區域創新系統協同演進研究

蘇　屹 ，姜雪松，雷家骕，林周周

(1.哈爾濱工程大學經濟管理學院，黑龍江　哈爾濱　150001；2.清華大學經濟管理學院，北京　100084)

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區域創新系統協同演進研究

蘇屹1,2，姜雪松1，雷家骕2，林周周1

(1.哈爾濱工程大學經濟管理學院，黑龍江哈爾濱150001；2.清華大學經濟管理學院，北京100084)

摘要：區域創新系統是一個結構復雜、功能多樣的復雜社會系統，其主要包含創新主體子系統、創新資源子系統、創新環境子系統三個部分，并具有非線性、不確定性、自組織性、涌現性等復雜性系統特征，傳統的還原論和線性處理方法無法全面地解決這一問題。借鑒B-Z反應這一非線性化學反應，選擇創新效果、創新潛力、創新配置三個狀態變量隱喻B-Z反應中的三種主要物質，外界綜合投入指數隱喻B-Z反應的控制參數，三個狀態變量的調整參數隱喻B-Z反應中的反應速率，構建區域創新系統協同演進模型，并進行實證研究。研究結果表明：一方面，從演進閾值增減性來看：近一年的發展中，黑龍江、江蘇、廣東、廣西、海南、貴州、甘肅、寧夏、青海9個省級行政區的閾值增大，說明經過一年的發展，9個省級行政區域相對于上一年遠離了區域創新系統的演進點。另一方面，從演進閾值大小來看：創新能力較強省份和創新能力較弱省份的區域創新系統的閾值趨于兩極化，創新能力較強省份的閾值部分極大，部分極小；創新能力較弱省份也出現了同樣的狀況。在實證研究的基礎上，結合區域創新系統的三個狀態變量(創新效果、創新配置、創新潛力)，從增強創新效果、優化創新配置、提升創新潛力三個方面提出促進我國區域創新系統的協同發展對策。

關鍵詞：區域創新系統；協同演進；協同學；B-Z反應

一、引言

區域創新系統是創新型國家建設的基礎，是科技創新的基石，是經濟發展的催化劑與助推器，對我國科技進步和社會經濟發展具有重要的促進作用[1-2]。區域創新系統是國家創新系統的重要支撐，如何實現區域創新系統創新效率的提高、創新成本的降低，以及各種資源、知識、信息的整合，是提升區域整體創新水平的關鍵[3-4]。創新能力一直是學術界關注的重點問題，按照研究范圍的不同可以將其劃分為宏觀(國家創新體系)、微觀(區域創新系統)兩個層面。以知識為基礎時代的到來，使得國家創新系統應運而生[5]。學者們較多關注創新主體的問題，而對于如何構建一個有效的國家創新體系并不那么熱衷[6-8]。國家創新體系可以從狹義和廣義兩個方面來理解，廣義的概念涵蓋了所有直接或者間接和創新過程相關的主體，狹義的理解那些直接與創造知識和使用知識相關的主體[9]。通過對國家創新體系的進一步研究發現，在中等的創新投入的條件下，可能產生令人可觀的創新受益(Andersson and Mahroum，2008)，這不禁引起了學者們的注意(Archibugi and Coco，2004；Archibugi，2009，Mahroum，2013)，他們對國家創新體系的績效指標問題進行了詳細的研究，從實證分析的角度探討不同國家之間創新能力差異的原因[10-13]。

然而，一些專家也指出區域化的研究更為重要，在全球化的背景下，國家這一層級對于經濟、R&D和創新活動影響的重要性正在逐漸衰減[5]，區域創新的研究得到學者越來越多的關注[14-18]。區域創新對于地區經濟發展績效的推進作用漸漸突顯[19]，從相對宏觀的視角來看，區域創新系統的核心組成包括公共部分、私人部分，公共-私人部分[20-21]，從要素視角來看，其主要構成要素包括創新環境、大學、公共機構和企業(Buesa，2006)[22]。理論與實證研究表明大學機構的學術研究質量、集中度和外商投資是影響區域創新能力最重要的因素[23-25]，區域資源、行為主體能力、主體之間互動能力、研究制度、教育制度和技術轉移制度等方面是造成區域創新差異的關鍵影響因素[26-27]，一國的區域差異越大越應該采用區域創新系統來進行研究[22]。Mikel Buesa(2010)應用知識生產函數進行分析，指出國家環境、區域環境、創新企業、大學、研發機構對區域創新能力具有重要的影響[23]。學者們對區域創新系統的創新能力(王銳淇，2010；Holger，2010；蘇屹，2015)、創新績效(Zabala Iturriagagoitia，2007；蘇屹，2014)問題給予了極大關注，產生了一大批有代表性的研究成果[29-32]。然而，這些研究均是建立在線性思維的基礎之上的，以還原論的思想來研究區域創新系統，對區域創新系統的復雜性有所涉獵但未深入研究。區域創新系統的發展過程并不一定遵循線性演化過程(Lee,2001)，其可能出現某階段的躍遷，實現跨越式發展[33]。因此，需要從系統科學的視角對區域創新系統問題進行更加深入的剖析[34]。本文將基于B-Z反應，研究區域創新系統的協同演進問題，構建基于B-Z反應的區域創新系統協同演進方程，并進行實證研究。通過復雜性科學理論、協同學理論來構建區域創新系統協同演進分析框架，為系統科學進一步應用于區域創新系統的研究奠定一定的基礎。

