新兴产业政策与创新生态系统演化研究——以增材制造产业为例

许冠南 ,  方梦媛 ,  周源

中国工程科学 ›› 2020, Vol. 22 ›› Issue (2) : 108 -119.

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中国工程科学 ›› 2020, Vol. 22 ›› Issue (2) : 108 -119. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2020.02.015
新兴产业发展战略研究（2035）

新兴产业政策与创新生态系统演化研究——以增材制造产业为例

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Evolution of Innovation Ecosystem and Policy for an Emerging Industry: A Case of Additive Manufacturing Industry

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摘要

随着新一轮科技革命和产业变革的加速演进，构筑和完善新兴产业创新生态系统成为争夺新一轮全球竞争制高点的重要途径。本文以增材制造产业为例，结合文献、专利、商业等多源异构数据，解析产业创新生态系统发展的各个阶段，分析科学、技术、市场和政策层面的特征及其相互协同演化。研究表明，伴随我国创新政策的出台和实施，增材制造领域的科学知识产出和技术发展水平逐步提升，市场规模不断扩大，但在发展过程中存在着产业链发展不均衡、科技成果转化动力不足和商业应用水平不高等问题。基于此，提出了促进新兴产业发展的措施建议：着力提升产业链关键环节的自主创新能力，实现产业发展的自主可控；加快推进科技成果产业化，加强科技中介服务，完善科技成果转化机制；进一步探索应用领域拓展，构建新兴产业与传统产业融合发展的新模式，实现跨越式发展。

Abstract

Constructing and improving an innovation ecosystem for emerging industries is vital for success in global competition in the new round of scientific and technological revolution and industrial transformation. This paper takes the additive manufacturing industry as an example. It introduces the development stages of an innovation ecosystem, and analyzes the characteristics from the aspects of science, technology, market, and policy as well as their co-evolution, using multi-source heterogeneous data such as literature, patents, and commerce. The research shows that, with the implementation of innovation policies, the scientific output and technical level of the additive manufacturing industry are gradually improved, and the market size of the industry is also expanded. However, the industrial chain of the additive manufacturing industry is unbalanced in development, the impetus for the transformation of scientific and technological achievements is inadequate, and the commercialization level of these achievements is low. Furthermore, to develop the innovation ecosystem for emerging industries, some policy suggestions are proposed, including improving the capability of independent innovation in key links of the industrial chain, to achieve independent and controllable industrial development; accelerating the industrialization of scientific and technological achievements, by strengthening science and technology intermediary services and improving the transforming mechanism of scientific and technological achievements; and exploring new application areas, by integrating the emerging industries with traditional industries, thus to achieve leapfrog development.

关键词

新兴产业 / 创新生态系统 / 创新政策 / 增材制造 / 演化

Key words

新兴产业 / 创新生态系统 / 创新政策 / 增材制造 / 演化 / emerging industry / innovation ecosystem / innovation policy / additive manufacturing / evolution

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许冠南,方梦媛,周源. 新兴产业政策与创新生态系统演化研究——以增材制造产业为例[J]. 中国工程科学, 2020, 22(2): 108-119 DOI:10.15302/J-SSCAE-2020.02.015

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一、前言

培育和发展战略性新兴产业是世界各国实现技术跨越、抢占科技与经济发展制高点的务实选择。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》指出，新一代信息技术、高端装备制造、新材料、生物、新能源汽车、新能源、节能环保等战略性新兴产业具有知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的典型特征，是未来经济发展的核心动力，也是获取未来国际竞争新优势的关键领域。目前，新兴产业还处于成长阶段，其发展壮大不仅依赖于自身科学技术的进步，还与相关支撑技术、互补性产品以及宏观环境等辅助因素密切相关。新兴产业的稳健发展，需要构建健康的创新生态系统，促进系统中各主体间的协同联动。

