制造業企業產品與工藝創新知識流耦合過程與控制

畢克新，黃平

(1.哈爾濱工程大學經濟管理學院，黑龍江哈爾濱150001;2.哈爾濱理工大學管理學院，黑龍江哈爾濱150080)

1912年，熊彼特在《經濟發展理論》一書中首次提出了“創新理論”，他認為創新一般包括開發新產品、采用新工藝、控制原材料或半成品的新供應源、開拓新市場和實行一種新的企業組織方式。其中，開發新產品與采用新工藝即分別指產品創新與工藝創新。而在隨后的創新領域研究中，產品創新與工藝創新也成為國內外學者們關注的焦點。如今，學術界對產品創新與工藝創新兩個概念的理解逐漸取得一致，產品創新是指引入新的或在性能、用途等方面有重大改進的產品或服務，而工藝創新則是指用新的或有重大改進的生產方法［1-2］。

1975年，Abernathy等揭示了產品創新與工藝創新間的關聯關系，并提出了著名的技術創新動態模型(A-U模型)［3-4］，由此開啟了創新領域學者對產品創新與工藝創新關系的研究。隨后，許慶瑞等的研究驗證了工藝創新對產品創新實現的保障作用［5-6］;而Ester等的研究則表明產品創新與工藝創新間存在相互促進的內在聯系［7］。

在進一步的研究中，Barras發現A-U模型只適合于制造業［8］。顯然，探究產品創新與工藝創新的關系應以制造業企業為對象。在此研究基礎上，近十年對產品創新與工藝創新的研究大多以制造業企業和行業作為對象，涵蓋了產品創新與工藝創新的創新模式［9-10］、互動關系［11］、協同發展機制［12-14］等多個方面。

綜上所述，國內外學者對產品創新與工藝創新關系的研究已經涵蓋了眾多不同的視角。然而，知識在產品創新與工藝創新關系間的作用則鮮被提及。事實上，在企業技術創新過程中垂直和水平的知識轉移是十分必要的［15］。知識中的隱性知識是企業競爭優勢的基礎與關鍵性來源［16-17］。對于隱性知識而言，提供渠道要比試圖以電子或是書面形式進行記錄整理更有效率［18］。顯然，對制造業企業產品創新與工藝創新相互作用過程中知識流的研究是十分必要的。

耦合，物理學上指2個或2個以上的系統或運動形式之間通過各種相互作用而彼此影響以至聯合起來的現象［20］。耦合度是用來反映系統或要素彼此作用影響的程度［21］。本文把耦合［19］這一概念引入制造業企業產品創新與工藝創新知識流的研究中，將產品創新與工藝創新知識流視為知識的運動形式，產品創新與工藝創新知識節點通過知識流相互作用，本文將這種相互作用稱為產品創新與工藝創新知識流耦合。

1 基于Petri網的產品創新與工藝創新知識流耦合模型

1.1 基于Petri網的一般知識流模型

Petri網是用來刻畫通信機制的建模工具，在流程控制上得到了廣泛應用。Petri網的結構元素包括位置(P，用圓圈“○”表示，又叫庫所)和變遷(T，用方塊“□”表示，又叫轉換)，其間用“弧”(用“→”表示)進行連接，庫所中有“標記”(用“·”表示，又叫托肯)［22］。

對于一般知識流模型，知識流的結構包括知識節點N、拓撲特征和內容。N是知識的發送者和接收者;知識流的拓撲特征反映了知識流的連接，實際上反映的是知識流網的拓撲結構［23］。

Petri網已被廣泛應用于知識流模型的設計中［24-25］，其中Petri網的結構要素與知識流的結構要素被相互對應起來，用“庫所”來表示知識節點，用“變遷”來表示知識流動的條件，用庫所中的“托肯”表示知識節點中知識的數量，用“弧”上的權重對知識流進行監控［22］。

1.2 產品創新與工藝創新知識流耦合模型構建

在全球化網絡化背景下，市場信息和知識呈現指數增長，這對技術創新組織學習能力提出了更高要求［26-27］。基于日本學者Nonaka等提出的螺旋上升知識創造模型［28］，本文認為對于產品創新與工藝創新組織而言，其學習能力包含知識內化能力和知識外化能力。

基于以上的分析，本文認為產品創新與工藝創新知識流耦合模型中除了包含一般知識流模型的基本要素外，還應該包含知識節點間的耦合度C、知識節點的知識內化能力I和知識外化能力E。知識節點間的耦合度是知識節點間相互作用影響的程度，耦合度越大，知識節點間耦合關系越緊密，相互作用影響的程度越大;知識內化能力是知識節點對知識的整合和吸收能力;知識外化能力是知識節點對自身知識存量進行知識傳播的能力，參照一般知識流模型的構建思路，應用Petri網建模工具［23］，本文構建的產品創新與工藝創新知識流耦合模型如下

