中國在全球創新網絡中的地位測度
——來自美國專利數據庫的證據

王佳希，楊翹楚

(上海財經大學商學院，上海 200433)

0 引言

隨著全球化不斷推進，科技創新領域的國際合作越來越密切[1]，創新活動的網絡化特征逐漸凸顯。根據2019年世界知識產權報告，1970—2000年美國、日本和德國占據全球知識創新活動的核心，擁有全世界三分之二以上的專利。2000年之后，創新知識產出如專利技術等在全球范圍內日趨分散，全球創新網絡中節點數量不斷增加，網絡連接數和密度也逐步提升。以中國為代表的新興國家 (地區)崛起，成為全球創新活動的重要參與者。近年來，通過設立海外R&D機構等國際化研發活動，中國國際專利申請數持續走高。根據本文使用的USPTO專利文本數據庫，2013年中國在USPTO年度專利申請數為8083項，而2020年這一數據增長到24759項，增幅超過200%。

在全球創新活動網絡化特征不斷凸顯、中國融入程度不斷加深的背景下，從全球視野實現對中國在創新網絡中的精準定位，對中國提升自主創新能力和國際競爭力等具有重大現實意義。既有文獻對中國創新發展格局的分析多局限于線性描述，鮮有考慮全球創新活動的網絡化特征。少數涉及創新網絡的研究，視野一般局限于國內，多是探討某一區域的創新網絡構建情況，如研究上海在長三角26個主要城市協同創新網絡中的地位[2-3]。本文對全球創新網絡的構建和中國地位的測度及分析也是對相關領域文獻重要的理論補充，重點探討以下問題：①中國在全球創新網絡中處于什么位置？合作伙伴主要是哪些國家 (地區)？主要和哪些國家 (地區)存在專利互引關系？②在集成電路、生物醫藥等核心技術領域，中國的網絡地位如何？③各省份在融入全球創新網絡過程中，是否實現了充分的創新協同？基于上述問題，本文利用Python爬蟲技術深度挖掘USPTO數據庫中的專利文本信息，結合社會網絡分析方法，構建全球創新合作與專利互引網絡。然后從國家 (地區)層面、細分技術領域層面、省份層面以及代表性企業層面4個維度對中國進行較為精準的網絡定位。最后，為中國進一步提升全球創新網絡地位提供豐富的實踐啟示。使用USPTO專利文本數據庫的原因在于：①中國和美國是世界上最重要的兩支科技創新力量，中美間的創新關聯日趨緊密也日漸復雜。該數據庫可以直觀比較中、美在專利申請數量、技術領域分布和合作國家 (地區)等方面的差異；②該數據庫信息質量高，專利文本格式規范，與本研究將中國放在全球視野下進行網絡定位的需求相符，在創新網絡相關研究[4-5]中也被廣泛使用。

在全球創新網絡的理論闡釋方面，Ernst[6]在全球生產網絡的基礎上提出全球創新網絡的概念，并對創新網絡加以描述，認為它是一種企業和其他組織之間全球化的有組織性的協作網絡形態，這些組織從事知識生產，從而產生創新。全球創新網絡是一種并不只局限于高收入國家 (地區)、具有網絡化特征且以創新為成果的全球創新傳播網絡。全球創新網絡注重知識的交流、整合以及再創新，而并非簡單生產。也有文獻認為基于企業內部和企業間的創新聯系是全球創新網絡的重要成因，企業將研發進程分割成多個階段，企業內各部門和其他企業根據其比較優勢參與不同階段的研發，從而形成了創新網絡[7]。另有部分文獻表明人際關系的構建加速了全球創新網絡形成[8]，這些關系包括科學家和企業家之間的國際流動及合作[9]。在創新網絡的構建方面，專利的聯合申請和互引在既有文獻[4-5]中被廣泛使用來構建各節點間的網絡連接。在分析方法上，社會網絡研究方法在創新網絡相關研究[10-11]中被廣泛運用。在創新網絡構建層級上，囿于數據的可得性，既有文獻對創新網絡的構建多依賴于調研數據，或者局限于某一國家 (地區)內部，鮮有研究構建的創新網絡能夠突破國家 (地區)邊界。本文利用社會網絡研究方法，借助USPTO專利文本數據庫，從國家 (地區)層級、細分技術領域層級、國內省份層級以及典型企業層級對中國在全球創新網絡中進行多維定位，旨在為中國進一步加強與全球創新網絡核心節點間的聯系、提升網絡地位等提供參考。

