基于CAS理論的協同創新系統研究

卜凡彪，薛惠鋒

（西北工業大學自動化學院，陜西 西安 710072）

一、研究背景

隨著復雜性科學地位的凸顯，應用復雜適應系統理論（簡稱CAS理論）來研究復雜系統已成為復雜性研究中的熱門課題。遺傳算法之父Holland教授于1994年最早提出CAS這一概念并建立了比較成熟的理論，這一理論的提出，對復雜性研究無疑是一大貢獻。雖然CAS理論提出的時間不長，但它的思想具有新穎性和啟發性，為人們認識和研究復雜系統提供了一種新的思路和方法，[1-2]受到了多領域學者的青睞，紛紛將其CAS理論運用至本領域的研究。目前，復雜適應系統已經被引入社會管理相關領域，并成為社會管理相關領域研究的重要思想。

在市場經濟條件下，高校、政府、企業、科研機構是各自具有不同優勢的利益主體，它們之間的合作被認為是自主選擇的結果。隨著高校、政府、企業、科研機構合作對于創新的戰略意義日益凸現，有必要從理論上對其進行系統研究，以豐富高校、政府、企業、科研機構合作思路，提高合作績效。當前加快建設國家創新體系，不斷增強高校、政府、企業、科研機構在相關領域的合作創新能力，加快形成高校、政府、企業和科研機構相結合的有效機制已經成為提升我國創新能力的基本任務。[3-5]

在這種新形勢、新背景下，如何尋找到大學與政府企業科研機構和諧共處、互利互惠、良性互動的關系狀態，促成相互之間各得其所共同發展的關系格局，特別是提高大學參與高校、政府、企業和科研機構合作的積極性和創新性，這些逐漸成為高校、政府、企業和科研機構合作創新所必須面對的嚴峻問題。[6-7]因此如何正確處理好大學、政府、企業、科研機構等核心機構組織利益之間的關系，尋找出四者間關系的內在規律和發展趨勢是我們迫切需要解決的問題。

二、基于CAS理論的協同創新系統分析

系統是由具有內在聯系的部分構成的有機整體，系統功能的發揮不僅取決于其組成部分的功能，而且與部分之間的關系，以及系統整體所處的環境密切相關。不論是開展怎樣的系統工程，都必須對系統的結構、特征、功能，以及系統內部各要素之間的相互作用關系進行深入分析，只有這樣才能保證系統內部相協調，保證系統與外部環境相適應，進而保證系統整體功能的發揮和系統目標的實現。為此，對協同創新系統的結構、特征、功能、作用機理以及系統協調發展的目標和內容進行分析闡述，可為協同創新系統開展定量研究奠定基礎。

（一）協同創新系統的結構

高校與政府、企業、科研機構相互作用、相互耦合形成高校-政府-企業-科研機構系統，簡稱協同創新系統。協同創新系統組成要素均有各自的演變規律，還有其它因素的制約，形成了相互聯系、相互支持和相互制約的復雜關系，這個關系即構成了協同創新系統結構，并決定著系統的功能、運行機制和演變規律。[8]要對協同創新系統的運行過程和演進方式進行研究，首先要對協同創新系統結構進行分析。

圖1 協同創新系統間相互作用關系示意圖

從圖1的協同創新系統作用關系可以看出：高校系統、政府系統、企業系統之間相互作用、相互聯系，共同維持著整個系統的發展。

1.高校系統。高校作為人才的搖籃，是科學、文化、技術等知識資源產生的最初源頭，在企業、政府、科研機構的創新活動中，高校起著不容忽視的作用。[9]高校在建設創新型國家中肩負的使命包括弘揚創新文化、培養輸送創新人才、科學研究的職能。

2.政府系統。在協同創新系統中政府的身份比較特殊，與企業和高校不同，政府不僅是合作成果的直接受益者，而且它還扮演著組織者和領導者的角色，政府在大學、企業和科研機構三者關系中主要起著宏觀調控和政策引導的作用。[10]本文認為政府參與政產學研合作的主要動機具體表現在社會效益、經濟效益和技術效益上。

3.企業系統。企業作為市場經濟的主體是商品生產和流通的主要承擔著，對市場的需求最為了解，同時它又是科學技術進步的主要力量，這也使其能夠準確把握市場的未來走向。企業可以根據發展需要在政產學研合作中充分利用來自高校的各種知識資源，以此來提高自己的創新能力和競爭能力。[11]企業作為社會經濟的基本單元能為大學的教學和科研提供建設性的指引方向，這樣在政產學研一體化進程中可以大大減少盲目的投入，有效提高科研的效率，使資源得到最有效的利用。

4.科研機構系統?？蒲袡C構一般通過承擔國家、地方政府以及來自市場的各類科研任務，發揮自身的科技優勢，為社會提供各類科研成果。轉制后的科研院所與一般企業沒有多大差別，它的最終定位也只能是一個科技型企業。無論是科研開發，還是生產，都以利益最大化為最終目標，這與企業是一致的，它不再有義務承擔對自身企業發展無益或利益相關性不強的研發工作。本文定位的科研院所不包括轉制后的企業性質的科研院所。[12]

