复杂理论视角下技术创新集群的蜕变机制探析

1 技术创新集群的概念与特征 1.1 技术创新集群的概念 最先提出“集群”概念的是迈克尔·波特[1],他认为集群 是指在特定的领域里相互联系的公司和机构在地理上的 集中,包含一系列相互关联的产业和其它实体。波特极力 强调地理群聚现象对生产力和创新能力的意义,但该定义 对企业间的必要分工协作以及技术创新的作用关注不够。 OECD[2]进一步发展了“集群”的概念,认为“集群”是指:为 了获得新的和互补的技术,从互补资产和经济利用的结合 获得收益,加快学习过程,降低交易成本,克服(或创造)市 场中的进入壁垒,取得协同经济效果,分散创新所带来的 风险,关联性很强的企业(包括专业供应商)、知识生产机 构(大学、研究机构等)、中介机构和顾客通过附加值生产 链相互联系形成的网络。 技术创新是一个复杂的系统,它源于新思想的产 生,经过研究开发、制造、营销,直到产品为消费者接受,这 一过程的成败又与企业外部环境(更复杂系统,如国家创 新系统等)及企业内部因素有关,牵涉到众多的方面和关 系。熊彼特[3]在创新理论的研究中首先发现,技术创新具有 在一定的时间和空间成群出现的特性,即创新集群,并指 出“技术创新不是孤立事件,或者均匀地分布在时间轴上, 而是趋于结成集群,鱼贯而出。”大量的研究表明,技术创 新集群是由参与技术开发和扩散的企业、大学和研究机构 组成的,并形成一个有市场中介服务组织广泛介入和政府 适当参与的,为创造、储备和转让知识、技能及新产品而相 互作用的创新网络系统,它是国家创新系统的子系统,属 于社会经济系统的范畴。 1.2 技术创新集群的主要特征 技术创新集群是技术创新的一种存在方式,是由诸多 技术创新组成的技术创新系统,它的发生和发展及对整体 的影响依赖于集群中其它技术创新,技术创新集群是不可 分割的有机整体,它具备了复杂系统的行为特性。 (1)多样性。技术创新集群的多样性主要表现在集群 的多结构多层次性,可以根据不同层次、不同角度、不同目 的对技术创新集群进行划分,这种多结构多层次性正是技 术创新集群产生复杂性的根本原因之一。 (2)自组织特征。自组织现象是指自然界中自发形成 的宏观有序现象,是低级系统自发走向高级的复杂系统的 方式、路径。开放性是自组织系统的最主要特征,技术创新 集群不断地从市场获得生产要素、服务要素,从政府宏观 调控环境获得政策、金融信息,与外界进行物质流、信息 流、能量流的交换,这些负熵抑制集群自身的熵的增加,从 而使集群总熵减少,形成自组织系统,体现了开放系统的 特点[4]。技术创新集群与外部交流越广越快,就越能在市场 竞争中取得有利位置。 (3)动态性。作为开放系统的技术创新集群,在其内部 运行期间,涉及一系列协调阶段,各个阶段在时间上存在 部分程度的重叠并相互依存。在竞争环境中,以创新为导 向,研发机构、大学、企业、政府、科技中介等方面相互反 馈,形成一个不可逆的、路径依赖的进化过程,技术创新越 复杂,这种过程就越长,集群内的前向、后向和水平产业联 系也越强,集群整体呈现从低级到高级、从简单到复杂的 动态演化特征[5]。 (4)非线性。技术创新过程是非线性的,需要将不同领 域相关的多项技术创新联合在一起,在官、产、学、研、金等 要素之间进行大量的相互作用,以及在科学研究、工程建 设、社会文化、产品开发和市场营销之间进行反馈,才能通 过各子系统之间的非线性作用而产生的整体性去实现进 化目标。 复杂理论视角下技术创新集群的蜕变机制探析 赖迪辉 (天津大学 管理学院,天津 300072) 摘 要:技术创新集群在自身进化过程中存在着蜕变机制。从技术创新集群蜕变机制的技术范式模型和系 统动力学两个层面,对技术创新集群的蜕变机制进行了分析。 关键词:技术创新;技术创新集群;蜕变机制 中图分类号:F062.9 文献标识码:A 文章编号:1001-7348(2008)03-0076-04 收稿日期:2007-07-06 作者简介:赖迪辉(1979~),河北石家庄人,天津大学管理学院博士研究生,研究方向为科技战略管理与技术创新。 第25卷 第3期 2008年3月 科 技 进 步 与 对 策 Science&TechnologyProgressandPolicy Vol.25No.3 Mar.2008 2 蜕变理论回顾 蜕变理论首先由日本学者藤芳诚一教授提出,他将企 业和生物联系在一起,认为企业若不进行蜕变,就无法生 存。