1 研究設計

1.1 數據采集

本文利用Python爬蟲技術，首先從USPTO專利文本數據中檢索1976—2021年所有申請國為中國的專利文本，并爬取相關文本信息。提取中國在USPTO數據庫中引用其他專利和被其他專利引用的所有相關專利號，再利用上述專利號爬取所有和中國專利存在互引關系的專利文本信息，構建所有相關專利間的互引關系。最后提取專利文本中申請國 (地區)代碼和發明家國籍等信息，構建專利聯合申請關系。本文提取出的數據庫中專利文本信息條數為582255條，專利 “父—子”關系條目數為406902條，涉及全球157個國家 (地區)和1916個IPC四位技術領域分類號。專利文本中包含了專利申請時間、IPC技術分類號、申請人、申請城市等豐富信息，能夠充分支撐本文的研究主題。

1.2 研究方法

本文運用社會網絡分析方法，對搜集整理的582255條專利信息進行研究。利用UCINET6.186軟件進行網絡指標測算，NewDraw2.084軟件繪制網絡圖譜。UCINET6.186被廣泛運用于社會網絡相關研究中，可以幫助準確定位參與者的網絡位置與角色[12]。網絡構建上，參考Cai等[4]以及Zacchia[5]的做法，以各國家 (地區)為網絡節點，專利合作以及互引信息為網絡連接，構建本文所關注的全球創新網絡。在地位測度上，本文借鑒姜春林等[13]的方法，使用度數中心性反映中國在全球創新網絡中的地位。Wasserman等[14]的研究提供了度數中心性的具體算法，公式為：

(1)

計算得出的度數中心性越高，代表網絡節點的社會關系越多，節點越重要。本文對度數中心性的計算采用相對中心性算法，用絕對度數中心性指標除以網絡中最大可能連接數得到相對中心性指標。此外，結構洞約束性指數也常用來測度網絡地位[15]，計算公式為：

(2)

該指標體現網絡節點對其他節點間連接的中介地位。結構洞約束性越低，代表節點占據的網絡中轉位置越多。

2 中國在全球創新網絡中的地位測度

在本文樣本期 (1976—2021年)內，涉及跨國 (地區)聯合申請的專利數為56116件，占樣本總量比約10%。跨國 (地區)聯合申請專利數及占比在2000—2014年顯著提升。這段時間內，全球化進程加快，知識創造在國際上日趨分散，專利合作趨勢明顯。然而2015年之后，全球化步伐總體放緩，國際創新合作不及之前活躍。取而代之的是，全球各國 (地區)內部共同發明數量急劇上升。在此背景下，本文從國家 (地區)整體、細分國內省份、細分技術領域以及代表性企業4個維度對中國進行精準的網絡定位。

2.1 國家 (地區)層級合作網絡中中國的地位測度及分析

中國在全球創新合作網絡中的地位變動情況見表1，相關指標由作者根據樣本數據計算所得。2000年之前，中國的度數中心性不高，作為合作網絡中的節點，其社會關系較少，處于相對邊緣的位置。從2000年開始，中國的度數中心性逐漸提高，在所有國家 (地區) (這里參與排名的國家 (地區)是指樣本里在USPTO中有專利申請記錄的國家 (地區))中的排名上升至第2位，占據了全球創新合作網絡的核心位置。結構洞約束性在最近20年穩步下降，中國在全球創新網絡中的 “中轉站”角色也越來越重要。

