致。當cosθ=1時，表示兩者完全同向；cosθ=-1時，表示兩者完全反向。設重心較上一個時間點經緯度變化量分別為△x和△y，則變動一致性指數計算公式為：

(3)

2.3 數據來源

本文以中國內地31個省市為研究對象，采用各省市醫藥制造業主營業務收入表征其醫藥制造業發展水平，數據來源于2010—2019年《中國高技術產業統計年鑒》以及各省市統計年鑒。各省市醫藥制造業發明專利授權量通過Incopat科技創新情報平臺檢索得到，檢索式根據國家知識產權局發布的《國際專利分類與國民經濟行業分類參照關系表(2018)》編制。本文收集2009—2018年醫藥制造業發明專利和主營業務收入數據，旨在考察較長時間內我國醫藥制造業發明專利與產業發展的耦合協調特征及變化趨勢。

3 醫藥制造業專利與產業空間分布特征

為消除個別年份數據波動帶來的影響，首先將數據樣本分成2009—2013年和2014—2018年兩個階段，然后對每個省市分別取各階段5年數據的平均值，得到31個省市兩個階段的發明專利、主營業務收入4個序列數據作為分析樣本，以考察醫藥制造業發明專利與產業發展的空間分布特征。圖1展示了兩個階段各省市醫藥制造業發明專利和主營業務收入的省市排名及累計百分比情況。由圖1可知，醫藥制造業發明專利主要集中在山東、北京、江蘇、廣東、上海和浙江6個省市，2009—2013年、2014—2018年6個省市發明專利占比分別為56.63%和57.63%。比較兩個階段，山東和北京排名略有變化。與之形成鮮明對比的是，兩階段發明專利排名后5位的省市均為新疆、內蒙古、寧夏、青海和西藏，5省市發明專利占比僅約為1%。由此可見，醫藥制造業發明專利空間分布差異極為顯著。

圖1 各省市醫藥制造業發明專利與主營業務收入排名及累計百分比

醫藥制造業產業規模最大的省市為山東，其主營業務收入占比約為15%。2009—2013年主營業務收入排名第2～6位的省市分別為江蘇、河南、廣東、浙江和吉林，前6位省市主營業務收入占比為50.68%，與發明專利排名前6位的省市有較大差別且低于前6位省市發明專利占比(56.63%)。2014—2018年主營業務收入排名第2～6位的省市分別為江蘇、河南、廣東、吉林和四川。與2009—2013年這一階段相似，2014—2018年主營業務收入排名前6位的省市與發明專利排名前6位的省市有較大差別且前者占比(51.69%)低于后者(57.63%)。兩階段主營業務收入排名后5位的省市均為甘肅、寧夏、青海、新疆和西藏，5省市占比約為1%，與發明專利排名后5位的省市略有差異，且與后5位省市發明專利占比相當。綜合來看，各省市醫藥制造業發明專利排序及占比與主營業務收入具有較大差異，初步可以判定我國醫藥制造業發明專利與產業發展之間存在不匹配、不協調現象。

由表1可知，東部地區產業集聚程度低于其發明專利集聚程度。2009—2013年和2014—2018年兩個階段，東部地區醫藥制造業主營業務收入占比分別為57.64%和55.04%，低于其發明專利占比(68.38%、67.42%)。表明經濟發達地區的專利活動比產業活動更加趨向空間集聚，這與張貴和李濤[14]的研究結論類似。與之相反的是，中部地區產業集聚程度高于發明專利集聚程度，其主營業務收入占比在兩個階段分別為28.20%和30.28%，顯著高于其發明專利占比(17.06%、18.20%)。經濟相對落后的西部地區產業與發明專利集聚程度相當，主營業務收入和發明專利占比均在14%左右。已有研究表明，創新活動的空間集聚趨勢不僅與產業地理分布有關，而且與知識空間溢出相關[30]。東部地區通過促進鄰近地區知識外溢，導致創新更加集聚[16]。