开展新兴产业创新突破，需要外部环境的支撑以及其他参与者的协调配合，避免闭门造车、单打独斗 [1]。若仅局限于某单一技术环节的创新而忽视相关支撑技术、互补品的发展，创新最终有可能因缺乏配套技术支持而面临失败 [2]。产业创新生态系统由高等院校、科研机构、原材料供应商、核心生产者、中介组织、消费者等产业参与者以及外部环境等构成，是一个有机系统 [3]，良好的产业创新生态系统是产业健康持续发展的基础。创新生态系统分为以高等院校和科研院所为核心的知识生态系统、以企业为核心的商业生态系统 [4]。知识生态系统创造出科学和技术知识 [5,6]，科学和技术知识必须走向市场才能实现其商业价值。现有关于新兴产业创新生态系统的研究，较多聚焦于单一层面，而对创新生态系统中的科学、技术与市场之间的联动性缺少关注，对创新生态系统的分层解构与层间关联的研究也较为缺乏 [7,8]。另外，结合我国特殊情境进行的针对性理论研究较为欠缺 [9]。对于我国新兴产业而言，相应创新生态系统中的科学、技术、市场等层面的联动协同发展也是值得关注的研究方向。

新兴产业在发展初期通常呈现资金和人才资源短缺、技术交叉融合发展、产业配套不完善以及不确定性较高等特性，仅依靠市场机制难以实现产业的可持续健康发展。因此，运用各种政策工具对产业生态系统加以培育和引导显得尤为重要。常见的政策工具分为供给型、环境型和需求型 [10]，对产业发展起到引导、激励、服务和规范等作用 [11]，成为调节和干预市场经济运行的重要手段。

基于此，本文将创新生态系统划分为科学、技术和商业 3 个子系统，探索新兴产业政策与 3 个子系统之间的联动与协同关系。首先阐述研究设计与数据方法，包括研究框架、产业选择、数据来源以及研究工具；其次以增材制造产业为例，对产业发展不同阶段的政策和创新生态系统进行解析；然后进一步剖析政策及创新生态系统的协同发展，并对应提出促进新兴产业创新生态系统发展的措施建议。

二、研究设计与数据方法

（一）研究框架

按照科学生态系统、技术生态系统和商业生态系统的划分，构建了“科学 – 技术 – 商业”多层联动的创新生态系统分析框架（见图 1）。政府作为创新生态系统的外部力量，通过综合运用各类政策工具对生态系统的各子系统进行宏观调控以推动产业发展。科学生态系统侧重于基础研究并生成科学知识，为创新生态系统的持续发展提供驱动力；技术生态系统侧重于技术研发并生成应用技术知识，为创新生态系统繁衍提供技术支持；商业生态系统侧重于产品开发并实现商业价值，为创新生态系统的价值创造与捕捉提供市场牵引力。

图 3 2005—2019 年各国增材制造产业领域文献发表占比

图 5 全球 Top100 机构文献合作网络

注：图中不同颜色的方框表示不同国家的机构，如蓝色表示美国机构、红色表示中国机构；方框面积大小表示该机构文章发表的总数量。

2. 中国 Top50 机构本土合作网络

中国 Top50 合作网成员均为高等院校和研究机构，尚无企业参与（见图 6），这说明我国科学知识的创造活动几乎全部来自高等院校和研究机构。整体来看，3 个阶段的网络图聚合程度越来越高、密度越来越大，显示出国内相关机构在增材制造领域科学知识层面上的合作水平不断提高。

图 7 2005—2019 年各国增材制造产业专利申请数量分布

注：专利从申请到被检索到存在约 18 个月的滞后期，检索截止日期为 2019 年 9 月 21 日。

针对全球增材制造领域在 3 个阶段的专利合作情况，主要从以下两方面进行分析。

1. 全球 Top100 专利权人合作网络

从全球专利申请数量上看，在前两个阶段，全球拥有相关专利数量最多的专利权人集中于少数专门型企业，但在第三阶段中传统打印机优势企业以及应用企业开始布局增材制造研发，从用户向装备制造商或服务提供商转变，全球范围内的产业竞争趋于加剧。

从全球 Top100 机构的专利合作网络来看，3 个阶段的专利跨国合作较少（见图 8），且呈不断减少趋势。这说明伴随产业发展，各国开始倾向于本国独立研发、独自拥有专利权。此外，国内机构间的合作明显增多，表明国内的开放式创新环境有了长足发展。