式中:N對應Petri網中的位置，其中產品創新知識節點(產品創新組織)用Nt表示，工藝創新知識節點(工藝創新組織)用Ns表示;知識流動條件T對應Petri網中的變遷，C為知識流動條件的權重，知識節點間的耦合關系是實現知識流動的前提，耦合度則是控制知識流量的關鍵要素;弧A對應Petri網中的弧，表示知識節點間知識的流動方向，知識內化能力I和知識外化能力E分別為輸入弧和輸出弧的權重;知識存量S對應Petri網中的標記，表示知識節點保有的知識量;知識流量F和知識流速V在模型中分別用F和V表示。

2 產品創新與工藝創新知識流耦合過程分析

2.1 產品創新與工藝創新知識流耦合過程模型構建

以Nt1與Ns1間的知識流為例，其中知識流向為Nt1→Ns1，時間節點為t0，提出模型構建的5個前提:

1)產品創新與工藝創新知識節點間不存在交流障礙，即產品創新組織與工藝創新組織不存在因地理位置差異等所導致的交流障礙;不考慮知識節點間知識轉移的時間，只對知識流量進行分析。

2)知識通過知識寬度和知識深度2個維度進行衡量，知識寬度是知識節點中知識所覆蓋的領域范圍，知識深度是知識節點在某個領域內所擁有知識的數量，反映知識所處的不同階段［29］。知識流中知識寬度和深度由輸出知識節點及節點間的耦合度決定，知識寬度w和知識深度d的函數為

3)知識寬度是技術創新中復雜技術實現整合和創新的基礎，知識深度決定了技術創新能達到的先進程度，因此知識的寬度和深度與其對技術創新的貢獻率成正比，用i表示相應知識寬度和深度中知識對技術創新的貢獻率。基于不同知識寬度和深度知識對創新的貢獻程度，知識流量和知識存量中的知識量是不同知識深度和寬度上知識量的加權總量，根據式(2)、(3)，變量F和S的函數為

4)知識節點的創新任務和知識存量存在差異，因而其知識內化能力和外化能力不同。知識內化能力和外化能力是知識節點對不同知識寬度和深度知識的內化能力和外化能力的加權值，根據式(2)、(3)，變量I和E的函數為

5)基于知識的不減性，知識節點的知識存量不會隨著知識的流出而減少，一般情況下只會隨著時間的推移而發生知識的老化或失效，本文認為知識的老化率和知識內化能力與知識外化能力乘積的平方根成反比，根據式(5)～(7)，在某一時點t0，變量S的函數為

基于以上的假設，根據式(4)、(6)～(8)，本文構建的產品創新與工藝創新知識流耦合過程模型如下

式中:Nt1流向Ns1的知識流量由Nt1的知識存量、Nt1與Ns1的耦合度以及Nt1的知識外化能力決定。Ns1作為知識流中輸入知識節點，其知識存量的大小取決于2個方面，即Ns1自身知識老化的程度和Ns1對輸入知識的知識內化能力，其知識內化能力越大，獲取的知識量就越大。基于以上模型，在產品創新與工藝創新知識流耦合過程中，知識節點間的耦合度和知識節點的知識內化能力與知識外化能力對知識流量的控制起到決定性作用，是控制知識流量和知識存量的關鍵要素。

2.2 產品創新與工藝創新知識流耦合的動態過程

基于產品創新與工藝創新知識流耦合過程模型，本文應用Petri網建模工具描繪了知識流耦合的動態過程(如圖1所示)，結合圖1進行分析，本文認為產品創新與工藝創新知識流耦合過程的動態特征表現在以下3個方面:

1)產品創新與工藝創新知識節點的數量是動態變化的。如圖1所示，產品創新知識節點Nt5是一個新的創新任務，由于創新進度的緩慢或停滯而最終被淘汰，而工藝創新知識節點Ns3隨著產品創新知識節點Nt4對其的需求而產生。

2)知識節點間的耦合度、知識節點的知識內化能力、知識外化能力和知識存量是互動變化的。如圖1所示，Nt3與Ns2間的耦合度隨著知識節點知識存量的增加而增大，Nt3的知識內化能力也隨著知識存量的增加而提高。相對于知識存量，耦合度起到的影響更加直接和顯著，Nt1和Nt2具有相同的知識內化能力和知識外化能力，由于與Ns1間耦合度的差異，Nt1的知識存量增加了，而Ns1的知識存量則因為知識老化而減少。

3)產品創新與工藝創新知識節點的創新能力是動態變化的。如圖1所示，隨著知識存量的增加，Ns2與Nt3的耦合度增大，又產生與Nt4的耦合關系，為Nt4進行產品創新提供工藝技術支持，同時獲取Nt4的相關知識，進一步增大其知識存量，這一良性循環使得Ns2的創新能力不斷提高。

圖1 產品創新與工藝創新知識流耦合的動態過程Fig.1 Product innovation and process innovation knowledge flow coupling dynamic process