表1 東、中、西部地區醫藥制造業發明專利與主營業務收入占比

4 省域醫藥制造業專利與產業耦合協調分析

根據改進的象限圖法，繪制得到2009—2013年和2014—2018年兩個階段醫藥制造業ZP、ZIDL散點象限圖和專利—產業耦合協調的省市類型劃分圖，如圖2、3所示。

圖2 醫藥制造業ZP、ZIDL散點象限圖

圖3 醫藥制造業專利—產業耦合協調省市類型劃分

相較于2009—2013年，2014—2018年醫藥制造業發明專利與產業發展的整體耦合協調性有所提升，基本協調區從11個省市增加至17個，專利滯后區、專利超前區由10個和7個省市減少為6個和3個，部分省市逐漸轉化為基本協調區(遼寧、內蒙古、山東、陜西、海南、云南和天津)。這表明醫藥制造業發明專利與產業發展在考察期內相互促進并不斷協調發展，已得到一定程度優化。整個考察期內，江蘇均屬于專利嚴重滯后區，江蘇醫藥制造業發明專利和產業規模分別處于全國第三位和第二位，其兩階段發明專利占比均遠低于主營業務收入占比，發明專利嚴重落后于其對應的產業發展水平；上海和北京均屬于專利嚴重超前區，上海、北京創新程度較高，已形成創新型城市功能發展優勢[31]，兩地醫藥制造業發明專利占比遠高于主營業務收入占比，發明專利嚴重超前于其對應的產業發展水平。進一步分析可知，處于基本協調區的省市發明專利和產業發展水平均落后于樣本中心位置(見圖2)，主要包括西部地區大部分省市和中部地區部分省市，歸于該類型區的省市發明專利與產業發展基本協調，但屬于低水平的協調發展，未能達到創新驅動發展目標。值得注意的是，由前述表1分析可知，東部地區產業集聚程度低于發明專利集聚程度，即整體而言，東部地區表現為專利超前，北京、上海、福建、浙江、廣東等東部地區大部分省市亦表現出此特點，而江蘇卻表現為專利滯后。由此可見，在東部地區內部，不同省市醫藥制造業發明專利與產業發展之間呈現出不同協調關系。

2009—2013年，基本協調區發明專利與主營業務收入占比分別為11.46%和10.27%，2014—2018年這一比例分別提高至35.25%和33.79%(見表2)。醫藥制造業專利與產業的整體協調性有所提高，而基本協調區發明專利和主營業務收入占比仍較低，表明我國醫藥制造業發明專利與產業發展之間仍存在明顯偏離。整體而言，醫藥制造業發明專利與產業發展的協調性呈現出西高東低、北高南低的空間分布格局。分三大區域看，2009—2013年東部地區11個省市均位于不協調區，2014—2018年山東、遼寧、海南和天津轉化為基本協調區，其余7個省市仍位于不協調區，并且在專利(嚴重)滯后區和專利(嚴重)超前區均有分布，表明東部地區醫藥制造業專利與產業發展不協調現象十分嚴重。中部地區的安徽、黑龍江和山西在兩個階段均位于基本協調區，其余5省市均位于專利滯后區，說明中部地區大部分省市專利創新乏力，不足以完全支撐醫藥制造業發展。西部地區除四川外，其余省市均位于基本協調區，整體協調性良好。從南北方向看，2009—2013年，南部地區18個省市中，5個省市位于基本協調區，13個省市位于不協調區，占比為72.2%；2014—2018年，基本協調區增加至8個省市(山東、海南和云南轉化為基本協調區)，仍有10個省市位于不協調區，占比為55.6%。2009—2013年，北部地區13個省市中，6個省市位于基本協調區，7個省市位于不協調區，占比為53.8%；2014—2018年，基本協調區增加至10個省市(遼寧、內蒙古、陜西和天津轉化為基本協調區)，還有3個省市位于不協調區，占比為23.1%。相較而言，南部地區的協調性低于北部地區。經濟發達的東南部地區和主要醫藥產業基地(吉林、河南、江西和四川)發明專利與產業發展不協調現象較為嚴重，這種不協調現象勢必影響我國醫藥制造業創新發展及產業競爭力提升，值得關注和警惕。

