不同要素密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡演化研究

陳郁青，王文平，顏 超

（1東南大學 經濟管理學院，江蘇 南京211189；2揚州職業(yè)大學 管理學院，江蘇 揚州225000）

一、引 言

生產性服務活動是在產品生產和服務提供的過程中作為中間投入的服務活動。生產性服務活動在產品制造過程中出現(xiàn)在市場調研、產品研發(fā)、產品裝配以及產品營銷的整個過程，具有高度的知識化和產品差異化特征［1］。生產性服務活動可以提高工業(yè)生產各階段的運營效率，增加產品和服務的競爭力，聯(lián)系和協(xié)調企業(yè)內外部的不同活動，促進知識和技術傳遞，提升最終產出價值。

價值網絡是利益相關者相互影響所形成的價值生成、分配、轉移、使用的關系和結構［2］。產品或服務的價值由價值網絡的每個成員創(chuàng)造并經價值網絡整合而成［3］。制造業(yè)生產性服務價值活動網絡，就是制造企業(yè)及相關服務機構通過生產性服務活動整合分散化的動態(tài)操作性制造服務資源，進行高效的合作價值創(chuàng)造，并實現(xiàn)集體價值增值的網絡體系。

產品價值鏈指的是產品進入最后的消費領域前所經歷過的階段或環(huán)節(jié)，通常包括研發(fā)、生產、營銷三個階段［4］，涵蓋了產品的設計、生產、營銷、交貨等過程及其輔助過程中所經歷的許多相互分離的活動。制造業(yè)內部的每個產品價值鏈所包括的生產性服務活動形成了一個個相對獨立的產品生產性服務價值活動集，這一系列的產品生產性服務價值活動集相互聯(lián)結所形成的活動集合體即為制造業(yè)生產性服務價值活動網絡，這一網絡的演化過程涵蓋了網絡中的產品生產性服務價值活動與活動集的優(yōu)化以及活動連接關系與活動集連接關系的優(yōu)化。

價值鏈通過活動優(yōu)化可以獲得成本優(yōu)勢及差異化優(yōu)勢，從而更好地進行價值創(chuàng)造。余偉萍、崔苗探討了經濟全球化背景下基于企業(yè)能力的價值鏈優(yōu)化，提出可依照企業(yè)能力與企業(yè)活動的匹配關系對自制、合作或外包等策略進行選擇以實現(xiàn)價值鏈優(yōu)化［5］。譚忠富、張紅等對具體企業(yè)的價值鏈優(yōu)化進行了實證研究［6-7］。石文淵、趙娜研究了面向價值創(chuàng)新的企業(yè)價值活動重構問題，并提出價值因素與價值活動關系表作為價值活動重構的工具［8］。Zott C和Amit R從活動系統(tǒng)的視角分析企業(yè)業(yè)務模型，提出企業(yè)活動系統(tǒng)設計需要考慮元素和主題兩方面因素［9］。上述研究主要從企業(yè)角度探討了企業(yè)價值鏈優(yōu)化及企業(yè)價值活動系統(tǒng)架構的相關問題，產品視角的價值鏈優(yōu)化及價值活動系統(tǒng)分析尚未涉及，對于產品生產性服務價值活動集乃至制造業(yè)生產性服務價值活動網絡的研究則更加缺乏。因此，本研究擬借助遺傳算法的相關思想，通過計算機仿真實驗模擬制造業(yè)生產性服務價值活動網絡的演化過程，分析不同要素密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡的優(yōu)化過程特征。

