The catch-up process in the field of CoPS shows that the successful catch-up of latecomers is driven by multiple factors. The existing studies have used case study methods to explore how the CoPS achieve latecomer catch-up and why they can realize catch-up development, but there are still deficiencies. For one thing, the differentiated role of diversity factors in the catch-up process makes it difficult for latecomers to grasp the key driving factors in different catch-up stages; for another, single case studies are unable to make relatively accurate quantitative judgments and reveal the differential effects of these common driving factors at different stages of catching up in CoPS, thereby affecting the formulation and implementation of catch-up strategies.
This study collects second-hand data, including policy data, enterprise data, and literature on the catch-up research of three typical CoPS in China, namely large aircraft, nuclear power, and high-speed rail, from 2013 to 2022 for grounded research on the identification of the driving factors of catch-up in CoPS. Causal relationship analysis can clearly present the connections between different factors, which is the basis of system dynamics simulation. Specifically, technology acquisition strategies and organizational management capabilities directly affect the technological catch-up of CoPS, and the faster the technological catch-up, the larger the institutional market size, thereby accelerating market catch-up, while market catch-up is directly influenced by the size of institutional markets, competition in institutional markets, and the development of institutional markets. On the basis of the above factors, a system dynamics model of the driving factors of catch-up in CoPS is constructed and simulated.
The results show that CoPS in China are in different catch-up stages, and the catch-up process is driven by different key factors. At the follow-up stage, the whole nation system, secondary innovation, and integrated innovation are key driving factors of catch-up. At the parallel stage, institution-driven market explore, individual