基于兩階段DEA模型的煤炭行業(yè)上市公司科技效率研究*

顏 偉

（1.山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院，山東省青島市，266590；2.礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地，山東省青島市，266590）

基于兩階段DEA模型的煤炭行業(yè)上市公司科技效率研究*

顏 偉1，2

（1.山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院，山東省青島市，266590；2.礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地，山東省青島市，266590）

將煤炭行業(yè)的科技創(chuàng)新過程分解為科技研發(fā)和科技轉(zhuǎn)化兩個子過程，構(gòu)建鏈式兩階段數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）模型，針對每個子過程設(shè)置具體的投入產(chǎn)出觀測指標，收集煤炭行業(yè)上市公司2013年數(shù)據(jù)，計算其整體科技創(chuàng)新效率及分階段的科技研發(fā)效率和科技轉(zhuǎn)化效率，并與經(jīng)典的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析CCR模型結(jié)果進行對比分析。結(jié)果表明，盡管科技轉(zhuǎn)化效率較高，但是由于低效的科技研發(fā)投入使得科技資源運用仍然處于無效狀態(tài)，因此，煤炭行業(yè)上市公司的整體科技效率比較低

煤炭行業(yè) 科技過程 分解效率 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析 鏈式DEA

1　引言

近年來，對某一行業(yè)進行科技效率的計算分析日漸興起，例如研究戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化效率、石油企業(yè)科技效率、海洋能源開發(fā)技術(shù)行業(yè)科技人力資源利用效率、農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新資源的配置效率、煤炭企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新效率等。但是，由于數(shù)據(jù)的可獲性和可操作性等原因，這一領(lǐng)域的研究大都局限于區(qū)域研究，研究對象局限于某一省份，或者省際比較，或者整個國家。本文則嘗試采用上市公司數(shù)據(jù)，從點到面研究煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新與技術(shù)轉(zhuǎn)化的投入產(chǎn)出效率。文獻分析來看，科技效率評價采用的模型和方法主要包括數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）和隨機前沿分析。DEA模型作為一種測算相對效率的非參數(shù)方法，在評價科技效率中具有黑箱評價的應用優(yōu)勢，但是正是由于這一點，也使得DEA模型忽略了輸入輸出的中間過程，丟失了一些有用信息。隨著網(wǎng)絡(luò)DEA模型的提出，一些學者開始使用多階段網(wǎng)絡(luò)DEA模型打開科技效率評價的黑箱。陳凱華將科技創(chuàng)新過程劃分為科技研發(fā)過程和技術(shù)轉(zhuǎn)讓過程，采用網(wǎng)絡(luò)DEA模型分析了中國省域科技創(chuàng)新投資效率，并發(fā)現(xiàn)兩個子過程效率績效的嚴重不匹配；梁瑞敏運用二階段網(wǎng)絡(luò)DEA方法測算山西省2001-2012年科技創(chuàng)新效率值。目前，煤炭行業(yè)的DEA效率評估主要集中在經(jīng)營效率、安全效率、生態(tài)效率等領(lǐng)域，采用網(wǎng)絡(luò)DEA模型評估煤炭行業(yè)科技效率的文獻還比較鮮見。本文嘗試對煤炭行業(yè)科技創(chuàng)新的過程進行分解，采用二階段網(wǎng)絡(luò)DEA模型，計算其整體效率和分階段效率，以便于考查各分階段對整體科技效率的影響，從而打開科技效率評價的黑箱。

2　模型構(gòu)建

經(jīng)典的CCR模型只考慮了生產(chǎn)過程的輸入輸出數(shù)據(jù)，計算出的整體效率無法要求從投入到產(chǎn)出的生產(chǎn)方式，而管理實踐對效率計算提出了更高要求，找出導致無效單元的因素更吸引學者們的注意。因此，Kao和Hwang提出了網(wǎng)絡(luò)DEA模型，不僅給出了決策單元（DMU）的整體效率，而且對整體效率進行分解以辨識出DMU非有效的來源。Kao考慮了二階段串聯(lián)形式的關(guān)系DEA模型，在第一個階段產(chǎn)出與第二階段投入權(quán)重相同的前提下給出整體效率公式，如式1所示。