二、研究方法

1.遺傳算法介紹

遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）是一種借鑒生物界自然選擇與遺傳機制的隨機優(yōu)化算法［10］，它借助于計算機編程，將待求問題表示成染色體（即為二進制碼或整數(shù)碼串），并將構成的一群染色體（種群）置于問題的求解環(huán)境，這些染色體通過選擇、交叉、復制、變異、適應度評價等遺傳操作得以進化，產生出更能適應環(huán)境的種群。通過不斷的迭代進化，種群將不斷收斂直至出現(xiàn)最優(yōu)解［11］。近年來，遺傳算法在經濟管理領域逐漸得到了較為廣泛的應用，大致分布于三個方面：一是利用遺傳算法的最優(yōu)解搜索能力解決經濟管理領域中的車間調度、交通規(guī)劃、物流配送等現(xiàn)實問題，二是借用遺傳算法中的種群進化思想來描述經濟管理領域中的群體性經濟個體的發(fā)展和演化問題。三是利用混合進化算法、遺傳算子改進等方法解決傳統(tǒng)遺傳算法在最優(yōu)解搜索過程中的早熟現(xiàn)象。

制造業(yè)生產性服務價值活動網絡由每個產品生產性服務價值活動集所擁有的生產性服務價值活動相互聯(lián)結而成。制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中產品生產性服務價值活動集之間的相互作用和演化關系在相當程度上類似于自然界生物種群內部的共生進化關系。在制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中，產品生產性服務價值活動集通過彼此間的合作與交叉以搜尋最優(yōu)活動集，從而實現(xiàn)個體與整體的價值最大化，在這一過程中，隨著新老產品的更替，不斷有老的產品生產性服務價值活動集被淘汰，同時也不斷有新的產品生產性服務價值活動集進入，這與自然界物競天擇、適者生存的進化規(guī)律極其相似，而網絡內產品生產性服務價值活動集間的合作伙伴選擇、生產性服務活動的建設、刪除、創(chuàng)新、學習、價值量評估等活動又可以與自然界種群內的選擇、交叉、復制、變異、適應度評價等遺傳操作過程相匹配（圖1）。

圖1 物種演化和制造業(yè)生產性服務價值活動網絡演化

2.制造業(yè)生產性服務價值活動網絡的遺傳元素

（1）染色體：在生物學中指生物細胞中所含的某種絲狀化合物，是遺傳物質的主要載體，由多個遺傳因子組成。帶有特征的染色體實體又可稱作個體，遺傳算法中的染色體形式通常為一個“串”，一個“串”代表問題的一個解，在算法中一般為二進制。在制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中，遺傳操作的染色體為產品生產性服務價值活動集（圖2）。

圖2 制造業(yè)生產性服務價值活動網絡染色體和基因示意圖

（2）基因：是構成染色體的基本元素，可以表現(xiàn)個體的特征。基因串是染色體的基本形式，串的長度稱為基因數(shù)。基因在串中的位置稱為該基因的基因位，通常從左到右計算。除基因位值外，每個基因還擁有對應的遺傳信息。在制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中，按照產品價值鏈順序排列的生產性服務價值活動構成該產品生產性服務價值活動集的基因鏈，生產性服務價值活動就是該基因鏈的基因，每個基因位值為“0”（存在）或“1”（不存在），記載的遺傳信息為活動價值產出系數(shù)、活動資源投入量等。

（3）種群：帶有特征的染色體實體的集合，即個體的集合，有時也被稱為個體群。種群規(guī)模指種群內個體的數(shù)量。制造業(yè)生產性服務價值活動網絡是由產品生產性服務價值活動集個體組成的種群。

三、仿真模型與算法實現(xiàn)

在以產品生產性服務價值活動集作為染色體的制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中，每個產品生產性服務價值活動集包含的生產性服務價值活動按照產品價值鏈順序排列便可組成該產品生產性服務價值活動集的基因鏈，每個生產性服務價值活動也是該基因鏈條上的一個基因。

對于產品價值鏈i（i＜Nt），令其生產性服務價值活動集為：

則產品生產性服務價值活動集的遺傳染色體為［0，1，0，0…1，0，1…1，0，1］1×20，基因位值為0代表不擁有該位置上的某類生產性服務價值活動，基因位值為1代表擁有該位置上的某類生產性服務價值活動。此外，每個位值為1的基因還記錄了生產性服務價值活動價值產出系數(shù)、生產性服務價值活動資源投入量等相關的遺傳信息。以產品生產性服務價值活動集i為例可設置各項參數(shù)如下：