3 基于耦合度的產品創新與工藝創新知識流耦合過程控制

結合知識流耦合過程模型，進行知識流耦合過程控制涉及到耦合度、知識內化能力、知識外化能力等眾多因素，而耦合度作為知識節點間產生知識流的前提，是知識流耦合過程控制的決定性因素，可見基于耦合度的產品創新與工藝創新知識流耦合過程控制是十分必要的。

為了提高企業知識流動效率，Nonaka等提出“超文本結構”組織，它由業務系統、項目團隊和知識層組成［28］，該結構形式的組織開放程度大，對知識的吸收和傳播能力強。本文認為“超文本結構”知識節點Np基于其項目團隊能夠通過知識層對不同知識層次的知識進行分類、編碼和組合，即將產品創新與工藝創新知識節點輸入的知識進行耦合匹配，并通過業務系統層將相互匹配知識節點聯系起來，為產品創新與工藝創新知識節點進行交流提供平臺。

結合上文構建的知識流耦合過程模型，引入的“超文本結構”知識節點Np，本文構建的產品創新與工藝創新知識流耦合過程控制模型如下

在上面的模型中，“超文本結構”知識節點Np對知識流耦合過程的控制表現在以下2個方面:

1)對于未建立耦合關系的知識節點，“超文本結構”知識節點的引入為知識節點提供了交流的平臺，為不存在耦合關系的知識節點挖掘潛在的耦合機會A(Tm，T)，為新興創新任務提供源源不斷的知識流入以增大其知識存量。

2)對于已建立耦合關系的知識節點，“超文本結構”知識節點不僅通過A(Tm，T)提高了知識節點間的耦合度，更拓寬了知識流中知識的深度和寬度，使得對創新貢獻率較大的知識最大化的傳遞到需要這些知識的知識節點。

4 基于耦合度的知識流耦合過程控制算例分析

本節給出具體的數值算例來檢驗并求解知識流耦合度對知識流耦合過程的影響。結合知識流耦合過程模型，設知識寬度，知識深度d=，知識對技術創新的貢獻程度i=γln(wd)。于是，對知識流耦合過程模型進行簡化如下

設St1=100，Ss1=100，α=0.4，β=0.6，γ=0.5，Et1=Is1=Es1=0.5，將其代入式(11)中，結果如表1。

表1 知識流耦合度、“超文本結構”知識節點對知識流量和存量的影響Table 1 Knowledge flow coupling degree and"hypertext construct"’s impact on knowledge flow and stock

由表1可以看出，隨著知識流耦合度的提高，產品創新與工藝創新知識節點的知識流量顯著提高，輸入知識節點的知識存量也明顯增加，可見知識流耦合度對知識節點間的知識流動產生重要影響。同時，當知識流耦合度較小時，知識存量會由于無法獲取外部知識而產生知識老化，其知識存量將減少。

然而，通過調查發現產品創新與工藝創新組織的關系并不密切，其工作不存在太多的交集，耦合關系更是無從談起。因此，引入“超文本結構”知識節點，設A(Tm，T)=(Tm－T)T/2，知識寬度:

知識深度:

對知識流耦合過程控制模型進行簡化如下

令Tm=1，將其代入上式，結果如表1。

由表1可以看出，引入“超文本結構”知識節點后，不同知識流耦合度下知識流量和知識存量都有所提高。可見，“超文本結構”知識節點對維持和提高新興創新組織的創新能力有突出效果。綜上分析結果，在制造業企業產品創新與工藝創新知識流耦合過程中，知識流耦合度發揮著關鍵作用，是影響知識流量和知識存量的核心;同時，“超文本結構”知識節點的引入能夠有效的控制知識流耦合過程，提高知識節點間的知識流耦合度，進而促進知識流量和知識存量的顯著提高。

5 結論

通過本文研究，得出以下結論:

1)通過構建產品創新與工藝創新知識流耦合模型和知識流耦合過程模型，并運用Petri網建模工具對知識流耦合過程進行模擬，本文揭示了制造業企業中產品創新與工藝創新知識節點間的耦合關系，以及知識流耦合的動態過程。研究發現，知識流耦合度是影響產品創新與工藝創新組織知識流量和知識存量的核心要素。

2)基于耦合度在產品創新與工藝創新知識流耦合過程中的關鍵作用，通過引入“超文本結構”知識節點構建產品創新與工藝創新知識流耦合過程控制模型，本文發現旨在協調不同知識節點間耦合度的“超文本結構”知識節點能夠對產品創新與工藝創新知識流耦合過程實施有效的控制，增加知識流量和輸入知識節點知識存量，進而提高產品創新與工藝創新知識節點的匹配水平。

然而，本文主要基于理論推演構建產品創新與工藝創新知識流耦合過程及控制模型，而對構建的模型缺少實證數據的支持。另外，關于本文提出的“超文本結構”知識節點，其在制造業企業的實際生產運營過程中如何實現其作用的最大化也是本文并未涉及的內容。在進一步的研究中，應搜集制造業不同行業的企業數據以驗證本文構建模型的有效性以進一步完善該模型;并探究“超文本結構”組織應如何運作以最大化地促進創新組織間的合作。

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