表1 中國全球創新合作網絡地位變動情況

在計算網絡指標的基礎上，本文劃分2000年前、2000—2010年及2011—2020年3個時間段，對全球創新合作網絡進行圖譜繪制，以直觀反映全球創新網絡特征和中國網絡地位變動，如圖1所示。圖譜為不包含國家 (地區)內部合作的單點網絡圖，節點間存在連接線時表明有專利聯合申請記錄，連接線的粗細反映合作的密切程度，節點大小對應節點在網絡中的度數中心性高低，圓圈越大表示中心性越高。中國在2000年之前處于全球創新網絡邊緣，與之合作的國家 (地區)較少。美國在2000年之前的合作網絡中占據絕對的核心地位。2000—2010年，國家 (地區)間合作強度越來越高。中國融入全球創新網絡程度提升，合作國家 (地區)顯著增多，與大多數歐美國家 (地區)以及日本和韓國等建立了密切的合作關系。2011—2020年，全球跨國 (地區)創新合作的網絡化特征更加明顯，網絡節點數、網絡密度等顯著提升，越來越多的國家 (地區)加入到全球創新合作網絡中，各節點間的合作關系也愈發密切。中國的度數中心性提升顯著，合作伙伴數量大幅增加，與網絡中其余的一百多個國家 (地區)均建立了專利合作關系。這10年間中國與美國的合作最密切，而美國與加拿大、日本等國的合作聯系更多。總體上看，全球創新合作網絡整體密度不斷增加，中國的國際專利合作廣度和合作強度穩步提升。

圖1 全球創新合作網絡圖譜

2.2 國家 (地區)層級互引網絡中的地位測度及分析

本文研究發現,中國的網絡地位不斷提升，跨國 (地區)聯合專利申請越來越活躍。為此，本文構建專利互引網絡，搭建專利間父-子關系，探究中國申請專利時主要依賴國 (境)內還是國 (境)外的專利技術，申請的國際專利創新性和質量到底如何等問題。本文用中國申請的專利對其他專利的引用情況來表征對中國對國 (境)外專利技術的依賴程度，反映在專利互引網絡中就是中國的入度中心性。專利創新性和質量方面，本文采用中國專利被其他國家 (地區)專利引用的情況來表征，反映在專利互引網絡中就是中國的出度中心性。中國的入度中心性一直維持較高水平，在所有國家 (地區)排名中始終居第1位，中國申請國際專利時 “博采眾家之長”，對其他國家 (地區)專利的技術依賴性較強，見表2。再看中國被其他國家 (地區)引用的情況，隨著時間推移，中國的出度中心性不斷提升，排名也一直穩步前進。在全球專利互引網絡中，中國的網絡地位和專利質量不斷提升。此外，對比中國的入度和出度中心性排名可以發現，2010年前，中國的出度中心性排名處于中游位置，而入度中心性則一直穩定在第1位，中國在專利技術水平上很長時間處于 “跟隨者” “學習者”角色，專利技術對其他國家 (地區)的輸出十分有限。但2011年之后，中國的出度中心性排名躍升明顯，提高到了110個國家 (地區)中的第3位。這意味著近年來中國不再僅充當 “跟隨者”角色，而是逐漸與其他國家 (地區)間形成 “你中有我、我中有你”的互引網絡格局。

表2 中國全球專利互引網絡地位變動情況

與合作網絡圖譜類似，本文依據子專利申請時間劃分2000年前、2000—2010年、2011—2020年3個時間段，繪制有向的專利互引網絡圖譜，以直觀反映全球專利互引網絡的動態變化，如圖2所示。圖譜中節點大小反映出度中心性高低，箭頭指向節點表示引用其他節點的專利，指出節點表示專利被其他節點引用，連接線粗細反映節點間互引的密切程度。2000年前，中國的出度中心性較低，引用美國、加拿大和日本的專利最頻繁，申請國際專利主要依賴這3個國家的技術。2000—2010年，中國在創新網絡中依舊扮演 “跟隨者”的角色，國際專利申請中對美國的依賴程度最高，對加拿大和日本的技術依賴度有所降低。2011—2020年，全球創新專利互引網絡格局發生較大變化，中國的網絡出度中心性提升顯著，不再僅充當 “跟隨者”角色，申請的專利逐漸被更多國家 (地區)所引用。比較各網絡節點的大小還可以發現，全球專利互引網絡由最初的少數國家 (地區)掌握技術優勢，其他國家充當 “跟隨者”的格局逐步向各創新國家 (地區) “你中有我、我中有你”的網絡格局轉化。