假設在t時刻，某制造行業(yè)內共擁有產品生產性服務價值活動集Nt個，產品價值鏈i的生產性服務價值活動集為，設其生產性服務價值活動集的全集為At＝∪∪∪…∪，并設At的元素個數(shù)為nt，在這種情況下可以用一個1×nt的（0，1）矩陣來表示所有產品的生產性服務價值活動集，每個矩陣元素代表該制造業(yè)內的一類生產性服務價值活動。對于矩陣上的某個元素，若是產品價值鏈i有該類生產性服務價值活動，則在矩陣的位置值為1，否則為0，即：

根據(jù)生產過程中的資本、勞動、技術等要素密集度的不同，可以將制造業(yè)類型分為勞動密集型、資本密集型和技術密集型。這三類產業(yè)的工業(yè)化成熟程度與工業(yè)品市場競爭激烈程度各不相同，產業(yè)內主要產品的生產性服務價值活動集同質化程度也不一樣。一般來說，工業(yè)化成熟程度與工業(yè)品市場競爭激烈程度越高，產業(yè)內主要產品的生產性服務價值活動集所包含的生產性服務價值活動類別就越趨于同質化。因此，本文設立了產品生產性服務價值活動集的同質化參數(shù)p，并將之作為某類生產性服務價值活動的存在概率。根據(jù)不同要素密集型制造業(yè)發(fā)展的實際狀況，同質化參數(shù)p從低到高依次分別對應技術密集型、資本密集型和勞動密集型制造業(yè)。

本文在柯布-道格拉斯生產函數(shù)的基礎上生成制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中產品生產性服務價值活動集的價值創(chuàng)造函數(shù)，并將之作為個體適應度的評價指標：

本文采用C＃高級程序設計語言實現(xiàn)仿真過程，具體步驟如下：

（1）種群初始化：以某時刻t為邏輯上的時間起點（研究的起始時刻），對t時刻種群內個體進行逐一描述，也即按一定規(guī)則集中設置t時刻制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中各產品生產性服務價值活動集，并將其作為優(yōu)化的基本單元。

（2）合作對象選擇：選擇過程指以一定概率從種群中選擇若干個體的操作。由于內外部經營環(huán)境的變化和自身資源能力的限制，制造企業(yè)需要不斷對產品生產性服務價值活動集進行優(yōu)化和調整以整合優(yōu)質資源，實現(xiàn)利潤最大化的目標。這一優(yōu)化和調整的過程也就是制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中各產品生產性服務價值活動集之間的合作交流過程。根據(jù)現(xiàn)實背景，本文假設每一階段制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中的產品生產性服務價值活動集都會選擇特定的合作對象進行交流，如兩者合作意愿之和大于闕值則可以完成價值活動的更新和活動集的優(yōu)化。

（3）染色體（活動集）交叉和復制：有性生物繁殖后代時兩個同源染色體（父代）之間通過交叉來完成基因重組，并通過復制將遺傳物質DNA轉移到新細胞中，從而形成新的染色體（子代），子代染色體通常可繼承父代雙方染色體的基因特征。在制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中，當企業(yè)基于各種考慮對其產品生產性服務價值活動集進行優(yōu)化和調整時，各個產品生產性服務價值活動集（染色體）中的特定生產性服務價值活動（基因）將會產生各種交叉關系。染色體交叉（基因重組）和復制可使個體自身及交叉?zhèn)€體的優(yōu)秀基因同時遺傳給子代，是自然界物種遺傳的核心環(huán)節(jié)。對于制造業(yè)生產性服務價值活動網絡而言，各個產品生產性服務價值活動集可以通過和其他活動集的交叉和復制將優(yōu)質生產性服務價值活動傳遞給下一代，本文設定的產品生產性服務價值活動集交叉和復制活動主要有刪除、建設、創(chuàng)新、學習等（圖3）。