二、基于B-Z反應的區域創新系統協同演進模型構建

(一) B-Z反應與隱喻

協同學是自然科學與社會科學相結合的一門橫斷科學，它研究的是系統從無序向有序轉變這一過程中的規律與特征[35-36]。協同學主要揭示了自然界和人類社會一個普遍存在的原理：初始結構→不穩定性→新的穩定結構，也就是一個系統內的狀態變量和控制變量之間的協同作用使原有結構演化為新的穩定結構，并決定這個新的穩定結構的狀態。系統的演化既包含偶然性因素，也包含了必然因素，偶然是在不穩定的狀態下會隨機產生某種狀態的萌芽，而某種狀態參量在系統的演化中被大多數子系統響應從而演化為新的結構，推動系統形成新結構的關鍵參量就叫做序參量。Belousov-Zhabotinskii(B-Z)反應主要是指丙二酸等有機酸在金屬鈰離子作為催化劑時被溴酸氧化的一系列復雜反應的總稱[37]，其被認為是研究遠離平衡態的化學體系中非線性行為的實驗和理論模板[38]。B-Z反應的主要機理是FKN機理，由Field、Koros和Noyes提出，該機理說明的是硫酸介質中的金屬鈰離子作催化劑條件下丙二酸被溴酸氧化。一般認為該機理由三部分組成Br-的消耗，HBrO2的自催化以及Br的再生過程，一般稱為過程A、過程B、過程C。

(C)2Ce(IV)+BrMA+MA→Br-+2Ce(III)+others。

在復雜科學的研究中，學者們普遍采用隱喻的方式進行研究，即利用隱喻來進行復雜性的刻畫和理論描述，更清晰、直觀地體現難以理解的復雜性和相關理論[39]。隱喻往往能提供一個新的解決問題的思路，在未知的領域通過已知的事物的類推將其中的復雜性轉化為簡單問題進行研究。在區域創新系統演進研究中可利用隱喻建立B-Z反應和區域創新系統演進的聯系，將復雜的系統轉換為化學反應這一直觀概念。把B-Z反應看作一個系統的話，那這個反應系統是一個具有典型自組織性質的系統，宏觀空間上的結構是由于大量微觀粒子的自組織運動所產生的，在B-Z整個反應過程中，起決定性作用的三種粒子是Br-、HBrO2、Ce(IV)。那么也就是說從協同學的角度來看待B-Z反應，其慢變量，也就是序參量就是以上三種粒子。從微觀上來看，各粒子在不斷地做無規則運動，無法對其進行準確詳盡的描述，是無序狀態。但從宏觀上看，該反應有一定的周期性，其紅-藍變化是反復出現的，因此從空間和時間上都是有序的。B-Z反應的這一特點與區域創新系統的演化是有著相似之處的：第一，B-Z反應是微觀各粒子之間的無規則運動，而區域創新系統是各主體之間都在自身的職責范圍內發揮著不盡相同的作用，各主體并沒有有序的行為；第二，B-Z反應呈現出花紋圖案并呈現出周期性規律，形成有序的空間結構，而區域創新系統在各主體的配合下，互相協作，有效地提升了創新能力，具有明顯的協同效應。

(二)適用性分析

B-Z反應是協同學的經典模型，是復雜性科學的一種處理方法，主要用于復雜系統相關問題的研究。復雜性科學就是以復雜系統為研究對象，以不同于還原論線性理論的新思想——非線性思想為特征，將探索和解釋復雜系統運行規律視為主要任務，以提升人類了解世界、探究世界、改造世界的能力為主要目的的一種新興的、具有分散性和學科互涉性的科學研究理論[40-42]。區域創新系統是一個具有非線性、不確定性、自組織性、涌現性的復雜系統，協同學的非線性思維可以有效地研究區域創新系統的內部的關系，解決創新系統協同演進的問題[43-48]]。協同學表示在某一系統中各子系統之間的競爭、合作關系的科學，協同學研究的對象既可以是自然界的系統，也可以是社會中的系統[49]。區域創新系統中不同主體間的配合和協作，各企業之間存在著競爭，也存在著相互協調合作。B-Z反應協同學模型可以很好地解決區域創新系統的演進問題。從區域創新系統的演進過程來看，區域創新系統是從開始的漸變逐步引發了系統的突變，在突變后又形成了新一輪變化的循環。這個演進過程也是連續的，不可分割的。以系統科學的角度觀察區域創新系統，可以發現區域創新系統是具有復雜性的，區域創新系統的內部存在著漲落變化，在外界綜合投入的變化中，區域創新系統可以從某一狀態演變躍遷至更高級的狀態。這個過程是一個復雜的、動態的、具有自組織性狀的系統過程，是在各子系統的相互聯系、相互作用下形成的。這一系列的特征完全符合協同學的研究特點，因此利用協同學理論去研究區域創新系統的演進問題，可以更有效地了解區域創新系統演進的本質。

1.協同過程

區域創新系統協同概念繼承了熊彼特的思想，是生產要素重新組合思想的進一步發展，主要強調了要素的非線性組合和系統的自組織特性[50]。區域創新系統是一個復雜的巨系統，區域創新系統的協同是各子系統在非線性的相互復雜作用下形成了單個子系統所無法達到的整體協同效應的過程。從資源要素的角度來看區域創新系統協同，可以概括為：在區域內各資源要素的相互作用，形成資源要素的優化配置與組合和各資源要素在創新主體間的流動與應用，形成資源要素的充分利用。區域創新系統的三大子系統都從不同的角度影響著區域創新系統的協同，首先是區域創新主體子系統，區域內的企業、大學、科研院所、政府、中介機構、金融機構實現建立各主體間的聯系，實現各主體功能的銜接和互動協調，稱之為區域創新主體子系統間的協同；其次是區域創新資源子系統，包括了區域內的人力、資本、知識、技術、信息等，這些資源型要素在區域內形成有效的組合，以最優的組合形式在區域內流動并被各創新主體所應用，實現其功能，其中有三種組合方式，第一種是要素之間的一般組合，第二種是要素間的非線性組合，第三種是要素之間的自組織組合，這一過程稱之為區域創新資源子系統的協同；最后是區域創新系統環境子系統，這其中包含了區域文化、區域政治、區域制度、區域組織之間與整個區域創新系統的協調發展。這三大子系統之間也存在著復雜的相互作用，在創新環境子系統的影響下，創新資源子系統與創新主體子系統融合，形成創新成果促進區域經濟發展。按照協同學的觀點，協同是系統中內部各要素或各子系統按照復雜的非線性方式相互作用、協調配合和同步，產生主宰系統發展的序參量，支配系統向有序穩定的方向發展，進而使系統整體功能放大或倍增，即實現“1+1>2”的協同效應。所以說，區域創新系統協同可以說是“生產要素重新組合”的升華，是更高級的組合。區域創新系統協同是區域內協調合作，同步發展的高級形態，區域創新系統協同通常可以實現多項功能的整合，促進區域內的優勢互補、合作共贏，進而形成協同效應。

