企業技術創新系統功能建模與協同演化動態機制

賈天明，雷良海

(上海理工大學管理學院，上海　200093)

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企業技術創新系統功能建模與協同演化動態機制

賈天明，雷良海

(上海理工大學管理學院，上海200093)

本文運用IDEF0原則，對企業技術創新系統進行了功能建模。在此基礎上借鑒B-Z反應模型構造企業技術創新系統協同演化動態分析模型，探索企業技術創新過程中子系統間協同度、政策效應、技術產出三者間的動態演化機制。研究發現：技術研發能力更能提高企業技術產出；協同度越高技術產出能力越強，此時采取政策激勵措施效果不明顯；相反，弱協同條件下的政策激勵對技術產出能力的提高更加顯著。

IDEF0；B-Z反應模型；企業技術創新系統；協同演化

企業技術創新是一個涉及經濟、技術、社會、環境的復雜系統和綜合過程[1]。采取適當的方法梳理企業技術創新系統各組成部分間以及創新系統同外部環境間的關系，對提高企業技術創新產出效率以及政策措施(外部環境)在企業技術創新系統的哪個環節發揮作用，以及如何發揮作用意義重大。本文首次嘗試運用IDEF0原則構建企業技術創新系統功能模型，試圖從更微觀的層面解剖企業技術創新各子系統間的邏輯關系。在此基礎上，我們還分析了企業技術創新過程中子系統間協同度、政策效應、技術產出三者間的動態演化機制，以期為政策制定者提供更可靠的理論依據。

1　文獻回顧

當前，對企業技術創新復雜系統從建模的角度進行研究的文獻較少，國外的一些文獻從市場需求與技術創新關系的角度進行研究，但是結論只是證明了市場需求是推動企業技術創新的重要因素，并未深層次剖析市場需求同企業技術創新系統各子系統間的反饋關系[2-4]；R.Rothwell等詳細研究了企業技術創新系統的構成要素和影響因素，研究結論雖有重要意義但是并未進行系統建模，因此構成要素與影響因素間的關系以及二者的微觀機制就很難解釋清楚[5-8]。國內研究企業技術創新系統的有盧中華等，也是從企業技術創新系統構成要素的角度研究結構模型[1,9-10]。張延祿從系統自組織關系的角度分析了企業技術創新系統內部的自組織演化關系[11]，汪良兵從復雜系統的角度解析了中國高技術產業創新系統的結構以及各子系統間的協同度[12]。從當前國內外研究文獻來看，學者們對企業技術創新系統的描述多為框架性邏輯闡述，雖然張延祿、汪良兵運用了復雜系統理論分析了企業技術創新系統間的協同演化關系，但是這種分析仍然建立在抽象地描述創新系統各子系統間關系的基礎之上。針對這種情形，本文從復雜系統的角度來研究企業技術創新系統，運用IDEF方法刻畫企業技術創新系統間的邏輯關系。鑒于IDEF方法已經很成熟，我們提出了基于IDEF0方法的企業技術創新系統功能建模。

2　基于IDEF0視角的企業技術創新系統建模過程描述

IDEF0在描述復雜系統的過程中具有如下特點：①具有明確的內外部輸入輸出關系，具有自頂向下逐層分解特性，每個子系統可分解為3～6個模塊，邏輯清晰便于讀者很快了解復雜系統中各個層級之間的關系；②具有明確的目的和觀點，不同的目的和觀點建立的功能模型不同；③整個過程分為分析階段和設計階段，每個階段的分析與表達用專門的符號表示；④IDEF0是一種系統的工作，采用讀者、評審員、專家、技術委員會、項目資料員、項目負責人組成的團隊進行管理，該方法常用于具有復雜系統特征的項目開發；⑤在建好模型的基礎上，采用文檔管理的方式，便于后續的修改和完善。

企業技術創新系統是一個系統的工程，與國家創新系統和產業創新系統的區別是：第一，企業技術創新系統從更微觀的層次描述創新過程，涉及的內容更加具體和詳細；第二，企業技術創新系統應該揭示企業在技術創新的過程中各個參與部門的作用以及彼此之間的協作關系；第三，企業技術創新系統應當反映技術研發過程中的階段性成果在各個階段中如何具體應用。運用IDEF0方法分析企業技術創新系統時，采用“自頂向下，逐層分解”的方式，可更加明晰地反映整個技術創新過程中的邏輯關系。按照IDEF0方法的要求，首先建立A-0圖，在此基礎上進行逐層分解。具體建模步驟如下：

