基于LMDI模型的北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)效應(yīng)分析

摘" 要：《北京市“十四五”時(shí)期高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出北京市智能制造與裝備的發(fā)展方向，為此，該文關(guān)注2016—2023年北京市在智能機(jī)器人、高端數(shù)控機(jī)床、傳感與控制系統(tǒng)、檢測(cè)與裝配設(shè)備方面智能制造裝備專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，建構(gòu)LMDI模型，包括特定智能制造裝備優(yōu)先序、智能制造裝備專利份額以及研發(fā)活動(dòng)規(guī)模的智能裝備制造分解模型，利用區(qū)間分解和時(shí)間序列分解相結(jié)合的方式對(duì)北京市智能制造裝備專利數(shù)量變化的影響因素進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，北京市智能制造裝備專利申請(qǐng)量的變化規(guī)律與研發(fā)活動(dòng)規(guī)模效應(yīng)的變化有著密切聯(lián)系，研發(fā)份額效應(yīng)反映出北京市在智能裝備與制造各領(lǐng)域不同的驅(qū)動(dòng)效果，研發(fā)優(yōu)先序指標(biāo)可以反映出研發(fā)活動(dòng)的側(cè)重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能制造關(guān)鍵技術(shù)；LMDI；Kaya公式；研發(fā)優(yōu)先序；研發(fā)份額效應(yīng)

中圖分類號(hào)：G306" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）08-0006-05

Abstract： The \"Beijing High-tech Industry Development Plan During the 14th Five-Year Plan\" proposes the development direction of intelligent manufacturing and equipment in Beijing City. To this end， this paper focuses on the patent application data of intelligent manufacturing equipment in Beijing City from 2016 to 2023 in intelligent robots， high-end CNC machine tools， sensing and control systems， testing and assembly equipment， and constructs an LMDI model， including specific intelligent manufacturing equipment priorities. The intelligent equipment manufacturing decomposition model based on the patent share of intelligent manufacturing equipment and the scale of Ramp;D activities uses a combination of interval decomposition and time series decomposition to analyze the influencing factors of changes in the number of intelligent manufacturing equipment patents in Beijing City. The research results show that the change pattern of patent applications for intelligent manufacturing equipment in Beijing City is closely related to the change in the scale effect of Ramp;D activities. The Ramp;D share effect reflects the different driving effects of Beijing City in various fields of intelligent equipment and manufacturing， and the Ramp;D priority indicator can reflect the focus of Ramp;D activities.

Keywords： key technologies for intelligent manufacturing; LMDI; Kaya identity; Ramp;D priorities; Ramp;D share effect

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，以智能制造為核心的制造業(yè)變革，對(duì)鞏固實(shí)體經(jīng)濟(jì)根基，建成現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)新型工業(yè)化具有重要作用?！吨悄苤圃旃こ虒?shí)施指南（2016—2020）》[1]提出加大智能制造實(shí)施力度，關(guān)鍵技術(shù)裝備、智能制造標(biāo)準(zhǔn)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/信息安全、核心軟件支撐能力顯著增強(qiáng)，構(gòu)建新型制造體系，重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型。2021年，工信部、國(guó)家發(fā)改委等8部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》[2]，提出了我國(guó)智能制造“兩步走”戰(zhàn)略，聚焦感知、控制、決策、執(zhí)行等核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合創(chuàng)新，攻克關(guān)鍵技術(shù)裝備，提高質(zhì)量和可靠性。

北京市是全國(guó)科技資源分布最密集地區(qū)，擁有全國(guó)最多的科研院校和科技院所，近年來(lái)，北京市加快國(guó)際科技創(chuàng)新中心建設(shè)，《北京市“十四五”時(shí)期高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》[3]提出，在智能制造與裝備方面，智能機(jī)器人領(lǐng)域聚焦構(gòu)建醫(yī)療健康機(jī)器人、特種機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、自主移動(dòng)機(jī)器人四大整機(jī)加關(guān)鍵零部件的“4+1”發(fā)展格局，構(gòu)建具有北京特色的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)。自動(dòng)化成套裝備領(lǐng)域促進(jìn)高端數(shù)控機(jī)床、傳感與控制系統(tǒng)、檢測(cè)與裝配設(shè)備等自主研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