research, integrated innovation constitute key driving factors for catch-up. At the beyond catch-up stage, institution-driven market size, individual research and the whole nation system constitute key driving factors of catch-up. Thus, it is proposed to comprehensively promote the strategy of independent research and development, expand the advantages of the new system for mobilizing resources nationwide, especially for the CoPS that are in the follow-up and parallel stages, establish project organizations directly led by national agencies and coordinate system integrators, suppliers, universities, and research institutions to carry out joint research and development.
This study integrates programmatic grounded theory and system dynamics methods to explore the driving factors of late catching up in CoPS. On the one hand, it enriches the understanding of the laws of late catch-up in CoPS, and on the other hand, it identifies the key driving factors through quantitative analysis, providing a basis for the formulation of late catch-up strategies.
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复杂产品系统是指高技术、高成本、定制化、工程密集的大型产品、系统和基础设施,包括高速列车、电力网络控制系统、通信基础设施等80余种[1]。纵观全球科技竞争格局,复杂产品系统创新代表国家科技创新的最高水平,体现国家科技发展综合实力,世界各国都高度重视并大力推动复杂产品系统创新。美国专门成立国防部高级研究计划局负责航空航天、核试验探测、弹道导弹防御等复杂产品系统创新突破,日本成立铁道建设公团与国铁共同负责新干线建设,伊朗组建国家燃气轮机公司协调利益相关者促进燃气轮机技术本土化。近年来,中国在C919型干线客机、“复兴号”标准动车组、“华龙一号”核电技术等复杂产品系统领域实现突破,但与消费电子、家电等大规模制成品领域的全球地位相比,我国一些复杂产品系统领域依然被“卡脖子”,总体处于“跟跑”“并跑”“领跑”并行状态。
目前,中国航空航天[2-4]、高铁[5-6]、核工业[7]、海洋工程装备等复杂产品系统后发追赶问题引起学者广泛关注,已有研究采用案例分析方法探讨这些复杂产品系统如何实现后发追赶以及为何能够成功追赶等问题,通常以案例对象发生重大事件的时间节点判断其所处的追赶阶段,并凝练出诸如技术轨道、制度型市场、举国合力等诸多驱动后发追赶的因素。尽管这种做法符合纵向案例过程研究范式,有助于认识和理解中国复杂产品系统后发追赶规律,但存在如下不足:一是这些驱动因素虽然出自不同研究案例,但未关注其中存在的某些共性因素,对这些共性驱动因素进行研究是探究复杂产品系统后发追赶规律普适性理论框架的重要内容。二是尽管单案例研究试图采用更多证据验证这些驱动因素的作用强度,但未进行相对精准的定量化判断,亦未揭示这些共性驱动因素在复杂产品系统不同追赶阶段的差异化作用,从而影响复杂产品系统后发追赶策略的制定与实施。
为此,面对当前中国复杂产品系统“三跑并行”的局面,深入研究复杂产品系统后发追赶驱动因素,一方面有利于厘清多种因素之间的复杂作用关系,构建更加系统可靠的理论框架。另一方面,结合复杂产品系统追赶周期特征,进一步识别不同阶段的关键驱动因素,不仅能够丰富和拓展追赶周期理论,而且还能为复杂产品系统制定针对性后发追赶策略提供指导。基于此,本研究运用程序化扎根方法,结合中国大飞机、核电以及高铁3个典型复杂产品系统追赶案例,识别复杂产品系统后发追赶驱动因素,构建驱动因素系统动力学模型,并用真实数据进行仿真,揭示复杂产品系统不同追赶阶段的关键驱动因素及其作用关系。