圖2 全球專利互引網絡圖譜

2.3 境內跨區域合作網絡分析

2015年之后，全球國家 (地區)層級專利聯合申請量呈下降趨勢，這可能與各國 (地區)加強其國家 (地區)內創新合作相關。基于此，本文對中國各省 (區、市)間的創新合作情況進行探究，以觀測中國融入全球創新網絡過程中境內各區域間是否實現了充分的創新協同。劃分2000—2010年和2011—2020年兩個時間段，中國31個省 (區、市)的創新合作網絡變動情況如圖3所示。2000—2010年，尚有10個區域被孤立在境內區域間合作網絡之外，這10個地區多位于中部和西部。北京占據合作網絡的絕對核心位置，且與上海的合作最為密切，與廣東也建立了密切的合作關系。在此時間段內，北京、上海和廣東等國內創新網絡核心節點與東京、倫敦和巴黎等國外創新型城市保持密切合作關系。自2011年之后，僅有西藏和青海兩地仍位于合作網絡外，境內創新合作網絡化特征進一步凸顯。從網絡變動趨勢看，境內區域間創新協同度不斷增強的同時，中國的全球創新網絡地位不斷提升。在當前逆全球化思潮興起和美國等發達國家加強對中國技術封鎖等現實背景下，加強境內創新合作，進一步發揮境內 (外)各區域間的創新協同作用，強化境內各區域與中國香港和中國臺灣兩個重要創新節點間的創新聯系，對維持創新網絡核心節點地位，降低對國外專利技術依賴等具有重要戰略意義。

圖3 中國區域間創新合作網絡圖譜

2.4 細分技術領域子網絡中中國的地位測度及分析

中國的專利申請規模擴張迅速，全球創新網絡地位也不斷攀升，但在關鍵核心技術領域，專利發展還面臨 “大而不強，多而不優”的問題。本節利用爬取的USPTO數據庫專利文本信息，根據專利的IPC四位分類號，分別統計了2000年前、2000—2010年以及2011—2020年這3個時間段內全球申請量、跨國 (地區)聯合申請量以及被引用次數最多的五大專利技術領域變動情況。其中，專利申請數最多的五大技術領域都與集成電路產業密切關聯，反映出各國 (地區)對集成電路領域的高度重視。在專利跨國 (地區)聯合申請方面，集成電路、數據信息技術是專利跨國 (地區)聯合申請最集中的領域。對被引用次數最多的五大技術領域進行統計后發現，集成電路領域的專利技術被其他領域廣泛引用，且隨著時間的推移，集成電路技術領域專利的應用范圍逐步擴大。基于此，本文對細分技術領域子網絡的分析中，將集成電路列為重要板塊。除此之外，本文還考慮中美間高科技領域的緊張局勢，對拜登最新提出的對華技術重點審查領域中醫藥用品、電動車輛動力裝置以及稀土礦產3個板塊進行子網絡構建，為中國應對美國等發達國家 (地區)不斷升級的技術封鎖措施提供可借鑒的應對策略。

為了更直觀地反映中國各細分技術領域的專利合作情況，本文對細分技術領域全球專利合作網絡進行可視化處理。由于2011年之前中國相關領域的專利申請數據缺失嚴重，因此本文劃分2011—2015年和2016—2020年兩個時間段，繪制專利合作網絡圖譜，如圖4所示。