圖3 產品生產性服務價值活動集交叉示意圖

（4）活動（基因）變異：細胞在復制時可能產生很小概率的差錯，從而使DNA發(fā)生變異，產生出具有不同性狀表現(xiàn)的新染色體，這種變異既可能導致某種能力新生或增強，也可能導致某種能力的缺失或缺陷。在制造業(yè)生產性服務價值活動網絡中，外部產業(yè)結構調整、產業(yè)技術創(chuàng)新以及內部突破式創(chuàng)新等因素都可能導致各個產品生產性服務價值活動集合作交互過程中原有活動的變異，這種變異既可能是新型生產性服務價值活動的誕生，也可能是原有生產性服務價值活動的喪失。

（5）活動集適應度評價：適應度是某一個體對環(huán)境的適應程度。在遺傳算法中需對每一次種群迭代后染色體的適應度值進行計算，以檢查是否滿足終止或新增條件。在制造業(yè)生產性服務價值活動網絡的演化過程中，企業(yè)在每一階段內都會重新評價產品生產性服務價值活動集，并根據(jù)評價結果對其進行戰(zhàn)略性調整，這種調整既可以是產品生產性服務價值活動活動集的整體調整，也可以是某一生產性服務價值活動單元的調整。

四、仿真結果分析

1.網絡規(guī)模變化趨勢

取初始規(guī)模為200的種群，按研究設定仿真規(guī)則執(zhí)行1000次迭代，不同要素密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡中產品生產性服務價值活動集數(shù)量的變化趨勢為：技術密集型制造業(yè)，在達到200次左右的迭代之前活動集數(shù)快速增長，隨后進入震蕩階段，在650次左右的迭代之后，活動集數(shù)量呈少量增長與減少的交替狀態(tài)。資本密集型制造業(yè)，在達到100次左右的迭代之前活動集數(shù)量快速增長，隨后進入震蕩階段，在600次左右的迭代之后，活動集數(shù)量呈少量增長與減少的交替狀態(tài)。勞動密集型制造業(yè)，在達到350次左右的迭代之前活動集數(shù)量快速下降，在650次左右的迭代之后，活動集數(shù)量呈少量增長與減少的交替狀態(tài)。網絡規(guī)模的另一參數(shù)生產性服務價值活動數(shù)量的變化趨勢大致與活動集數(shù)量的變化趨勢相同，但生產性服務價值活動數(shù)量的變化約比活動集數(shù)量的變化滯后50次左右（圖4-圖6）。

上述現(xiàn)象可解釋為：技術密集型制造業(yè)生產流程與技術穩(wěn)定程度較低，產品線不夠豐富，產品生產性服務價值活動集所包含的生產性服務價值活動種類不夠完善，而較高的產品市場推廣和工藝創(chuàng)新強度又使得產品生產性服務價值活動集之間的合作交叉頻繁，給生產性服務價值活動網絡帶來了很大的初期規(guī)模發(fā)展空間，經過一段時間的迅速發(fā)展以后，產業(yè)工業(yè)化成熟程度與工業(yè)品市場競爭激烈程度不斷提高，網絡規(guī)模逐步下降后保持穩(wěn)定。資本密集型制造業(yè)技術已日趨成熟，市場迅速擴張，產品線比較豐富，生產性服務價值活動集所包含的生產性服務價值活動種類也逐漸完善，這一階段較高的產品多樣化和差別化的要求需要產品生產性服務價值活動集之間繼續(xù)保持較為頻繁的合作交叉，導致生產性服務價值活動網絡規(guī)模仍有一段時間的迅速增長，隨著產業(yè)工業(yè)化成熟程度的提高與工業(yè)品市場競爭日益激烈，網絡規(guī)模逐步下降后保持穩(wěn)定。勞動密集型制造業(yè)市場進入飽和狀態(tài)，產品差異性很小，同質化程度很高，產品生產性服務價值活動集所包含的生產性服務價值活動種類已相當完善，產業(yè)增長規(guī)模趨于穩(wěn)定，市場集中度提高，競爭加劇使得舊的產品和競爭力不強的廠商開始被淘汰，導致生產性服務價值活動網絡規(guī)模逐步下降，當市場結構完成向壟斷競爭過渡后，生產性服務價值活動網絡規(guī)模基本保持穩(wěn)定。

