山东省装备制造业集聚发展的测度及影响因素研究
周青梅,贾秀丽
(山东青年政治学院 经济管理学院，济南 250103)
制造业特别是装备制造业是工业的核心部分，是提高区域竞争力的重要载体，是产业升级、技术进步的重要保障。山东是装备制造业大省和强省，在长期发展中积累了雄厚的产业基础，在全国产业版图中占有举足轻重的地位。近年来山东省装备制造业发展持续加快，规模总量和质量水平不断提升，但也存在高端品种少、产业层次低，创新体系不健全、产业布局分散、同质化趋势严重等问题。目前，新一轮产业革命和产业变革蓬勃兴起，数字转型、科技赋能、发展高端装备制造业和智能制造业成为趋势，新技术、新产品、新业态、新模式正在主导现代产业体系的形成。
产业集聚是经济发展中的典型特征。产业集聚发展可以延伸产业链，增强产业间的专业化协作，通过规模经济与知识技术溢出效应提高区域专业化与创新能力，加速新动能培育和新旧动能转换，对于经济布局的合理化、建立空间创新系统和形成区域竞争优势有着重要意义。装备制造业的集聚发展影响资源配置的效率，是提高创新效率的重要驱动力。《中国制造2025》规划中明确提出要优化产业空间布局，培育一批具有核心竞争力的产业集群和企业群体。党的十九大报告指出，要促进我国产业迈向全球价值链中高端，培育若干世界级先进制造业集群，以集群发展促进制造业高质量发展。在此背景下，优化产业布局，调整产业结构，推动产业集聚向产业集群转型，确保制造业高质量发展始终走在全国第一方阵，是山东省装备制造业今后的发展任务和方向。
作为重要的空间组织现象，制造业集聚一直是理论界关注的热点。“装备制造业”概念主要在我国使用，国外的相关研究集中在产业集聚方面，主要从产业集聚的理论基础、机制与效应、影响因素、产业集聚水平的测度方法等方面展开。Krugman(1991)认为美国存在典型的制造业集聚现象，产业集聚是由规模报酬递增、运输成本和市场需求的联合作用引起的。[1]Henderson(1998)以经济地理学为基础，提出经济地理因素的差异造成了产业集聚。[2]Marshall(1920)基于产业区和外部经济理论，认为产业集聚主要由专业化分工、中间投入共享以及知识技术的外溢性等因素引起。[3]Andersson Martin(2011)的研究显示，制造业企业层面的集聚能够提高企业生产效率，即产业集聚对企业生产率的提高有正向作用。[4]
国内关于产业集聚的研究始于20世纪90年代，最早从制造业的空间集聚入手，大量的研究聚焦于制造业集聚的时空演化、成因和空间经济绩效上。一些学者从市场作用角度、产业关联角度研究了异质关联的空间外部性问题，特别是生产性服务业与制造业的协同集聚，[5]对其协同集聚度进行了实证分析[6]；
有研究发现产业集聚对于区域产业结构的转型升级具有重要影响，二者间存在密切的关联关系[7]；
但也有学者利用空间杜宾模型研究认为，产业集聚对经济增长溢出的影响是非线性的，存在异质性[8]。在制造业集聚发展的影响因素上，一些学者通过实证研究，认为科技水平会影响产业集聚，提高科技的整体水平会促进制造业形成集聚，二者之间存在正相关关系[9]；
基础设施水平对装备制造业的发展则有抑制作用[10]；
装备制造业各细分行业对不同地区的经济影响存在差异，各地区应因地制宜，发展装备制造业各细分行业[11]。
本文通过测度山东省装备制造业的集聚程度，分析山东省装备制造业集聚发展的特征和存在的问题，并实证分析影响装备制造业集聚的因素，提出以产业集聚、培育先进制造业产业集群推动山东省装备制造业发展的产业发展路径，以丰富相关研究。同时为山东省装备制造业转型升级和经济高质量发展提供思路。
山东装备制造业经过连续多年的快速发展，已经形成门类比较齐全、有较大规模和较高技术水平的产业体系，优势产业也已基本形成，技术创新能力不断增强，集聚发展特征越发明显。但依然存在着规模较大且集聚水平较低、科技投入不足等问题。