通过考察全球多个大规模制成品产业发展规律,Lee &Malerba[8]提出“追赶周期(Catch-up cycle)”的概念,将其界定为行业领导者连续变化的现象。根据追赶周期理论,后发者对先发者的追赶过程包括进入阶段、逐步追赶阶段、实现阶段和落后阶段。在进入阶段,后发者通过技术学习、市场优势进入行业。在逐步追赶阶段,后发者基于技术能力、市场份额的逐步积累逐渐缩小与先发者的差距。在追赶实现阶段,后发者可能与先发者共同占据主导地位,也可能超越先发者并长期处于领先地位[9]。在落后阶段,后发者在实现赶超后被曾经的先发者或者其他后发者超越。
追赶周期理论已被广泛应用于研究手机、葡萄酒、钢铁等大规模制成品行业的追赶规律[10],由于复杂产品系统行业进入壁垒高、技术集成度高、组织管理复杂,因此采用大规模制成品技术追赶惯例对其进行考察并不完全适用[11]。Davies[12]指出,复杂产品系统产品生命周期长期处于流动阶段,并且市场结构呈现高度垄断特征,后发者进入该领域的时间被延后,赶超更加困难。因此,相较于大规模制成品,复杂产品系统拥有更高的追赶起点、更长的追赶周期和更复杂的追赶规律。结合学者对中国不同复杂产品系统后发追赶案例的研究,遵循中国复杂产品系统所处的“三跑并行”特征,表1总结了中国不同复杂产品系统所处的追赶阶段。
表1 中国不同复杂产品系统领域所处追赶阶段
Table 1 Catch-up stages of different CoPS in China
阶段领域部分案例证据列举参考文献跟随阶段高端数控机床中国高端数控机床经历追赶起步阶段、渐进追赶阶段后,现处于快速追赶阶段刘云(2023)中国高档数控机床产业解决了一批“卡脖子”问题,但关键核心技术依赖于人、受制于人的被动局面仍未得到根本改变芯片中国在全球技术链中的技术能力集中在下游IC封测环节,在IC设计和制造技术环节与日本、美国有一定的技术距离。项丽瑶(2023)、杨凯瑞[13]目前,中国芯片领域关键技术自给率较低,核心技术掌握欠缺,“卡脖子”难题突出大飞机中国大飞机与先发国家相比存在一定技术势差,面临核心技术受制于人的问题王晟锴[4]、曾德麟[14]中国干线客机发展面临波音和空客公司干线客机总体设计、制造技术及全球市场垄断并行阶段盾构机中国盾构机发展经历了核心产品从无到有的“追”,进入到核心产品升级引领的“超”阶段欧阳桃花(2021)核电中国已掌握自主核电技术,但市场并未处于领先阶段柳卸林(2023)北斗卫星2020年,中国卫星导航产业发展进入新阶段,形成全面自主并具有全球服务能力的完整产业链,产业整体水平进入世界前列赵耀升[2]超越阶段海洋装备工程中集海工从无到有、从弱到强,实现技术追赶与市场追赶,成为具备全球竞争力的行业领先者郭艳婷(2023)高铁中国高铁运营里程已经占据全世界2/3以上,技术创新得到公认,既是高铁大国也是高铁强国路风(2019)
学者对复杂产品系统后发追赶影响因素的研究包括单因素和多因素两个视角。在单因素视角下,政府支持、技术积累、市场需求等受到广泛关注。首先,复杂产品系统是国家产业体系的重要组成部分,政府对推动后发追赶起关键作用。例如,谭劲松等(2021)以中国轨道交通装备产业为案例,提出政府在不同产业创新生态系统演化阶段的干预策略;唐伟(2022)以中国航天为例,指出党中央作为管理决策主体进行顶层设计、各部委作为项目决策主体进行资源整合是航天工业持续成功的关键。其次,学者研究技术能力积累和技术轨道变迁对复杂产品系统后发追赶的影响。例如,贺俊(2018)认为“干中学”“用中学”与“试验中学”是中国高铁技术能力积累的核心机制;李显君(2020)认为从逆向工程到正向设计的技术学习过程促进中国高铁核心技术从功能性、性能型到可靠性变迁。最后,在市场需求维度,复杂产品系统市场结构普遍具有高度垄断性,并且制度型市场创造了更多需求。例如,魏江等[15]以中国南车为例,指出国家战略需求伴随的制度变迁提供了独特的市场机会窗口,拓宽了现有市场,促进技术追赶;吴晓波(2021)以中国半导体产业为例,认为中国追赶情景中存在着区别于消费及商业芯片的差异化市场需求,这是中国半导体产业克服后发劣势的机会窗口。在多因素视角下,创新生态系统受到学者广泛关注,用于考察复杂产品系统后发赶超规律。例如,柳卸林等(2023)以中国高铁、中国核电产业、中国航空产业为例,从创新生态系统视角出发,认为复杂产品系统后发追赶因素不仅包括通过自主研发实现核心技术突破,还包括市场批量化需求、政府战略支持;刘云(2022)认为中国高端数控机床领域创新链与产业链融合能提高市场占有率和竞争力,因而应以双链融合为切入点促进创新生态系统进一步优化。
本文采用程序化扎根方法,主要基于以下考虑:第一,程序化扎根理论方法接受事先问题预设[16-17],符合以复杂产品系统驱动因素为研究问题收集相关资料的情景。第二,复杂产品系统后发追赶受多维因素驱动,从已有数据资料中提炼、总结并识别这些驱动因素符合程序化扎根方法的应用范畴,契合研究问题需要。第三,复杂产品系统后发追赶是一个动态过程,程序化扎根方法适用于分析动态现象,有助于深入了解中国复杂产品系统追赶历程,构建复杂产品系统后发追赶驱动因素模型。
