基于系統動力學的江蘇省制造業創新競爭力發展態勢研究

楊蕾，鄭倩，李菼

（常州工學院 經濟管理學院，江蘇 常州 213032）

0 引言

系統動力學方法適用于處理長期性和周期性的問題。如自然界的生態平衡、人的生命周期和社會問題中的經濟危機等都呈現周期性規律并需通過較長的歷史階段來觀察，已有不少系統動力學模型對其機制作出了較為科學的解釋。適用于對數據不足的問題進行研究,對預測未來提供了新的手段。

多年來，國內外學者對于制造業創新能力和制造業競爭力的研究日益豐富，但經過對文獻的整理分析后發現關于制造業創新競爭力的研究仍然存在不足[1-3]：（1）對制造業創新競爭力進行深入剖析的相關研究資料較少；（2）制造業創新競爭力的研究方法大多是在統計數據的基礎上進行靜態分析，并對現有問題進行研究。但是，隨著時代的快速發展，我們不僅需要明確制造業創新時遇到的不足，更需要進行動態研究，指出制造業創新競爭力未來的發展趨勢和研究過程中可能存在的問題。

制造業一方面直接影響著國家的綜合國力和；另一方面制造業創新競爭力的快速發展會導致工業環境越來越復雜，相互的影響因素也越來越多[4-6]。江蘇省地處長三角地區，是我國制造業的核心區域，其制造業創新競爭力的發展情況、未來的發展態勢對我國其他地區有著深遠的影響。因此，本研究基于江蘇省制造業的發展現狀和對相關文獻的整理總結，明確制造業創新過程中所面臨的影響因素，建立江蘇省制造業創新競爭力指標體系；從系統的角度構建制造業創新競爭力的系統因果圖和系統流圖，建立仿真函數模型，明確江蘇省制造業創新競爭力的發展態勢；通過參數政策模擬，得到不同政策參數下的制造業創新競爭力系統動力學模型仿真運行結果，提出具有針對性的對策建議。

1 構建創新競爭力指標體系

1.1 探究影響因素并確定系統邊界

系統某一特定的動態行為模式是由系統內部決定的，根據內部各關鍵要素之間的動態反饋機制，明確整個系統內部聯系中的主要影響因素，初步確定制造業創新競爭力系統邊界為創新競爭力投入、創新競爭力基礎、創新競爭力產出和創新競爭力績效四個關鍵因素，將其作為制造業創新競爭力系統中的四個子系統，同時這四個子系統之間具有循環效應，也對應著整個創新系統的一個生命周期。

1.2 確定指標體系

研究制造業創新競爭力的基礎首先必須確定其影響因素。李偉民等[7]依據技術創新競爭力構成的4個部分——創新基礎競爭力、新環境競爭力、創新投入競爭力和創新產出競爭力來建立指標。張寶英等[8]從創新基礎競爭力、創新環境競爭力、創新投入競爭力、創新產出競爭力和創新可持續發展競爭力5個層面對2015年274個城市的創新競爭力進行測算分析。陳靜等[9]確定國家創新型城市創新競爭力為目標層，以創新績效、創新產出、創新投入和創新環境為一級指標等。在對前人學者相關研究深入分析的基礎上，結合江蘇省制造業的具體情況和發展現狀，確定江蘇省制造業創新競爭力的4個一級指標，分別為創新競爭力投入、創新競爭力基礎、創新競爭力產出和創新競爭力績效。在此基礎上采用德爾菲法最終確定江蘇省制造業創新競爭力的指標體系，見圖1。

圖1 江蘇省制造業創新競爭力指標體系

2 創新競爭力系統模型

2.1 因果關系分析

進一步結合創新競爭力投入、創新競爭力基礎、創新競爭力產出和創新競爭力績效4個子系統與江蘇省制造業創新競爭力現實運行反饋系統，最終分析得到江蘇省制造業創新競爭力的因果關系圖，如圖2所示。

圖2 江蘇省制造業創新競爭力因果關系

2.2 系統流圖構建

通過區分狀態變量、速率變量、輔助變量和常量等各個影響因素的性質，構建出系統流圖。系統流圖包括：（1）4個水平變量：科技成果轉化產品、地方GDP、財政支出、R&D（Research And Development）經費；（2）4個速率變量：發明專利、財政支出增加值、地方GDP增加值、R&D經費增加值；（3）多個輔助變量：新產品銷售收入、R&D人員、制造業主營業務收入、財政補貼、固定資產投資等，如圖3所示。

圖3 江蘇省制造業創新競爭力系統流

3 系統動態仿真模擬

3.1 系統模型檢驗

現實系統具有極強的復雜性，在構建江蘇省制造業創新競爭力系統時，會在一定理想條件下對現實系統進行反映和簡化，因此，需要進行有效性檢驗，來檢驗其與現實系統的相關程度是否能夠滿足實驗要求。本文主要采用結構性檢驗和真實性檢驗來證明系統模型的有效性和預測數據的準確性。

