李少付,張 娜
(蚌埠學(xué)院 經(jīng)濟與管理系,安徽 蚌埠 233000)
基于DEA模型的皖北各市R&D效率研究
李少付,張 娜
(蚌埠學(xué)院 經(jīng)濟與管理系,安徽 蚌埠 233000)
以2010~2014年皖北六市R&D投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù)為樣本,利用DEA模型測算了樣本的整體效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率和規(guī)模收益;通過建立包含時期影響的固定效應(yīng)變截距模型檢驗了R&D經(jīng)費投入強度對整體效率的影響是否顯著。研究發(fā)現(xiàn):皖北六市R&D投入與產(chǎn)出水平較低,研發(fā)整體效率具有顯著的空間異質(zhì)性,在2010~2014年期間皖北地區(qū)研發(fā)整體效率表現(xiàn)為逐年上升的趨勢,R&D經(jīng)費投入強度對整體效率具有顯著的負面影響。
DEA模型;R&D經(jīng)費投入強度;固定效應(yīng)模型
我國經(jīng)濟的驅(qū)動方式正在從要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變,創(chuàng)新驅(qū)動將是未來經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵推動力?!丁笆濉眹铱萍紕?chuàng)新規(guī)劃》強調(diào),堅持創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力,以深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、支撐供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線,大力推進以科技創(chuàng)新為核心的全面創(chuàng)新,塑造更多依靠創(chuàng)新驅(qū)動、更多發(fā)揮先發(fā)優(yōu)勢的引領(lǐng)型發(fā)展,確保如期進入創(chuàng)新型國家行列,為建成世界科技強國奠定堅實基礎(chǔ)。
皖北地區(qū)包括淮北市、亳州市、宿州市、蚌埠市、阜陽市和淮南市。表1顯示了皖北地區(qū)2014年R&D投入產(chǎn)出情況。R&D人員折合全時當量投入除了蚌埠市為8 384人年,略高于全省平均水平的8 082人年,淮南市為7 098人年,略低于全省平均外,其余各市均大幅低于全省平均水平;淮北市和蚌埠市R&D資本投入(用科研用儀器設(shè)備原價表示)分別為231 234萬元和246 728萬元,高于省平均值189 995萬元,其余各市均低于省平均水平;R&D經(jīng)費投入除了蚌埠市為234 059萬元,略低于全省平均水平的246 004萬元,其余均大幅低于全省平均水平;R&D經(jīng)費投入強度(R&D經(jīng)費投入占GDP的百分比)只有蚌埠市和淮南市為2.03%,高于全省平均水平的1.89%,其余均較大幅度低于全省平均水平;各市的新產(chǎn)品銷售收入均不同程度地低于全省平均水平的3 300 551萬元;新產(chǎn)品銷售收入占GDP的百分比除了蚌埠市為24.99%,略低于全省平均水平外,其余各市均大幅低于全省平均水平;各市的專利申請數(shù)均不同程度地低于全省平均水平。
綜上分析,皖北六市2014年研發(fā)創(chuàng)新投入與產(chǎn)出水平較低,且內(nèi)部差異顯著。研發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)出水平較低既有可能是由于較低的投入水平所致,也有可能是由于較低的研發(fā)效率引起。皖北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平較低,靠增加投入提高研發(fā)創(chuàng)新水平和能力空間有限,提高R&D效率尤其重要。
目前國內(nèi)學(xué)術(shù)界對決策單元研發(fā)效率的研究方法主要有參數(shù)與非參數(shù)兩大類。參數(shù)方法以隨機前沿分析(Stochastic Frontier Analysis,SFA)方法為代表,SFA 采用計量方法對前沿生產(chǎn)函數(shù)進行估計,通過估計生產(chǎn)函數(shù)對生產(chǎn)過程進行描述,從而測算每個決策單元的技術(shù)效率。SPF方法的優(yōu)點是不僅可以測算每個決策單元的技術(shù)效率,而且可以根據(jù)經(jīng)濟理論定量分析各種相關(guān)因素對決策單元技術(shù)效率差異的具體影響。然而SPF方法也存在一定的缺點:一是要求設(shè)定具體的生產(chǎn)函數(shù),對決策單元技術(shù)效率的測評結(jié)果依賴于生產(chǎn)函數(shù)的選擇。二是SPF只能處理單一產(chǎn)出的情況,使得對研發(fā)創(chuàng)新活動技術(shù)效率的衡量不夠全面。