考虑到复杂产品系统后发追赶存在多个主体和复杂关系,客观性强、覆盖面广、时间跨度大的二手资料能够克服一手资料在整体性、长周期研究中存在的片面性和回溯偏差问题(毛基业,2020)。因此,本文收集2013—2022年中国大飞机、核电以及高铁3个典型复杂产品系统追赶的政策资料、企业资料、文献资料等二手数据进行扎根研究,表2为扎根资料来源与编码。原始资料收集过程如下:第一步,以“大飞机、中国商飞、中国核电、中车、高速铁路”等为关键词,收集不同渠道的案例数据并归类整理,形成每个案例的扎根资料库。第二步,根据前文对后发追赶影响因素的研究结果,对每个案例扎根资料库中的数据资料进行对照,剔除与案例核心企业、技术创新、市场开拓、政策支持等主题无关和相互矛盾的资料,构建每个案例的证据链,形成大飞机领域原始资料158条、核电领域原始资料84条、高铁领域原始资料245条。第三步,为提高理论模型效度,课题组对原始资料条目含义是否重复、是否与主题相关等进行背对背检查,对具有争议的原始资料再次讨论后进行归类,得到大飞机领域原始资料128条、核电领域原始资料71条、高铁领域原始资料215条。
表2 扎根资料与编码
Table 2 Grounded data and coding
领域政策资料与编码企业资料与编码文献资料与编码网页信息与编码大飞机《“十四五”民用航空发展规划》《交通领域科技创新中长期发展规划2021—2025》等28份(F1)《中国商飞公司市场预测年报(2022—2041)》(F2)与中国大飞机后发追赶相关的论文7篇(F3)中国商飞官网、央视网采访资料(F4)核电 《关于加强核电站标准化工作的指导意见》《“十三五”核工业发展规划》等17份(H1)《中国核能发展报告(2020—2023)》(H2)与中国核工业后发追赶相关的论文6篇(H3)中国核工业集团官网、国家能源局官网等(H4)高铁 《中长期铁路网规划》《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》等20份(G1)2015—2022年《中国中车股份有限公司年度报告》、2013—2014年《中国南车年度报告》、2013—2014年《中国北车年度报告》(G2)与中国高铁后发追赶相关的论文19篇(G3)中国中车官网、新华网、企查查等(G4)
2.1.1 开放式编码
本文首先对3个案例原始资料的核心内涵进行提炼,凝练出不同的新概念,再将相近概念聚拢归纳进行范畴化,完成开放式编码过程。具体而言,将3个案例形成的原始资料条目合并为416条原始数据,从其中2/3(276条)原始数据中得到22个新概念(A1-A22),接着将相近的新概念聚拢进行范畴化,3个案例资料合计归纳出11个初始副范畴(B1-B11),部分开放式编码过程如表3所示。
表3 开放式编码过程(部分)
Table 3 Open encoding process(partial)
部分原始语句概念化范畴化实现航空复杂产品技术追赶,离不开中国商飞作为创新主体坚持自主创新,永不放弃的企业抱负(F3)中核集团在发展过程中始终坚持以我为主、军民结合、中外合作的发展方针(H4)A1:自主创新方针B1:自主研发中车集团与铁道科学研究院、株洲电力研究所等科研机构就产品开发、实验验证、部件研制等方面展开广泛合作(G2)A4:联合研究机构攻关B2:集成创新..................航空工业是制造业的皇冠,中国航空工业崛起将推动整个制造业繁荣(F2)高速列车是一项庞大的系统工程,一辆“复兴号”高速列车由50多万个零部件构成,极大地带动中国相关产业发展(G3)A12:产业涉及范围广B6:制度型市场规模..................纵观航天重大工程发展历程,以国家领导人为核心的党中央对航天事业高度支持,根据未来所需与国力实际,作出与时俱进、意义深远的战略性决策(F4)1990年铁道部完成《京沪高速铁路线路方案构想报告》,提交全国人大讨论,由科委、国家经贸委、国家体改委等开展可行性研究(G3)A19:党中央的正确决策B9:举国体制《民用航空工业中长期发展规划(2013—2020年)》提出,到2020年国内干线飞机新增市场占有率达5%,完成C919大型客机研制,并按照系统、设备、器件3个层次建立产业配套体系(F1)《中长期铁路网规划》提出,到2020年建设高速铁路3万公里,覆盖80%城市,到2025年,高速铁路里程达到3.8万公里,到2030年基本实现省会高铁连通、地市快速通达、县域基本覆盖(G1)A20:商业化导向产业发展政策B10:产业政策..................
2.1.2 主轴编码
为进一步识别副范畴之间的关系,需对主题相近的副范畴进行主轴式编码。例如,研究发现自主研发(B1)、集成创新(B2)、二次创新(B3)属于复杂产品系统技术获取战略,因此将这3个副范畴归为技术获取战略(C1)的主范畴。通过主轴编码将11个副范畴归纳为技术获取战略、组织管理能力、制度型市场需求、国家意志与政策4个主范畴(C1-C4),主轴编码过程如表4所示。