(一)山东省装备制造业发展现状
目前，山东正在由装备制造业大省向强省转变，装备制造业不仅规模实力居全国前列，产品结构也更均衡，既有重型装备类产品，也有消费装备类产品，高端装备制造业成为国民经济的支柱产业和新旧动能转换“十强”产业。
1.综合实力不断提升
2021年山东省全部工业增加值为27243.6亿元，比上年增长8.6%，规模以上装备制造业增加值增长10.5%，高技术制造业增加值增长18.5%。农业机械、机械基础件、铸造3个行业居全国首位，工程机械、内燃机、医疗设备3个行业居全国第二位，汽车行业居全国第三位。在高端装备领域，山东已培育制造业单项冠军企业187家，累计培育省级“雁阵形”产业集群11个，轨道交通装备、智能家电2个产业集群入选国家先进制造业集群，形成了济南、青岛、烟台“三核引领”，胶济和京沪铁路沿线产业带“一带支撑”的高端装备产业发展新格局，综合实力不断提升。
表1 2005-2020年装备制造业总产值(亿元)及占比
2021年山东省有规模以上装备制造业企业9688家，实现营业收入2.4万亿元，居全国第四位。其中高端装备制造业营业收入达到1万亿元，增加值占装备工业比重达到46.4%，大型拖拉机、工业机器人、新能源汽车、集成电路、光电子器件等高端装备产品实现较快增长。作为基础性、战略性产业，山东省装备制造业总产值由2005年的7568.88亿元到2020年的39437.37亿元，占工业总产值的比重一直处于20-30%，装备制造业产值是工业总产出的重要部分，装备制造业的发展对工业的发展具有促进作用。[12]
由图1(数据来源：历年《山东省统计年鉴》)可知，从装备制造业整体产值看，除个别年份有下降外，其余年份产值均有增加，表明山东省装备制造业呈现出良好的发展态势。同时，山东正在积极推进装备制造产业高端化、数字化、智能化转型，产业发展水平明显攀升，涌现出一批智能制造技术国内领先的企业。
图1 2005-2020年装备制造业总产值趋势图
2.各细分行业发展良好
装备制造业中的细分行业有金属制品制造业、通用设备制造业、专用设备制造业、交通运输设备制造业、电气机械及器材制造业、电子及通信设备制造业、仪表仪器制造业，以下依次用A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7来表示。
由表2可以看出，近年来山东省装备制造业各细分行业产值均有较大提高，各细分行业发展良好。交通运输设备制造业(A4)表现最为突出，2020年产值为11020.07亿元，在各细分行业中占据领先地位，与2005年相比产值增加了9724.39亿元，发展迅速。此外，其他细分行业也实现了增长，除仪表仪器制造业外其他装备制造业的细分行业产值均超过了6000亿元。而仪表仪器制造业产值也由2005年的146.47亿元增长到了1023.50亿元。[13]受疫情影响，2019年金属制品制造业(A1)、通用设备制造业(A2)、电气机械及器材制造业(A5)及仪表仪器制造业(A7)均为负增长，而电子及通信设备制造业(A6)未受影响，增速达到了7.1%，与2018年持平。
表2 2005-2020年装备制造业各细分行业生产总值(亿元)
3.区域发展差距较大
目前，虽然山东省内装备制造业发展趋势较好，但存在地区上的差距，各个城市的装备制造业发展有较大的差距。
由表3可知，2020年装备制造业产值最高的城市是烟台市，产值为7035.64亿元，最低的为滨州市，产值为693.94亿元，两者相差6341亿元。烟台市和青岛市的装备制造业发展最好，产值均高于5000亿元。产值较低的城市是滨州市和日照市，均低于1000亿元。高低之间相差5倍。
表3 2012-2020年各城市装备制造业总产值(亿元)
由图2(数据来源：历年《山东省统计年鉴》)可以看出，各个城市产值的差距较大。烟台和青岛两个沿海城市的产值最高，枣庄、济宁、东营、日照、滨州、菏泽的产值处于较低的水平，淄博、泰安、威海、德州、聊城、济南、潍坊产值处于中间水平。