圖6 生產性服務價值活動網絡總價值創(chuàng)造量變化趨勢

2.總價值創(chuàng)造量變化趨勢

不同要素密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡總價值創(chuàng)造量變化趨勢為：技術密集型制造業(yè)，網絡初始總價值創(chuàng)造量最低，在達到250次左右的迭代之前網絡總價值創(chuàng)造量快速增長，隨后進入震蕩階段，在550次左右的迭代之后，網絡總價值創(chuàng)造量呈少量增長與減少的交替狀態(tài)。資本密集型制造業(yè)，網絡初始總價值創(chuàng)造量較低，在達到150次左右的迭代之前網絡總價值創(chuàng)造量快速增長，隨后進入震蕩階段，在600次左右的迭代之后，網絡總價值創(chuàng)造量呈少量增長與減少的交替狀態(tài)。勞動密集型制造業(yè)，網絡初始總價值創(chuàng)造量最高，在達到350次左右的迭代之前網絡總價值創(chuàng)造量快速下降，在350次左右的迭代之后，網絡總價值創(chuàng)造量呈少量增長與減少的交替狀態(tài)。

由于網絡規(guī)模的增長與下降可在相當程度上引起網絡總價值創(chuàng)造量的增長或減少，上述現(xiàn)象的出現(xiàn)與網絡規(guī)模變化的規(guī)律密不可分。初始網絡總活動數(shù)決定了初始網絡總價值創(chuàng)造量的大小，因此勞動密集型制造業(yè)生產性服務價值活動網絡初始網絡總價值創(chuàng)造量最大，資本密集型制造業(yè)次之，技術密集型制造業(yè)最小。此外，不同要素密集型制造業(yè)的網絡總價值創(chuàng)造量變化趨勢又各有特點：產品工藝創(chuàng)新和市場推廣是技術密集型制造業(yè)的核心任務，這些任務必須由相關的生產性服務活動完成，而位于價值鏈上游從事產品與工藝技術研發(fā)的生產性服務價值活動和位于價值鏈下游的圍繞產品銷售的商貿類型生產性服務價值活動又恰是產品生產性服務價值活動集中價值系數(shù)和價值產出最高生產性服務活動，上述兩類活動規(guī)模的擴張加速了網絡總價值創(chuàng)造量的提升。資本密集型制造業(yè)著力于產品創(chuàng)新和生產效率的提升，而這又需要有關產品與工藝技術研發(fā)的生產性服務價值活動與之配合，加之這一階段市場容量的迅速擴張也帶來了對商貿類型生產性服務價值活動的巨大需求，因此這一階段網絡總價值創(chuàng)造量仍有相當程度的提升空間。勞動密集型制造業(yè)已經具有相當高的生產性服務活動同質化程度，市場飽和以及生產能力過剩導致生產性服務價值活動網絡規(guī)模急劇萎縮，僅在過程創(chuàng)新方面有部分新增服務需求，從而導致網絡總價值創(chuàng)造量迅速下降并在市場高度集中后處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.生產性服務價值活動與活動集平均價值創(chuàng)造量變化趨勢