第一，區域創新系統協同過程主要是資源在競爭機制和合作機制下的要素匹配。區域創新系統內的合作機制、競爭機制都是復雜的作用過程，各子系統的相互作用是實現無序走向有序的主要途徑。在這一過程中，區域創新系統的資源要素具有較強的活力，區域創新系統內部尋求的是資源的組合，使區域內的資源利用率達到最高。各資源要素在這一過程中形成了互補關系，逐漸產生影響區域創新系統演進發展的序參量，支配著系統從無序走向有序，產生協同效應。第二，區域創新系統協同演進的過程中，單純的要素組合是遠遠不夠的，區域創新系統是一個復雜的巨系統，非線性關系是要素之間最明顯的體現，要素之間的非線性組合關系是區域創新系統協同的本質所在。在協同演進過程中，區域創新系統要素并不僅僅是簡單的組合，而是尋求一種最優組合，這樣的最優組合實現了區域創新系統的協同效應。第三，要素最優的組合過程中需要體現出交互性和同步性。區域創新系統是一個復雜的巨系統，在這個系統實現協同效應的過程中并不能僅僅依靠某幾個要素的最優組合，需要實現的是區域內眾多要素的共同最優組合。交互性體現在眾多要素形成非線性的復雜關系促進協同效應的產生。同步性體現在同一時點要素的共同最優配置。這樣就能夠使系統在空間上形成協調一致的整體運動，從無序走向有序，實現協同效應。

2.協同關系

區域創新系統是一個復雜的系統，包含了創新主體系統、創新資源系統和創新環境系統。在這個系統中各主體要素、各資源要素、各系統之間都存在著協同關系。從區域創新系統各子系統的視角來看，企業是核心主體。在一個區域創新系統中，企業分布在該區域的各行各業，企業之間既包含了垂直的上下游關系，也包含了平行的競爭與合作關系，無論是垂直還是平行的各企業間都存在著協同關系。圍繞在企業周圍的是區域創新系統內的其他主體，如提供輔助性服務的中介機構，主要存在著和企業及大學、科研院所之間信息傳遞的協同關系，金融機構實現了與企業及大學、科研院所間資金的協同，大學及科研院所之間的合作與信息的交流實現了二者之間的協同，同時又將知識、技術、人才輸入到各主體中，形成與其他主體的協同。政府作為宏觀的調控者，建立基礎設施，提供政策、環境之間的協同關系如圖1所示。

區域創新系統的各子系統之間是具有明顯的相互作用，在這種相互作用下區域創新系統的整體功能絕不只是子系統的簡單加總，具有明顯的協同效應。

(三)狀態變量的選擇與序參量的確定

狀態變量是完整描述系統運動的一組變量，它能夠確定系統未來的演化行為。所以，找到區域創新系統的狀態變量，就要明確區域創新系統的運行過程。區域創新系統是一個復雜的系統，可以將區域創新系統的主要運行過程概括為下述幾個階段，如圖2所示。

首先，創新環境子系統中的資源被輸入至創新主體子系統中的各個主體當中，引起了區域創新系統內部的合作、競爭等一系列復雜的關系。這一階段主要是資源輸入到各主體當中，我們用創新配置狀態描述這一階段，它表示了區域創新系統各主體間的合作及資源在其中的配置。

然后，創新主體之間的復雜作用，資源的有效配置和流動形成了區域創新系統的實際產出。這一階段資源轉化為了實際產出成果，我們用創新效果狀態描述這一階段，它表示了區域創新系統的實際產出成果的數量。

最后，這些新產生的成果與新的資源再一次回到創新環境中，繼續循環這個過程。但這一階段的區域創新系統已經相對于上一次的循環更高級。這一階段主要是區域創新系統的資源再配置與成果的再增加，我們用創新潛力狀態來描述這一階段。它表示了區域創新系統的發展速度。

序參量是區域創新系統的狀態變量，是決定區域創新系統協同演化的慢變量。區域創新系統存在著自組織運動，當控制變量達到閾值條件時，區域創新系統會向更高級的狀態演化。從動態視角來看，創新潛力代表了區域創新系統的發展速度，說明的是區域創新系統下一個時間點的狀態，而區域創新系統的協同演進的研究也是為了在未來的某時間節點區域創新系統能夠實現協同，而創新潛力恰恰是對區域創新系統未來狀態的描述，未來區域創新系統的成果產出、配置情況都是由創新潛力決定的，創新潛力也就成為了主要影響區域創新系統演化的變量，它具有區域創新系統序參量的特征。因此，本文認為創新潛力就是區域創新系統協同演進的序參量。

(四)Logistic演化方程模型

圖1　協同視角下的區域創新系統

圖2　區域創新系統運行簡圖

創新配置對創新潛力的影響并非簡單的線性關系，在初始狀態，其會對創新潛力產生積極的影響，從時間維度來看，創新潛力會影響創新效果，而創新效果并不對創新的潛力產生直接影響。由此可得在外界投入為θ的條件下，狀態變量q1的Logistic演化方程為：

表1　區域創新系統各變量表

(1)

對于創新配置狀態q2而言，區域創新系統創新配置是產生實際創新成果，是促進區域創新系統發展的基礎。因此，q2的演化過程同時受到區域創新潛力狀態、區域創新效果狀態以及自身的共同影響，在外界投入為θ的條件下，創新配置狀態q2的Logistic演化方程為：

(2)

