區域創新系統綜合評價研究

摘要：區域創新系統是具有多個創新主體和交互網絡結構并進行創新行為的復雜系統，具有復雜系統的基本特征。為此，文章突破了傳統的研究思路，運用熵理論以及耗散結構理論，對區域創新系統運行狀態進行了綜合評價研究。文章重點探討了區域創新系統的熵增原理、系統耗散結構的形成模型以及區域創新系統的熵值評估法，并以長春區域創新系統為例，對其研究結論進行了驗證，為區域創新系統的研究提供了一種嶄新的研究思路。

關鍵詞：區域創新系統；熵理論；耗散結構理論；熵值評估法

本文將運用熵增原理與耗散結構理論來分析區域創新系統。探討區域創新系統的熵增原理以及系統耗散結構的形成模型，并應用熵值評估法對區域創新系統進行綜合評價，為區域創新系統的研究提供一種新的研究思路。

一、 相關理論簡析

1． 區域創新系統。區域創新系統的研究范圍和研究對象既有別于微觀層次的企業技術創新研究，又有別于宏觀層次的國家創新系統研究，位于中觀層次。Baraczy，Cooke和Heidenreich等人對區域創新系統的概念進行了詳細的闡述，認為區域創新系統是地理上相互分工和關聯的企業、研究機構和大學構成的區域組織系統，而這種系統支持并產生技術創新。我們認為區域創新系統是某區域內由參加新技術發展和擴散的企業、大學、科研機構、政府以及中介服務機構組成的，為創造、儲備和轉讓知識、技能和新產品而相互作用的網絡系統。無論區域創新系統的概念如何界定，探究其本質，都具有以下基本內涵：（1）依附于特定的地域空間；（2）具有開放性和空間組織結構；（3）以企業、研究與開發機構、高等院校、地方政府機構和服務機構為主要創新結點；（4）創新結點通過自身組織及其與環境的相互作用實現創新及擴散功能，維持創新的運行和持續發展；（5）對區域社會、經濟、生態等產生影響。

2． 熵理論。1850年，德國物理學家克勞修斯提出了熱力學第二定律，這一定律指出了熱力學系統自發變化的必然方向。1865年，他又提出了“熵”概念，并相應把熱力學第二定律表達為“熵增原理”：“在孤立系統內實際發生的過程，總使整個系統熵的數值增大”。也可進行如下表述：能量形式的轉化是有條件的、有方向性的，它只能從有效到無效，而不能從無效到有效的自然轉化。對一個孤立封閉系統而言，其演化發展方向是退化式的、非重復的、非循環的、不可逆的，即只能從溫度、物質等的不均勻到均勻，從有組織到無組織，復雜到簡單，從高效率到低效率等，最后系統達到平衡態時熵具有極大值。他定義的熵公式為：ds?叟?啄Q/T。式中的ds是微小熵變，?啄Q是系統從環境吸收的微小變量，T為系統的絕對溫度，“=”號對應于可逆過程，“＞”號對應于不可逆過程，對于孤立系統?啄Q=0，所以有ds?叟0，這就是克勞修斯的“熵增公式”。

此后，奧地利物理學家波爾茲曼從分子運動論的角度，運用統計方法對熵的物理意義以及熵增原理做出了概率性解釋。他指出，孤立系統必然要從包含微觀態數目少的宏觀態向包含微觀態數目多的宏觀態演化；必然要從各微觀態概率分布不均勻的狀態向各微觀態概率分布均勻的狀態演化。1877年，波爾茲曼給出了平衡態的統計公式并將平衡態熵推廣到非平衡態的系統熵的計算，一般化的統計熵公式：

個微觀態可能出現的概率。波爾茲曼的貢獻不僅在于為系統熵的絕對值計算提供了一種可行的方案，而且更在于通過計算揭示了熵概念的一般性意義和價值。即熵所描述的是質量或能量的組構、匹配、分布的方式和狀態，這就把熵和系統要素的組構方式、序的結構聯系了起來。

二、 區域創新系統的類熱力學熵

1． 區域創新系統的熱力學系統特征。盡管區域創新系統與熱力學系統有著本質的區別。但作為系統，它們又有著一定的相似之處。二者的相似性表現在：其一，系統均由大量元素構成；其二，系統的宏觀態是由系統內部元素組成的微觀態決定的；其三，系統內各元素的運動狀態具有隨機性等。

熱力學系統是由大量分子組成的，分子運動是無規則熱運動，具有隨機性，且系統的宏觀態是由大量內部分子的微觀態決定的。對于區域創新系統而言，系統具有區域創新網絡結構，網絡中存在著不同類型的創新主體，而且數量眾多；區域創新系統的宏觀態——系統整體運行績效、區域創新能力等都是由微觀層面的企業、政府、高校、科研院所以及中介服務機構等個體行為所決定的；同時，從宏觀上看，這些主體所采取的行為、策略等都具有隨機性。