（二）協同創新系統的復雜適應性

從系統論的視角來看，協同創新系統是由高校系統、政府系統、企業系統和科研機構系統復合而成的系統。該系統不僅具有一般系統的特征，而且其內部結構及各子系統間作用關系比一般系統復雜得多，并且具有復雜適應系統的基本特征。因此，協同創新系統不僅是一種復雜的巨系統，而且還是一種復雜適應系統，可以應用CAS理論對其進行研究。CAS理論中有七個重要的概念：聚集、非線性、流、多樣性、標識、內部模型和積木塊。下面將從這七個方面對協同創新系統進行分析。

1.協同創新系統中的“聚集”。聚集是簡單的主體為了生存和發展，通過“粘合”形成較大的更高一級的主體，簡單的主體通過相互作用涌現出復雜的行為。為了合理配置資源，增強競爭力，高校、政府、企業、科研機構形成了聚集體，共同應對外界環境的變化，提高了聚集體的適應性。

2.協同創新系統中的“標識”。標識是用于區別主體，標識機制在聚集體的形成過程中起著作用。協同創新系統中的每個高校、政府、企業、科研機構都有自己的標識，高校的人才培養質量、企業的資金實力、科研機構的科研實力等可能是標識，主體通過標識去選擇相互作用。

3.協同創新系統中的“非線性”。非線性是指個體自身屬性的變化以及個體之間的相互作用并非遵循簡單的線性關系。系統中任何層次的主題都不是以簡單的線性關系相互作用，如高校、政府、企業、科研機構之間不是簡單的、被動的、單向的因果關系，而是主動的適應。

4.協同創新系統中的“流”。流是存在于個體與環境之間的物質流、能量流和信息流，這些流影響著系統的演化過程。協同創新系統中的“流”是高校、政府、企業、科研機構之間以及系統和外部環境進行了物質、能量、信息的交換。協同創新系統以知識增值為核心，知識流加快了系統的演化和進化。

5.協同創新系統中的“多樣性”。在CAS系統中，每個單個主體的維持和生存都會依賴于其他主體提供的環境，多樣性的出現既不是偶然也不是隨機。當協同創新系統中的任一主體進入一個新的領域，都會調整自己來利用其他協同創新系統或主體進行相互作用的機會，這樣就產生了多樣性。

6.協同創新系統中的“內部模型”。內部模型是CAS理論的內部機制，主體在收到外界刺激后，會做出反應，并調整自身結構，以適應環境。當下次發生同樣的情況時，系統會知道如何應對。協同創新系統中各主體，也是通過不斷的積累知識和經驗，再遇到相同問題時，可以根據這些積累來應對。

7.協同創新系統中的“積木塊”。CAS理論將已有的規則形象的成為積木塊，就如同搭積木一樣，將已有的規則通過組合，來產生新問題的規則。在協同創新系統的運行過程中，會出現各種新的問題，解決新的問題的方法，就是將這些新問題拆分成熟悉的問題，然后再進行組合，從而得出新問題的處理方法。

三、基于CAS理論的協同創新系統協調發展機制構建

（一）協調發展的內容和目標

協同創新系統中包含著各個子系統，各子系統之間存在著十分密切的關系。如果協同創新系統中各子系統之間相互促進、相互協調，各子系統之間失調和障礙因素被控制在最小限度和范圍內，那么協同創新系統將呈現出良性循環和協調發展；若各子系統之間失調，會危及或破壞整個協同創新系統的常態運行，則稱之為不協調發展。從系統論的角度看，協同創新系統協調發展主要表現在以下五個方面：

1.系統構成性協調。構成性協調是將系統的構成要素、互動關系及其功能結合為一個整體，從而提高系統的運行程度，構成性協調是系統正常運轉所應達到的最基本的協調性。通過對協同創新系統內部各個子系統結構的分析，比如對創新知識結構、創新人才結構、創新組織機構等的分析，來揭示協同創新系統各方面結構的合理性和系統的運行狀態。

2.系統目標協調。協同創新系統的總目標與各子系統的目標往往是有矛盾的，而且二者之間的目標未必完全一致。需要通過系統的多種反饋控制機制，糾正或削弱片面的導致不協調的子目標，以全面協調的目標代替不協調的子目標，從而使系統的總目標得以最大程度地實現，使各子系統產生一種“合目的”的功效，努力使各子系統的發展方向一致，進而促使協同創新系統整體不斷向預定目標進化。

3.系統時空性協調。時空性是系統的一個特性，協同創新系統具有空間性協調和時間性協調。協同創新系統的發展具有時間性，為保證系統整體目標的實現，應使系統在不同的發展階段達到不同的目標。協同創新系統是一個開放系統，任何區域不能單獨達到理性目標，須與外部環境協同發展，互惠互利，否則將發生制約作用，而不能走向良性循環，即具有空間性協調。