表4 主轴编码过程
Table 4 Axial coding process
主范畴副范畴副范畴释义C1:技术获取战略B1:自主研发集成商依托国家重点实验室、现场试验窗口等自主研发方式实现关键核心技术突破B2:集成创新集成商将从不同渠道获取的各类技术进行系统集成B3:二次创新集成商通过成立合资企业等方式确定引进技术的合法性,并结合工程实践进行再创新C2:组织管理能力B4:供应链协作集成商制定统一技术标准,对供应链企业进行统一组织管理,推动整个供应链分工协作B5:产学研协同集成商与科研机构、政府等构建联合创新平台解决产业共性问题C3:制度型市场需求B6:制度型市场规模每个复杂产品系统都涉及上下游多个产业领域,由此带动形成多个行业市场增长B7:制度型市场竞争政府对多个系统集成商之间的竞争合作关系进行协调B8:制度型市场开拓结合国家战略需求,政府作为关键用户创造的市场需求C4:国家意志与政策B9:举国体制遵循国家需求,由党中央统一部署,组织各部门力量、资源促进追赶B10:产业政策政府制定干预产业发展的调控类、竞争类、行业类干预政策B11:创新政策政府通过科技计划项目、研发政策、成果转化政策等推动复杂产品系统创新
2.1.3 选择性编码
选择性编码主要通过对主范畴逻辑线的梳理与核心范畴识别,形成理论框架。本文通过对4个主范畴进行识别,确定复杂产品系统后发追赶驱动因素为核心范畴。研究发现,复杂产品系统后发追赶是以系统集成商为核心主体的利益相关方,在技术、组织、市场、制度多重因素的共同驱动下,从行业落后者发展成为行业领先者的过程。系统集成商作为核心主体,其选择的技术获取战略影响复杂产品系统技术追赶进程,以项目制为主的复杂产品创新活动对集成商组织供应商、科研机构等利益相关方的能力提出较高要求。同时,广泛而复杂的制度型市场规模为后发者实现市场追赶提供稳定的市场结构,制度型市场所独有的开拓方式和竞争方式为后发者实现市场赶超提供重要的机会窗口,国家意志引导和长期政策支持为复杂产品系统追赶提供坚实的制度保障,以确保资金、人才、技术等关键要素持续供给。据此,本文构建复杂产品系统追赶驱动因素模型,如图1所示。
图1 复杂产品系统后发追赶驱动因素模型
Fig.1 Model of catch-up driving factors for CoPS
2.1.4 饱和度检验
本文使用另外1/3的原始数据(138条)对理论模型饱和度进行检验,经过三级编码后获得技术引进、金融支持、政府调控、制度机会4个副范畴,与研究得到的11个副范畴重合,表明没有出现新概念和新范畴,也未出现新的概念间关系,说明复杂产品系统后发追赶驱动因素已被充分挖掘,通过理论饱和度检验。
运用扎根方法识别复杂产品系统追赶驱动因素虽然能够构建内涵较为丰富的驱动因素模型,但难以精确表示各个驱动因素之间的复杂关系以及在动态追赶不同阶段的差异化作用。而系统动力学能解决具有复杂结构和动态性特征的问题[18],并揭示不同追赶阶段的关键驱动因素,为复杂产品系统后发追赶策略的制定提供理论支撑。
2.2.1 模型构建
因果关系分析能够清晰呈现不同因素之间的联系,是系统动力学仿真的基础,因此本文构建复杂产品系统各驱动因素之间的因果关系模型。为清晰描述各驱动因素对复杂产品系统后发追赶的推动作用,将复杂产品系统后发追赶划分为技术追赶和市场追赶两部分[19]。具体而言,技术获取战略和组织管理能力对复杂产品系统技术追赶产生影响,并且技术追赶速度越快,带动的制度型市场规模越大,越能加速市场追赶进程。而市场追赶受制度型市场规模、制度型市场竞争和制度型市场开拓的影响。国家意志与政策是促进后发追赶的重要维度,从具体因素看,创新政策有助于促进企业研发投入增加,从而加速技术追赶进程。举国体制是国家意志的体现,能够从根本上创造技术需求和市场需求,推动复杂产品系统技术和市场追赶。产业政策会引起制度型市场规模变化,对市场追赶进程产生间接影响。基于以上理论分析,构建复杂产品系统追赶驱动因素因果关系模型,如图2所示。在此基础上,区分上述驱动因素变量类型,引入辅助变量,构建复杂产品系统动力学流图,如图3所示。
图2 复杂产品系统后发追赶驱动因素因果关系模型
Fig.2 Causal model of catch-up drivers in CoPS
图3 复杂产品系统后发追赶驱动因素流量模型
Fig.3 Traffic model of catch-up drivers in CoPS
2.2.2 参数确定
本研究设置2个水平变量,2个速率变量,15个辅助变量,1个常量,时间为影子变量。模拟仿真时间段与扎根资料一致,设为2013—2022年,时间步长为1年。模型中驱动因素副范畴的变量初始值在扎根资料实际数值的基础上进一步补充,并以表函数形式输入,以降低统计数据缺失值引起的误差,精确表达驱动因素对后发追赶程度的变化趋势。对于主范畴驱动因素变量的模型仿真方程式,采用变量参数与初始值加权的方式确定[20]。例如,技术获取战略=集成创新对技术获取战略影响系数f3*集成创新+自主创新对技术获取战略影响系数f4*自主创新+二次创新对技术获取战略影响系数f5*二次创新。