(1)在進行IDEF0建模前，需要明確建模的目的和觀點。本文的目的和觀點是站在企業管理者和政策制定者的角度，通過對企業整個技術創新系統進行功能建模，一方面便于參與技術創新的企業內部各個部門明確各自職能，增強相關環節的協同性，另一方面為激勵政策強度在各個環節的分配提供理論依據。

(2)在明確了目的與觀點的基礎上，依據IDEF0建模原理構建企業技術創新系統功能模型A-0圖(見圖1)。其中，企業技術創新系統的輸入對象是I1市場需求，控制對象是C1設計目標和C2設計規范，作用機制是M1研究人員、M2研發設備、M3生產設備，輸出對象是O1數據庫中心和O2產品上市。圖1表明，技術創新系統在C1、C2的控制下，借助于M1、M2和M3的機制對I1輸入進行設計、研發和生產，最后輸出兩個主要創新成果O1和O2。技術成果產出率的提高首先取決于市場對技術成果的需求狀況，其次在科技人員、研發設備、生產設備作用機制的影響下，按照設計目標和設計規范進行生產。參照圖1，能夠清晰了解技術創新從投入到產出的過程以及生產過程中是否引入了相關機制，是否在控制條件下進行規范化生產。

圖1　企業技術創新系統IDEF0功能模型A-0圖

(3)為了進一步了解企業技術創新系統的內部運行機制，我們在A-0圖的基礎上從技術設計、技術研發、技術生產、技術吸收四個角度進行了自頂向下的第一層模塊化分解(見圖2)。

圖2　企業技術創新系統IDEF0功能模型A0圖

圖2表明，企業技術創新系統的第一個環節是技術設計，技術設計由市場反應的產品需求，在研發人員的參與下，依據設計目的和設計規范設計技術概念方案、市場評估報告、市場定位策略、技術設計方案以及產品開發計劃；在技術研發環節，由產品開發計劃，在研究人員、研發設備的作用機制下，依據技術設計方案和技術設計規范進行技術研發，最后輸出產品Prototype、BOM表、產品說明書、作業指導書和研發產品；在技術生產環節，由技術研發環節研發出產品(樣本)，在生產設備的作用下，依據產品Prototype、BOM表、產品說明書、作業指導書和設計規范進行產品小規模試生產，在保障產品質量的條件下進行批量生產，最后產品上市。產品上市后，市場對技術產品的反饋信息也會影響企業的技術創新。參照圖2，企業可以了解到技術創新的完成程度以及取得的階段性成果,從而找出并彌補企業技術創新過程中可能存在的缺點。

通過IDEF0建模可以發現，企業技術創新系統中技術產出水平的高低取決于技術研發環節和吸收環節，技術研發和吸收都受制于研發人員、研發設備和生產設備情況。另外，整個系統各組成部分是一個環環相扣的整體，四個子系統間的協同度差異性很有可能對最后的產品產出率產生影響，即系統存在不穩定性的可能。因此，我們可以通過改變企業技術創新系統的外界環境(包括政策、信息和能量)的方式來影響創新系統，使其從系統的不平衡態向穩態發展。

3　協同創新動態機制研究

3.1模型構建

目前運用復雜性科學研究企業系統的學術成果多局限于應用概念進行的定性描述，雖然少量學者[13-14]已經從事定量化模型研究，但是其研究成果局限于2維模型構建，對企業系統的描述還不夠客觀和具體。B-Z反應模型不僅可以定性描述企業系統，還將定量描述擴展到了3維模型構建。將B-Z反應模型引入企業技術創新系統中，可以更加客觀地反映企業技術創新系統的演化規律[15]。

B-Z反應來自化學領域中的貝洛索夫—扎波金斯基反應，它是典型的具有自組織性質的系統。B-Z反應過程復雜，但是可以將最終的復雜過程落到3種關鍵物質上，其原理可用如下基本方程表述：