式中：Ek——第k個決策單元的二階段DEA模型的整體效率；

Xij——DMUj（j=1，…，n）的第i（i =1，…，m）項投入；

Yrj——DMUj（j=1，…，n）的第r（r =1，…，s）項產(chǎn)出；

Zpj——DMUj（j=1，…，n）的第p（p=1，…，q）項中間投入產(chǎn)出；

vi——投入的權(quán)重系數(shù)；ur——產(chǎn)出的權(quán)重系數(shù)；

wp——中間投入產(chǎn)出的權(quán)重系數(shù)。

本文在兩階段DEA模型的基礎(chǔ)上，借鑒技術(shù)創(chuàng)新效率研究的現(xiàn)有方法，考慮煤炭行業(yè)的特點和數(shù)據(jù)的可獲性，將煤炭企業(yè)科技研發(fā)與轉(zhuǎn)化的實際過程劃分為科技研發(fā)和科技轉(zhuǎn)化兩個階段。每一個煤炭企業(yè)被看做一個決策單元DMU，所謂科技研發(fā)階段，是指煤炭企業(yè)實施各項科研投入，通過研究與發(fā)展活動，依靠科技進步保障安全和高效生產(chǎn)，即轉(zhuǎn)化為效率的提高和成本的節(jié)約，因此第I階段測算的是科技研發(fā)效率；第I階段轉(zhuǎn)化的效率以及節(jié)約的成本會直接作用于第II階段，即科技轉(zhuǎn)化階段，實現(xiàn)轉(zhuǎn)化后企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟價值，因此，第II階段測算科技轉(zhuǎn)化效率。第I階段產(chǎn)出直接形成第II階段投入，兩個階段構(gòu)成了一個開放的鏈式系統(tǒng)，具體過程如圖1所示。

圖1　兩階段科技研發(fā)與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

3　指標體系

依據(jù)圖1所示的鏈式兩階段DEA模型，度量煤炭行業(yè)上市公司科技效率的投入產(chǎn)出指標體系具體設(shè)置如表1所示。

表1　煤炭行業(yè)上市公司科技效率評價的DEA投入產(chǎn)出指標體系

科技研發(fā)階段的投入主要從資金和人員兩個方面考慮?？傎Y產(chǎn)是科技研發(fā)的基礎(chǔ)，所以也要作為外部投入。研發(fā)投入包括企業(yè)研發(fā)的費用化和資本化支出。中間階段既是科技研發(fā)階段產(chǎn)出，又作為科技轉(zhuǎn)化階段投入，主要從經(jīng)營效率、盈利效率的提高以及營業(yè)成本的節(jié)約三個方面考查；在科技轉(zhuǎn)化階段，無論是效率的提高還是成本的節(jié)約最后統(tǒng)一歸結(jié)于企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟價值，即利潤、收入和收益。

4　數(shù)據(jù)來源及計算分析

根據(jù)表1給出的指標體系，本文查閱了2013年滬深兩市28家煤炭行業(yè)上市公司年報，以及巨潮網(wǎng)、和訊網(wǎng)公布的財務(wù)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行了細致處理，表2列出了2013年煤炭行業(yè)上市公司輸入輸出數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計。由于DEA模型要求數(shù)據(jù)非負，需要對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，標準化過程如式2所示。

表2　樣本公司2013年輸入輸出數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計

式中：φij——投入產(chǎn)出項；

πj——第j項投入或者產(chǎn)出的最小值；

δj表示與其對應的標準差。

MATLAB具有強大的矩陣運算能力和直觀的編程優(yōu)勢，因此本文基于MATLAB環(huán)境根據(jù)式1編寫了兩階段DEA函數(shù)程序和腳本文件，腳本文件直接讀取標準化處理后的數(shù)據(jù)，并調(diào)用函數(shù)程序后得到整體效率和分階段效率，如圖2所示。

圖2顯示28家煤炭行業(yè)上市公司的整體科技效率都處于非有效狀態(tài)，效率最大值達到0.8383，最小值低至0.1390。此外，整體效率值都要低于兩個分階段效率，這顯然是由于模型計算方法導致。在第I階段，僅有露天煤業(yè)、平莊能源、安泰集團和安源煤業(yè)4家公司的DEA效率達到1，說明這4家公司的科技投入實現(xiàn)了效率提高和成本節(jié)約的目標；在第II階段，所有公司的科技轉(zhuǎn)化效率均小于1，最大值中國神華達到0.9208，最小值為0.6106。盡管上述4家公司第I階段取得有效狀態(tài)，但是第II階段均無效，說明企業(yè)在科技研發(fā)階段實現(xiàn)了目標，但是科技投入未真正轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟價值，企業(yè)沒有充分利用科技成果創(chuàng)造出經(jīng)濟利潤。另一方面，盡管一些公司在第II階段取得了較高的效率值，但是第I階段效率相對較低，說明這些企業(yè)具備較強的利潤創(chuàng)造能力，但是這種能力并非全部來自于科技投入，一些外部環(huán)境因素掩蓋了科技研發(fā)效率低下的事實。更應該值得注意的是，大多數(shù)上市公司的階段II效率大于階段I效率，說明煤炭行業(yè)整體科技效率低下的大部分原因在于科技研發(fā)效率過低，經(jīng)營能力的提高和成本的節(jié)約也許可以創(chuàng)造出更多經(jīng)濟利潤，但是無法保證科技資源得到充分利用。