图 9 中国 Top100 专利权人专利合作网络

（四）商业创新生态系统

全球增材制造产业市场规模呈持续稳步扩大的趋势（见图 10）。在 2010 年前，全球增材制造产业整体处于起步阶段，主要完成了科学知识积累和技术探索，未将商业化应用作为发展重点，市场整体规模较小。2010—2014 年市场规模稳步增长，增幅保持在 30% 左右，其中 2012 年市场规模达到23 亿美元，同比增长高达 35.29%。2015—2018 年的增幅有所下降，但仍处于规模持续扩张的状态，其中 2018 年市场规模达到 83.7 亿美元。

图 10 全球以及中国增材制造产业市场规模

注：数据来源于前瞻产业研究院《2018—2023 年全球 3D 产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

我国增材制造产业的商业化起步较晚，2012 年市场规模仅为 1.6 亿美元，约占全球市场总量的6.9%。2015—2018 年我国增材制造市场快速发展，增速高出全球平均水平近 1 倍，对应占比不断提高。截至 2018 年，我国增材制造产业市场规模已突破20 亿美元，约占全球市场总量的 25%。

从全球增材制造设备新增装机数量来看，产业市场需求旺盛，1998—2016 年美国和中国分列第一位和第二位。但从商业价值创造来看，以2016 年相关设备生产销售情况为例，美国位居第一，占全球市场份额的 46.3%，而中国所占份额仅为 4.5% [12]。由此可见，尽管国内增材制造产业市场需求旺盛，但相关企业的商业价值创造能力较为薄弱；高端装备和材料仍依赖进口，尚未形成完整产业链，产业竞争力不强。

从增材制造应用领域来看，我国增材制造产业已逐步从科学技术研发走向产业化应用，且产业应用范围越来越广（见图 11），工业机械、航空、航天、生物医疗等领域是应用重点。然而，由于生产效率、研发周期、制造成本等问题，增材制造的生产规模小，离批量化生产还有一定距离。另外，我国增材制造企业多为中小型企业，产业化设计和制造的能力不强。

图 11 2018 年中国增材制造材料主要应用领域

注：数据来源于 Wohlers Report 2019。

当前，国内“材料 – 设计 – 制备 – 应用”产业链的各个环节分布尚不均衡，原材料在一定程度上依赖进口，产品成本较高，产业化进程缓慢。未来我国产业发展亟需转型，进一步整合产业链，尤其要注重商业化应用，提升“产学研”合作水平。目前我国相关产业中的科学研究活动主体仍为高等院校和科研机构，由于相关科研成果未得到市场的充分验证，无法满足商业应用对技术成熟度的需求。这也表明，国内科研成果和应用市场之间缺少中介服务机构、科技服务机构等成果转化机构。

四、 我国增材制造产业政策与创新生态系统的协同演化

（一）创新政策分析

我国相关创新政策的提出和实施，与全球增材制造产业阶段划分的时间节点基本一致，在各阶段内的侧重点有所不同。

1. 政策酝酿阶段（2005—2009 年）

本阶段主要对“战略性新兴产业”概念进行论证，尚未从国家政策层面上明确发展目标和方向。当时认为发展战略性新兴产业是我国着眼长远发展的重大战略选择。政府机构也完整表述了发展战略性新兴产业的战略构想和理论依据 [13]。

2. 政策萌发阶段（2010—2014 年）

本阶段将“战略性新兴产业”正式提高到国家战略层面，对其发展目标和方向进行了总体规划，但还未专门针对增材制造这一产业出台相关政策。《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》确定了战略性新兴产业的发展目标、主要任务和扶持政策；《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》确定了 7 个重点领域的中长期发展目标以及配套政策与重大工程；国家高技术研究发展计划（863 计划）、国家科技支撑计划制造领域 2014 年度备选项目征集指南》首次将增材制造技术列入其中。

3. 政策密集阶段（2015—2019 年）

本阶段出台一系列增材制造产业相关政策，对增材制造产业的发展目标和方向作出了明确的部署，提出了配套的的扶持和保障措施。《增材制造产业发展行动计划（2017—2020 年）》提出实施五大重点任务，采取 6 项保障措施，实现五大发展目标，着力打造“材料 – 设计 – 制备 – 应用”完整的增材制造产业链。

