基于專利與行業參照關系分析的制造業技術創新能力測度初探
——以南京市為例

李金剛，李迎成

（東南大學建筑學院，江蘇南京 210096）

1 研究背景

黨的十九屆五中全會指出，要堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐。可以說，創新已經成為當前我國推動經濟發展、優化經濟結構和提升全球競爭力的核心動力。而制造業作為推動國民經濟發展的主要力量，其技術創新能力的提升對于實現高質量發展和建設現代產業體系具有重要意義［1］。過去十多年來，全球新一輪科技革命和產業變革不斷深入推進，美國、日本、德國等發達國家紛紛提出了再工業化戰略，希望重塑制造業在實體經濟發展中的重要地位。我國也于2015 年提出了有關高端制造業發展戰略，建設制造強國［2］。近年來，在創新驅動發展和制造強國戰略的推動下，我國的創新能力得到顯著提升并已進入創新型國家行列。然而，我國制造業關鍵技術受制于人的問題并沒有得到根本解決，提升制造業的技術創新能力在當前構建“雙循環”新發展格局的背景下顯得愈發迫切。

在上述背景下，制造業技術創新能力成為國內外學者高度關注的一個研究領域，已有研究主要關注產業技術創新能力的測度評價、影響因素和提升策略等方面。其中，基于產業的類型特征構建指標體系對產業技術創新能力進行測度評價是已有研究關注的重點。國外有學者指出技術創新所包含的范圍十分廣泛，對其創新能力的測度往往需要選擇適當的替代性指標［3］。例如，OECD［4］提出技術創新能力的測度評價指標體系應從知識的投入、存量、流量、產出、網絡和學習六個維度進行構建。國內學者主要從創新投入、創新產出、創新環境等方面對產業技術創新能力進行測度評價。例如，針對高技術產業的技術創新能力，范德成等［5］從投入能力、產出能力和支持能力三個維度，梁琳等［6］、顧偉男等［7］從技術創新外部環境、技術創新投入能力、技術創新產出能力和技術創新轉化能力四個維度進行了評價。在測度方法方面，已有研究主要采用傳統的數理統計方法，如熵值法［8］、TOPSIS 法［9-10］、因子分析法［11-13］、主成分分析法等［14-15］。作為科技創新活動的重要表征之一，與創新活動具有密切關系的專利［16］，不僅被廣泛地應用于研究創新活動的空間分布［17-19］，而且近年來也被學者用于測度產業技術創新能力［20-23］。同時，國內外很多學者也對產業技術創新能力的影響因素進行了探究。例如，Fan［24］通過以中國和印度的生物技術企業為研究對象進行分析發現，全球制度因素和國家創新政策對企業自主研發和引進國外技術的創新選擇具有重要影響。鄒璇等［25］研究發現軌道交通建設對城市創新產出具有顯著的正外部效應。Agostino 等人［26］研究發現企業內部創新是企業創新的最重要來源，并且該研究還發現與其他公共和私營機構合作對于參與更密集創新活動的企業更為有利。此外，也有學者重點關注了產業技術創新能力的提升策略，提出突破產業核心技術、從產業鏈角度布局產業發展方向、打通融資渠道等提升建議［27-28］。

已有關于產業技術創新能力的研究取得了較為豐富的成果，但也表現出如下兩個方面的特點。一方面，已有對產業技術創新能力進行測度評價的研究大多關注區域層面的特定產業，從城市層面測度和比較其不同產業的技術創新能力的研究有待進一步加強。而城市是產業和創新要素集聚的基本空間單元，研究城市產業技術創新能力對于優化城市產業技術結構、提升城市產業整體技術創新能力具有重要意義。另一方面，基于傳統數理統計方法和指標體系的評價方法具有維度廣、內容全的優點，可以較為系統和全面地反映特定產業和區域的技術創新能力，但由于在指標體系、評價方法選擇等方面缺乏統一的標準，導致不同研究結論之間的可比性不強。

鑒于此，本文構建了基于《國際專利分類與國民經濟行業分類參照關系表（2018）》和城市專利分類數據的制造業技術創新能力測度方法，并以南京市為例進行了實證研究，在對其2009—2019 年各類制造業的技術創新能力進行測度的基礎上，進一步分析了其各類制造業技術創新能力的演變特征。本文所構建的制造業技術創新能力的測度方法，以城市專利分類數據為基礎、以專利與行業的參照關系為切入點，旨在進一步豐富已有關于產業技術創新能力測度的研究成果，為城市制定更有針對性的產業技術創新政策提供參考。