圖4 細分領域專利合作網絡圖譜

在集成電路領域，2011—2020年美國一直處于全球創新網絡的絕對核心地位，中國緊隨其后。與整體創新網絡不同，集成電路領域全球合作網絡在2016—2020年變得更為松散。這反映了在核心關鍵技術領域，世界各國 (地區)趨向于自主研發而非跨國 (地區)合作的新趨勢。從合作關系看，中國臺灣取代美國成為中國大陸合作最緊密的伙伴，這可能與美國近年強化對華技術封鎖的新趨勢相關聯。中國應該更多地發揮國內各省份間的創新協同作用，加強各區域與臺灣之間的研發合作，在全球范圍內加強與除美國之外的如日本、韓國等的研發合作，提升關鍵技術的自主性。醫藥用品領域的創新網絡變動趨勢與集成電路類似，網絡密度同樣有所下降。不同的是，2016—2020年中國的網絡度數中心性超越了美國，成為合作網絡的絕對核心。中美間長期保持密切的專利合作關系，是對方最為重要的合作伙伴。在中美間專利聯合申請如此密切的現實情形下，中國需要特別警惕美國的技術封鎖，積極尋找替代伙伴，同時高度重視自主創新能力的提升。相對于集成電路和醫藥用品，電動車動力裝置技術領域的專利合作網絡十分松散。隨著時間推移，網絡節點數量有所增加但仍比較有限。雖然美國對中國的技術審查越來越嚴格，兩者間的合作關系卻變得越來越緊密，說明深度融入創新網絡，與各國 (地區)建立密切的合作往來有助于抵御技術封鎖風險。在稀土礦產領域，全球創新活動的網絡化特征更加不明顯，但中國處于現有網絡中的絕對核心地位。面臨美國的技術審查，稀土礦產是中國有實力進行反制的技術領域。中國可以利用自身的技術優勢，不斷擴張創新網絡合作版圖，逐步搭建以自身為核心的全球創新網絡，實現在自身技術優勢領域對美國的牽制。

2.5 中國典型企業的創新網絡地位測度及分析

知識的跨企業流動促進了全球創新網絡的形成，對中國在全球創新網絡中進行精準定位，典型企業創新表現也是不容忽視的重要維度。按專利權歸屬信息進行統計，本文所構建的數據庫中，2000—2020年有40891家中國企業存在專利申請記錄，相關企業集中分布在計算機、通信和其他電子設備制造業，醫療行業，信息傳輸、計算機服務和軟件業等行業內。本文篩選了樣本期內專利申請數量最多的20個企業后發現，擁有最多專利的中國企業分布在信息通訊、集成電路、新能源汽車、生物醫藥等重點產業，近半數企業總部位于深圳，另有近四分之一企業總部位于北京和上海，其余則為總部在臺灣省和浙江杭州的企業。在網絡地位和測度分析上，本文從信息通訊、集成電路和新能源汽車各選取一家代表性企業進行深入探討，分別是擁有專利數量第1和第3位的華為技術有限公司 (簡稱華為)和TCL華星光電技術有限公司 (簡稱TCL)以及新能源汽車領域的龍頭企業比亞迪股份有限公司 (簡稱比亞迪)。

本文統計了華為、TCL以及比亞迪3家企業所申請專利的技術領域分布情況，并進行了詞頻計數。如圖5所示，圖譜的字體大小反映詞頻高低。從技術領域分布看，典型企業專利的技術領域跨度較廣，華為在H04W (無線通信網絡領域)、H04L (數字信息的傳輸領域)和G06F (電數字數據處理領域)等信息通信技術領域深耕，以此最大限度降低美國技術封鎖對其的不利影響。主營半導體顯示及材料業務的TCL，在集成電路各相關細分技術領域涉獵廣泛。比亞迪在車輛動力裝置等領域技術優勢突出，其自主設計研發的刀片電池穩定性高、技術創新性強。進一步地，對典型企業專利申請中的合作行為進行剖析，從統計數據中本文發現，典型企業的USPTO專利申請大多依賴自主研發，較少與其他國家 (地區)形成合作關系。TCL和比亞迪均未進入各自領域全球創新合作網絡，華為于2011—2015年在加拿大申請了USPTO專利，但不存在跨國 (地區)研發合作。2015年之后華為加強了國際創新協作，與位于北美和歐洲的各國 (地區)形成專利合作網絡。