區域創新系統創新效果狀態q3的演化過程僅與自身狀態和創新潛力相關。區域創新系統的創新配置情況往往很難決定當期的創新效果，因此本文認為，創新配置不對創新效果產生直接的影響。區域創新系統的創新潛力對創新成果的產出具有正向的推進作用，創新潛力越大，則創新效果越好。創新效果狀態q3的Logistic演化方程為：

(3)

根據上述分析，由方程(1)、(2)、(3)可得區域創新系統協同演化方程如下：

(4)

其中η1，η2，η2是常數，θ，α，β，γ定義如下：

公式(4)是區域創新系統的協同演化方程，該公式可以描述區域創新系統的演化過程，利用創新潛力、創新配置、創新效果三個狀態變量模擬了區域創新系統通過協同作用發展的狀態。通過公式(4)與B-Z反應模型的演化動力學方程模型比較，可以看出，區域創新系統的演化方程與B-Z反應模型具有相似性。二者都是復雜系統，都有三種主要的變量，外界投入的綜合指數相當于化學反應中的控制參數，而α,β,γ則對應了B-Z反應中的反應速率。同時，我們設定：

η1=2,l=2表示區域創新系統的協同狀態；

η2=1表示區域創新系統在無外界影響下可維持現狀；

η3=2表示區域創新系統有較強的能力發展為更高級的有序狀態[51]。

所以可以將公式(4)轉化為B-Z反應模型動力學方程為基礎的區域創新系統協同演化模型，如下所示：

(5)

從這一過程中可以看出，區域創新系統和B-Z反應具有相似的復雜性，同時，前文敘述了區域創新系統的特征，包括了非線性、失衡性、開放性、漲落性，這為利用協同學研究區域創新系統協同演進奠定了基礎。在分析復雜系統的過程中引入協同學方法，利用線性穩定性分析、絕熱消去原理方法對區域創新系統協同演化模型進行分析。

(五)線性穩定性分析

在區域創新系統的演進過程中，從失衡的狀態到有序的狀態這一轉變過程中會出現漲落，通過漲落可以使控制變量突破閾值，從而實現系統在序參量的作用下形成自組織。閾值是使區域創新系統進入更高級有序狀態的條件，那么確定這個閾值就可以確定控制變量達到什么程度時系統可以實現自組織。協同學中的線性穩定性分析可以確定區域創新系統協同演進的閾值。

線性穩定分析主要通過建立擬擾動項，利用定態解將演化方程線性化并寫成矢量形式。一個系統在失穩的條件下才可以達到閾值，特征根有負實部時系統才會達到失穩條件。根據胡維茨判別法可以得到不等式組[51]，從而最終得出閾值條件為：

θ=γ/(α+β)

(6)

(六)絕熱消去原理的應用

絕熱消去原理的目的就是通過處理將復雜大量的偏微分方程轉化為只有序參量的演進方程，將復雜問題轉化為簡單問題。快變量并不在系統的演進過程、臨界特征、系統演進等方面起主要作用，所以可以通過一定的處理使快變量的時間微商等于零，將得到的關系式代入其他方程，從而消去快變量的變化對系統演進的影響，突出在整個過程中處于主導地位的慢變量，得到只有慢變量的演進方程——序參量方程。

前文構建了擁有三變量的區域創新系統協同演進模型，由q1,q2,q3分別表示創新潛力，創新配置，創新效果。創新潛力作為序參量，創新配置，創新效果作為快變量，令快變量對時間的導數等于0，則可得：

(7)

可解得：

(8)

將q1的表達式代入到(8)中，可以得到區域創新系統協同演進的序參量方程為：

(9)

此時區域創新系統達到閾值條件，引入時間變量t，則式(9)可寫成：

(10)

其中：

(11)

通過評價指標及定義獲得θ,α,β,γ的具體數值，就可以通過序參量方程得到區域創新系統序參量在一定的外界條件下隨時間的演進解。在這里，序參量方程能夠反映區域創新系統序參量隨時間演進的變化情況，在閾值條件下，區域創新系統可以向更高級的有序狀態發展，形成新的狀態。

三、區域創新系統協同演進實證研究

(一)數據的搜集及處理

數據的有效性是實證研究成功的重要保證，本文通過評價指標可以獲得α,β,γ三項調整參數，真實有效的數據來源保證了α,β,γ三項調整參數的有效性。根據本文的創新潛力、創新配置、創新效果評價指標從《中國科技統計年鑒》、《中國區域創新能力報告》、《中國科技論文統計與分析》、《中國市場化指數報告》、《國家科技型中小企業創新基金》、《中國統計年鑒》搜集了2011年及2012年我國30個省級行政區的各項指標數據。由于政府與市場關系等指標數據的統計相關年鑒和報告只更新至2012年，故選擇2011年、2012年的數據，評價指標如表2所示。

經過計算ai、βi、γi的數值具體如表3所示。

(二)實證結果分析

通過計算得到了2011年、2012年各省域區域創新系統的θ,α,β,γ的具體數值，則可以通過序參量方程得到區域創新系統序參量在一定的外界條件下隨時間的演進解。利用MATLAB編程，并模擬式(10)進行實證研究，通過控制θ的值可以看到各省域區域創新系統在閾值條件下，以及在不同的外界投入θ下序參量的演進軌跡。由于篇幅所限這里僅給出北京市在閾值條件下與不同外界投入θ下序參量的演進軌跡，如圖3所示。

表2　區域創新系統評價指標

表3　評價指標數值計算

圖3　北京市區域創新系統不同外界投入θ下序參量演進軌跡

從圖中可看出，在閾值條件下北京市創新系統的序參量——創新潛力從無到有，隨著時間的推移而逐步向高階水平發展。而在外界投入低于閾值水平時，序參量是低于初始狀態的(低于1)，則說明在在外界投入低于閾值水平時系統是無法實現協同的。而如果外界的控制變量維持在閾值水平之上，則可以看出序參量達到協同水平，北京市創新系統將迅速地向更高階的有序狀態發展。

選取北京市為研究對象，利用北京市2012年的各項指標得出θ,α,β,γ值，根據公式(5)利用MATLAB編程進行仿真模擬，可以得到隨著時間的推移，北京市區域創新系統在閾值投入下的創新潛力、創新配置、創新效果的三維演進圖，具體如圖4所示。