但藤芳诚一的理论割裂了蜕变期与企业生命周期的联 系,关注企业经济形态和产出的变化,而忽视了企业技术 改造方面的变化。我国学者陈佳贵[6]则从企业寿命周期的 角度,论述了各个时期企业成长的特点,从企业的经济实 体、实物实体和产品3个方面来分析企业的蜕变。美国的佛 朗西斯·高哈特(FrancisJ.Gouillart)和凯利(JamesN.Kel- ly)将企业看成是一个活的生物法人,为企业蜕变规划了4 个架构:重新规划、重建组织架构、重振活力和重获新生[7]。 我国学者陈剑峰等[8]采用专利数量作为创新产出来划分 产业集群中技术创新集群的生命周期。 目前蜕变研究多从产业组织的角度出发,按照 “机 构—行为—绩效”分析范式(SCP范式),采用均衡分析的 方法,同时吸收博弈论、信息论的最新研究成果,侧重研究 企业进入、退出壁垒及其对行业绩效的影响,目的是为制 定产业组织政策服务。技术创新集群在自身演化过程中, 存在着蜕变趋势。从技术创新集群为蜕变积累能量并获得 条件,到现实的蜕变过程,其中存在深层的运作机制,在蜕 变机制的作用下,即会展现为一个蜕变过程。机制问是 集群蜕变的核心问题。技术创新集群蜕变是集群基本要素 和结构发生部分或全部根本性转变的过程,这种转变基于 集群自身及其与环境的相互作用的改变,并在所有层次上 展现,是难以逆转的过程。技术创新集群始终处于发展变 化的动态运动中,它的变化大多以渐进蜕变模式为主体, 其变化又必然引起许多新的变化。对技术创新集群不同层 次蜕变所处不同阶段特征及规律进行研究,对各层次的蜕 变方向加以深化理解,寻找出创新集群的基本蜕变规律, 将能为作出正确决策提供依据,保证创新集群适应发展蜕 变需要。 3 技术创新集群的蜕变机制 3.1 蜕变机制的技术范式模型构建 经济学家多西[9](G.Dosi)提出了“技术范式”的概念, 技术范式是以自然科学和实用技术为基础,就一定技术问 题进行解决方案探索的“模式”。技术范式规定技术发展的 总体方向,而技术轨道则在这个总体方向内,决定技术发 展的具体方向。技术创新集群本身具有复杂系统特性,它 在技术范式的约束下,沿技术轨道进行有选择的蜕变,这 种蜕变是同时具备连续性与非连续性两种变化模式的自 适应动态过程。 在未生成新的技术范式之前,技术创新集群的微涨落 低于临界状态:科研院所、高等院校的科技进步产出是渐 进的、积累的,企业的技术需求能得到基本满足,技术中介 机构较为有效地运行,各种物质流、信息流、能量流在集群 内部有序流动,创新活动目标明确,降低了创新过程的风 险与不确定性,集群处于一种基于现有稳定界面的预设变 化即稳定态,涨落方向的起始点均为原有技术范式[10]。一 旦涨落加剧,幅度高于失稳临界点时,集群处于失稳态,新 的技术、工具、专利大量出现,但由于市场、企业的反应滞 后(出于消费偏好、市场决策等方面的考虑),直至出现分 岔时,新的技术范式就可能会取代旧的技术范式,集群的 技术创新过程由渐进蜕变成跃迁,发生质的变化。当技术 创新集群与环境进行物质、能量和信息的交换时,内部某 个参量在与环境交互过程中,达到一定临界时,系统某一 点的微小涨落就会通过系统放大机制而成为巨涨落,从而 为集群的自组织进化提供可能。例如市场需求、科学技术 的发展、国家政策的调整等,都会引发涨落的出现,技术创 新行为是诱发技术创新集群自组织进化的动力。该过程可 用图1的“火山模型”表示。 图1 技术创新集群蜕变的火山模型 图2 技术创新集群突变曲面示意 发生分岔后,需要环境因素向集群输入负熵流,对技 术创新集群诸组成要素产生的随机扰动,施加有选择的非 线性放大,以保证新技术范式的生成。集群蜕变的方向要 在一个多可能性的空间中选择,该可能性空间不是外界强 加给集群的,而是集群的内在性质决定的。但集群蜕变究 竟选择哪种可能性,则取决于集群所处的环境因素以及环 境因素与集群之间的相互作用。