市場機制和政府監管下新能源汽車產業合作創新演化博弈研究

徐建中， 孫 穎

(哈爾濱工程大學 經濟管理學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

隨著21世紀面臨氣候變化及運輸部門原油短缺的挑戰，新能源汽車的發展被認為是一項特別有前途的戰略，各國政府都在積極尋找有效方法推進汽車產業向環境可持續方向發展[1]。作為世界上最大的汽車市場，我國努力支持新能源汽車解決空氣污染、氣候變化和公共健康問題，包括啟動了國家重大研究項目，解決了新能源汽車的一些基本問題；為促進國家戰略目標的實現將新能源汽車產業列為七大戰略性新興產業之一[2,3]。所以，發展新能源汽車將是我國經濟新常態下推動經濟結構優化升級、實施創新驅動戰略的必然選擇。

近年來，關于環境問題的規制引起了各國政府和研究人員的廣泛關注，各國政府之間就環境立法和責任達成了許多協議[4,5]。Hafezalkotob[6]認為政府財政干預包括對綠色和常規兩個供應鏈競爭模型的影響，并揭示了政府關稅和補貼對參與者利潤的影響。Huang[7]分析了政府補貼激勵促進新能源汽車發展，指出激勵機制對促進新能源產業發展是行之有效的。新能源汽車的發展需國家戰略體系的支撐，美國政府為推動其發展提出了減稅補貼政策，加利福尼亞州，通過責成制造商減少高尾氣排放車輛，對不遵守規定制造商實施處罰[8]。Holtsmark等[9]審查了挪威電動汽車政策包括免稅和各種特權，討論了該政策是否能夠被其他國家加以實施，以達到預期的結果。Hirte等[10]討論了新能源汽車是否該得到補貼及最佳補貼率。因此，采取相關政策措施和有效的政策機制來刺激新能源汽車市場是當務之急。

協同創新是以知識價值為核心的、以政府、產業、大學和科研機構為主體，以實現重大科技創新為目的大跨度集成創新組織模式[11]。Liu等[12]通過三螺旋理論分析相關企業、大學和科研機構在新能源汽車創新戰略中的作用，及產學研合作對商業模式創新和技術創新的影響。陳芳等[13]認為產業發展主要由企業、學研機構、政府建立聯盟關系共同參與推動，且新興產業合作創新是創新主體內在演化動力與外部環境的相互交織與影響。陳文婕等[14]構建1992～2011年全球低碳汽車技術合作創新網絡，分析低碳汽車技術合作創新網絡特征及演化路徑。新能源汽車技術的發展取決于產學研合作下的創新資源共享與優勢互補，同時，政府部門的監管保障了各創新主體間的信息、知識的流動，對產學研一體化合作行為將具有重要意義[4]，政府以激勵和監督措施的形式促進知識創新和技術創新，將更有效地提高國家創新能力。因此，探究政府監管下新能源汽車產業合作創新活動對推進創新主體間突破壁壘達到深度合作，有效集成創新能力意義重大。

隨著演化博弈理論研究的深入，演化博弈論在經濟管理中得到了廣泛的應用，Barari等[15]使用演化博弈理論討論了產品的綠色度對最大化經濟效益的影響。Hirte等[16]運用演化博弈方法分析征稅和補貼，以及社會效益和成本對電動汽車發展的驅動機制。還有學者利用博弈模型分析了財政補貼如何影響企業創新活動，對其演化穩定策略分析得出新能源汽車發展水平決定企業在獲取補貼過程中采取的策略不一樣[17]。曹霞等[18]基于演化博弈理論建立汽車制造企業與學研機構的演化博弈模型，分析政府對技術研發的支持力度、合作創新雙方利益分配系數等對新能源汽車發展的影響。