圖2　煤炭行業(yè)上市公司兩階段DEA整體及分階段科技效率

為了進一步分析兩階段DEA模型的計算結(jié)果，本文編制了CCR模型的MATLAB程序，將標準化后的數(shù)據(jù)代入計算得到整體效率與分階段效率，與兩階段DEA模型計算結(jié)果進行比較分析，如圖3，圖4及圖5所示。

圖3　兩階段與CCR模型的整體效率比較

圖3顯示，經(jīng)典CCR模型計算的整體效率普遍高于兩階段DEA效率，這主要是由于前者忽略了科技研發(fā)投入與經(jīng)濟利潤產(chǎn)出之間的中間過程，高CCR科技效率掩蓋了科技研發(fā)效率低下的事實，易使企業(yè)對煤炭行業(yè)科技投入產(chǎn)出效率的現(xiàn)狀過分自信。圖4顯示，兩個模型計算的第I階段效率幾乎重合。由于應用CCR模型時，效率計算是獨立的，沒有考慮和三者之間的關(guān)系，而兩階段計算模型必須滿足因此，Ek是始終小于和的。為了滿足該條件，CCR模型計算的階段II效率普遍高于兩階段DEA模型，如圖5所示。事實上，更應該從整體效率方面對兩個模型進行比較，階段效率的比較反而意義不大。

圖4　兩階段與CCR模型的階段I效率比較

圖5　兩階段與CCR模型的階段II效率比較

5　結(jié)論

為了滿足管理實踐的需要，學者們提出了更加精細化的網(wǎng)絡(luò)DEA模型，不僅能夠計算整體效率，而且能夠?qū)⑸a(chǎn)過程進行分解，并分階段計算效率。本文正是基于這一點，將網(wǎng)絡(luò)DEA模型應用于煤炭行業(yè)上市公司的科技效率研究中，借用現(xiàn)有文獻的方法，將科技生產(chǎn)過程分解為科技研發(fā)階段和科技轉(zhuǎn)化階段，分階段構(gòu)建了具體的投入產(chǎn)出觀測指標，應用兩階段DEA模型計算出煤炭行業(yè)整體科技效率及分階段的科技研發(fā)效率和科技轉(zhuǎn)化效率。結(jié)果表明，2013年煤炭行業(yè)整體科技效率比較低，盡管科技轉(zhuǎn)化效率較高，但是由于低效的科技研發(fā)投入使得科技資源運用仍然處于無效狀態(tài)。此外，大多數(shù)煤炭行業(yè)上市公司都存在一種現(xiàn)象，就是過于重視經(jīng)濟利潤，而忽略了科技研發(fā)及轉(zhuǎn)化的投入產(chǎn)出效率。由于各種客觀因素和外部環(huán)境的影響，煤炭行業(yè)短期的利潤增長并不能改變目前落后的科技創(chuàng)新體系。隨著煤炭市場的更加開放，煤炭行業(yè)更應該依托科技創(chuàng)新戰(zhàn)略創(chuàng)造科技效率，進而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值。

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Study on technological efficiency of listed companies in coal industry based on two-stage DEA model

Yan Wei1，2
（1.CMSE of Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China；2.State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China）

The process of technology innovation is decomposed into two sub-processes，including process of technology research&development（R&D）and process of technology transformation，based on the existing research results，in order to build two-stage tandem data envelope analysis model.Then the specific inputs and outputs are set up corresponding to each stage to calculate efficiency of the whole system and the two sub-processes independently including efficiency of technology R&D as well as efficiency of technology transformation，after collecting the datum from annual reports of listed companies.The results are also made a comparative analysis with those from the classical data envelope analysis CCR model，which shows that although technology transformation efficiencies of listed companiesare generally high，consumption of technology resources are still in invalid state due to inefficient technology R&D inputs.As a result，the overall technology efficiency of coal industry is still low.

coal industry，decomposition of technology process，efficiency，data envelopment analysis，tandem DEA

TD-9

A

顏偉（1980-），女，山東省臨沂市郯城縣人，山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院講師，管理學博士，從事礦業(yè)系統(tǒng)工程方面的教學與研究工作。

（責任編輯 張大鵬）

國家自然科學基金青年項目（51509149），國家自然科學基金面上項目（51379119），國家自然科學基金青年項目（51109124），教育部高等學校博士學科點科研基金（20113718120009），2013年安全生產(chǎn)重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)科技項目，山東科技大學教師境外訪學培養(yǎng)項目