圖4　北京市區域創新系統三維演進圖

其中，x代表創新潛力、y代表創新配置、z代表創新效果。從圖4可看出，三個變量在初始狀態下水平均處于較低水平，隨著時間變化，三個變量的水平有了顯著的提升。這說明北京市區域創新系統在外界綜合投入θ達到閾值的條件下，區域內的各子系統通過復雜的作用形成了協同效應，使區域內資源實現了有效的組合，各主體功能得到了有效的發揮，創新成果產出也隨之增加，創新潛力、創新配置、創新效果呈穩步上升趨勢，區域創新系統處于高速發展狀態。

為了更好地觀測除序參量——創新潛力外的另外兩個狀態變量——創新配置和創新效果的演進情況，同樣以北京市區域創新系統為例，根據公式(5)利用MATLAB編程進行仿真模擬，可得到北京市區域創新系統創新配置隨時間變化的演進圖，具體如圖5所示。

圖5　北京市區域創新系統創新配置演進軌跡

其中t代表時間、y代表北京市區域創新系統的創新配置程度。從圖5中可看出，在外界綜合投入θ達到閾值條件時，創新配置的演進軌跡經歷了先逐步升高，再小幅度降低，最后穩步提升的過程，說明北京市區域創新系統在協同演進過程中創新配置經歷了一個小波動。這種波動出現的原因主要是在協同演進過程中，區域創新系統在外界的不斷投入下，區域內資源的配置逐步優化，但達到一定程度時會出現飽和狀態，此時資源的繼續投入反而會破壞原本的優化狀態。而伴隨著演進的不斷推進，區域創新系統的創新配置可以達到一個新的高度，創新配置水平會逐步上升，隨后維持在一個穩定的狀態，在外界的綜合投入θ達到下一個“觸發”演進的閾值時，創新配置會循環這一軌跡。

同理，根據式(5)利用MATLAB編程還可以得到北京市區域創新系統創新效果隨時間變化的演進圖，具體如圖6所示。

圖6　北京市區域創新系統創新效果演進軌跡

其中t代表時間、z代表北京市區域創新系統的創新效果。根據圖6可看出，北京市區域創新系統創新效果演進軌跡與創新配置演進軌跡都出現了降低的部分，但創新效果的演進在初始階段就出現了降低，隨后逐漸升高并達到一個較高的水平。創新效果水平出現降低的原因是由于區域創新系統在協同演進過程中增加了外部成本，導致的創新效果水平降低，在逐步的發展演進中，外部成本得到控制，創新效果再次升高，并維持在較高的水平上。

通過計算各省域數據，可以得出我國30個省級行政區2011年及2012年在閾值條件下及在不同外界投入θ下的序參量——創新潛力演進軌跡。從實證結果來看，我國30個省級行政區2011年及2012年在閾值條件下序參量的演進同北京市創新系統的序參量變化類似，說明我國各省域創新系統如果能夠在外界投入達到閾值的情況下能夠穩步地向更高階的狀態發展。在閾值條件下，區域創新系統內的各子系統能夠有效地產生協同效應，在該過程中，區域創新系統實現了子系統內發展水平彼此相匹配，各子系統之間形成了良性循環，促進了區域創新系統向跟高階水平有序發展。

除了在閾值條件下各省域創新系統序參量的演進軌跡外，本文還通過控制不同的θ值來觀察在不同外界投入水平下，各省域創新系統序參量的演進軌跡，主要選取高于閾值水平與低于閾值水平的兩組值來進行對比。通過對比觀察發現，當外界投入水平高于閾值時，區域創新系統序參量的水平將從開始就處于一個較高的水平，θ值越大，序參量的水平越高。也就是說當外界的人力、資本、信息、技術等投入較多時，對于區域創新系統的發展演進起到了促進作用。說明在外界的不斷投入下，區域創新系統的各子系統產生了協同效應。而當外界投入水平小于閾值時，區域創新系統的序參量是低于初始狀態的，也就是說序參量是不存在的，說明在外界投入的人力、資本、信息、技術等投入較少時，區域創新系統內部各子系統無法形成協同效應，無法向更高階的有序狀態演進。

同時，以北京市為研究對象，觀測了北京市區域創新系統在閾值條件下創新潛力、創新配置、創新效果的三維演進軌跡和創新配置、創新效果的二維演進軌跡。從北京市區域創新系統在閾值條件下的三維演進軌跡來看，創新潛力、創新配置、創新效果呈總體上升趨勢，說明在北京市區域創新系統的演進過程中，各子系統之間形成了良好的協同發展效應，實現了創新效果的增強、創新配置的優化、創新潛力的提升。從創新配置的演進軌跡來看，北京市區域創新系統在初始狀態下，外部的綜合投入增加使創新配置的優化狀態達到了飽和，在飽和狀態下過度地消耗資源降低了創新配置的優化程度，但隨著區域創新系統的協同演進，創新配置的優化程度能夠達到更高的狀態。從創新效果的演進軌跡來看，由于協同發展的初期外部成本的增加，使創新效果較初始狀態有所降低，但在各子系統的協同發展作用下，外部成本會被逐漸控制，使創新效果得到提升，最終維持在一個高水平的狀態。

閾值的大小代表了外界綜合投入水平的高低，閾值越大，說明若想使當前區域創新系統實現演進，向著更高階的有序狀態發展，需要外界投入的人力、資本、信息、技術等就要越多。反之，閾值越小，則說明外界投入的人力、資本、信息、技術等即使很少，也有可能使該區域創新系統實現發展，形成各子系統的協同，從而促進區域創新系統的演進。將30個省級行政區域按兩年平均閾值大小劃分，可得到30個省級行政區域處于不同閾值范圍的分類表，如表4所示。