表1 皖北地區(qū)2014年R&D投入產(chǎn)出情況
資料來源:根據(jù)2015年《安徽省統(tǒng)計年鑒》計算整理。
非參數(shù)統(tǒng)計分析方法以數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis,簡稱DEA)為代表,DEA是1978年由美國運籌學(xué)家A.Charnes,W.W.Cooper and E.Rhodes首先提出[1]。它是根據(jù)一組關(guān)于投入/產(chǎn)出的觀測值來估計有效生產(chǎn)前沿面(efficient production possibility surface)。DEA可用線性規(guī)劃來建模、求解及判斷決策單元對應(yīng)的點是否位于有效生產(chǎn)前沿面上,不需要考慮指標的綱量,無需設(shè)定生產(chǎn)函數(shù)的具體形式,從而避免了主觀設(shè)定函數(shù)形式的影響。徐磊等基于2004~2012年間全國31個省份的面板數(shù)據(jù),同時使用隨機前沿分析法及數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法,實證分析了中國各區(qū)域研發(fā)投入產(chǎn)出的效率,研究發(fā)現(xiàn)兩種方法所得效率值之間存在著顯著正相關(guān)關(guān)系[2];代明等利用雙前沿面數(shù)據(jù)包絡(luò)法,測量了中國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的樂觀效率和悲觀效率,并用兩者的幾何平均效率表示綜合效率[3];馮志軍等將高技術(shù)產(chǎn)業(yè)研發(fā)創(chuàng)新過程分解為技術(shù)開發(fā)和經(jīng)濟轉(zhuǎn)化兩個前后相續(xù)的子階段,構(gòu)建了資源約束型兩階段DEA模型,實證測評了中國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)17個細分行業(yè)研發(fā)創(chuàng)新的整體及各子階段的效率[4]。
本文利用DEA模型對皖北各市R&D效率進行測量與評價。與以往的研究相比,本文在以下兩個方面進行了探索:第一,以科研用儀器設(shè)備原價作為研發(fā)創(chuàng)新存量資本投入,以研究與實驗發(fā)展經(jīng)費作為研發(fā)創(chuàng)新流動資金和維持運營資本投入。白俊紅等認為應(yīng)選用R&D資本存量[5],而非R&D經(jīng)費支出這一流量指標,并用永續(xù)盤存法來核算R&D資本存量,計算公式為Kit=(1-δ)Ki(t-1)+Eit,即以第t-1期資本存量扣除折舊,加上第t期實際R&D 經(jīng)費支出作為第t期資本存量。這種處理方法并不準確,根據(jù)統(tǒng)計年鑒指標解釋,R&D經(jīng)費支出包括用于R&D項目活動的直接支出,以及間接用于R&D活動的管理費、服務(wù)費、與R&D有關(guān)的基本建設(shè)支出以及外協(xié)加工費等,按用途劃分可分為日常性支出與資產(chǎn)性支出。總之,實際R&D 經(jīng)費支出并沒有全部轉(zhuǎn)化存量資本,存量資本與流量支出作為研發(fā)創(chuàng)新活動的兩項投入不可替代,兩者不可或缺。第二,在對研發(fā)效率測量結(jié)果觀察分析時發(fā)現(xiàn),研發(fā)經(jīng)費投入強度高的蚌埠市和淮南市研發(fā)整體效率反而較低,而投入強度適中的淮北市研發(fā)整體效率最低,于是提出“研發(fā)經(jīng)費投入強度對研發(fā)整體效率具有顯著負面影響”的假設(shè),通過建立包含時期影響的固定效應(yīng)變截距模型證實了假設(shè)的正確性。
數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型包括投入型與產(chǎn)出型兩種類型,由于投入資源的稀缺性和可控性,本文以投入型DEA作為分析模型。
1.1 評價生產(chǎn)效率的DEA-CCR模型
設(shè)參照集為
其中,xj=(x1j,x2j,…,xmj)T,j=1,2,…,n為m維投入向量;yj=(y1j,y2j,…,ysj)T,j=1,2,…,n為s維產(chǎn)出向量。
在滿足平凡性、凸型、錐性、無效性和最小性公理體系下[6](P39-46),可以唯一地確定投入DEA-CCR模型的生產(chǎn)可能集
相應(yīng)的DEA-CCR模型為
它的對偶規(guī)劃為