通過梳理文獻后發現現有研究為市場機制和政府監管下新能源汽車產業合作創新提供了重要理論依據，具有較高參考價值，但仍存在一些問題：尚未涉及對政產學研之間的新能源汽車合作，而在新能源汽車合作創新形成機制方面更多的是從企業角度出發，未考慮政產學研異質主體對新能源汽車合作創新的影響。在此基礎上，本文提出市場機制和政府監管下新能源汽車產業合作創新演化博弈及仿真分析，運用復制動態方程，探討在市場機制和行政監督機制之間各利益主體通過合作創新活動收集整理信息、吸收知識，依據復制動態方程和演化穩定策略，探究分析行政監管下如何促進新能源汽車合作創新。運用Matlab數值仿真進一步研究和驗證，以期為制造企業和政府制定適當的法律政策促進產業從傳統模式向綠色模式發展提供建設性意見。

1 基本模型與基本假設

1.1 基本模型

在現代高度復雜技術和跨學科研究的背景下，新能源汽車技術創新需要不同參與者間的合作，其中政府、企業、學研機構都是利益相關者。在新能源汽車合作創新過程中，每個主體首先考慮參與合作技術創新項目的投入和收益，以及其他利益主體的行為決策對其影響[19,20]。新能源汽車合作創新本質上即為協同主體間相互博弈的過程，通過合作創新來實現共贏符合博弈理論中多重合作博弈的特點，而合作過程中信息的不完全和合作主體的有限理性，則決定了合作過程的不確定性；合作主體間的策略選擇相互影響和制約，其合作具有多次動態重復博弈的特征。企業在涉及合作創新時，將根據投入和收益做出判斷，同時考慮學研機構提供的知識和技術服務及政府的監督和激勵措施。

1.2 市場機制下的基本假設

創新主體合作推動新能源企業產業創新主要取決于獲得的市場利益，同時，政府主管部門支持企業、高校、研究所等主體開展新能源汽車合作創新活動，形成密切的合作關系，也將為其提供補貼和其他獎勵。為構建市場機制下新能源汽車產業合作創新演化博弈機制，文中參考[21,22]等文獻資料的研究提出假設：

假設1市場機制中，學研機構主要負責新能源汽車技術創新，新能源汽車制造企業(以下統稱企業)負責新能源汽車投入和運作，政府負責激勵利益主體。新能源汽車合作創新主要由企業和學研機構兩類不同的有限理性團體構成，通過分析收益情況作出選擇是否參加合作創新活動。

假設2假設僅企業或學研機構進行創新的收益為Ri(=1,2)合作創新后獲得的額外收益為ΔR，設企業分配到的收益為aΔR，學研機構分配到的收益為(1-a)ΔR。合作后的技術引進、人才培養等方面的成本投入為Ii(i=1,2)。

假設4政府補貼在新能源汽車合作創新活動的補貼系數為b，企業或學研機構獲得的補貼金額為bIi(i=1,2)。

1.3 政府監管下的基本假設

假設5僅企業或學研機構參與的新能源汽車技術創新收入為R，合作收益為R′，合作中技術引進和人員培訓投入為I，企業與學研機構合作帶來的額外社會收益為S。

假設6為了激發新能源汽車合作創新主體間合作，政府對開展新能源汽車合作創新的主體給予經濟補貼T及稅收補貼，其中參與合作創新前后主體的稅額分別為cR和c′R，同時未參與主體處罰F。

假設7政府制定和實施監管措施的成本為C，若政府不監管企業與學研機構合作創新造成新能源汽車產業滯后，產生經濟損失Q。

2 市場機制下的決策機制

2.1 模型構建

設企業參與合作的概率設為x，學研機構參與合作的概率為y，在選擇合作或不合作過程中，利益相關者希望最大限度發揮自身效用，即各主體間不斷演化博弈。表1為在市場機制下企業、學研機構選擇不同策略的支付矩陣。

表1 企業、學研機構博弈支付矩陣

企業選擇合作策略的收益為：

UE1=y(R1+aΔR-I1+bI1) +

(1-y)(R1+W-I1-C1+bI1)

=R1+W-I1-C1+bI1+y(aΔR-W+C1)

(1)

企業選擇不合作策略的收益為：

(2)

企業的平均收益為：

U1=xUE1+(1-x)US1

(3)