不同类型的政策工具在产业演化过程中的着力点各不相同。按照政策工具的分类对我国增材制造领域的创新政策进行梳理（见表 1），可以发现我国主要使用供给型和环境型政策工具来引领和促进相关产业的创新发展。

表 1 我国增材制造领域创新政策分类

（二）增材制造产业发展中政策 - 科学 - 技术 - 市场的协同演化

我国增材制造产业发展是一个政策、科学、技术、商业协同演化的过程。

从政策层面上看，政府从供给面、需求面和环境面出台创新政策，综合运用各类政策工具，推动增材制造产业不断提高科学知识水平、技术水平以及市场应用水平，完善和整合产业链，加快构建良性发展的新兴产业创新生态系统。

从科学层面上看，我国不断深化科学基础知识研究，积极参与国际合作，逐步提高在合作中的地位，吸收国外前沿知识，尽快实现与国际接轨。

从技术层面上看，我国作为后发国家追赶态势明显，专利申请数量占全球增材制造领域专利总数的一半以上。虽然专利涉及范围广，但核心专利缺乏，在原创性技术方面仍相对落后。另外，国内专利申请机构间的合作大多是高等院校和科研机构，“产学研”合作水平有待进一步提高。

从市场层面上看， 我国增材制造产业目前已经取得了长足发展，在航空、航天、工业机械、医疗以及汽车等领域得到了广泛应用，市场规模逐步增大；但市场潜力尚未完全开发，众多研究成果未能充分利用，在成果转化、商业应用方面还有待进一步提升。

产业创新生态系统的演化依赖于科学层、技术层和市场层的联动协同发展，科学知识需要转化为技术实力后再投入市场加以运用，任何一个薄弱环节都会给生态系统造成负面影响。整体来说，我国增材制造创新生态系统不断完善，发展态势良好（见表 2），但市场层面仍有较大发展空间。

表 2 我国增材制造产业创新生态系统的三阶段演化

综上所述，通过系统分析增材制造产业在政策、科学、技术、市场各个层面的演化过程（见图 12），可以发现我国增材制造产业的发展模式是由科学和技术驱动的。尤其是国内高等院校、科研院所在科学研究、应用技术方面的产出丰富，为增材制造产业快速成长提供了重要驱动力。但相关企业存在“小、散、弱”问题，致使“产学研”脱节，众多创新性科技成果滞留在研究部门。因此，促进科技成果转化，使企业更好地承接研究部门的知识产出，消除创新链条上工程化、产业化开发环节的断层，都是产业创新发展亟待解决的重要问题。另外，应促进产业政策工具的灵活与充分运用，以推动创新生态系统的高效运作和健康发展。

图 12 中国增材制造领域创新政策与创新生态系统演化

五、对策建议

从增材制造产业创新生态系统及相关政策的演化来看，我国增材制造产业整体发展状况良好，相关政策措施逐步完善和落实，科学知识产出和技术开发水平稳步提升，市场规模不断扩大。但相关产业发展还存在一些不足之处：专用材料和核心器件在一定程度上依赖进口，具有原创性的核心专利数量较少；科技成果转化动力不足，许多科技成果仅仅停留在研究部门而无法实现商业价值；下游商业模式和应用领域还比较少，有待进一步探索和拓展。要实现新兴产业的引领发展，必须全面构建各类创新要素充分流动和高效配置的创新生态系统。本文提出关于促进新兴产业发展的一些措施建议。

1. 着力提升产业链关键环节的自主创新能力

鉴于当前进口价格昂贵并逐渐趋向于不开源的现状，提升国内自主研发能力是当务之急，既可以克服材料设备的技术障碍，又能带来明显的成本优势，更好保障产业发展的自主可控。建议继续加大对新兴产业关键技术自主研发的支持力度，鼓励各类市场主体进行协同创新；重点突破关键核心技术，完善和整合产业链以提高国际竞争力。