根據上表可看出，我國大部分的省級行政區的閾值范圍在0.6-0.7之間，這證明我國大部分省域創新系統需要投入的綜合水平較為相似，證明我國省域創新系統發展并未出現極端的狀態。另外，閾值較高說明若想使當前區域創新系統實現演進，向著更高階的有序狀態發展需要外界投入的人力、資本、信息、技術等就要越多。從創新強省的角度來看，由于這些省份區域創新系統已經達到了一個較為高階的狀態，因此想要繼續發展則需要較多的人力、資本、信息、技術，如廣東省；而部分強省在政府與市場關系改善程度指標上數值出現異常，如全國各省級行政區域中只有天津市的政府與市場關系改善程度為正，所以天津市的政府與市場環境間的協同效應更容易實現，則表現在結果上會出現閾值較低的現象。從弱省的角度來看，由于地理、政治、經濟等因素的影響會使這些省份的指標出現巨大波動，如大部分創新能力較弱省份的創新效果指標極低，而創新潛力指標極高，因此其閾值會呈現兩極分化。所以，同為創新弱省，內蒙古與青海的閾值差距相對較大。下面我們將針對發現極值的省份進行詳細的分類：

表4　省域創新系統閾值(大小)分類表

(1)青海省。青海省位于我國的青藏高原東北部，創新基礎薄弱，其創新能力長期處于全國落后水平。青海省在創新潛力、創新配置、創新效果的各項指標化中，水平均較低。其中，發明專利授權數、國內論文數、國際論文數、作者同省異單位科技論文數等9項指標排名30個省級行政區域的最后一名，其他指標排名也處于全國落后水平。這說明青海省區域創新系統若想實現協同演進必須要加大外部的綜合投入，才能通過外部的綜合投入促進區域內各子系統之間的復雜作用，從而在這種作用下實現系統協同演進，因此，青海省閾值相對于其他省份較高。

(2)天津市。近年來，天津市大力實施創新驅動發展戰略，以科技型中小型企業的發展為重點，區域創新系統的發展得到重視。從統計數據來看，高校及科研院所與企業的協同發展、政府與市場關系及其改善程度，企業與金融機構的協同發展均處于全國前列。說明天津市區域創新系統各子系統間的協同效應已有比較良好的基礎，因此天津市閾值較低。

(3)福建省。福建省位于東南沿海，連接長三角及珠三角，近年來，福建省構建了由市場決定技術創新的項目安排、經費分配和成果評價機制，有效地促進了區域創新系統的發展。福建省在發明專利授權書增長率、技術市場交易金額增長率、企業研發經費外部支出增長率等5項創新潛力指標上均居全國前列，說明福建省的區域創新發展速度迅速，創新潛力較大。由于創新潛力是區域創新系統協同演進的序參量，福建省的創新潛力水平較高，則相對于其他省份更容易實現協同效應，因此閾值較低。

(4)內蒙古自治區。內蒙古自治區近年來逐步搭建科技創新平臺，強化政策、制度、人才三個區域創新保障方面取得了顯著的效果。論文數量增長率，新產品銷售收入增長率等創新潛力指標均居全國前列，金融機構與企業協同發展較為迅速，實現了區域內創新潛力、創新配置的迅速提高，因此閾值較低。

(5)重慶市。重慶市近年來營造了一個良好的創新氛圍，深化體制改革，全面提高知識運用與創造水平。高校及科研院所與企業間的合作增強，二者之間的協同發展水平居全國第三位，GDP增長率居全國第三位，其他各項指標也優于大部分省市。由于創新潛力及創新配置的優勢，重慶市的閾值較低。

(6)寧夏回族自治區。寧夏受自然資源約束嚴重，其區域內的產業規模、企業創新、市場競爭力等發面都面臨巨大的挑戰。但在自然資源受限的條件下，寧夏在知識獲取與創造方面足夠重視。其論文增長率、企業研發經費外部支出增長率、新產品銷售收入增長率等創新潛力指標位列全國前三，所以，其閾值較低原因與內蒙古自治區類似，均是在這幾年內實現了區域創新系統的快速發展。

除此之外，按照閾值的增減性，也可以對近兩年來我國省域創新系統的發展情況進行一定分析。閾值的增加性代表的是經過一年的發展，某一省域需要加大外界投入力度，還是維持或適量減少投入力度。若閾值減小，證明經過一年的發展該省域可以維持或略減少投入力度，逐步使該省域創新系統向更高階邁進，而閾值增大則說明在一年的發展中，該省域創新系統遠離了跟高階的有序狀態，需要加大投入力度從而實現該省域創新系統的協同演進。根據閾值增減性可以得到表5。

表5　省域創新系統閾值(增減性)分類表

從上表可看出，根據增減性劃分仍然出現了與上文分析中同樣的特點，在閾值增大的省份中主要包括了創新極強省份廣東、江蘇，也包含了極弱省份甘肅、寧夏、青海等。由此可判斷，在我國省域創新系統中大部分省份能夠通過外界的不斷投入，逐步向更高階的有序狀態發展，但一些創新極強省和創新極弱省份的投入還無法使其向協同演進邁進。究其原因，首先創新極強省份是由于外界的投入已無法跟上這些省份的快速發展，從而使閾值升高，而創新極弱省份是由于外界的投入不夠，從而使其閾值升高。

四、促進區域創新系統協同發展對策研究

根據本文的實證分析可以看出，我國省域創新系統大部分處于良好發展的態勢，從30個省級行政區域的序參量演進軌跡圖來看，我國各省域創新系統如果能夠使外界綜合投入指數達到閾值條件，則各省域創新系統可以穩定地向更高階的有序狀態發展。但與此同時，也應該注意到我國各省域創新系統發展的不均衡性，特別是部分省級行政區，如海南省的企業研發經費內部支出額中獲得金融機構貸款額出現異常，該值為0。另外，根據各省域創新系統2011年及2012年的閾值可以看出，大多數省份能夠保持中等水平的閾值，為該省域創新系統的協同演進打下了基礎，但部分省份閾值偏高，也就說明該省份想實現區域創新系統向更高階演進較為困難，并且該情況多出現在創新能力極強省份和極弱省份里。在閾值增減性的分析中可得到與上述情況類似的結論，部分創新能力極強省份和極弱省份在一年的發展中遠離了更高階的狀態。