學研機構選擇合作策略的收益為：

UE2=x(R2+(1-a)ΔR-I2+bI2)+

(1-x)(R2+W-I2-C2+bI2)

=R2+W-I2-C2+bI2+

x((1-a)ΔR-W+C2)

(4)

學研機構選擇不合作策略的收益為：

(5)

學研機構的平均收益為：

U2=yUE2+(1-y)US2

(6)

根據文獻[23]，運用以下兩個微分方程組成的動態復制系統來演示企業和學研機構間的博弈過程：

(7)

2.2 穩定性分析

(8)

利用矩陣Det(J)和Tr(J)判斷上述局部穩定點的穩定性，將(0,0)帶入(8)式得：

(9)

此時Det(J)=(W-I1-C1+bI1)(W-I2-C2+bI2)，Tr(J)=(W-I1-C1+bI1+W-I2-C2+bI2)，當Det(J)>0且Tr(J)<0，企業和學研機構合作創新決策演化博弈的穩定點為(0,0)，可得出以下結論：

結論1當W-I1-C1+bI1<0且W-I2-C2+bI2<0時，企業和學研機構通過不斷博弈，最后將選擇參與不合作創新活動，(0,0)為系統的演化穩定點。因為當W-I1-C1+bI1<0且W-I2-C2+bI2<0時，企業的目標是做出最大化自身利益的決策，企業和學研機構對合作技術引進、人才培養投入的成本和機會成本及其他損失之和比當對方中途放棄合作所支付的賠償金與政府補貼之和多。從經濟收益角度分析，創新活動將承擔較大風險，因此二者都會放棄合作創新活動。

以此類推，根據Det(J)和Tr(J)分析局部穩定點是否為系統的演化穩定點，將(0,1)，(1,0)，(1,1)分別帶入(8)式，可得：

3 政府監管下的決策機制

3.1 模型構建

假設企業與學研機構選擇合作的概率為x，不合作的概率為(1-x)；政府選擇監管的概率為y，不監管的概率是(1-y)。表2為在行政監督機制下政府與企業、學研機構采取不同戰略的博弈支付矩陣。

表2 政府與企業、學研機構博弈支付矩陣

企業、學研機構選擇合作策略的收益是：

=R′-I-cR+y(cR-c′R+T)

(10)

企業、學研機構選擇不合作策略收益是：

=R-cR-yF

(11)

企業、學研機構的平均收益是：

(12)

政府選擇監管策略的收益是：

=F+cR-C+x(S-F+c′R-cR-T)

(13)

政府選擇不監管策略的收益是：

(14)

政府的平均收益是：

(15)

所以，政產學研新能源汽車合作創新決策的動態演化過程可通過如下微分方程組成的動態復制系統來表示：

(16)

3.2 演化博弈穩定策略

(17)

利用矩陣Det(J)和Tr(J)判斷上述局部穩定點的穩定性，將穩定點依次帶入(17)式得：

結論5當R′-I-R<0且F-C+Q<0時，系統的演化穩定點為(0,0)，這時政府與企業、學研機構通過反復學習、改變策略的博弈，最終形成不監管不合作局面。企業、學研機合作產生的收益少于合作中技術引進、人員培訓成本及自主創新利益之和，政府監管合作收益少于成本花銷，最終企業、學研機構選擇放棄合作，而政府也選擇放棄監管。

結論6當R′-I-R+cR-c′R+T+F<0且F-C+Q>0時，(0,1)是系統的演化穩定點。表示政府監管新能源汽車產學研合作獲得的額外收益大于零，所以無論企業、學研機構選擇何種策略，政府都會選擇監管合作策略。R′-I-R+cR-c′R+T+F<0經轉化可得R′-I+T-c′R

結論7當R′-I-R>0且S+c′R-cR-C-T<0時，(1,0)為系統的演化穩定點，與結論6的分析相似，R′-I-R>0表示企業、學研機構合作創新策略獲得利益大于其在選擇自主創新獲得利益。當處于該條件下，政府選擇監管與否對企業、學研機構在新能源汽車合作創新活動中都不會產生經濟損失，因而，企業、學研機構始終會參與合作創新活動。S+c′R-cR-C-T<0可轉化為S+c′R-C-T