為了深入了解北京市在智能制造與裝備方面的創(chuàng)新能力，本文將從專利視角對(duì)北京市在智能機(jī)器人、高端數(shù)控機(jī)床、傳感與控制系統(tǒng)、檢測(cè)與裝配設(shè)備相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)方面的專利申請(qǐng)情況構(gòu)建LMDI指數(shù)分解模型，從而可以客觀了解北京市在智能制造與裝備方面的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。

從專利視角進(jìn)行創(chuàng)新趨勢(shì)研究，主要是利用IncoPat、Derwent Innovations Index（DII）等專利數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)[4-6]，根據(jù)五類關(guān)鍵技術(shù)裝備專利數(shù)據(jù)信息作為分析樣本，并針對(duì)上述專利文獻(xiàn)的中國(guó)申請(qǐng)趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人分布、專利技術(shù)情況等方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解該技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展脈絡(luò)。

1" 文獻(xiàn)綜述

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)指標(biāo)的變化進(jìn)行觀察研究，其中，日本學(xué)者Kaya Yoiti（茅陽(yáng)一）于1989年在IPCC的研討會(huì)上提出的Kaya恒等式，能夠量化反映能源、經(jīng)濟(jì)、人口等因素對(duì)能源消費(fèi)碳排放的關(guān)系[7]。Sun等[8]提出的LMDI分解法（對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法，Logarithmic Mean Divisia Index），在Kaya恒等式的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，可計(jì)算出各影響因素總排放量變化的貢獻(xiàn)，成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)常用的分析工具。

由于LMDI分解法在分解對(duì)象后沒(méi)有無(wú)法解釋的殘值，可用于分析理解經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、就業(yè)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)的變化，在世界上許多國(guó)家和地區(qū)得到普遍使用。保拉·費(fèi)爾南德斯·岡薩雷斯等使用LMDI分解法，對(duì)西班牙溫室氣體排放進(jìn)行了分解，將農(nóng)業(yè)、工業(yè)、商業(yè)等行業(yè)對(duì)溫室氣體排放的強(qiáng)度效應(yīng)，人均生產(chǎn)效應(yīng)和碳化效應(yīng)進(jìn)行了分析[9]。陳愛(ài)萍等[10]基于LMDI模型，利用區(qū)間分解和時(shí)間序列分解相結(jié)合的方式對(duì)中國(guó)上市公司各類綠色技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量變動(dòng)的影響因素進(jìn)行分析。劉志迎等[11]選擇專利申請(qǐng)量為創(chuàng)新產(chǎn)出的衡量指標(biāo)，基于擴(kuò)展的Kaya恒等式建立因素分解模型，通過(guò)構(gòu)建創(chuàng)新產(chǎn)出變化的LMDI分解模型，綜合考量長(zhǎng)江區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、區(qū)域研發(fā)強(qiáng)度、區(qū)域創(chuàng)新效率及整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展4個(gè)因素對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的創(chuàng)新產(chǎn)出變化的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行了分析。

2" 數(shù)據(jù)來(lái)源和模型構(gòu)建

2.1" 數(shù)據(jù)來(lái)源

IncoPat是一個(gè)專利信息平臺(tái)。完整收錄全球102個(gè)國(guó)家/組織/地區(qū)1億余件專利信息，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者都采用IncoPat數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究[12-13]。采用IncoPat數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)出的專利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量，由于申請(qǐng)數(shù)量更能反映創(chuàng)新的活躍程度，因此，本文將以專利申請(qǐng)量來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

為了更加準(zhǔn)確地獲取專利數(shù)量，本文對(duì)智能制造與裝備關(guān)鍵詞按不同的項(xiàng)目分類進(jìn)行了分解，按照項(xiàng)目名稱、應(yīng)用領(lǐng)域與類型、關(guān)鍵零部件與技術(shù)進(jìn)行提煉，得到表1所示內(nèi)容。

2.2" 模型構(gòu)建

LMDI對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法具備完全分解、無(wú)殘差、因素可逆等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是目前最好的因素分解法。

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)效應(yīng)受諸多因素影響，這些因素可能單獨(dú)起作用，也可能與其他因素交互起作用，專利申請(qǐng)趨勢(shì)可以從一個(gè)側(cè)面反映某一領(lǐng)域的科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)狀況，因此，本文將構(gòu)建3個(gè)指標(biāo)：特定智能制造關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)先序、北京市專利份額以及研發(fā)活動(dòng)規(guī)模作為影響因素，列出Kaya公式如下