环境因素有经济性和非经 赖迪辉:复杂理论视角下技术创新集群的蜕变机制探析第3期 77· · 科技进步与对策 2008年 济性两个方面,经济性环境因素包括市场需求、产品价格、 研发成本等,非经济性环境因素包括政府调控、科技发展、 社会收益、文化差异、价值取向等,在环境因素的作用下, 先进的、有效的技术创新过程发生突变,进而出现创新突 变[11]。 技术创新集群从稳定态向巨涨落的状态迁移,表明它 是一个势能系统,其发生分岔的状态可通过其相应的平衡 曲面来描述,平衡曲面为满足势能函数的一阶导数(或两 个一阶偏导数)为零的所有点的集合。设尖点突变的势函 数为: v(x)=x4+μx2+ωx (1) (1)式对应的是两个控制参数的一维连续动力系统。 相空间是三维的,技术创新集群的功能x为状态变量,集群 环境因素的变化水平 、环境因素与集群之间相互作用的 水平 为控制变量。它的平衡曲面M由 4xa+2μx+ω=0 (2) 给出,奇点集是满足方程 6x2+μ=0 (3) 的M的子集,由(1)、(2)两式联立得分歧点集B为: 8μa+27ω2=0 (4) 平衡曲面M与分歧点集B如图2所示,从图2中看出,尖 点之中有两个小点,它们被一个极大点分隔,而尖点之外 则只有一个极小点。 分歧点集B是平衡曲面M的皱折在下方控制平面上的 投影(在图2中表现为E和F两条曲线),它把控制平面分割 成两个区域:I与II。当技术创新集群的组成要素所形成的 控制轨迹从不同路径,由控制区域I进入区域II时,在对应 的平衡曲面上可以发现技术创新集群的蜕变过程: (1)当控制平面内一条控制轨迹由区域I穿越区域II 时,集群发生巨涨落,并在环境因素作用下发生突变。 (2)区域II内的任一点所对应的势函数v(x)有两个极 小点,此时集群处于稳定态。 (3)同一条控制轨迹,从区域I的左侧穿越区域II和从 区域I的右侧穿越区域II,发生突变的位置不同,这说明集 群的蜕变是有方向的。 (4)同一个技术创新集群,在不同的环境因 素作用下,蜕变的目标会产生差别。即同一条控 制轨迹,从区域II外一点到区域II内一点的两条 相邻的控制轨迹,可以产生不相同的形态,分别 位于平衡曲面的上叶或下叶上。轨迹不可达到 中叶折皱部分,因为平衡曲面的中叶对应着不 稳定的平衡态。 (5)当控制轨迹不穿越区域II时,技术创新 集群存在微涨落,但达不到临界点,旧的技术范 式不会被打破。 技术创新集群的这些特征完全符合尖点突 变模式,符合尖点突变的多路径、发散性、滞后 性、双模态和不可达性的特征,所以用突变理论 描述、分析集群的蜕变是合适的。 技术创新过程充满不确定性,在集群蜕变的分岔点 上,非线性作用机制起了主导作用,它促使突变产生,集群 从无序走向有序,新的技术范式取代旧的技术范式。同时, 技术创新集群的蜕变过程中也包含渐变,创新活动对旧的 技术范式进行补充、改进。熊彼特把创新视为不断从内部 革新经济结构,即不断破坏旧的、不断创造新的结构,技术 创新集群的蜕变模型无疑印证了这一点。集群的蜕变是多 种状态综合实现和突变选择的结果,而蜕变机制发生作 用,在逻辑上是以分岔产生出的多种不同性质的稳定系统 为前提的。首先有了分岔,才可能实现技术创新内容与信 息量的综合。从这个意义上说,分岔是蜕变的重要前提和 基本机制。 3.2 技术创新集群蜕变机制的系统动力学分析 技术创新集群是具有动态行为的高阶次非线性复杂 系统,其边界模糊,发生蜕变时,具有多重反馈环,系统的 各个子系统以及各子系统的各元素之间,具有难以揣度的 相互依赖关系。由于时滞作用,使得原因和结果、原因和现 象在时空上往往是分离的。鉴于上述特征,为了能对蜕变 机制进行深层剖析和一定程度的定量把握,本文引入系统 动力学(SystemDynamics,简称SD)来进一步分析技术创新 集群的蜕变机制。 技术创新集群包含政府、企业、高校及科研院所、技术 中介机构和环境子系统等主要组成要素,这些要素间相互 联系,形成多个主导反馈环和非主导反馈环(见图3),主导 反馈环的存在决定了集群蜕变的行为和趋势,反馈的多结 构、多层次性引发了技术创新集群组成要素的多样性。技 术创新的主体是企业,但不唯一。伴随技术创新过程中知 识的产生、扩散和利用,技术主体也会出现多极化,金融机 构、中介组织等也会在一定时间内扮演创新主体的角色。 通过技术中介、技术创新客体与技术创新主体相互作用、 共生融合,为技术创新集群的持续发展提供有力支撑。 