2． 區域創新系統的熵增原理。由于區域創新系統與熱力學系統的相似性，使得誕生于熱力學系統的熵理論可能成為研究區域創新系統新的理論基礎。熵增原理指出，任何孤立系統的熵有增無減，熵的整個變化過程總是趨向熵的最大值。孤立系統的物質和能量只能沿著熵增加的方向不可逆地轉化；從能量較高的狀態轉到能量較低的狀態，從有秩序到無秩序。這種不可逆現象在區域創新系統中同樣存在，區域創新系統的組織、制度、政策、環境等，在相對封閉的運動過程中，總是呈現出有效能量逐漸減少，無效能量不斷增加的不可逆的熵增過程。導致區域創新系統不可逆熵增的主要原因在于系統內各子系統或不同主體間利益的相互沖突，各主體為自身利益相互爭奪資源，系統內矛盾日漸增長，導致系統內秩序紊亂。具體來講，影響因素包括：政策法規、技術創新、信息流通、知識創造、創新環境、文化等，它們相互作用，相互影響使系統表現出效率遞減的趨勢。

3． 區域創新系統的耗散結構模型。1969年，以普利高津為首的布魯塞爾學派提出了一個嶄新的科學理論——耗散結構理論。普利高津認為熵增原理描述的是孤立系統，對于開放系統必須考慮系統與外界交換能量和物質所引起的熵流dSe，以及系統內部由于不可逆過程造成的熵增dS1。即對開放系統而言，其熵增dS=dS1+dSe，dSe是系統與外界交換能量和物質而引起的熵變，它可正可負，dS1 是系統內部發生不可逆過程引起的熵變，它總為正；若能提供足夠的負熵流dSe＜0，使|dSe|>|dS1|時，可使dS＜0，即在不違反熱力學第二定律的條件下，遠離平衡態的非線性系統可以通過負熵流來減少總熵即耗散運動，從而使系統從無序態變為有序態，即耗散結構狀態。

區域創新系統在不斷地同外界進行著物質與能量的交換，不斷地引進新技術、人才、資金和信息，改善創新環境來抵消系統內無序度的增加和系統效率的遞減，并通過內部的自適應、自組織、混沌與突變，在一定條件下形成新的穩定結構，這種形成新的有序結構和產生新的能量的過程稱為區域創新耗散。區域創新耗散結構本質上就是區域創新耗散過程中形成的自組織和自適應區域創新系統。

根據耗散結構理論我們可以建立區域創新系統耗散結構的形成模型為：

其中：dS₁、dSe分別表示各影響因素對區域創新系統發展提供的正、負熵流大小，i、r分別表示導致區域創新系統熵變的各種因素，n₁、n₂表示各種因素的個數，j、t是每個影響熵值因素所包含的子因素。O_ij、Q_rt是每個子因素影響區域創新系統熵值變化的概率。

從區域創新系統耗散結構形成模型可以看出，改善區域創新系統運行狀況，提高運行效率，增強區域競爭力的基本途徑在于：

一是保持系統的開放性，建立負熵流引入機制，通過引入負熵流來降低系統的總熵值，這是根本的途徑。建立與外界的交換與競爭機制，通過改革和創新，引進新技術、新工藝，不斷進行組織創新和制度創新，改善系統創新環境，建立共同的區域系統價值觀，增強系統目標的吸引力，通過這些具有負熵效應因素的作用減緩區域創新系統運行效率下降的趨勢甚至階段性地促使其提高。

二是保持系統自身熵值的幅度最小，使系統在其所在時空域內，雖然熵不斷增加，但由于增幅較小，仍可維持在一個低熵有序的狀態。盡量減少子系統或不同主體間的利益沖突，減緩系統內部熵增的幅度；通過建立運行狀況的跟蹤反饋體系，使系統具有自適應環境的能力，同時能夠及時掌握信息，根據運行狀況采取相應的改革措施。

三、 區域創新系統的熵值評估法

1． 區域創新系統的熵值。區域創新系統內外部存在著大量因素影響區域創新系統熵值的產生，這些因素形成二級指標，將這些因素歸類形成一級指標。在熵和耗散結構作用下，各類指標項都將會產生一定的正熵或者負熵，使系統的總熵值發生變化，兩種作用力所產生的系統熵的變化總值之和即為區域創新系統的熵值。由于系統處于無序狀態下的最大熵無法確定，故系統總熵值無法計算，因此，以下僅就系統熵的變化值進行計算。