采取主观打分法确定方程中的常量和难以精确测量的参数(f1～f9)[21]。具体而言,在MBA学员中选择10位制造行业的中高层管理者进行打分,将平均数设为驱动因素系数,在模型中将各驱动因素对后发追赶的影响系数设置在[0-1]之间。在此基础上,对于能够精准测量的参数(h1～h11),按照仿真方程,使用SPSS Statistics中的线性回归算法,计算各驱动因素影响系数。同时,根据仿真结果和现实趋势一致性原则对模型参数值进行调整,最终得到3个典型案例系统动力学模型参数值,如表5所示。
表5 3个案例系统动力学模型参数值
Table 5 Parameter values of system dynamics model for three cases
符号大飞机核电高铁符号大飞机核电高铁f10.900.900.80h20.1900.0930.504f20.100.100.20h31.4712.4400.549f30.400.400.40h412.58824.54119.918f40.200.400.40h50.5931.4350.190f50.400.200.20h60.8020.3102.645f60.700.900.50h70.0110.4480.117f70.790.810.85h80.0900.5290.621f80.400.400.40h90.0270.1010.091f90.200.400.20h100.0470.7831.364f100.400.200.40h110.3200.7031.071h10.160.070.20----
2.2.3 有效性检验
系统动力学模型最重要的是验证模拟结果变量变化趋势与现实情况是否符合,以此判断模型假设、变量间相互关系是否合理,从而确认该模型对未来数据预测的可信度。由于制度型市场规模可精确测量,同时又与技术追赶、市场追赶两个维度具有因果联系,因此以制度型市场规模作为检验变量能够反映该模型的整体有效性[21]。表6为2013—2022年制度型市场规模因素在3个典型案例系统动力学模型中的真实值和模拟值,有效性检验结果显示,模型绝对误差平均值小于10%,因此本文构建的复杂产品系统后发追赶驱动因素系统动力学模型具有现实意义。
表6 制度型市场规模有效性检验结果
Table 6 Effectiveness test of institutional market scale
年份数值 大飞机核电高铁年份数值 大飞机核电高铁2013真实值1 2031 1419642018真实值2 9651 8732 398 仿真值1 2031 141964仿真值2 6191 7902 215 绝对误差000绝对误差0.0370.010.0172014真实值1 4151 2141 1712019真实值3 5632 0312 855 仿真值1 4161 2391 107仿真值3 0291 9632 683 绝对误差0.0290.0180.025绝对误差0.0160.0390.0172015真实值1 6861 3011 4292020真实值4 0982 1733 332 仿真值1 6621 3531 316仿真值3 5412 1823 270 绝对误差0.020.0390.015绝对误差0.0130.0350.0462016真实值2 0261 4891 7172021真实值4 7562 5064 294 仿真值1 9391 4871 557仿真值4 1652 4264 019 绝对误差0.0410.0020.011绝对误差0.0990.0050.012017真实值2 4541 6312 0302022真实值5 0792 7884 844 仿真值2 2522 6331 869仿真值4 8902 7155 009 绝对误差0.0320.0450.007绝对误差0.1260.018 40.031
2.3.1 后发追赶阶段仿真
以往研究多以典型案例关键事件发生的时间节点对后发追赶阶段进行识别,本文通过3个典型案例的系统动力学仿真,分别识别技术追赶和市场追赶程度,并判断所处后发追赶阶段。图4为对中国大飞机后发追赶阶段的仿真结果,其技术追赶程度在考察期内处于0.2左右,市场追赶程度介于[0,0.2]之间,总体后发追赶程度在2022年介于[0,0.1]之间,再次验证中国大飞机与先发国家相比仍处于跟随追赶阶段。图5是对中国核电后发追赶阶段的仿真结果,其技术追赶程度在考察期保持上升趋势,2022年为0.58,市场追赶程度介于为[0.2,0.5]之间,总体后发追赶程度介于[0.2,0.5]之间,表明中国核电领域处于并行追赶阶段。图6是对中国高铁后发追赶阶段的仿真结果,其技术追赶程度、市场追赶程度和总体追赶程度在考察期均保持上升趋势,介于[0.2,0.8]之间,表明中国高铁处于超越阶段,并展示出较快的追赶速度。