式中：Bi代表北京在i領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量，E為北京在智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)總量，T為全國(guó)智能制造關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)總量，Pi表示i類智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利的優(yōu)先序，即i類專利占北京全部智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利的比例，B為北京市專利份額，即北京市專利數(shù)量占全國(guó)同類專利的比例，A為全國(guó)研發(fā)活動(dòng)規(guī)模，數(shù)值為全國(guó)同類專利的申請(qǐng)總量。

3" 結(jié)果與分析

為了深入分析北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的變化情況，首先根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)概況，然后根據(jù)加法原理的LMDI分解方法，對(duì)北京市2016年度到2023年度的智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)的數(shù)據(jù)變動(dòng)情況進(jìn)行分解，并識(shí)別各因素對(duì)北京智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利變動(dòng)的影響。

3.1 專利總數(shù)申請(qǐng)趨勢(shì)分析

從圖1可以看出，我國(guó)在《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020）》發(fā)布之后，我國(guó)的專利申請(qǐng)數(shù)量快速上升，北京市在智能制造關(guān)鍵技術(shù)方面專利申請(qǐng)數(shù)量從2016年到2021年間也呈現(xiàn)連年增長(zhǎng)趨勢(shì)，但絕對(duì)數(shù)量占比卻出現(xiàn)下降和持平趨勢(shì)。2022年和2023年專利的絕對(duì)數(shù)量雖然減少，但所占比例呈現(xiàn)上升勢(shì)頭，從2022年占全國(guó)總數(shù)的5.84%，上升到2023年的6.39%，反映了北京市在專利申請(qǐng)方面與全國(guó)總數(shù)量之間走向的不同趨勢(shì)。

3.2 智能制造關(guān)鍵技術(shù)不同領(lǐng)域LMDI結(jié)果分析

北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)方面相關(guān)專利共搜索到24 934項(xiàng)。表2列出了按照技術(shù)領(lǐng)域劃分的智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利的申請(qǐng)情況，其中，智能機(jī)器人相關(guān)專利為11 676項(xiàng)，占比為46.83%，高端數(shù)控機(jī)床相關(guān)專利2 595項(xiàng)，占比為10.41%，傳感與控制相關(guān)專利3 745項(xiàng)，占比為15.02%，檢測(cè)與裝配相關(guān)專利6 918項(xiàng)，占比為27.75%。

從驅(qū)動(dòng)效應(yīng)來(lái)看，智能機(jī)器人的總體效應(yīng)為191.119 7，檢測(cè)與裝配設(shè)備的總效應(yīng)為77.647 7，高端數(shù)控機(jī)床為22.444 3，均起到正向驅(qū)動(dòng)作用，而傳感與控制為-124.227 2，起到抑制作用。在諸多影響因素中，智能機(jī)器人方面的優(yōu)先效應(yīng)和份額效應(yīng)比較顯著，顯示出北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新比較集中在智能機(jī)器人方面這一現(xiàn)象（圖2）。

如圖2所示，在用途方面，機(jī)器人本體的專利數(shù)量為5 504項(xiàng)，占總量的57.95%；在控制方面，共計(jì)2 182項(xiàng)，其中控制方法為803項(xiàng)，其他計(jì)算控制為659項(xiàng)，定位方法為357項(xiàng)，識(shí)別方法為186項(xiàng)，控制系統(tǒng)為177項(xiàng)；檢測(cè)方面的檢測(cè)方法為382項(xiàng)。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，交通運(yùn)輸相關(guān)的機(jī)動(dòng)車輛和電子電氣相關(guān)的電子設(shè)備專利數(shù)量分別為572項(xiàng)和383項(xiàng)。

高端數(shù)控機(jī)床的總效應(yīng)為22.444 3，但主要驅(qū)動(dòng)因素為規(guī)模效應(yīng)，份額效應(yīng)和優(yōu)先效應(yīng)均為負(fù)數(shù)，相對(duì)于智能機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)效應(yīng)方面占比偏低（圖3）。

如圖3所示，在用途方面，與數(shù)控機(jī)床等為主的機(jī)械設(shè)備相關(guān)專利占比為34.80%，材料制品相關(guān)專利為12.69%，計(jì)算控制相關(guān)的專利占比為11.14%，在檢測(cè)與裝配方面，與制造制備相關(guān)的方法過(guò)程相關(guān)專利占比為24.59%，與測(cè)量實(shí)驗(yàn)相關(guān)的專利占比為8.15%。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，電子電器、交通運(yùn)輸、航空航天各有一定占比。