2 制造業技術創新能力的測度方法構建

專利數量是衡量產業技術創新能力的重要表征之一，但由于產業分類與專利分類之間很難一一對應，相關統計年鑒并不涉及不同類型產業的專利數量。已有針對某一類型產業的研究大多選取與該產業相關的幾種類型專利，將這些專利的數量之和近似地作為該產業所對應的專利數量［21,29］。為加強專利活動與經濟效益之間的關聯評價，實現專利與產業的對接，我國國家知識產權局制定了《國際專利分類與國民經濟行業分類參照關系表（2018）》（以下簡稱《2018 年參照關系表》），該表建立了專利類型與國民經濟行業類型的映射關系，為專利的行業分類提供了直接對照，也為測度產業技術創新能力提供了新的視角。《2018 年參照關系表》依據國際專利分類（IPC2018.1）和國民經濟行業分類（GB/T4754-2017）進行編制，涉及國際專利分類全部技術組和國民經濟821 個四位代碼產業，共有參照關系21 863 條。本文基于《2018 年參照關系表》構建的制造業技術創新能力測度方法主要包括以下步驟：

首先，由于《2018 年參照關系表》中的國民經濟行業分類和國際專利分類的代碼細分程度不同，前者涉及的行業代碼最多到四位，而后者涉及的專利代碼則有四到九位不等。為便于對應和比較，對五到九位的專利代碼，取其前四位作為新的代碼，從而將表中的專利代碼統一為四位。例如，原專利代碼為C12N15/05，通過取其代碼前四位形成新的代碼C12N。在此基礎上，統計每一類四位代碼產業所涉及的不同類型四位代碼專利，對重復出現的四位代碼專利只統計一次。例如，在四位代碼產業3130（鋼壓延加工）對應的四位代碼專利中，B21D（金屬板或管、棒或型材的基本無切削加工或處理；沖壓金屬）出現5 次、B21J（鍛造；錘擊；壓制；鉚接；鍛造爐）出現4 次、B21K（制造金屬鍛件或壓制件）出現1 次、F16L（管子；管接頭或管件；管子、電纜或護管的支撐；一般的絕熱方法）出現3 次、F16S（一般結構元件；用這類元件組成的一般構件）出現3 次。但是在統計各四位代碼專利在四位代碼產業3130（鋼壓延加工）中出現的次數時，上述五種四位代碼專利均各只算作1 次。

其次，考慮到大部分城市的統計年鑒只有二位代碼產業的相關數據，為便于將專利數據與產業發展數據相結合，根據二位代碼產業與四位代碼產業之間的包含關系，統計各二位代碼產業所對應的四位代碼專利及各自出現的次數。例如，二位代碼產業16（煙草制品業）包含了3 個四位代碼產業，分別為1610（煙葉復烤）、1620（卷煙制造）和1690（其他煙草制品制造）。其中，1610（煙葉復烤）對應的四位代碼專利為A24B，1620（卷煙制造）對應的四位代碼專利為A24C 和A24D，1690（其他煙草制品制造）對應的四位代碼專利為A24B。最終，二位代碼產業16（煙草制品業）中各四位代碼專利出現的次數統計為：2 次A24B、1 次A24C 和1 次A24D。

表1 “專利—產業”關系矩陣

第四，對構建的“專利-產業”關系矩陣進行列標準化，得到某一四位代碼專利在各二位代碼產業中出現的次數占該四位代碼專利在關系矩陣表中出現的總次數的比重（）。該比重越高，說明某一二位代碼產業涉及的技術創新與該四位代碼專利之間的關系越緊密。該比重的具體計算公式如下：