图4 中国大飞机后发追赶阶段仿真
Fig.4 Simulation of China's large aircraft in the late catch-up stage
图5 中国核电后发追赶阶段仿真
Fig.5 Simulation of China's nuclear power in the late catch-up stage
图6 中国高铁后发追赶阶段仿真
Fig.6 Simulation of China's high-speed rail in the late catch-up stage
2.3.2 不同阶段关键驱动因素仿真
本文对复杂产品系统后发追赶驱动因素进行数值仿真,通过调节变量数值对系统输出的影响程度判断该变量是否为关键因素。本研究对3个典型案例复杂产品系统驱动因素流量图模型中各因素的初始值分别增加10%,以识别不同阶段的关键驱动因素。
2.3.3 试验一:跟随阶段复杂产品系统后发追赶驱动因素仿真
图7为中国大飞机领域后发追赶驱动因素仿真结果。可以发现,举国体制、二次创新、集成创新对后发追赶影响较大,可被看作关键驱动因素。产业政策、制度型市场规模、创新政策、自主研发、供应链协作、产学研协同、制度型市场竞争、制度型市场开拓对后发追赶程度的作用依次减弱。具体而言,处于跟随阶段的中国大飞机尚未获得全产业链自主创新能力,由于起步较晚,中国大飞机最初的核心技术主要源自二次创新与集成创新成果。中国商飞集团作为大飞机领域唯一的系统集成商,联合国内外供应商成立14家合资企业,通过技术引进与二次创新,基本解决了大飞机总体设计、零部件开发、加工制造等关键环节。在供应链协作方面,商飞与供应商对重要部件技术进行联合攻关,这种紧密合作模式不仅提升了大飞机产业链重点供应商技术水平,也为集成商培育了一批提供配套产品的专一化供应商。
图7 中国大飞机领域后发追赶驱动因素仿真
Fig.7 Simulation of the driving factors for catch-up of China's large aircraft
举国体制为中国大飞机追赶提供了巨大的制度优势,党中央作为坚实的领导力量,面向重大战略需求,将大飞机作为中国制造2025与战略性新兴产业“十三五”规划重点领域,制定民用航空工业中长期发展规划等具体产业发展规划,组织以中国商飞为系统集成商的执行层联合供应商、科研院所协同发展,调动军民资源推动大飞机产业快速发展。同时,联合哈尔滨工业大学、南京航空航天大学等高校科研机构解决气动、航电、材料等方面的基础理论问题,为全面自主研发奠定基础。然而,由于全球大飞机市场处于波音与空客两大寡头垄断的局面,利用制度型市场驱动后发追赶的效应不明显,但随着中国大飞机产品质量的稳步提升,未来制度型市场的作用将进一步凸显。
2.3.4 试验二:并行阶段复杂产品系统后发追赶驱动因素仿真
图8为中国核电领域后发追赶驱动因素仿真结果。可以发现,制度型市场开拓、自主研发、集成创新对后发追赶的影响较大,可被看作关键驱动因素。制度型市场规模、产业政策、供应链协同、举国体制、创新政策、二次创新、制度型市场竞争、产学研协同对后发追赶的影响作用依次减弱。具体而言,处于并行阶段的中国核电长期坚持自主研发与集成创新同步,开展了一系列高水平研发活动,掌握了自主可控的第三代核电技术。由于核工业的特殊性,制度型市场开拓极大带动产业链发展,在上游原材料、中游核电设备、下游建设运营方面形成以国有企业为主体的市场竞争格局,中核集团是国内核燃料的独家供应商,东方电气、上海电气、哈电集团等龙头企业是核电装备的供应商,这些企业成立了众多专业科研机构,打造了一批国家重点实验室等研发平台,与国内高校、科研院所开展了十分紧密的产学研协同活动。应该看到,中国核工业已经形成涵盖反应堆材料、重型压力容器、支撑环等核心零部件的供应商体系,核电系统集成商与供应商之间紧密协作,促进整个行业实现赶超。然而,核电工业涉及经济、社会、环境等多个方面,并且项目建设周期长、投资规模大、制约因素多,因此核电市场开拓难度较高,制度型市场规模影响作用有限。未来,伴随中国核电技术水平与工程化能力的不断提高,将在全球核电市场占据重要地位。
图8 中国核电领域后发追赶驱动因素仿真
Fig.8 Simulation of the driving factors for catch-up of China's nuclear power
2.3.5 试验三:超越阶段复杂产品系统后发追赶驱动因素仿真