图2 2020年各城市装备制造业总产值
4.综合创新能力显著增强
近年来，山东省装备制造产业综合创新能力不断增强，部分关键核心技术实现突破，研发经费持续增长，科技创新环境持续优化，创新主体不断壮大，高能级创新平台日趋完善，科技支撑经济社会高质量发展成效明显。特别是2016年以来，山东省制造业研究与试验发展(R&D)经费投入总量一直在全国前三名，投入强度(投入与地区生产总值之比)超过全国平均水平。从投入总额看，计算机、通信和其他电子设备制造业、电气机械和器材制造业，以及汽车制造业分列前三甲。从投入强度看，铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业以2.38%高居第一。
山东省装备制造业的R&D经费投入与始终名列第一、第二的广东和江苏省的差距也在逐年增大。从表4可以看出，2014年到2020年装备制造业R&D经费支出占主营业务收入的比重一直未超过3%，导致制造业产品普遍科技含量低、附加值低。
表4 2014-2020年山东省装备制造业R&D经费支出(亿元)
(二)山东省装备制造业的集聚发展态势
产业在地理区域上的集中分布是工业化的必然结果，尤其对于竞争性的装备制造业而言，资金、技术密集型的特点本质上对规模经济的要求更高，相对于服务业而言集聚特征更突出。
1.已经形成各具特色的装备制造业产业集群
山东省正在致力于打造万亿级装备制造产业集群，推动制造业向集群化方向发展，形成了一批分工合理、优势互补、资源共享的特色产业集群。
山东省制造业多集聚在产业园区和新型工业化示范基地，目前建成了富有区域特色的国家新型工业化产业示范基地8家，省级新型工业化产业示范基地26家。各地崛起一批层次高、体量大、有特色的装备制造业集群(见表5)。
表5 山东省装备制造业集聚情况
装备制造业的发展带动了山东省经济转型升级和创新发展，区域竞争力呈现新优势。在机械制造、新材料制造、生物制造、电子信息等产业领域诞生了大量的制造业全国单项冠军企业。浪潮集团、潍柴动力等14家企业成为山东省制造业重点产业链的“链主”企业，带动高端装备制造、新一代信息技术、生物医药、高端化工、医疗器械等形成产业集群。产业配套能力增强，核心节点优势明显。[14]
2.装备制造业集聚发展中存在较多问题
当前总体看，山东省装备制造业大而不强，规模居江苏、广东之后，排全国第三，产业利润率仅6%，低于两省近1个百分点。高端产品占比不到30%；
多数企业对智能化生产、网络化运营、信息化管理等现代技术应用不足，产品质量不稳定，生产效率低。产业链不够健全，市场竞争力有待提高。
从全省产业布局看，高端装备制造业发展不足且布局分散，重复建设和同质化竞争严重，有限的资源无法形成合力，不利于产业集聚发展。
从装备制造业结构来看，高新技术产业和装备制造业占比重小，高端制造业基础相对薄弱。2021年山东省轻纺工业增加值占规模以上工业比重为17.6%，机械、电子制造业增加值占规模以上工业比重仅为22.6%。电子及通讯设备制造、服装制造、电气机械及器材制造、仪器仪表及文化办公用机械制造、医药制造和烟草加工六个附加值较高的制造业投资少于江苏，仅为江苏的53.5%。通讯电子设备制造业和计算机等高端制造业投资额与江苏差距更大，不到江苏的1/4。[15]
(一)装备制造业集聚发展的测度
目前对某一产业集聚程度的测度方法有很多，包括区位熵指数、E-G指数、行业集中度、Moran，s I指数、赫芬达尔指数等。区位熵指数法是比较常用的装备制造业集聚水平的衡量方法，本文用区位熵指标来定量分析山东省装备制造业的集聚发展程度。[16]
1.区位熵
区位熵即专业化率，用以反映某一行业的专业化程度，并由此来判定该地区的产业集聚情况。其计算公式为：