由于技术创新集群是多变量复杂系统,因此需要用状 态变量的方法来描述它的动力学性质,这样才能进一步揭 示技术创新集群的内在规律和蜕变机制。使用企业、政府、 图3 技术创新集群SD模型反馈回路关系 78· · 大学及科研院所、技术中介机构等参量来表征,据此来建 立技术创新集群的状态空间数学模型[12]。设α1(x),α2(x),⋯, αm(x)是技术创新集群的一组状态变量,相应的状态向量 为:α(x)=[α1(x),α2(x),⋯,αm(x)]x,一般来说,技术创新集群包 含有状态变量α1,α2,⋯,αm,扰动变量β1,β2,⋯βn,及输出变 量γ1,γ2,⋯,γj。 技术创新集群的动力学特征可用m个一阶微分方程 组成的方程组来描述: Φ=Fi(α1,α2,⋯,αm;β1,β2,⋯βn;x) (i=1,2⋯,m) (5) 而其输出特性表达式为: γ=θk(α1,α2,⋯,αm;β1,β2,⋯βn;x) (k=1,2⋯,j) (6) 引入状态向量α=[α1,α2,⋯,αm]x、扰动向量β=[β1,β2,⋯ βn;x]、输出向量γ=[γ1,γ2,⋯,γj]x。于是(5)、(6)式可转化为 Φ=F(α,β,x) γ=θ(α,β,x) a∈R m ,β∈R n ,γ∈R j " $ $ $$ # $ $ $$ % (7) 在(7)式中,R表示欧氏空间,可以看出技术创新集群 的蜕变依赖于扰动变量β,因此,技术创新集群是一个非线 性特征较强的复杂系统。集群内的非线性作用集中表现为 各组成要素的交叉耦合作用,非线性耦合体现为竞争与协 同,协同是竞争的基础,竞争又促进了协同。技术创新集群 内的高校与科研院所协同促进科技成果的创新,在不同层 次上存在合作关系。但在市场需求和经济利益的影响下, 它们之间也存在竞争,共同构成庞大的科技研发系统,为 企业腾飞提供技术支撑。可以说,技术创新集群内部的非 线性作用是集群蜕变的动力,导致集群产生从无序向有序 演化的自组织蜕变进程。 4 结语 技术创新集群具备复杂系统的本质特征,在开放的远 离平衡态的集群内部,其组成要素之间的相互作用体现为 较强的非线性作用,非线性作用在外部参量的影响下,会 使集群蜕变过程进入临界状态并发生分岔,直至出现新的 技术范式。从系统动力学的角度来看,自适应与反馈构成 了技术创新集群蜕变的一种内在机制,集群运动从分岔到 自稳定,其间存在一个创新突变过程,协同、竞争与选择机 制参与评价了系统蜕变的多种可能结果,约束和规范了集 群现实的蜕变路径与方向。较好地理解和掌握技术创新集 群的蜕变机制,将使技术创新集群研究的科学性和实践性 都进一步得到加强。 参考文献: [1] MichaelE.Porter.TheCompetitiveAdvantageofNations[M]. 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(责任编辑:赵贤瑶) ResearchonTransformationMechanismof TechnologicalInnovationClusters Abstract:Onthebasementofresearchonconceptionsandcharactersofclustersoftechnologicalinnovationandtransformation theory,themodeloftechnologicalparadigmfortransformationmechanismaredesigned,transformationprocessoftechnological innovationclustersandIngredientsisanalyzed,andtransformationmechanismoftechnologicalinnovationclustersisdiscussed morescientificallyfromthetheoryofcatastrophetheoryandsystemdynamics, KeyWords:TechnologicalInnovation;Cluster;Transformation 赖迪辉:复杂理论视角下技术创新集群的蜕变机制探析第3期 79· ·