表2 各類型區發明專利與主營業務收入占比

5 醫藥制造業專利與產業耦合協調時空格局演化分析

利用式(1)得到2009—2018年醫藥制造業發明專利重心和產業發展重心，繪制其時空演變軌跡圖，并通過式(2)、(3)計算兩個重心間的距離和變動一致性指數，分析兩個重心的空間走向及其變化的同步性與協調性，結果如圖4、5所示。

圖4 醫藥制造業發明專利重心與產業發展重心空間演變

2009—2018年，中國醫藥制造業發明專利重心一直位于115.41°E以東、33.86°N以南。相對于中國幾何中心[32]，發明專利重心一直偏向于東部和南部，而且東西方向的偏離距離大于南北方向，這說明東部和南部地區是我國醫藥制造業發明專利高集聚區，且東西方向的區域差異大于南北方向。在考察期內，醫藥制造業發明專利重心整體向西南方向移動，其中，2009—2015年發明專利重心遷移無明顯規律，從2015年開始，穩定向西南方向移動。2015年，發明專利重心位于116.00°E、33.22°N，到2018年重心遷移至115.41°E、32.64°N。2009—2018年10年間，發明專利重心向西移動了0.41°，向南移動了1.07°，南北方向的遷移速度稍快于東西方向。發明專利重心遷移軌跡說明我國醫藥制造業創新活動在東西方向的不均衡性有所收斂，而南北方向的不均衡性卻在擴大。

與發明專利重心位置類似，醫藥制造業產業發展重心一直位于115.43°E以東、33.77°N以南，產業集聚表現為東部高于西部、南部高于北部。在考察期內，醫藥制造業產業發展重心整體向西南方向移動，其中，2009—2012年產業發展重心遷移規律不明顯，2012—2018年穩定向西南方向移動，與發明專利重心變動趨勢一致。2012年產業發展重心位于116.34°E、33.77°N，2018年重心遷移至115.43°E、32.76°N。2009—2018年10年間，產業重心向西移動了0.83°，向南移動了0.86°，南北方向的遷移速度與東西方向基本相當。近年來，西南地區對醫藥制造業的拉動作用較為顯著，如四川、重慶醫藥制造業主營業務收入在2014—2018年排名較2009—2013年均上升1位；東北地區的影響持續降低，如遼寧、黑龍江醫藥制造業主營業務收入在2014—2018年排名較2009—2013年分別下降5位和1位。

綜合來看，醫藥制造業發明專利重心與產業發展重心間仍存在一定距離偏離，表明醫藥制造業發明專利與產業發展之間不協調現象突出。近年來，發明專利與產業發展的空間分布差異表現出縮小趨勢：一是兩個重心之間的偏離距離逐漸減小，從2012年的64.07km縮小到2018年的13.46km；二是兩個重心均向西南方向遷移，且移動方向也趨于一致，二者格局呈現一致性變化趨勢(見圖5)。這充分說明，醫藥制造業發明專利與產業發展的分離狀況得到顯著改善，發明專利與產業發展的整體空間協調性有所提高，與前述分析一致。

圖5 醫藥制造業發明專利重心與產業發展重心間距離與變動一致性指數

6 結論與展望

6.1 研究結論

本文在分析醫藥制造業發明專利與產業發展空間分布特征的基礎上，采用改進的象限圖法及專利重心與產業重心空間耦合態勢模型，從空間視角對我國醫藥制造業發明專利與產業發展之間的耦合協調關系及其時空動態演變趨勢進行定量分析，得到以下主要結論：首先，醫藥制造業發明專利與產業發展均在空間上表現出顯著集聚特征，東部地區專利活動比產業活動更加趨向空間集聚，中部地區則正好相反，而西部地區兩者集聚程度相當。其次，醫藥制造業發明專利與產業發展之間不協調現象突出，基本協調區省市占比較低，且發明專利重心與產業發展重心之間仍存在一定距離偏離。再次，整體上，醫藥制造業發明專利與產業發展的協調性呈現西高東低、北高南低的空間分布格局。發明專利和產業發展水平均較高的地區，兩者之間不協調現象較為嚴重，而發明專利和產業發展水平均落后的地區，兩者之間協調性較好，表現為低水平協調關系。最后，近年來，醫藥制造業發明專利與產業發展之間的耦合協調性有所提高，基本協調區從11個省市增加至17個，部分省市逐漸轉化為基本協調區。發明專利重心與產業發展重心均向西南方向遷移，兩個重心間的距離逐漸縮小，變動一致性提高，專利與產業之間相互促進與協調發展有所優化。