圖5 典型企業申請專利涉及的技術領域分布

3 結論與建議

3.1 結論

本文利用Python爬蟲技術，從USPTO專利文本數據庫中爬取大量專利文本信息。根據專利文本中的申請國家 (地區)、申請時間、技術領域IPC分類號等相關信息，構建全球創新合作及互引網絡，從國家 (地區)整體層面、細分國內省份層面、細分技術領域層面以及典型企業層面對中國的網絡地位進行多維測度。研究發現：①1976年至今，全球創新活動的網絡化特征越來越顯著，網絡密度越來越高；②國家 (地區)整體層面，中國在全球創新網絡中的地位逐漸提升，中國國際專利合作廣度和合作強度均不斷提高，且中美合作關系愈加密切。在專利互引方面，中國一直 “博采眾家之長”，而且中國的專利申請質量和創新性得到越來越多國家 (地區)的認可；③中國大陸內部跨省合作方面，2010年之前，尚有10個省市被孤立在國內創新網絡之外。隨著時間推移，各省創新合作關系逐步加深，創新協同作用不斷增強。北京、上海和廣東三者間的合作聯系最為密切，處在國內創新合作網絡的核心地位；④細分技術領域層面，中國逐漸融入全球創新網絡，以集成電路為例，中國完成了從 “跟隨者”到 “并跑者”的角色。而在稀土礦產領域，中國的國際合作伙伴數量仍然有限；⑤代表性企業層面，中國在信息通信、集成電路、新能源汽車和生物醫藥等行業領域不斷涌現出如華為、TCL和比亞迪等龍頭企業。相關企業的自主研發能力較強，國際專利申請多依賴于自主研發而非跨國 (地區)合作。

3.2 政策建議

(1)充分發揮國內區域間創新協同，同時不斷深化與其他國家 (地區)間的研發合作。中國全球創新網絡地位不斷提升，受益于國內區域間不斷增強的創新協同作用，也離不開與其他創新領先國家 (地區)的合作。在未來的創新發展中，應該對內進一步激發區域間創新協同潛力，對外不斷深化國際合作，這有利于中國更深入地融入全球創新網絡，與其他創新國家 (地區)間形成 “你中有我、我中有你”的網絡格局。

(2)深耕重點技術領域，維持并擴大網絡優勢。長期以來，中國在一些核心技術領域如集成電路、生物醫藥等方面受制于人。若想解決中國專利發展面臨的 “大而不強，多而不優”的問題，需要以全球視角謀劃高技術成果的國際專利布局，不斷突破關鍵領域短板，率先搶占核心地位，這對中國在整體創新網絡中的地位維持和提升也具有重要戰略意義。中國核心技術領域的龍頭企業多位于北京、上海與深圳，應進一步加強各區域間技術交流，形成合力支撐優勢，逐步擺脫對國外先進技術的依賴，加強核心重點領域的自主可控能力。

(3)引導龍頭企業發揮網絡優勢，加速整體產業創新發展。目前，我國在重點產業內涌現了一批具有網絡優勢的龍頭企業，加速整體產業創新發展，在關鍵技術領域盡早實現國產替代，需要從兩個方面共同發力。一方面，充分利用龍頭企業的網絡資源，與同產業內國際巨頭深化專利合作和交叉授權關聯，打通向國內實現逆向知識溢出的通道；另一方面，發揮網絡優勢，帶動國內同產業內其他企業的技術進步，不斷優化國內企業間創新協同生態。當下，美國等發達國家不斷升級對華技術管制措施，龍頭企業與國際巨頭間的創新聯系可能被切斷，一旦遭遇技術 “卡脖子”和 “斷供”，產業內核心環節就可能面臨 “斷鏈”問題。此時需要依托龍頭企業的帶頭作用，鼓勵企業間優勢互補、強強聯合，發揮集群優勢，盡快突破技術封鎖，實現關鍵技術的國產替代。