上述對偶形式CCR模型的經(jīng)濟含義比較容易理解:判斷決策單元j0相對于其他決策單元是否有效就是觀察在產(chǎn)出不減少的約束下,投入可以縮減的最大比例(即最小的θ)。然而,求解上述模型并非易事。為了有效利用單純形法求解以及對求解結(jié)果分析的方便,應(yīng)用中通常使用下面帶有非阿基米德無窮小量的模型。
其中,xij:第j個決策單元對第i種類型投入的投入量,xij>0,為已知數(shù)據(jù);
yrj:第j個決策單元對第r種類型產(chǎn)出的產(chǎn)出量,yrj>0,為已知數(shù)據(jù);
(1)若θ0=1,s0-=0,s0+=0,則決策單元j0為DEA有效。
此時在原投入量基礎(chǔ)上得到的產(chǎn)出量已達最優(yōu),既不存在投入剩余,即(1-θ0)x0+s0-=0,也不存在產(chǎn)出虧空,即s0+=0。
因為這時雖徑向移動等于0,即(1-θ0)x0=0,但或存在投入剩余,或存在產(chǎn)出虧空,或兩者都存在。
(3)若θ0<1,則決策單元j0不為弱DEA有效。
DEA-CCR模型求解的是決策單元的整體效率,使用該模型進行效率評價時,是同時對技術(shù)效率和規(guī)模效率進行評價,DEA-CCR模型不能單純評價決策單元的技術(shù)有效性。
1.2 評價技術(shù)效率的DEA-BCC模型
由于DEA-CCR模型不能單純評價決策單元的技術(shù)有效性,1984年Banker,Charnes和Cooper給出了DEA-BBC模型[7],可以單純地評價決策單元的技術(shù)有效性。
1.3 評價規(guī)模收益的DEA-FG,ST模型
DEA-FG模型是1985年由Fare和Grosskopf首先提出,其不僅可以評價決策單元的技術(shù)有效性,而且可以判斷決策單元或為規(guī)模收益不變或為規(guī)模收益遞減。DEA-ST模型是1990年由Seiford和Thrall首先提出,其既可以評價決策單元的技術(shù)有效性,也可以判斷決策單元或為規(guī)模收益不變或為規(guī)模收益遞增。
與DEA-BBC模型相比,DEA-FG模型公理體系中多了壓縮性假設(shè),DEA-ST模型多了擴張性假設(shè)。相應(yīng)地DEA-FG模型和DEA-ST模型的生產(chǎn)可能集分別為:
2.1 變量與數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型需要設(shè)定投入變量和產(chǎn)出變量,投入變量主要包括人員投入與資金設(shè)備投入。參照白俊紅等的研究,本文選取R&D人員折合全時當量表示人員投入,其值為報告年內(nèi)R&D全時人員數(shù)加非全時人員按工作量折算成全時人員數(shù)的總和[8];選取R&D經(jīng)費投入與科研用儀器設(shè)備原價代表資金設(shè)備投入,選取的原因引言中已有分析,這里不再贅述。
產(chǎn)出變量主要包括知識產(chǎn)出和經(jīng)濟產(chǎn)出。有關(guān)知識產(chǎn)出的代表變量有的學(xué)者認為專利申請數(shù)較為理想,如馮志軍[4]等;有的學(xué)者選取專利授權(quán)數(shù),如項本武[9]。專利授權(quán)數(shù)的優(yōu)點是能更好地反映知識產(chǎn)出的質(zhì)量,但專利授權(quán)滯后于專利申請1~2年,所以本文選取專利申請數(shù)作為知識產(chǎn)出的代表。關(guān)于經(jīng)濟產(chǎn)出的代表,本文選取新產(chǎn)品銷售收入表示,該指標在應(yīng)用研究中被廣泛采用。
本文以皖北六市2010~2014年研發(fā)投入、產(chǎn)出數(shù)據(jù)作為參考集,利用DEA模型評價決策單元期間R&D活動的相對效率,所有數(shù)據(jù)來源于2011~2015年安徽省統(tǒng)計年鑒,其中2014年數(shù)據(jù)已整理在表1中。
2.2 模型求解與結(jié)果分析
2.2.1 模型求解
利用MaxDEA軟件求解,求解結(jié)果整理于表2中。
2.2.2 結(jié)果分析
觀察表2的特點,可根據(jù)R&D經(jīng)費投入強度將皖北6市分為3類:{蚌埠市、淮南市},{淮北市},{亳州市、宿州市、阜陽市}。以2014年為例,蚌埠市與淮南市的R&D經(jīng)費投入強度均為2.03%,高于全省平均的1.89%;淮北市R&D經(jīng)費投入強度為1.20%,水平適中;亳州市、宿州市與阜陽市R&D經(jīng)費投入強度分別為0.39%、0.33%、0.51%,處于較低水平。
首先,淮南市的整體效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率和規(guī)模收益從2012年開始均表現(xiàn)出與蚌埠市相同的特點,這里僅以蚌埠市展開分析。蚌埠市的整體效率從2010年的0.840 478緩步下降至2014的0.737 092,而技術(shù)效率卻呈上升趨勢,其中2012~2014年均為DEA技術(shù)有效。由整體效率的分解式(見本文第二部分)可知,蚌埠市期間整體效率下降的主要原因是規(guī)模效率的下降,期間規(guī)模收益均為遞減狀態(tài),即產(chǎn)出擴張的比例小于投入擴張的比例。