其中，A、B、C分別表示三種關鍵物質，X、Y代表參與物質，r1，r2，…,r5表示反應速率(常數)，h是C再生B的能力。反應過程中，大量微觀粒子無規則地運動和碰撞，從微觀上看并不能對其詳細描述，但是從宏觀上看，不僅空間上有序，時間上也有序。通過圖2發現，創新過程經歷了從設計、研發、生產、應用到反饋和完善，類似于生命孕育的復雜過程。企業技術創新系統同B-Z反應相比較，從微觀上看，創新系統各個子系統在各自的領域發揮作用，具有自己的輸入、控制、機制和輸出，從這個角度來看，創新系統并沒有明確的有序行為；從宏觀上看，創新系統具有明顯的時間和空間結構，且是一個開放的系統，子系統間具有明顯的協同關系。企業技術創新系統同B-Z反應的自組織規律具有相似性。

依據B-Z反應構建企業技術創新系統協同演化模型，需要確定系統狀態變量之間的相互關系，文中設置的狀態變量分別為X1、X2、X3，調整參數為α、β、γ，調整參數代表反應速率，企業技術創新系統的變量和參數見表1。

表1　企業技術創新系統變量和參數統計表

企業技術創新系統并不能像化學反應般構建方程，只能采用反應系統特性的描述性方程。因此，我們構建了企業技術設計研發能力、吸收能力和產出能力的Logistic演化方程，即企業技術創新系統協同演化動態模型。

Iwai和Mukoyama認為，模仿和創新是推動企業技術創新的兩種基本模式[16-17]。通常情況下，在技術創新方式的選擇過程中，基礎設施齊全、科技人才豐富的企業會優先選擇技術設計研發，反之則會選擇技術吸收。因此，在資源一定的情況下，研發投入會擠出技術吸收投入，吸收結合B-Z反應模型構建如下Logistic演化方程。

根據功能建模可知，在初始狀態下企業技術設計研發受到市場需求和技術生產(已上市技術產品的信息反饋)的影響，隨著技術產品在市場中份額的增大，企業技術設計研發的動力將不斷增加；通常情況下企業進行技術創新在自主研發和技術吸收兩者中進行選擇。由此在外界激勵為θ的條件下，企業技術設計研發能力的Logistic演化方程式為：

(1)

其中,θX1表示在政策激勵下X1的自身影響因素；θ(β/α)X2表示在政策激勵下X2對X1的影響因子，θ表示政府和企業鼓勵技術創新的政策對X1的作用，技術吸收能力的增強會增強技術研發能力；γX1X3表明技術生產X3對技術設計X1的影響，兩者存在相互促進的共演關系，技術設計研發水平的提升會提高技術產品在市場中的占有率，技術生產的信息反饋情況又會進一步優化技術設計研發水平，二者是否受到政策驅動內生關系弱。

由圖2可知，初始狀態下技術吸收會受到技術研發和技術生產的雙向影響，在政策激勵為θ的條件下，企業技術吸收能力的Logistic演化方程式為：

(2)

其中,θX2表示在政策激勵下X2的自身影響因素，系數為負表示隨著技術吸收能力的增強邊際收益遞減，此時存在企業向自主知識研發方向轉移的動力；-αX1X2表示X1對X2的影響因子，在政策激勵一定的條件下，受資源的限制企業存在進行自主研發還是進行技術吸收的兩難抉擇；(γ/β)X3是技術產出水平對技術吸收能力的影響因素，技術產出水平對技術吸收能力具有促進效應，γ/β為影響系數。

根據功能建模可知，企業不論是進行技術設計研發還是技術吸收,最終目的是要提高技術產出在市場中的占有率。因此，企業技術生產同時受到企業技術研發設計和技術吸收的影響，企業技術生產能力的Logistic演化方程式為：

(3)

其中，η1X3是技術生產自身影響因子，X3并不受激勵政策θ本身的直接影響，但是受到系統內部各子系統間協同效應的影響，影響系數為η1；η2θ(α/γ)X1是技術設計研發能力對技術產出的影響因子，外部刺激政策通過設計研發能力對技術生產產生影響，η2表示技術設計研發同技術生產的協同度，二者協同度越高技術產出越高；η3θ(α/γ)X2是技術吸收能力對技術產出的影響因子，外部刺激政策通過技術吸收能力對技術生產產生影響，η3表示技術吸收同技術生產的協同度，協同讀度越高產出越高。

一般情況下，企業技術創新活動分為三條路線。一是通過增加研發投入進行自主創新；二是通過引進技術進行消化、吸收和改進；三是自主創新和技術吸收相結合，這涉及到在資源一定的條件下如何合理分配資源的問題。因此我們假設η1表示整個技術創新系統各子系統間的協同度，η2表示技術生產子系統同技術研發子系統的協同度，η3表示技術生產子系統同技術吸收子系統的協同度。協同度越高，技術產出越高。