图9为中国高铁领域后发追赶驱动因素仿真结果。可以发现,制度型市场规模、自主研发、举国体制对后发追赶影响最大,可被看作关键驱动因素。制度型市场竞争、产业政策、创新政策、制度型市场开拓、二次创新、集成创新、产学研协作、供应链协作对后发追赶的影响作用依次减弱。具体而言,处于超越阶段的中国高铁在发展初期遇到过激烈的技术路线之争,最终由党中央作为战略层、原铁道部与原国家科委作为决策层、青岛四方、株洲所等一批列车制造企业和研究机构作为执行层,协同推动高铁实现超越追赶。同时,铁路的公共物品属性意味着制度型市场能够发挥更大的作用,国家对铁路基础设施的大力投资拉动中国高铁市场规模持续扩大。如果没有长期自主研发支持,即使引进国外先进高铁技术,也无法真正转化为中国高铁的自主创新能力。产业政策和创新政策相对其它因素的驱动作用更显著,这是因为政府部门在高铁关键核心技术研发领域投入大量项目和资金,一方面拉动高铁集成商、高校、科研机构等众多主体合作,带动高铁线路建设、系统控制、钢铁等领域企业数量快速增长,并通过《中长期铁路规划》把高铁建设融入区域经济发展全局,引导各利益相关方加大高铁投资,使得高铁发展互补性资产不断完善,从而加速中国高铁追赶步伐。
图9 中国高铁领域后发追赶驱动因素仿真
Fig.9 Simulation of the driving factors for catch-up of China's high speed rail
复杂产品系统后发追赶过程受到多重因素的共同驱动,为识别共性驱动因素并揭示其作用关系,本文以中国大飞机、核电以及高铁为研究对象,运用程序化扎根方法,提炼驱动复杂产品系统后发追赶的4个主范畴和11个副范畴,构建驱动因素模型,运用系统动力学建模和仿真进一步验证中国复杂产品系统所处的“三跑并行”局面,发现在不同后发追赶阶段存在差异化关键驱动因素。具体而言,在跟随阶段,举国体制、二次创新、集成创新为关键驱动因素;在并行阶段,制度型市场开拓、自主研发、集成创新为关键驱动因素;在超越阶段,制度型市场规模、自主研发、举国体制为关键驱动因素。
面对当前中国建设世界科技强国的战略目标,推动复杂产品系统技术突破与赶超成为亟待解决的关键问题,本文从以下几个方面提出相关建议:
(1)全面推进自主研发战略。核心技术自主可控是衡量复杂产品系统后发追赶成效的关键,唯有深入、持续、系统推进复杂产品系统核心技术自主研发,才能从根本上解决引进型技术创新模式的先天不足。全面推进自主研发战略并非彻底摈弃国际合作与交流,闭起门来搞创新,而是要以更高的站位、更强的姿态、更快的速度开展国际技术合作。具体而言,应该选择迫切需要突破的复杂产品系统领域,系统布局关键核心技术自主研发战略,以加强基础研究为切入点,从源头上解决关键核心技术“卡脖子”问题,建立高水平基础研究平台,系统实施基础研究人才自主培养,逐步实现赶超。
(2)扩大新型举国体制优势。国家意志与政策是驱动复杂产品系统后发追赶的关键因素,尤其新型举国体制扮演着重要角色,它是由党中央作为决策层,由对复杂产品系统项目负责的管理层与核心企业作为执行层共同构成的组织体系,能够迅速推动复杂产品系统建立从无到有的资源配置体系。举国体制优势不仅体现在提高资源配置效率、抑制市场失灵、调节竞合关系等方面,而且是中国复杂产品系统实现追赶超越的“不二法宝”。具体而言,应该在处于跟随、并行阶段的复杂产品系统领域依次实施国家重大项目,组建由国家机关直接领导的项目组织机构,协调系统集成商、供应商、高校、科研机构开展联合攻关,构建复杂产品系统后发追赶“战略—组织—项目”一体化能力体系。
(3)创造制度型市场机会。中国巨大的市场规模优势为复杂产品系统提供了丰富的应用场景,应该紧密结合全球数字经济发展机遇,在复杂产品系统数字化转型方面寻求更多细分市场机会。对标全球顶级复杂产品系统集成商,开拓更多制度型市场机会,以多维细分应用场景为牵引,驱动中国复杂产品系统集成商核心能力提升,加快中国制造走向世界。
本研究融合程序化扎根和系统动力学方法,探索复杂产品系统后发追赶驱动因素,一方面丰富了对复杂产品系统后发追赶规律的认识,另一方面通过定量分析识别关键驱动因素,为后发追赶策略的制定提供了参考依据。需要说明的是,本研究构建的系统动力学模型在仿真中存在部分指标难以量化的问题,未来研究将进一步作出改进。
本研究融合程序化扎根和系统动力学方法,探索复杂产品系统后发追赶驱动因素,一方面丰富了对复杂产品系统后发追赶规律的认识,拓展了复杂产品系统领域研究方法;另一方面通过定量分析识别关键驱动因素,为科学制定复杂产品系统赶超型政策提供了依据。需要说明的是,与大规模制成品相比,影响复杂产品系统后发追赶的因素更加复杂多变,对关键因素的识别是一项具有挑战性的工作。本研究构建的复杂产品系统关键驱动要素系统动力学仿真模型存在部分指标难以量化的问题,未来应作如下优化:一是与更多复杂产品系统领域技术专家、管理专家进行深入交流,拓展定性指标收集渠道,尝试设计举国体制、制度型市场等指标的替代性指标,进一步提高模型指标的可靠性;二是扩展时间跨度,收集更多与高铁、大飞机、核电等复杂产品系统相关的行业、产品与专利数据,通过更多数据仿真试验与效果比较,进一步提高模型的精确度和有效性;三是持续跟踪我国复杂产品系统创新发展进程,选择更多处于跟随阶段、并行阶段和超越阶段的复杂产品系统典型案例进行研究,进一步验证本文所构建模型及方法的科学性和可行性。
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