檢測(cè)與裝配設(shè)備的規(guī)模效應(yīng)達(dá)到了101.131 6，雖然優(yōu)先效應(yīng)和份額效應(yīng)均為負(fù)數(shù)，但總體效應(yīng)達(dá)到了77.647 7，說(shuō)明隨著我國(guó)的制造業(yè)在智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面力度不斷加大，與智能制造相關(guān)的檢測(cè)與裝配設(shè)備的創(chuàng)新數(shù)量很多，對(duì)北京市高精尖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要作用，但在重視程度方面需進(jìn)一步加強(qiáng)（圖4）。

如圖4所示，在用途方面，與測(cè)量實(shí)驗(yàn)相關(guān)的檢測(cè)、測(cè)量、分析等方面的專利占比為40.43%，與方法過(guò)程相關(guān)的專利占比為16.58%，與計(jì)算控制相關(guān)的控制方法、監(jiān)測(cè)與識(shí)別等方面的占比為25.39%。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，交通運(yùn)輸、醫(yī)藥醫(yī)療以及電子電器方面的專利比較集中。

智能傳感與控制的總效應(yīng)為-124.227 2，主要是因?yàn)榉蓊~效應(yīng)僅為-137.734 0，優(yōu)先效應(yīng)方面為-60.600 1，數(shù)值都較低，可以看出北京市在傳感器、微機(jī)電、PLC控制器等基礎(chǔ)原器件方面的創(chuàng)新能力有待提高。

3.3" 智能制造關(guān)鍵技術(shù)整體LMDI結(jié)果分析

根據(jù)北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量變動(dòng)的分解模型，對(duì)2016—2023年各類智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量變動(dòng)影響因素分別進(jìn)行時(shí)序分解，以便詳細(xì)研究各因素對(duì)北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量變動(dòng)的影響機(jī)理（表3）。

從分解結(jié)果可以看出，驅(qū)動(dòng)北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的影響因素中，總體效應(yīng)為91.127 4，說(shuō)明北京市智能制造核心技術(shù)的創(chuàng)新整體正向驅(qū)動(dòng)作用。其中，規(guī)模效應(yīng)的均值達(dá)到132.403 6，說(shuō)明近年來(lái)，我國(guó)在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的引領(lǐng)下在智能制造關(guān)鍵技術(shù)方面的創(chuàng)新規(guī)模不斷加大，促進(jìn)了北京在智能制造領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。份額效應(yīng)為-55.350 7，主要原因是某些年份國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)總量提高幅度比較大，而北京市的專利數(shù)量相對(duì)比較平穩(wěn)，導(dǎo)致了份額效應(yīng)值的波動(dòng)。在優(yōu)先效應(yīng)方面，各年份數(shù)值都相對(duì)較低，對(duì)總體效應(yīng)的影響較小。

4" 結(jié)論

本文運(yùn)用北京市2016—2023年智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量相關(guān)數(shù)據(jù)，基于LMDI模型框架，建立包括特定智能制造關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)先序效應(yīng)、份額效應(yīng)和規(guī)模效應(yīng)的北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)專利因素分解模型。

研究結(jié)果表明，北京市智能制造關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)效應(yīng)中，規(guī)模效應(yīng)起到了正向驅(qū)動(dòng)作用，有力促進(jìn)了北京市科技創(chuàng)新能力的提高與我國(guó)創(chuàng)新能力的整體發(fā)展。研發(fā)優(yōu)先效應(yīng)比較客觀地反映出北京市在技術(shù)創(chuàng)新方面?zhèn)戎厍闆r，從分析結(jié)果可以看出，智能機(jī)器人在北京市科技創(chuàng)新活動(dòng)中處于突出位置，智能機(jī)器人技術(shù)與高端數(shù)控機(jī)床、傳感與控制技術(shù)、裝配檢測(cè)與裝配設(shè)備相關(guān)技術(shù)相互交融，在交通運(yùn)輸、電子電器、醫(yī)藥醫(yī)療和航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。研發(fā)份額效應(yīng)客觀反映了北京市科技創(chuàng)新活動(dòng)在全國(guó)范圍內(nèi)影響力的變化，從分析結(jié)果可以看出，北京市在加強(qiáng)智能制造關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用之外，在基礎(chǔ)元器件和核心技術(shù)方面的創(chuàng)新能力需要進(jìn)一步加強(qiáng)，為首都的高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)更大力量。

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