6.2 政策建議

基于上述研究結論，本文提出以下建議：

首先，充分認識到專利與產業協調發展的重要性。醫藥制造業屬于典型的專利密集型產業，其發明專利密集度在所有工業產業中位列前茅，可見其發明專利數量積累已經達到一定程度。然而，隨著我國經濟轉向高質量發展階段，僅僅依靠專利數量實現產業升級的模式已難以為繼，現階段應該更加重視專利與產業錯配導致的專利與產業融合不足、專利對產業支撐不夠等問題。發明專利與產業發展互動并進，專利資源在區域間和產業間合理配置，兩者形成良好的耦合協調關系，才能更有效促進產業創新發展。盡管近年來醫藥制造業發明專利與產業發展的協調性表現出逐漸提高的趨勢，但應該注意到，目前兩者之間不協調現象仍然十分突出，且不協調區域主要位于經濟較發達的東南部地區和主要醫藥產業基地，促進這些區域由不協調向協調轉化已刻不容緩。

其次，增強專利(嚴重)超前區的輻射帶動作用和知識溢出效應，有效解決專利與產業配置錯位問題。我國醫藥制造業發明專利與產業發展的協調關系表現出顯著地區差異，并且同一區域內不同省市呈現出不同協調關系。在區域層面，東部地區專利活動較產業活動更加集聚，表現出專利超前特點。因此，東部地區應發揮創新優勢，擴大輻射帶動范圍，加大創新資源向中西部地區輸出力度，促進知識溢出。在省域層面，各區域內不同省市醫藥制造業發明專利與產業發展之間呈現出不同協調關系。如北京、上海、福建、浙江、廣東等東部地區表現為專利超前，而江蘇則表現為專利滯后；西部地區絕大部分省市表現為基本協調，而四川則表現為專利滯后。江蘇和四川醫藥制造業發明專利數量在全國排名靠前，但相對產業發展規模而言，仍顯支撐不足。因此，調整并優化專利產業空間布局，合理配置并充分利用創新資源，解決兩者配置錯位問題顯得尤為重要。

最后，不同類型區的省市應采取不同發展路徑。目前西部地區大部分省市及中部地區部分省市位于基本協調區，這些省市產業發展規模不大、專利創新水平不高。因此，對于基本協調區的省市，應根據自身區位和資源稟賦特點，在提升醫藥制造業整體專利創造水平和產業發展規模的同時，發揮區位特有優勢，推動產業進一步協調發展；對于專利(嚴重)滯后區的省市，應重視對創新成果的知識產權保護，加強與創新優勢區域的交流合作，提高技術吸收能力，使專利創造水平能夠完全支撐產業發展規模；對于專利(嚴重)超前區的省市，應鼓勵專利資源跨省市、跨區域流動，提高專利轉移轉化效益，同時充分利用創新資源優勢，將專利成果轉化為產業實際生產力，擴大產業規模并促進產業轉型升級。只有各區域專利資源與對應的產業發展水平形成良好的耦合協調關系，才能充分發揮專利創造對產業創新發展的促進作用，從而支撐產業實現高質量發展。

6.3 不足與展望

本研究仍存在一定局限：①主要側重于對醫藥制造業發明專利與產業發展空間耦合協調及其動態演變趨勢的評價與分析，而對于影響兩者協調發展的關鍵因素還有待深入研究；②指標選擇主要從發明專利數量出發，并未考察專利質量的影響，后續研究可以進一步設置專利質量指標，探討高質量專利與產業發展的協調關系；③僅以醫藥制造業為例進行分析，后續研究應拓寬產業范圍，從產業對比角度研究如何優化專利產業空間布局，從而更加有效地支撐產業創新發展。