結合本文分析的三個狀態變量(創新效果、創新配置、創新潛力)，從增強創新效果、優化創新配置、提升創新潛力三個方面提出促進區域創新系統協同發展的對策。

(1)增強創新效果。本文中創新效果也就是區域內實際產出的創新成果。創新成果是創新效果的直接體現，是創新主體子系統與創新資源子系統通過復雜作用所產生的，其主要經歷了資源輸入主體、主體輸出成果等過程。因此，增強創新效果要從創新主體子系統中的各主體要素出發，涉及到的主體主要包括：企業、高校及科研院所。

第一、企業層面。企業在適度的競爭機制下能夠提升自身能力，其原因是在競爭機制下會產生危機感，在這樣的競爭制度下也能夠有效地淘汰不良企業，篩選出符合市場發展、符合當代經濟需求的優秀企業。企業在競爭的同時也能發現自身存在的問題，通過改良和發展不斷提升自身實力。加大培養力度，使企業向創新型企業轉型，加強企業的戰略、制度和組織創新，使企業擁有有自主知識產權和自主品牌，這樣企業就具有了核心競爭力，也就能夠體現出較強的可持續發展能力。

第二、高校及科研院所層面。高校與科研院所在區域創新系統中的主要職能是利用自身的知識資源、人力資源形成新的知識、新的技術，與企業合作形成新的創新成果。所以各區域要積極發揮本區域內高校與科研院所的技術優勢，加強高校及科研院所與企業之間的協調合作，促進技術商品化和商品市場化。在企業與高校及科研院所的交流中，企業將市場信息迅速傳遞至高校及科研院所，二者可以根據市場上的最新信息研發最符合市場需求的新科研成果、新知識、新技術。企業對高校和科研院所的資金支持也能夠使高校及科研院所進行科技研究的效率得到提升。從人才角度來看，企業與高校的合作能夠有效地吸納人才，高校在與企業合作的過程中也促進了高校學生的就業。企業的一般員工也可以通過這樣的合作進入高校繼續深造，成為高素質人才，提升企業人員素質。

(2)優化創新配置。創新配置代表的是區域內資源在各主體中的流動和應用，是區域內各主體合作的體現。這些資源包括了人力資源、資金資源、知識技術資源等。將這些資源合理與區域內的主體配置，可以有效地提升區域創新系統的發展速度。人力資源是區域創新系統中各主體不可或缺的，人力資源也是創新資源子系統中最為寶貴的資源要素。從區域創新系統大的環境出發，政府應該創造良好的人才環境，在這個環境下，人才在區域內實現人盡其才、才盡其用、人盡其職、職盡其能的高效率狀態。不同性質的人才有序分配給不同的主體，保證人力資源的最優配置。從我國目前的就業情況來看，企業在接納大學畢業生時往往需要進行內部培訓，才能使入職的大學生真正了解自己的職能。大學生在高校內所學習的知識、創造的知識往往不能夠直接在企業中應用，造成企業與大學之間人力資源的脫節。所以企業和大學之間要加強人力流動，大學教育應更多地結合企業開設相對多的實踐課程，使學生在企業的實踐課程中了解能夠真正在職業生涯中能夠運用到的知識和技術。在其他各主體之間也可遵循這樣的思想，在各主體間建立人才共享機制，將區域內的人力資源集中起來。通過有償使用、平等協商、利益驅動、市場定位、政府引導等方式，使人才的流動逐步趨于合理和有序。

除了人力資源外，資金也是區域創新系統中一項重要的資源要素。企業要有效地利用區域內的資金，這一目的可以通過企業之間的協調合作來實現。在企業的共同合作下，資金風險會分攤到每個企業上，每個企業的資金壓力會相對減緩。政府制定合理政策，也可以促進該區域內資金的有效流動，可通過政府引導金融機構實現金融創新，建立促進技術創新的金融政策。政府可以給予中小企業優惠的稅收政策，促進中小企業的發展。在市場環境惡化的情況下接管市場，保證市場穩定。提供多種招商引資政策，促進外商的投資，實現本區域內的經濟發展和福利水平的提高。對于技術創新能力較強的企業推行技術創新保險制度，減少企業技術創新活動的風險。對中小企業推行高效融資政策，加速中小企業融資速率，解決中小企業融資難的問題。

知識是在區域創新系統內部產生的，知識再產生后也會運用到區域創新系統當中。知識的合理應用能夠體現區域創新系統的創新配置程度，區域內的知識要根據知識類型合理的運用到區域創新系統的各主體中去。如果出現知識類型與主體不匹配的情況，反而會降低該主體的運行效率。大學及科研院所的知識、技術往往是與市場脫節的，不能被企業所利用。而對于企業的核心技術，大學及科研院所的研究人員又往往不重視。所以，在這種情況下，就需要強大的中介機構來完成企業與大學及科研院所的對接。中介機構在區域創新系統中主要起到橋梁和紐帶的作用，需要有效地完善中介機構的功能，將不同類型的知識建立起符合其特點的主體對接形式。一方面，需要建立良好的環境，促進中介機構發展，另一方面促進大學及科研院所與企業之間通過中介機構建立聯系。在這一過程中，還要規范化中介機構，使中介機構的各項職能實現和企業、高校與科研院所的對接。如建立規范化的創業孵化園與企業對接，規范化的人才庫與高校對接等。加大宣傳力度，使中介結構真正成為其他主體之間的紐帶，而不僅僅拘泥于形式。提升中介結構的組織結構，建立功能齊全，運行靈活的中介結構，實現知識的有效配置。

在區域創新系統配置的發展中，我國各省份都有自身的側重點。部分省份注重知識合作的發展，部分省份注重各主體之間的合作，還有一部分省份注重主體與環境之間的發展。究其原因是因為各省份經濟情況、地理位置的不同所造成的。資源分布的差異造成了各省在創新配置上的不同，所以在創新配置的發展中，各省份要結合自身情況有側重的進行發展和優化，不可盲目提高單一資源的配置情況。