其中，Eij代表区域i内产业j的产值或者就业人数，Ei代表区域i所有产业的产值或者总就业人数，Ej代表全国产业j的产值或总就业人数，E代表全国所有产业的产值或总就业人数。LQ大于1表示某个区域的产业聚集程度比国内平均值要高，也就是说，这个区域内的工业具有一定的竞争优势；
当 LQ小于1时，该区域内的工业聚集程度比全国平均值要低。对于同一行业，其LQ值愈大，则产业聚集度愈高。
本文选取金属制品制造业(A1)、通用设备制造业(A2)、专用设备制造业(A3)、交通运输设备制造业(A4)、电气机械及器材制造业(A5)、电子及通信设备制造业(A6)、仪表仪器制造业(A7)7个装备制造业的细分行业作为研究样本，研究山东省2013-2020年制造业的集聚情况。所用样本数据均来自于历年《山东统计年鉴》、《山东工业经济统计年鉴》及山东省统计局网站。
2.测度结果
根据区位熵的计算公式和样本数据，得出山东省装备制造业及其各子行业在2013-2020年的区位熵情况(见表6)，2013年到2020年的区位熵趋势图(见图3)。
表6 山东省装备制造业2013-2020年装备制造业及区位熵汇总
图3 2013-2020年山东省装备制造业及各细分行业区位熵趋势图
由表6区位熵的数值可以看出，在装备制造业各细分行业中，产业集聚程度较高的是金属制品业(A1)、通用设备制造业(A2)、专用设备制造业(A3)、交通设备制造业(A4)。而电气机械及器材制造业(A5)、电子通信设备制造业(A6)、仪器仪表制造业(A7)等行业的区位熵值则远小于1，相较于全国而言，产业集聚程度不够高。从装备制造业整体上来看，装备制造业的区位熵值在2013年为0.727，在2020年时为0.607。由图3可以看出，山东省装备制造业及各细分行业的区位熵从2013年至2020年整体上呈现出先上升后下降的趋势，从2013年至2016年整体呈上升趋势，在2016年达到最高值，从2016年至2020年整体呈现下降的趋势。
(二)山东省装备制造业集聚发展的特征与评价
1.优势产业已经形成
由上述区位熵可知，装备制造业各细分行业中集聚程度一直较高的行业为金属制品业、通用设备制造业、专用设备制造业。交通设备制造业的区位熵值2013年为0.836，2018年为1.031，集聚水平有了较大的提高。而其他细分行业的区位熵值始终小于1，集聚水平处于较低水平，说明山东省装备制造业中的优势行业已经形成，传统集聚水平较高的行业一直处于较高的集聚水平。近年来由于轨道交通的发展以及汽车行业的发展，交通设备制造业的集聚水平不断上升至超过全国的平均水平。
2.装备制造业集聚水平总体较低
从装备制造业整体来看，装备制造业集聚水平较低。从2013年至2020年集聚指数即区位熵始终未达到1，区位熵从2013年至2016年呈上升趋势，2016年至2020年呈下降趋势，在2016年达到峰值。峰值为0.837<1，低于全国平均水平。截止到2020年，山东省装备制造业集聚指数仅为0.607，集聚发展程度低于全国平均水平。
3.装备制造业及各细分行业集聚发展趋势不均衡
由图3(数据来源：历年《山东省统计年鉴》、《中国统计年鉴》)可知，自2013-2020年，装备制造业及各细分行业的区位熵均呈现出先上升后下降的趋势。通用设备制造业、专用设备制造业、电器装备及器材制造业、电子通信设备制造业的集聚指数在2016年达到峰值，金属制造业和仪表仪器制造业在2017年达到峰值，汽车制造业在2018年达到峰值。传统的优势行业和新兴行业集聚发展均呈下降趋势，但在2019年后又开始上升。这可能与山东省装备制造业协会在成立之后，对装备制造业进行产业内的升级，加大对高新技术行业的投入有关。高新技术行业的特点是成本高、见效慢，由此导致装备制造业及各细分行业集聚程度出现下降趋势后2019年又上升。[17-18]