最后，計算每一類二位代碼產業所對應的專利數量，將其定義為每一類二位代碼產業的技術創新能力，具體公式如下：

式（2）中，TIC_Ik表示城市某一二位代碼產業Ik的技術創新能力，NUM_Pl表示城市某一四位代碼專利Pl的數量。

3 基于南京市的實證分析

3.1 研究區域與數據來源

南京是江蘇省省會、國家重要的科教中心之一，具有豐富的科教創新資源和雄厚的制造業基礎。根據賽迪顧問發布的《2020 先進制造業城市發展指數》，南京市先進制造業發展指數排名從2018 年的第10 位上升到2020 年的第6 位，凸顯了南京市的制造業實力。在新冠疫情期間，南京市制造業表現強勁，制造業的快速復工帶動了南京經濟的全面復蘇。2020 年3 月，南京市的制造業率先實現全面復工復產，工業用電量恢復到去年同期的90%以上，前三季度南京市GDP 同比增長3.3%，其增速位居GDP 萬億規模城市首位，全市經濟總量也首次進入全國前十。基于此，以南京市為實證研究對象測度并分析其制造業技術創新能力具有一定的典型性和代表性。

根據上文構建的方法，對南京市制造業技術創新能力進行測度首先需要獲取南京市各類產業四位代碼專利的數量。考慮到實用新型與外觀設計類專利的技術創新性較低，本文所用的專利數據為發明專利數據。通過利用Python 對我國國家知識產權局公開的發明專利公告書進行文本大數據分析，提取發明專利的申請年份、申請人地址和前四位專利代碼等信息。此外，也需要確定納入分析的二位代碼制造業類型。本文基于國民經濟行業分類（GB/T4754-2017）里包含的二位代碼制造業，剔除其中的“其他制造業”“廢棄資源綜合利用業”和“金屬制品、機械和設備修理業”等3 個二位代碼制造業，最終得到28 個二位代碼制造業作為本文的分析對象。綜合考慮數據的可得性和研究的時效性，本文選取2009—2019 年作為南京市制造業技術創新能力測度的時間范圍。

3.2 主要專利類型及數量變化分析

在測度南京市制造業技術創新能力之前，有必要先分析南京市2009—2019 年期間四位代碼專利數量的變化情況。表2 列出了2009 年和2019 年排名前十的四位代碼專利及對應數量，可以看出兩個明顯特點。一方面，這些四位代碼專利的數量都經歷了較大幅度的增長。例如，G06F（電數字數據處理）的數量從2009 年的174 件增長到2019 年的1 150件。另一方面，兩個年份排名前十的四位代碼專利在構成上具有較大差異。在2019 年排名前十的四位代碼專利中，僅有5 類四位代碼專利在2009 年也排名前十，新增了5 類四位代碼專利，分別是G06Q、G06K、G06T、H02J 和G01R，一定程度上反映了10年來的技術變化趨勢。

表2 南京市2009 和2019 年排名前十的四位代碼專利及對應數量

3.3 與各二位代碼制造業具有緊密聯系的專利類型分布情況

基于制造業技術創新能力測度方法中構建的“專利—產業”關系矩陣，表3 列出了與每一類二位代碼制造業技術創新關系最緊密的前3 位四位代碼專利（即根據測度方法的步驟四，對每一類二位代碼制造業計算各類四位代碼專利與之對應的，并取值排名前三的四位代碼專利）。顯然，不同二位代碼制造業在與其存在緊密技術創新關系的四位代碼專利構成方面差異較大。此外，可以看出許多四位代碼專利僅在某一類二位代碼產業中出現。例如，四位代碼專利A23D 僅在農副食品加工業中出現，四位代碼專利A23J 僅在食品制造業中出現。

表3 與各二位代碼制造業技術創新關系最緊密的前3 位四位代碼專利

3.4 二位代碼制造業技術創新能力的測度結果與分析

基于各四位代碼專利的數量以及其在各二位代碼制造業中出現次數占其總出現次數的比重，我們可以計算得到南京市2009—2019 年期間28 類二位代碼制造業的技術創新能力。囿于篇幅限制，表4列出了各類二位代碼制造業在2009 年和2019 年的技術創新能力測度結果及對應的排名情況。下文從三個方面對測度結果進行簡要分析。