綜上，由式(1)～(3)共同構成以Logistic演化方程為基礎的企業技術創新系統協同演化模型：

(4)

模型利用企業技術創新系統三個主要狀態變量的演化過程模擬企業技術創新系統演化規律，技術設計研發狀態、技術吸收狀態和技術生產狀態構成系統內部各個要素進行串聯，使其形成一個緊密協調、協同有序發展的有機整體。通過采取線性穩定性分析，發現企業技術創新系統不具有穩態特性，具有突變的可能。

3.2仿真研究及結果分析

根據已經構建的Logistic協同演化模型，以高科技產業中的醫藥制造業企業技術創新系統為研究對象，搜集了大中型醫藥制造業企業和高科技產業的相關數據，分別求出單位醫藥制造企業、單位高科技產業企業以及醫藥制造企業和單位高科技產業企業的比值，數據來自2014年《中國高技術產業統計年鑒》。在此基礎上分別計算出α、β、γ值，分別為0.67、1.46、0.52。

假設η(1，2，3)=1表示子系統間協同度較弱，η(1，2，3)=2表示子系統間協同度較強；同理，θ=1表示政策激勵較弱，θ=2表示政策激勵較強。①當模型演化系統各子系統間協同度較弱時，政策激勵會提高技術產出。即當η1=η2=η3=1，θ分別取值1和2時，技術研發狀態變量、技術吸收狀態變量和技術生產狀態變量隨時間的協同演化情況分析。②當模型演化系統各子系統間協同度較強時，政策激勵是否會提高技術產出。即當η1=η2=η3=2，θ分別取值1和2時，技術研發狀態變量、技術吸收狀態變量和技術生產狀態變量隨時間的協同演化情況分析。③當系統內生協同度一定的情況下η1=1時，弱政策激勵和強政策激勵分別對系統內部協同度不均勻情況下的作用效果。即當η2=2、η3=1和η2=1、η3=2時，θ分別取值為1和2時，技術研發狀態變量、技術吸收狀態變量和技術生產狀態變量隨時間的協同演化情況分析。

本文旨在發現：在創新系統各子系統間協同度較弱的情況下，政策激勵會否克服系統本身存在的缺陷提高產出。根據圖2，假設微分方程中反映企業技術研發能力、技術吸收能力和技術生產能力3個變量的初始狀態為X0=[1，0，0]。

(1)系統間弱協同下的政策激勵機制研究。假設企業技術創新系統各子系統間協同度較弱，弱激勵(θ=1)和強激勵(θ=2)環境下的仿真結果如圖3和圖4所示，X1為技術研發能力，X2為技術吸收能力，X3為技術生產能力。研究結果：①在弱協同、弱激勵的環境下，X1、X2、X3隨時間增長緩慢，技術產出能力總體較差；②在弱協同的環境下采取強激勵措施對提高技術研發能力和技術產出能力效果十分顯著，但是對提高技術吸收能力效果并不明顯且技術吸收能力在X=1處達到最大值后開始緩慢遞減。原因分析：在外部政策激勵較弱的環境下，技術產出能力的提高完全依賴于研發能力和吸收能力，受人才匱乏、研發設備和生產設備落后的影響，研發能力和吸收能力短時間里很難提升，加之系統內部輸入輸出間的協同性較弱，進一步制約了技術產出能力的提高；此時采取激勵措施，將會極大提高技術產出能力，政策效果的邊際效應很大，彌補了系統間協同性較弱的不足；在激勵政策的影響下，技術研發邊際效應大于技術吸收邊際效應，系統將分配給技術研發更多的資源，對技術吸收產生擠出效應，結果導致技術吸收能力在達到最大值后開始緩慢遞減。

圖3　三要素協同演化趨勢(弱協同、弱激勵)

圖4　三要素協同演化趨勢(弱協同、強激勵)