4.系統組織管理協調。對于協同創新系統管理而言，組織管理協調其實就是主體與客體之間的協調。當管理部門及管理體制設置不合理，未能形成有效的動態調控機制時，組織管理會出現不協調，從而會導致協同創新系統出現各種情況。因此，政府及有關部門或高校、企業、科研機構管理者必須做出正確決策，以實現系統的協調。

5.系統內部與外部協調。協同創新系統處在一定的時間、空間和與它相關的環境中，與外界環境存在著多種作用關系，這種特點使得它的協調不僅是內部多層次、多側面的協調，還存在著與外部環境及其它系統間的相互適應，相互協調，當這種關系受到阻礙時，會影響系統內的正常運轉。

上述關于協同創新系統的多種協調是相互依存的，構成性協調是系統具有協調性的內在根據。目標協調、時空性協調、內部與外部協調都是系統協調性的具體表現。組織管理協調是達到系統協調狀態并增大系統協調性的調控措施與手段。

協同創新系統協調發展的目標可以按高校系統、政府系統、企業系統、科研機構系統等方面分解為一系列具體目標。四者最合理的發展方式是，對于高校與政府，應以高校人才、科技、知識可持續創新支持政府管理社會、服務社會的可持續創新；對于高校與企業，應以高校的基礎理論創新來引領企業的應用創新，對于高校與科研機構同樣應以高校的人才、科技、知識和基礎理論創新來促進科研機構的研發創新能力。協同創新系統協調發展的目標是高校、政府、企業、科研機構四個系統發展水平變量的函數，而各系統發展水平變量又是協同創新系統中諸因子的函數。由此，可以寫出協同創新系統協調發展目標的概念模型，用下述數學函數來表示：

SC=F（X，Y，Z，H，R）；

該函數的約束條件為：

X=fX（X1，X2，X3，…，Xm）；

Y=fY（Y1，Y2，Y3，…，Ym）；

Z=fZ（Z1，Z2，Z3，…，Zm）；

H=fH（H1，H2，H3，…，Hm）；

R=fR（R1，R2，R3，…，Rm）；

X>0，Y>0，Z>0，H>0。

其中：SC為協同創新系統協調發展的目標，X為高校系統發展水平變量，Y為政府系統發展水平變量，Z為企業系統發展水平變量，H為科研機構系統發展水平變量，R為關聯向量。

（二）協調發展的實現途徑

協調發展涉及到自然、社會、政治、經濟、人才、知識、技術等多方面、多層次的因素，是集技術性、社會性、政策性于一體的系統工程。需要通過下述三個方面來實現協同創新系統協調發展的目標。協同創新系統協調發展目標實現途徑的概念模型如圖2所示。

1.重視人的參與。在協同創新系統中，人既是系統協調發展的實踐主體，又是系統協調發展的調控者，人既是主動的參與者，又是被動的享受著，因此，必須以人為主體，落實科學發展觀來維護、調控和推動系統的協調發展。

2.用系統工程的思想和方法來選擇協調發展進程的最佳路徑。協同創新需要從頂層進行總體設計，需要對高校、政府、企業、科研機構構成的協同創新系統進行系統調控，發揮“1+1>2”的系統效應。

3.機制設計和制度安排在協調發展過程中的各個時期、各個階段和各個環節都應充分重視，要綜合運用經濟、技術、政策、法律、道德，以及必要的行政手段，對系統進行調控。協同創新系統具有能控性，在整個系統中，人起著重要的作用。通過對協同創新系統的不斷深化和認識，人類以各種信息形式控制協同創新系統內各種能量流、物質流和信息流的流向、流速和流量，降低系統的混亂程度，實現地下協同創新系統的良性發展。

圖2 協同創新系統協調發展目標的實現途徑

四、結論

本文運用CAS理論，對協同創新系統的本體進行了研究，主要分析了協同創新系統的結構和復雜適應性，以及協同創新系統協調發展的內容、目標、實現途徑。協同創新系統主要由高校系統、政府系統、企業系統、科研機構系統通過復雜的非線性關系組合而成，該系統具有整體性、復雜性、關聯性、層次性、動態性、有序性和可調控性等特點。協同創新系統的功能是以“流”的形式表現出來的，物質循環、能量循環、信息傳遞是協同創新系統的主要功能。協同創新系統的藕合并不是指高校、政府、企業和科研機構的創新系統完全一致，不是強調一方的創新系統去兼容其它三方，而是強調合作方的彼此兼容。協同創新系統協調發展的目標是高校、政府、企業、科研機構四個系統發展水平變量的函數，而各子系統發展水平變量又是協同創新系統中諸因子的函數。

本文在復雜適應系統理論的指導下，提出協同創新系統的建設思路和方法，并對協同創新系統的結構、復雜適應性以及協同創新系統協調發展的目標和內容進行了分析和闡述，以期能為決策者科學分析和理解協同創新系統、活躍創新活動提供一些有益的參考，并為協同創新系統下一步開展定量研究奠定基礎。

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