装备制造业的集聚发展受多种因素影响。经济地理学视角下，导致产业早期集聚的主要因素是自然禀赋的差异以及资源的外部性；
后来的新经济地理学基于规模报酬递增假定，认为规模经济会引起产业集聚。地方政府行为和政策也会影响产业集聚。[19-20]基于数据的可得性，本文用交通状况代表自然禀赋情况，用规模效应反映资源外部性，来研究装备制造业的影响因素。
(一)变量选取及数据来源
1．变量选取
本文选取规模效应、交通状况作为解释变量，选取装备制造业的区位熵作为被解释变量。具体如下表：
表7 影响装备制造业因素的指标选取
(1)解释变量
交通状况是影响装备制造业集聚的因素，便利的交通系统可以降低企业的运输成本，吸引更多的产业在此聚集，促进资源更好地流动和配置。良好的交通系统也是人口流动的基础，可以吸引更多的劳动力和人才，有利于形成劳动密集型产业集聚区。本文选取公路里程数来衡量山东省交通运输状况，公路里程数越多说明交通条件越好。
规模效应是装备制造业的典型特征，一定的规模有利于降低装备制造业的成本。同时，装备制造业需要大量的配套组织和企业，所以区域内的企业数量和规模与装备制造业的产业聚集程度呈正相关。企业数量越多，产业规模越大，集聚程度越高，故本文选取企业数量作为解释变量。
(2)被解释变量
本文选取山东省装备制造业及各细分行业的区位熵为被解释变量，用LQ来表示装备制造业集聚程度。
2．数据来源
本文数据均来源于2013-2020年《山东省统计年鉴》与《中国统计年鉴》。
表8 2013-2020年就业人数(万人)情况及山东省装备制造业区位熵
表9 2013-2020年各解释变量数据
(二)模型构建
为研究装备制造业集聚发展的影响因素，本文以区位熵作为被解释变量，以交通状况和规模效应作为解释变量，建立回归模型，进行相关性分析，对数据进行对数化处理。构建的模型如下所示：
Ln(LQ)=α+β1Ln(Traffic)+β2Ln(Scale)+ε
其中LQ表示装备制造业的集聚度，Traffic表示交通状况，Scale表示规模效应，α为常数项，ε为误差项。
(三)实证分析
1．描述性统计和相关性分析
对被解释变量区位熵和解释变量交通状况、规模效应进行描述性统计分析，结果如下表。
由表10可知，各个变量的峰度均低于3，数值分布比正态分布更为平滑，且较为分散。从偏度来看，区位熵和规模效应、交通状况的偏度均小于0，相较于正态分布，该两变量数值分布呈现左偏。区位熵的最大值为0.962306，小于1，说明集聚水平低于全国平均水平。
表10 模型变量的描述性统计
从表11可以看到，交通状况、规模效应和区位熵的相关系数均为正，表明交通状况、规模效应和区位熵之间存在正相关，交通状况、规模效应越高则区位熵越高，装备制造业集聚水平越高。
表11 变量的相关性分析
2．单位根检验
单位根检验是为了检验时间序列的平稳性，如果时间序列不平稳则会出现伪回归现象。山东省装备制造产业集聚的实证研究采用的是时间序列数据，所以本文采用单位根检验方法，对各个参数的稳定性进行检验。
由表12中单位根检验结果可知，交通状况的时间序列不平稳，规模效应的时间序列数据较平稳。对交通状况的数据进行一阶差分处理，结果通过了平稳性检验，说明交通状况是一阶差分的平稳序列。根据单位根检验结果可知，所有变量均为一阶差分平稳序列，因此可以进一步进行协整检验。
表12 单位根检验结果
3．协整检验
协整检验是指当两个或多个序列变量不稳定时，可能有一种线性组合，这种线性组合反映了各变量的长期稳定性。对回归模型的残差进行单位根检验，得到结果如表13所示。
表13 协整检验结果
由表13可知，模型中P值均小于0.05，拒绝原假设，模型存在协整关系。交通状况、规模效应与装备制造业存在一种长期稳定的均衡关系，不存在伪回归现象，可建立回归模型。通过Eviews得出多元线性回归方程：
Ln(LQ)=96.17576+8.14683Ln(Traffic)+0.199895Ln(Scale)