(2)系統間強協同下的政策激勵機制研究。假設企業技術創新系統各子系統間協同度較強，弱激勵(θ=1)和強激勵(θ=2)環境下的仿真結果如圖5和圖6所示。研究結果：①強協同弱激勵環境下，技術創新系統三變量水平隨時間均呈現協同上升趨勢，且邊際產出能力明顯強于弱協同條件下的邊際產出能力(對比圖3)；②在強協同條件下實施激勵措施對提高技術研發能力和技術產出能力作用效果依然非常明顯，但是對吸收能力水平的提高只存在短期效應，反應吸收能力的X2曲線呈現先上升后遞減的趨勢(在X=0.8時達到最大值，之后呈現加速遞減趨勢)。原因分析：系統間的強協同性實現了整個系統從輸入、控制、機制到輸出的高度協調，使得生產出來的技術產品更加符合企業現實情況和市場需求，即便系統內部可能存在基礎設施較差、研發人員匱乏等缺陷，但是市場需求的準確定位、企業自身情況的客觀評價克服了系統本身的缺陷，隨著時間的積累，系統間的高協同性還會克服自身缺陷，實現技術產出持續性突破；高協同下采取激勵措施可以間接彌補系統存在的缺陷，具有短期內加速產出能力的作用，在政策的激勵下，企業會在研發和吸收兩個環節提前做出資源分配決策，因此反應技術吸收能力的X2曲線在達到最大值后出現了加速遞減趨勢

圖5　三要素協同演化趨勢(強協同、弱激勵)

圖6　三要素協同演化趨勢(強協同、強激勵)

4　研究結論與不足之處

(1)從IDEF0的角度出發，探索了一種能夠系統梳理企業技術創新系統各子系統間關系的方法，IDEF0“自頂向下”逐層分解特性，可以從更微觀的角度研究企業技術創新系統內部間的運行機制，解決了現有學者對企業技術創新系統描述的抽象性問題。

(2)在IDEF0建模的基礎上，進一步分析了企業技術創新系統協同度、政策激勵和技術產出間的關系。研究發現：①企業技術創新系統協同度的強弱會影響政策激勵措施的作用效果。協同度較弱時，政策激勵效果的邊際效用尤其是對技術研發的邊際效用非常大，此時政策效果不僅會提高技術產出還會實現企業系統協同度由弱到強的轉變；協同度較強時，政策激勵雖然會提高技術產出，但是作用效果不夠顯著。②在政策激勵措施的影響下，受技術研發對技術吸收擠出效應的影響，企業會將更多的資源投入到技術研發中。③雖然激勵政策對提高技術產出能力具有積極作用，但是效果具有短期效應，從長期來看，激勵政策的重點是提高技術研發能力。

本文運用IDEF0方法構建企業技術創新系統功能模型是一種學術性嘗試，至于IDEF0是否真正能為企業技術創新系統的構建提供新的研究思路還需后續研究求證。IDEF0方法具有自頂向下的功能解剖作用，由于缺乏相應的研究資料，本文僅對企業技術創新系統進行了第一層解剖，在此基礎上建立了Logistic方程，不論是邏輯方程還是得出的結論都停留在第一層解剖結構基礎之上，還不夠微觀和具體；另外，雖然我們得出弱協同下政策激勵效果更大，強協同下政策激勵效果不明顯，但是政策激勵措施應當在弱協同條件下的哪個環節實施以及各個環節的政策激勵強度如何分配還未涉及，這也是本課題今后研究的方向。

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(責任編輯沈蓉)

Function Modeling and the Co-Evolution Dynamic Mechanism of Enterprise Technology Innovation System

Jia Tianming，Lei Lianghai

(Business School,University of Shanghai for Science and Technology,ShangHai 200093,China)

This paper employs IDEF0 principle to establish an IDEF0 model and use the famous “B-Z reaction model”to construct co-evolution dynamic analysis model of enterprise technology innovation system to explore the dynamic evolution mechanism of coordination degree between subsystems，policy effect and technology output.The results reveal that compared with enterprise technology absorption capacity，technology research ability can be more easier to improve enterprise technology output.The stronger the coordination degree, the higher the technical output.If the incentive policy is adopted simultaneously，the effect is not obvious.On the contrary，if the incentive policy takes place under weak coordination condition，it would significantly promote the technical output capacity.

IDEF0；B-Z reaction model；Enterprise technology innovation system；Co-evolution

上海市人民政府決策咨詢研究專項課題(2015-Z-A01-C)。

2015-10-14

賈天明(1987-)，男，山東萊州人，上海理工大學博士研究生；研究方向：技術創新與管理、財政金融管理。

F270

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