（1）結構性檢驗是指檢驗模型確定的四個邊界子系統是否合理；主要影響因素的選取是否恰當；因果關系圖和系統流圖之間的內部邏輯關系是否得當；變量間的函數關系是否滿足要求等。結構性檢驗常用的檢驗方法為對相關文獻的回顧、整理和總結等。

（2）真實性檢驗是在進行結構性檢驗之后，對仿真模擬運行出的數據進行歷史值檢驗。以《中國統計年鑒》《江蘇省統計年鑒》、政府相關網站等發布的統計數據為研究數據來源，以2011年的相關數據作為仿真模型的初始值，模擬2012—2020年的相關數據，結果顯示：R&D經費、科技成果轉化產品、GDP的擬合度在5%以內，新產品銷售收入、制造業主營業務收入、R&D人員的相對誤差在10%以內；說明建立的模型擬合度較好，可以較好地反映出江蘇省制造業創新競爭力的現實情況；系統擬合度符合研究要求；可以使用模型仿真推演江蘇省制造業創新競爭力未來發展態勢，并在此基礎上提出相應的對策和建議。

3.2 仿真模擬及發展態勢分析

在系統流圖和仿真函數的基礎上，運用Vensim軟件對模型中的輸出變量進行仿真模擬。根據本文的建模目的和意義，從創新競爭力投入、創新競爭力基礎、創新競爭力產出和創新競爭力績效4個子系統中選取幾個主要的影響因素進行模擬。

3.2.1 創新競爭力投入和創新競爭力基礎的模擬

對創新競爭力投入和創新競爭力基礎主要影響因素的模擬，見圖4～9所示。

圖4：模擬了從2011—2030年，江蘇省R&D經費的投入情況，數據分析表明江蘇的制造業創新競爭力水平隨著制造業創新研發的投入增加而不斷提高；圖5：模擬了2011—2030年，江蘇省的制造業R&D人才投入力度情況，顯示江蘇省在R&D人才投入力度方面的增長速度較為緩慢；圖6：模擬了從2011—2030年，江蘇省制造業R&D人才經費的具體投入情況：2012年江蘇省的人才經費投入僅214.93億元，但2012年之后則呈明顯的上升趨勢；圖7：模擬了從2011—2030年，江蘇省在固定資產的投資情況：2012年江蘇省的固定資產投資額已達26314.66億元，且呈現出持續增長的趨勢；圖8模擬了從2011—2030年，江蘇省的R&D人員引入情況：2011年江蘇省的R&D人員的數量僅為313019人，截止到2020年R&D人員的數量已經突破50余萬人；圖9模擬了從2011—2030年，江蘇省的生產總值情況：數據表明江蘇省GDP同樣呈現持續增長的趨勢。

圖4 R&D經費

圖5 R&D人才投入力度

圖6 R&D人才投入經費

圖7 固定資產投資

圖8 R&D人員

圖9 地方GDP

3.2.2 創新競爭力產出和創新競爭力績效的模擬

對創新競爭力產出和創新競爭力績效主要影響因素的模擬，見圖10～14。

圖10模擬的是江蘇省從2011—2030的發明專利數情況，數據表明隨著國家向創新型制造業戰略發展，2011之后制造業發明專利數一直呈現上升的趨勢；圖11模擬的是江蘇省從2011—2030年的制造業主營業務收入情況，數據表明2011年之后制造業主營業務收入一直處于增長的狀態；圖12模擬的是江蘇省從2011—2030的科技成果轉化產品數量。數據表明在2011年科技成果轉化產品數量僅為29843件，至2020年則增長至441486件，并保持持續增長；圖13模擬的是江蘇省從2011—2030年的制造業新產品銷售收入情況，數據表明江蘇省的制造業新產品銷售收入在2011年之后增長迅速，很快達到較高水平；圖14模擬的是江蘇省從2011—2030年的制造業新產品增長率情況，江蘇省制造業技術創新在2011—2018年期間處于初期摸索階段，科技成果轉化產品的增長率不升反降，但2018年后的新產品增長率開始呈現上升的趨勢。

圖10 發明專利

圖11 制造業主營業務收入

圖12 科技成果轉化產品

圖13 新產品銷售收入

圖14 新產品增長率

3.3 制造業創新競爭力系統政策變化仿真分析

為了能夠更加全面清晰地體現出模擬圖的趨勢辨析度，在數據仿真運行過程中，通過政策參數設計，即增強或者減弱一些敏感性因素的政策變量來觀察主要影響因素的變化趨勢，政策參數設計采取了5%的變化比例，見圖15～20。

3.3.1 R&D經費投入影響制造業創新和產業收益的變化

提高創新的最根本前提條件是創新投入，此處把R&D經費投入作為敏感度指標，設計其政策參數為R&D經費增加5%，此時的相關變量變化趨勢見圖15、16、17。

從圖15的變化趨勢可以看出，隨著R&D經費投入的增加，江蘇省的發明專利數明顯增加。從圖16、17中可以看出，R&D經費投入每提高5%就能推動新產品銷售收入和制造業主營業務收入的增長。究其根本原因，是因為R&D經費投入增加，即科研經費增多，科技研發人員創新積極性得到了很大的提高，帶動發明專利數量增加，進而提高了制造業企業的新產品銷售收入和主營業務收入。