2. 加快推进科技成果产业化

应努力消除经济与科技脱节的现象，有效构筑科技成果转化过程的中间桥梁，增强成果转化动力。建议加大力度构建科技中介服务机构，培养复合型人才，进一步完善高等院校科技园、企业孵化器等公共服务体系建设，促进校企深化合作，加速产业化进程。

3. 进一步探索应用领域拓展

尽管我国优势产业领域的技术应用水平正在不断提高，但市场化应用的整体水平仍有较大提升空间。建议继续扩大应用示范领域，使优势领域在保持领先地位的同时，充分带动整个产业的发展。构建新兴产业与传统产业融合发展的新模式，加快传统制造业的转型升级，实现跨越式发展。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
[1]

Adner R. Match your innovation strategy to your innovation ecosystem [J]. Harvard Business Review, 2006, 84(4): 98–107.
[2]

吴绍波, 顾新. 战略性新兴产业创新生态系统协同创新的治理 模式选择研究 [J]. 研究与发展管理, 2014, 26(1): 13–21. Wu S B, Gu X. The governance model selection of strategic emerging industrial innovation ecosystem’s collaborative innovation [J]. R & D Management, 2014, 26(1): 13–21.
[3]

李晓华, 刘峰. 产业生态系统与战略性新兴产业发展 [J]. 中国 工业经济, 2013 (3): 20–32. Li X H, Liu F. Industrial ecosystem and the development of strategic emerging industries [J]. China Industrial Economics, 2013 (3): 20–32.
[4]

Clarysse B, Wright M, Bruneel J, et al. Creating value in ecosystems: Crossing the chasm between knowledge and business ecosystems [J]. Research Policy, 2014, 43(7): 1164–1176.
[5]

Xu G N, Wu Y C, Minshall T, et al. Exploring innovation ecosystems across science, technology, and business: A case of 3D printing in China [J]. Technological Forecasting and Social Change, 2017, 136: 208–221.
[6]

Järvi K, Almpanopoulou A, Ritala P. Organization of knowledge ecosystems: Prefigurative and partial forms [J]. Research Policy, 2018, 47(8): 1523–1537.
[7]

Oh D S, Phillips F, Park S, et al. Innovation ecosystems: A critical examination [J]. Technovation, 2016, 54: 1–6.
[8]

Ritala P, Almpanopoulou A. In defense of ‘eco’ in innovation ecosystem [J]. Technovation, 2017, 60: 39–42.
[9]

陈衍泰, 夏敏, 李欠强, 创新生态系统研究: 定性评价、中国 情境与理论方向 [J]. 研究与发展管理, 2018, 30(4): 37–53. Chen Y T, Xia M, Li Q Q, et al. Research on innovation ecosystem: Qualitative evaluation, Chinese context and theoretical direction [J]. R & D Management, 2018, 30(4): 37–53.
[10]

Nemet G. F. Demand-pull, technology-push, and governmentled incentives for non-incremental technical change [J]. Research Policy, 2009, 38(5): 700–709.
[11]

朱迎春. 政府在发展战略性新兴产业中的作用 [J]. 中国科技论 坛, 2011 (1): 20–24. Zhu Y C. The effect of government on the developing emerging industries of strategic importance [J]. Forum on Science and Technology in China, 2011 (1): 20–24.
[12]

Wohlers, T T, Caffrey T, Wohlerss I. Wohlers report 2017: Additive manufacturing and 3D printing state of the industry: Annual worldwide progress report [R]. Fort Collins: Wohlers Associates, 2017.
[13]

温家宝. 让科技引领中国可持续发展 [EB/OL]. (2009-11-03) [2019-12-05]. http://www.gov.cn/ldhd/2009-11/23/content_ 1471208.htm. Wen J B. To lead China’s sustainable development with science and technology [EB/OL]. (2009-11-03) [2019-12-05]. http://www. gov.cn/ldhd/2009-11/23/content_1471208.htm.

基金资助

中国工程院咨询项目“新兴产业发展战略研究（2035）” (2018-ZD-12)；国家自然科学基金项目(71872019)；北京市自然科学基金项目(9182013)()

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