表4 南京市2009—2019 年二位代碼制造業技術創新能力的測度結果

第一，從計算結果看，本文所構建的基于專利與行業參照關系分析的制造業技術創新能力測度方法具有較好的解釋力，大部分二位代碼制造業的技術創新能力符合常規認識且與南京市制造業的整體技術創新水平一致。例如，農副食品加工等輕工業的技術創新能力整體上要低于化學原料和化學制品制造等重工業的技術創新能力。再如，煙草制造業的技術創新能力在2009—2019 年期間均為南京市最低，這符合該行業本身的技術特性，同時也反映了南京市與該行業相關的專利產出較少。相反，專用設備制造業、計算機、通信和其他電子設備制造業、化學原料和化學制品制造業、儀器儀表制造業的技術創新能力在南京市位居前列。事實上，這幾類二位代碼制造業的技術創新需求較高，南京市與這幾類制造業相關的專利產出也較多。需要說明的是，盡管汽車制造業以及鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業等部分產業本身具有較高的技術創新需求，但由于南京市與這些產業相關的專利產出較少，導致結果顯示這些產業的技術創新能力較低。

第二，從技術創新能力的數值變化看，南京市28 類二位代碼制造業的技術創新能力整體而言在2009—2019 年期間均得到了顯著提升。例如，所有制造業技術創新能力的平均值從2009 年的209.1 上升到2019 年的921.9，技術創新能力值超過200 的二位代碼制造業數量也從2009 年的9 類上升到2019年的16 類。此外，化學原料和化學制品制造業、專用設備制造業、計算機、通信和其他電子設備制造業和儀器儀表制造業的技術創新能力值達到了3 000以上。當然，也有一些二位代碼制造業的技術創新能力提升幅度不大甚至出現了下降，如煙草制造業、紡織服裝、服飾業、皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業、家具制造業和農副食品加工業等。制造業轉型發展和創新驅動發展戰略的實施是推動南京市制造業技術創新能力提升的主要原因。2009—2019年期間，南京市相繼印發了《關于促進我市新興產業發展的政策措施的通知》（2012）等政策文件，將新一代信息技術、高端裝備制造、新材料、生物醫藥和醫療器械等產業作為南京市制造業的發展方向，為機械、電子類制造業技術創新能力的提升提供了良好的政策發展環境。

第三，從技術創新能力的排名變化看，10 年來大部分二位代碼制造業的技術創新能力排名發生了變化，有12 類二位代碼制造業的技術創新能力排名下降，12 類二位代碼制造業的技術創新能力排名上升，僅有4 類二位代碼制造業技術創新能力排名不變。其中，排名上升并且幅度較大的制造業以機械和電子類制造業為主，如鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業、汽車制造業等；排名下降并且幅度較大的制造業以輕紡類制造業為主，如皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業、農副食品加工業和食品制造業等。

4 結論

準確評價制造業技術創新能力對落實國家創新驅動發展戰略、制定更有針對性的產業發展政策具有重要意義。本文以《國際專利分類與國民經濟行業分類參照關系表（2018）》為基礎，對構建基于專利與行業參照關系分析的制造業技術創新能力測度方法進行了初步探討，并以南京市為實證分析對象對該方法進行了應用。本方法構建的“專利—產業”關系矩陣能夠較好地反映不同二位代碼制造業在與其存在緊密技術創新關系的四位代碼專利構成方面所存在的較大差異，并體現在制造業技術創新能力的測度結果中。實證結果表明，南京市2009—2019年期間二位代碼制造業的技術創新能力呈現出顯著的增長趨勢，但不同二位代碼制造業的技術創新能力差異較大且增長幅度也不同。通用設備制造業、專用設備制造業、計算機、通信和其他電子設備制造業、儀器儀表制造業等具有較好的創新基礎并且近年來受到重點扶持的二位代碼制造業的技術創新能力較高且增長幅度較大。雖然鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業、汽車制造業等二位代碼制造業技術創新的基礎較為薄弱，但是在政府的支持下，其在二位代碼制造業中的排名上升幅度較大。而紡織業、紡織服裝與服飾業等輕紡類制造業的技術創新能力較低且增長幅度較小，并且皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業和農副食品加工業的技術創新能力還出現了負增長。整體而言，基于該方法測度的南京市二位代碼制造業技術創新能力能夠被較好地解釋，初步證明了該方法的有效性。

需要說明的是，本文所構建的方法為測度制造業技術創新能力提供了一個新的視角，所計算的“專利—產業”關系矩陣對其他城市也具有適用性，有利于不同城市間的橫向比較以及不同年份間的縱向比較。當然，本文僅僅從專利與行業參照關系的視角對制造業技術創新能力的測度方法進行了初步探索，后續將進一步加強對測度結果的解釋與應用，也期待有更多的學者對該方法進行優化和完善。