圖15 R&D經費投入變化引起的發明專利變化趨勢

圖16 R&D經費投入變化引起的新產品銷售收入趨勢

圖17 R&D經費投入變化引起的造業主營業務收入變化趨勢

圖19 產研學合作強度變化引起的制造業主營業務收入變化趨勢

3.3.2 產學研合作強度影響制造業收益的變化

制造業企業是制造業技術創新的主體，而科研院所及高校則是制造業知識結構創新的主體。產學研合作不僅是一個合作機制，更為提高江蘇省制造業創新競爭力提供了一個跳躍的平臺。數據分析結果證明了這一點：即隨著產學研合作強度的深入，新產品銷售收入、制造業主營業務收入均呈現快速增長的趨勢，如圖18、19所示。

圖18 產研學合作強度變化引起的新產品銷售收入變化趨勢

3.3.3 政策補貼比例影響產品收益的變化

近年來，國家大力推動制造業創新驅動發展戰略，出臺了很多對制造業創新有益的補貼政策。但政策補貼是一把雙刃劍：一定程度上可以推動制造業企業創新的積極性，降低制造業創新成本，根據數據表明隨著政策補貼比例的增加，制造業主營業務收入也呈現增長的趨勢（圖20）；但如缺乏有效的監管也可能存在弊端，比如滋長了制造業企業的惰性，獲得了政府的創新政策補貼卻不進行相應的制造業技術創新等等，從而導致企業的創新精神逐漸消失。

圖20 政策補貼比例變化引起的制造業主營業務收入變化趨勢

4 提升江蘇省制造業創新競爭力的對策

4.1 建立更加系統完整化的制造業人才激勵機制

仿真結果表明，提高江蘇省制造業創新競爭力，根本在于提高創新競爭力基礎。在江蘇省制造業創新競爭力系統模型分析的基礎上，發現提高創新競爭力基礎的諸多要素中最為關鍵的是創新科研人員。想要吸引、留住和充分發揮出創新科研人員的創新積極性，首先要把握人才激勵機制的特點：強調以人為本；突出參與性激勵；多種激勵方式相結合；激勵機制的長期性、連續性和穩定性。近年來，江蘇省制造業依靠眾多高校、科學研究所，依靠省“雙創計劃”（2020年江蘇省高層次創新創業人才引進計劃），依靠國家“大眾創業、萬眾創新”戰略計劃，憑借國家“千人計劃”等等人才支持戰略，積極集聚高層次創新科研人才，形成科研人才良性循環的人才引進機制。在人才引進機制的基礎上，進一步健全和完善科研人才培養機制是重中之重。除了給予相應的激勵機制以外，還需要解決制造業創新型科研人員子女入學、家屬安置等后顧之憂，以便科研人員能夠全身心投入到提高制造業創新競爭力中。

4.2 完善江蘇省制造業的產學研合作機制

仿真結果顯示，隨著制造業產學研合作強度增強，江蘇省制造業新產品銷售收入和主營業務收入都在增加。產學研合作作為戰略聯盟的一種重要的特殊形式，是企業、高校及科研院所實現知識、技術共享，獲取互補性資源的重要途徑[10]。提高江蘇省制造業創新競爭力不能夠只依靠制造業企業本身，還需要科研院所和高校的協調合作，充分發揮“優勢互補”原則，科學院所和高校的研究成果可以解決制造業企業實際應用中遇到的問題，滿足市場需求，加速江蘇省經濟發展，最終實現創新研究與經濟的融合。但是在具體的產學研合作過程中可發現有三大突出的問題：企業參與意愿不強，二高校適應力不夠；企業參與校企合作的形式尚待深化；企業參與產學研合作的政策保障不足。因此在推動產學研合作的過程中要注重競爭機制的引入，同時發揮市場導向與政府引導的作用，不斷探索新的產學研合作方式，并結合行業特點動態調整政府介入的方式，因地制宜地制定產學研合作創新的政策，提高產學研合作創新的效率。

5 結語

在建立江蘇省制造業創新競爭力指標體系的基礎上，運用系統動力學的方法對江蘇省制造業創新競爭力進行了分析。從系統的角度分析了影響江蘇省制造業創新競爭力的影響因素，建立了江蘇省制造業創新競爭力的內部循環系統因果圖，構建出江蘇省制造業創新競爭力系統流圖和仿真函數模型，并應用Vensim軟件對江蘇省制造業創新競爭力進行了模擬仿真，基于模擬仿真的結果對江蘇省制造業創新競爭力的發展態勢進行了分析。在此基礎上，提出了提升江蘇省制造業創新競爭力的對策和建議。研究結果對江蘇省制造業的創新發展具有重要的指導意義，對其他省份制造業的創新發展也具有一定的借鑒作用。因此，在推動產學研合作的過程中要注重競爭機制的引入，同時發揮市場導向與政府引導的作用，不斷探索新的產學研合作方式，并結合行業特點動態調整政府介入的方式，因地制宜地制定產學研合作創新的政策，提高產學研合作創新的效率.