（1）區域創新系統一級指標的熵值計算公式。區域創新系統單個一級指標的熵值計算公式為：

其中：i為指標體系中的各個二級指標項，k_i為系統在特定環境，特定階段時，某類一級指標下的各項二級指標的權重，dS₁為一級指標所產生的熵值。

（2）區域創新系統二級指標熵值計算公式。系統內單個二級指標的熵值計算公式為：

KB是系統熵系數；i代表影響企業熵值的二級指標體系所包含的各項指標；X_i為二級指標體系中所包含的各項指標值與取定標準值的比值。

（3）區域創新系統熵值的計算標準。評價指標主要分為定量指標和定性指標，兩種指標在進行熵值計算時，需采用不同的計算標準，標準值由專家組進行確定。

定量指標可根據給定的計算公式進行計算，用某項指標值除以給定的標準值得出該項指標的當年比值。將比值代入公式（4）中，計算出該因素的熵值。由于定性指標的自身特點，因此，在區域創新系統定性指標分析評估中，通常采用調查問卷的方式對指標進行打分，將調研結果進行數據預處理并統計分析。將各因素的評分除以標準值，將比值代入公式（4）中計算熵值。

若指標體系中包含三個或三個級別以上的指標項，則最低一級別的指標項計算按照公式（4）計算，再進行重要程度加權平均算出上一級類別指標項的熵值，最后，最高一級別的指標按照公式（3）進行計算。

2． 區域創新系統熵值計算的步驟。

步驟一：建立評價區域創新系統的指標體系。由于區域創新系統本身及創新環境的復雜性、非線形性，存在大量因素影響系統熵值，為盡量準確的反映區域系統運行狀況，在構造影響因素指標體系時，要綜合全面考慮。

步驟二：構造指標水平矩陣A，其元素ai為區域創新系統各種影響因素子指標體系的熵值dS1，此值根據公式（3）及公式（4）計算得出結果。

A=（a₁，a₂，a₃，L，a_i-1，a_i）

步驟三：構造各影響因素的相互作用矩陣B，其元素b_ij為矩陣A中的第i個因素對第j個因素的作用力。可采用德爾菲法或其它方法對系統的所有一級指標項進行重要程度排序，進而確定元素b_ij的值。

步驟四：構造各影響因素的權重矩陣C，其元素c_i為矩陣A中的第i個因素的權重。以B中一級指標項的重要程度值為基礎，以某項一級指標值除以所有一級指標值的和為該一級指標項的權重c_i。

3． 區域創新系統的熵值計算及分析。綜合以上步驟，區域創新系統的熵值計算公式為：

區域創新系統的熵值計算結果有以下三種情況：

（1）dS=0，即dS1＝dSe，系統處于定態。創新系統內部產生的正熵值與耗散結構從系統外部引入的負熵值相等，此時是系統效率最高，也是效率開始衰減的臨界點。因此，這也是整個系統進行結構變更，制度更替，政策變革等的良好時機。

（2）dS>0，耗散結構從系統外部引入的負熵值已經不足以抵消創新系統內部產生的正熵值或者外界供給了正熵流，此時系統效率已經開始衰減。這樣的區域創新系統亟需改進。

（3）dS<0，負熵流足夠充分，區域創新系統處于良性繼續上升狀態，并且向更加有序方向發展。系統當前各方面狀態基本滿足系統發展的需要，系統不必做較大的變革。

顯然，區域創新系統能夠處在熵減的狀態（即dS<0），或至少在一個時期內處在一個相對穩定的狀態（即dS=0），是其發展的最好狀態。

4． 例證。以長春區域創新系統為例，運用本文介紹的熵值評估法計算出長春區域創新系統的熵值為（數據來源于《長春區域創新體系建設戰略與對策研究》報告，2004年5月）：

從dS_長春<0的結果來看，長春區域創新系統處于良性發展狀況，系統會向著更加有序的方向發展，但結果數值較小，說明仍需要改善各種條件以利于系統更好的發展。利用熵值評估法的評估結果與長春區域創新系統的實際發展狀況較為相符。

四、 結論

綜上所述，區域創新系統和區域創新系統耗散結構理論揭示了復雜系統演化的內在規律性，通過計算區域創新系統的熵值，可以從總體上把握創新系統的運行狀況，及時地調整創新系統，并可以根據影響系統總熵值的各項因素熵值的計算結果，分析區域創新系統運行中存在的問題，提高整個系統的運行效率。區域創新系統運行狀況良好將對提高區域內產品競爭力，增強區域科技競爭力，以及提高企業的創新能力有著巨大的作用，區域創新系統將有助于區域競爭力的提高。

參考文獻：

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重點項目：本文是長春市軟科學研究計劃資助項目“長春區域創新體系建設戰略與對策研究”研究成果之一，項目編號：03-015R10。

作者簡介：周柏翔，吉林大學管理學院副教授；丁永波，長春稅務學院副教授；凌丹，吉林大學管理學院研究生。

收稿日期：2006-06-01。