不同要素密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動與活動集平均初始價值量從高到低依次為：勞動密集型、資本密集型、技術密集型。三種不同要素密集型制造業(yè)的產品生產性服務價值活動與活動集平均價值創(chuàng)造量均呈現(xiàn)提升——穩(wěn)定的發(fā)展趨勢。從提升程度來看，技術密集型制造業(yè)活動平均價值創(chuàng)造量最大，資本密集型制造業(yè)與勞動密集型制造業(yè)接近；技術密集型制造業(yè)活動集平均價值創(chuàng)造量最大，勞動密集型制造業(yè)次之，資本密集型制造業(yè)最小（圖7-圖8）。

圖7 生產性服務價值活動平均價值創(chuàng)造量變化趨勢

圖8 產品生產性服務價值活動集平均價值創(chuàng)造量變化趨勢

上述現(xiàn)象可解釋為：技術密集型制造業(yè)產品價值鏈以及生產性服務價值活動的同質化程度較低，產品生產性服務價值活動集所包含的價值活動類型也很少，因此其生產性服務價值活動與活動集平均初始價值量最低但提升空間最大；資本密集型制造業(yè)產品價值鏈以及生產性服務價值活動同質化程度較高，產品生產性服務價值活動集所包含的價值活動類型開始完善，因此其生產性服務價值活動與活動集平均初始價值量和提升程度均小于技術密集型制造業(yè)；勞動密集型制造業(yè)產品價值鏈以及生產性服務價值活動的同質化程度很高，產品生產性服務價值活動集所包含的價值活動類型也最為豐富，使得其生產性服務價值活動與活動集平均初始價值量最高，成熟后期的壟斷競爭現(xiàn)象又使其活動與活動集平均價值創(chuàng)造量得到了額外的提升空間，從而使其提升程度接近甚至超過了資本密集型制造業(yè)的水平。

五、結論與展望

本研究基于遺傳算法分析了不同要素密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡的演化過程，指出制造業(yè)生產性服務價值活動網絡的優(yōu)化是通過產品生產性服務價值活動集染色體之間的選擇、交叉、復制、變異等遺傳操作實現(xiàn)的，計算機仿真實驗結果顯示：技術密集型和資本密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡規(guī)模和總價值創(chuàng)造量呈現(xiàn)出增長——震蕩——穩(wěn)定的演化趨勢，勞動密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡規(guī)模和總價值創(chuàng)造量呈現(xiàn)出震蕩——穩(wěn)定的演化趨勢；勞動密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡初始網絡總價值創(chuàng)造量最大，資本密集型次之，技術密集型最小，技術密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡總價值創(chuàng)造量的提升空間高于資本密集型制造業(yè)；勞動密集型制造業(yè)的生產性服務價值活動網絡初始生產性服務價值活動與活動集平均價值創(chuàng)造量最大，資本密集型次之，技術密集型最小，三者生產性服務價值活動與活動集平均價值創(chuàng)造量均呈現(xiàn)提升——穩(wěn)定的發(fā)展趨勢；技術密集型制造業(yè)活動平均價值創(chuàng)造量提升程度最大，資本密集型與勞動密集型接近；技術密集型制造業(yè)活動集平均價值創(chuàng)造量提升程度最大，勞動密集型次之，資本密集型最小。本研究還可以在以下三個方面得到拓展：（1）由于本文假設市場空間和資源數(shù)量相對穩(wěn)定，未引入其他外部因素沖擊變量，內部活動的遺傳操作設置也相對簡單，生產性服務價值活動網絡衰退、消亡或蛻變躍升的現(xiàn)象沒有出現(xiàn)。（2）本研究僅考慮了網絡中生產性服務價值活動間的遺傳交叉關系，對于生產性服務價值活動與制造業(yè)其他價值活動間的共生衍化關系尚未涉及。（3）本研究僅采用計算機仿真方法得到了一些規(guī)律性的結論，對于現(xiàn)實中有關產業(yè)的具體情況還有待于通過實證研究得到進一步驗證。

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