為進一步深入了解產(chǎn)出剩余和產(chǎn)出虧空情況,將蚌埠市2010~2014年DEA-CCR模型求解的變量取值情況列于表3中。以2014年為例,投入方面:人員投入存在2 467人年的剩余,全部為徑向移動,沒有人員閑置;科研用設(shè)備投入剩余為124 530萬元,其中64 867萬元為徑向移動距離,表示相對于其他有效決策單元,科研用設(shè)備可以縮減的最大值,59 663萬元為偏差變量取值,表示處于閑置狀態(tài)的資源價值;經(jīng)費投入存在61 536萬元剩余,全部為徑向移動。產(chǎn)出方面:新產(chǎn)品銷售收入不存在產(chǎn)出虧空,專利申請數(shù)有394件產(chǎn)出虧空。
其次,淮北市整體效率具有以下特點:第一,逐年上升,從2010年的0.127 805逐年上升至0.472 529;第二,水平較低,2014年整體效率僅為0.472 529,模型求解結(jié)果顯示徑向移動距離和各投入變量的偏差變量均較大,從而導(dǎo)致較大的投入剩余,新產(chǎn)品銷售收入和專利申請數(shù)均不存在產(chǎn)出虧空;第三,整體效率水平較低的原因由技術(shù)效率和規(guī)模效率共同所致,并主要由技術(shù)效率低下所引起;第四,各年規(guī)模收益均遞增,結(jié)合投入剩余較大、不存在產(chǎn)出虧空的情況,說明對于淮北市來說,縮減研發(fā)規(guī)模在經(jīng)濟上是有益的。
最后,亳州市、宿州市、阜陽市的整體效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率基本上處于上升趨勢,并在2014年達到DEA有效,投入剩余和產(chǎn)出虧空都為0,規(guī)模收益不變。
2.3 R&D經(jīng)費投入強度對整體效率的影響
本文在引言中指出,研發(fā)創(chuàng)新的產(chǎn)出水平較低既有可能是由于較低的投入水平所致,也有可能是由于較低的研發(fā)效率引起?!丁笆濉眹铱萍紕?chuàng)新規(guī)劃》提出到2020年R&D經(jīng)費投入強度達到2.5%的戰(zhàn)略目標,檢驗“R&D經(jīng)費投入強度對整體效率的影響是否顯著”假說具有重要的現(xiàn)實意義。下面通過建立面板數(shù)據(jù)模型對上述假設(shè)進行檢驗,因為面板數(shù)據(jù)模型有三種形式,關(guān)于模型的設(shè)定做三點說明:首先,因為我們的樣本包括了總體中所有的個體,因此選擇固定效應(yīng)模型;第二,總體中的六個個體處于同一區(qū)域,假設(shè)R&D經(jīng)費投入強度對整體效率的影響是相同的,據(jù)此選擇變截距模型;第三,在變截距中同時包含截面?zhèn)€體的空間異質(zhì)性和跨時期的變化[10](P319-338)。基于此,本文選擇包含時期影響的固定效應(yīng)變截距模型。
表2 皖北地區(qū)2010~2014年R&D效率
表3 蚌埠市2010~2014年DEA-CCR模型求解有關(guān)變量取值情況
說明:表中的x1,x2,x3分別表示R&D人員投入,科研用設(shè)備投入,經(jīng)費投入。因為是投入DEA模型,產(chǎn)出變量的徑向移動為0,表中沒有給出。
其中,θit表示第i個城市在第t年的整體效率,inputit表示第i個城市在第t年R&D經(jīng)費投入強度,D2011,…,D2014表示時期虛擬變量,比如D2011:當樣本在2011年取值時等于1,其余等于0,其他類似;DBZ,…,DHN為截面?zhèn)€體虛擬變量,比如DBZ:當樣本在亳州市取值時等于1,其余等于0,其他類似。注意為避免“虛擬變量陷阱”,時期虛擬變量設(shè)置了4個,選擇2010年作為基準時期,系數(shù)α1,…,α4的含義為皖北六市研發(fā)整體效率在2011,…,2014的平均值相對于2010年的偏離;同樣截面?zhèn)€體虛擬變量設(shè)置了5個,選擇淮北市為基準個體,系數(shù)γ1,…,γ5的含義為亳州市、宿州市、蚌埠市、阜陽市、淮南市的研發(fā)整體效率在2010~2014年的平均值相對于淮北市的偏離[11](P490-498)。
以皖北六市2010~2014年數(shù)據(jù)為樣本,利用Eviews 6.0軟件及普通最小二乘法對模型進行估計,結(jié)果如表4所示。
表4 含時期影響的固定效應(yīng)變截距模型估計結(jié)果
說明:*,**,***分別表示在10%,5%,1%的水平上顯著。