(3)提升創新潛力。本文定義了創新潛力是區域創新系統的發展速度，是創新效果與創新配置較前一時間節點的優化程度。所以，創新效果和創新配置的大幅度提升會促進創新潛力的提高。結合實證研究來看，我國區域創新系統創新潛力較大的省份有新疆維吾爾自治區、云南省、寧夏回族自治區、廣西壯族自治區；創新潛力較弱的省份有北京市、上海市、廣東省、浙江省。通過這組結果可以發現，目前我國區域創新系統發展中，創新能力較強的省份其創新潛力較小；創新能力較弱的省份其創新潛力較大。這說明在近一年的發展中，創新能力較強的省份發展速度已經逐步變慢，而創新能力較弱的省份逐漸加速。

因此針對于這兩類不同的省份，需提出不同的提升區域創新潛力的建議。一方面對于創新能力較強的省份來說，在保持原有創新成果產出和創新配置優勢的同時加大投入力度，該投入力度要根據本省的經濟發展水平而確定。尋求創新配置的進一步優化，從實證研究的過程中可以看到，在很多涉及主體、資源、環境三者之間協作關系的指標中，創新能力較強的省份并為占有領先位置，可以通過進一步實現創新配置優化來提升創新潛力。例如，廣東省需要加強高校和科研院所研發經費內部支出額中來自企業的資金，促進高校和科研院所與企業的合作。北京市要提升企業研發經費內部支出額中獲得金融機構貸款額，確保金融機構與企業能夠有效配合。另一方面，對于創新能力較弱的省份，主要是要尋求創新成果的突破，從區域創新系統協同現狀和實證研究過程來看，創新能力較弱省份由于資源的匱乏，一直在依靠發展速度的優勢引領者區域創新系統的發展。但目前，其創新成果仍然處于較低的水平，隨著區域創新發展速度的提高，這些省份更應該注重外部資源的投入，通過現有的發展速度優勢加大宣傳，吸引區域外部的資源的進入。隨著外部資源的進入，原本的資源劣勢將會逐漸改善，這些省份仍會以一個相對較高的速度發展。

五、結論

本文從區域創新系統的概念出發，認為區域創新系統是一個包含有創新主體子系統、創新資源子系統、創新環境子系統三個部分的復雜系統。通過隱喻方法，借鑒B-Z反應這一非線性化學反應，選擇創新效果、創新潛力、創新配置三個狀態變量隱喻B-Z反應中的三種主要物質，外界綜合投入指數隱喻B-Z反應的控制參數，三個狀態變量的調整參數隱喻B-Z反應中的反應速率，構建區域創新系統協同演進模型，并進行實證研究。研究結果表明：一方面，從演進閾值增減性來看：近一年的發展中，黑龍江、江蘇、廣東、廣西、海南、貴州、甘肅、寧夏、青海9個省級行政區的閾值增大，說明經過一年的發展，9個省級行政區域相對于上一年遠離了區域創新系統的演進點。另一方面，從演進閾值大小來看：創新能力較強省份和創新能力較弱省份的區域創新系統的閾值趨于兩極化，創新能力較強省份的閾值部分極大，部分極小；創新能力較弱省份也出現了同樣的狀況。在實證研究的基礎上，結合區域創新系統的三個狀態變量(創新效果、創新配置、創新潛力)，從增強創新效果、優化創新配置、提升創新潛力三個方面提出促進我國區域創新系統的協同發展對策。本文的研究也存在一些不足之處：本文選擇的閾值只是外界的綜合投入，雖然給予了相應的定義，但并未通過相應的指標來確定具體從哪些方面進行投入能夠促進區域創新系統的協同發展，作者將針對這一問題進行更加深入的后續研究。

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(本文責編：王延芳)

Research on Collaborative Evolution of Regional Innovation System

SU Yi1，2，JIANG Xue-song1，LEI Jia-su2,LIN Zhou-zhou1

(1.SchoolofEconomicsandManagement，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China；2.SchoolofEconomicsandManagement，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)

Abstract：Regional innovation system should include the subsystem of innovation entities，subsystem of innovation resources and subsystem of innovation environment.There are complex interactions among the three subsystems so as to realize the function of regional innovation system.Traditional reductionism and linear thinking cannot process the complex regional innovation system，synergetics provides an efficient solution to the research of complex systems.Through metaphor，we can find that the evolution of the regional innovation system and the B-Z reaction in synergetics have a great similarity.This paper based on the nonlinear chemical reaction of B-Z reaction to builds a synergy evolution model of regional innovation system，choice three state variables include innovation effect，the innovation potential and the innovation configuration to metaphor three main material of B-Z reaction，the comprehensive investment index metaphor the control parameters of B-Z response，the parameters of the three state variables are metaphors the reaction rate of B-Z.Combined with the empirical results puts forward to four cardinal principles of the regional innovation system on the synergy development of our country include coordination，diversity，sustainability and collaborative.At the same time，put forward measures to promote the coordinated development of regional innovation system in our country from the perspective of enhancement effect of innovation，optimize the distribution of innovation，improve innovation ability.

Key words:regional innovation system；collaborative evolution；synergetics；B-Z reaction

中圖分類號：F270

文獻標識碼：A

文章編號：1002-9753(2016)03-0044-18

作者簡介：蘇屹(1983-)，男，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱工程大學經濟管理學院副教授，博士生導師，博士，研究方向：科技創新與系統科學。

基金項目：國家自然科學基金項目(項目編號：71403066)；國家社會科學基金重點項目(項目編號：14AGL004)；高等學校博士科學點專項科研基金資助項目(項目編號：20122304120021)；黑龍江省教育廳人文社會科學項目(項目編號：12534028)；中央高校基本科研費專項基金(項目編號：HEUCF140907)；黑龍江省社會科學研究項目(項目編號：QC2012C067，12B072，13B10，14C003)。

收稿日期：2015-12-01修回日期：2016-02-06