在该模型中，2个解释变量前的系数为正，说明均对装备制造业集聚有促进作用。另外，模型的拟合优度为0.928352，说明回归值对观测值的拟合程度较好。
4.自相关检验
为了了解回归方程是否存在自相关，对方程进行LM检验。其结果如下：
表14 自相关检验结果
由LM检验结果知，P值大于0.05，接受原假设，序列不存在自相关。
5.实证结果
表15 回归结果
从实证结果来看，交通状况和规模效应与装备制造业的集聚发展均为正相关关系，这说明可以通过改善交通状况，扩大行业规模来促进装备制造业的集聚发展。之所以交通状况会对装备制造业集聚产生正向作用，是因为良好的交通会降低企业的运输成本，企业为了获得更高的利润会分布在交通状况较好的地区，由此导致集聚。规模效应对装备制造业产生正向作用的原因是，较大的规模可以产生规模经济，也会降低企业的成本，促进产业集聚。
(一)推动装备制造业转型升级
制造业越发达，新经济发展基础越好。山东省科技含量高的行业集聚程度较低，而集聚程度较高的行业为高耗能行业。因此要深化产业结构调整，谋划制造业转型升级。围绕山东八大发展战略，积极实施新旧动能转换重大工程，加快国有资本布局战略性调整，推动国有资本向“十强”产业集聚，重点布局制造业高端领域和关键环节。继续深耕细分领域，打造“隐形冠军”、专精特新“小巨人”，将单项冠军企业视为驱动制造业从全球价值链中低端向中高端跃进的重要力量，加快形成制造业优质企业梯度培育格局。制定有利于装备制造业发展的政策，增加科研经费投入，促进高端装备制造业发展。[21]
(二)着力培育先进制造业产业集群
促进制造业产业集聚发展的路径之一是培育制造业产业集群，特别是先进制造业产业集群。集群本身是高质量产业发展的一种规律体现，产业集群可以集聚企业、产业链和资源，促进知识技术的转移和溢出，带来市场和信息的共享。产业之间形成互动和分工，融合产业链、供应链、创新链和人才链。山东省应以先进制造业集群建设为抓手，优化产业创新生态环境和机制，推动高等院校、科研院所、中介机构、制造企业、金融机构等各主体之间的交流与融合，激励企业不断创造新产品、新品牌、新渠道、新模式。鼓励城市群内部多个城市联合建设产业集群，促进跨地域之间互动合作以及各环节全面融合。[22-23]
(三)深入实施创新驱动发展战略
技术水平是决定装备制造业长期发展的关键因素,科技含量高的地区，更容易形成产业集聚，产业集聚又会促进装备制造业的发展。因此要坚持创新驱动，激发企业科技创新的主动性和积极性，持续强化高质量发展支撑，建立研发投入刚性约束机制。强化企业的创新主体地位，以科技创新催生装备制造企业发展动能，促进各类创新要素向企业集聚，释放企业创新活力，是推动创新链和产业链有效对接，提高创新体系和整体效能的重要战略举措。[24]
加大政策支持力度，引导社会资金向科技创新领域集聚，形成多元化、多渠道的研发投入体系，保障基础研究经费的投入。充分利用现有资源，打造布局合理、定位清晰、开放共享、多元投入的科技创新平台体系，提升全链条创新支撑力，搭建协同创新共同体。
(四)打造综合立体的城际交通网络
发达的交通系统会促进装备制造业的集聚发展，因此要抓住政策机遇，优化高质量发展环境，打造综合立体的城际交通网络，进一步完善交通系统。水运方面，充分发挥山东的临海优势，依托青岛港，建设现代化的沿海港口，加强威海、烟台和日照等沿海城市的水运体系，提高内河运输能力。空运方面，提高航空运输的整体水平，依托济南、青岛、烟台等中心城市，加强对周边地区的辐射，提高航空运输效率。陆运方面，既要大力发展城际高速，又要强化铁路建设，进一步改善山东省的交通状况，提高生产设备的运输效率，增强区域间装备制造业发展联系，促进区域间的协同发展，推动制造业产业集聚。
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