由表4可知模型的擬合優(yōu)度為0.872 0,模型中的變量較好地反映了R&D整體效率的變異,同時也說明了模型設(shè)定的合理性。根據(jù)模型估計結(jié)果可總結(jié)三點結(jié)論:第一,在控制了時間變化和投入強度變化之后,皖北六市研發(fā)整體效率由強到弱的排序為:淮南、蚌埠、阜陽、亳州、宿州和淮北,注意這里的排序與DEA模型的排序結(jié)果表現(xiàn)的差異:{蚌埠市、淮南市}排在了{亳州市、宿州市、阜陽市}的前面,其主要原因在于面板數(shù)據(jù)模型控制了R&D經(jīng)費投入強度的變化,而DEA模型則沒有。第二,在2010~2014期間,皖北地區(qū)研發(fā)整體效率表現(xiàn)為逐年上升的趨勢(只在2011年出現(xiàn)輕微下降且不顯著)。第三,R&D經(jīng)費投入強度對整體效率具有顯著的負面影響。
本文在引言中通過對皖北地區(qū)2014年研發(fā)活動的投入和產(chǎn)出現(xiàn)狀與全省平均水平進行了對比分析,發(fā)現(xiàn)皖北六市2014年研發(fā)投入與產(chǎn)出水平較低,且內(nèi)部差異顯著。在第二部分對DEA模型的相關(guān)概念和基本原理做了概要的總結(jié)和梳理,為模型求解結(jié)果的分析奠定了基礎(chǔ)。第三部分利用DEA模型測算了皖北六市2010~2014年間R&D活動的整體效率、技術(shù)效率、規(guī)模效率和規(guī)模收益,結(jié)合模型變量值對求解結(jié)果展開了較為詳細的分析。最后通過建立包含時期影響的固定效應(yīng)變截距模型對皖北地區(qū)R&D整體效率的空間異質(zhì)性、時間演化趨勢及R&D經(jīng)費投入強度對整體效率的影響進行了研究,發(fā)現(xiàn)R&D經(jīng)費投入強度對整體效率具有顯著的負面影響?!癛&D經(jīng)費投入強度對整體效率具有顯著的負面效應(yīng)”具有較強的政策意義,該結(jié)論在樣本以外的其他區(qū)域、其他時期是否存在,影響的機理是什么留待后續(xù)研究。
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Research on the R&D Efficiency of Different Northern Citiesin Anhui Province Based on DEA Model
LI Shaofu, ZHANG Na
(Economics&ManagementCollege,BengbuUniversity,Bengbu233030,China)
With R&D input and output data of six Northern cities of Anhui province during 2010~2014 period as samples, The overall efficiency, technical efficiency, scale efficiency and returns to scale had be estimated by using DEA model;By establishing fixed effects variable intercept model containing period impact to test whether R&D funding intensity on the overall efficiency was significant or not. The study found: R&D input and output levels were lower in six Northern cities of Anhui province, The overall efficiency of R&D had significant spatial heterogeneity, The overall efficiency of research and development in Northern Areas of Anhui province showed an increasing trend in the 2010~2014 period, and R&D funding intensity had significant negative impact on the overall efficiency.
DEA model; R&D funding intensity; fixed effects model
2016-11-07
安徽省教育廳重點項目“皖北地區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)政府支持策略研究”(SK2016A0588);安徽省教育廳重點項目(SK2017A0628)。 作者簡介:李少付(1969-),男,安徽蚌埠人,副教授,碩士,研究方向:應(yīng)用統(tǒng)計與計量;張娜(1978-),女,安徽蚌埠人,副教授,碩士,研究方向:區(qū)域經(jīng)濟。
F127
A
1009-9735(2017)02-0032-06