結論8當R′-I-R+cR-c′R+T+F>0且S+c′R-cR-C-T>0時，政產學研合作創新決策的演化穩定點為(1,1)，在這種情況下，企業、學研機構將參與合作創新活動、而政府也會采取監管措施，推進新能源汽車產業合作創新的發展，同時，也滿足系統演化的理想狀態。經過上述分析可知，只有滿足R′-I+T-c′R>R-F-cR且S+c′R-C-T>cR時，政府會選擇監管新能源汽車產學研合作創新活動，企業選擇與學研機構開展新能源汽車合作創新策略。根據均衡點的影響因素，稅率c和罰金額F越大，將越接近演化穩定點；額外社會收益S越大，均衡點越接近演化穩定點。因此，政府可采取適當增加稅率和罰款等措施，增加額外的社會收益也將促進政產學研的合作。

4 數值仿真

4.1 參數設置

政府實施創新驅動型發展戰略和新能源發展戰略以促進經濟蓬勃發展，且幫助和鼓勵政府-產學研進行技術創新合作。如何有效提升政產學研合作創新是政府的工作重點，根據我國的實際情況，從市場機制和政府監管機制兩個維度進行模擬實驗。下面的仿真實驗參數是從政府工作報告收集、從事新能源汽車產業領域的專家咨詢、以及文獻[24～27]中相關參數的設定經驗，總結得出本文仿真實驗的相關參數進行設置。

4.2 市場機制下的數值模擬分析

收益分配系數a對新能源汽車合作創新系統演化的影響。圖1顯示了在其他參數不變而收益分配系數a取值0.1、0.3、0.5、0.7、0.9條件下，企業與學研機構的演化行為。在初始概率x，y=0.5情況下，從圖1(a)中可以看出，當a=0.1，0.3時，制造企業從合作中分配的利益較少，隨著時間增長，企業將選擇退出合作，而此時學研機構分配到的利益較大，學研機構將選擇合作策略，但因企業的退出將無法達成最終的合作。從圖1(b)中可以得出，當a=0.9時，因制造企業在合作中將獲得利益較多，致使學研機構分配得到的利益較少，隨著時間推移，最終學研機構將選擇放棄合作。當a=0.5，0.7時，企業與學研機構均獲得了適當的利益，所以他們都將選擇合作策略。所以，適當的收益分配系數將促進企業和學研機構維護合作創新。

政府的補貼系數b對新能源汽車合作創新系統演化的影響，創新補貼是政府可以鼓勵企業、學研機構實施合作創新的一種經濟激勵措施。圖2顯示了在其他參數不變而政府補貼系數b取值0.1、0.3、0.5、0.7、0.9條件下，企業與學研機構的演化行為。在初始概率x，y=0.5情況下，從圖2(a)可以看出，當政府為鼓勵企業參與合作創新活動而給予的經濟補貼力度逐漸增加時，企業向穩定策略演化速度越來越快。與此同時，當補貼系數b=0.3時，系統的演化速度比b=0.1時快；當b=0.9時，系統的演化速度比b=0.7時快，但系統的演化速度變化卻不明顯。

(a)收益分配系數a對企業演化的影響

(b)收益分配系數a對學研機構演化的影響

(a)補貼系數b對企業演化的影響

(b)補貼系數b對學研機構演化的影響

同理，從圖2(b)可以看出，當政府為鼓勵學研機構參與合作創新活動而給予的經濟補貼力度逐漸增多時，學研機構向穩定策略的演變速度逐漸增加。所以，政府需要給予企業與學研機構適當的經濟補貼以鼓勵他們積極開展新能源汽車合作創新活動，若政府給予較大幅度經濟補貼，其激勵的邊際效應將有所減弱，而政府也將承擔較大財政壓力，會妨礙社會和諧發展。

違約金W對新能源汽車合作創新系統演化的影響。圖3顯示了在其他參數不變而違約金W取值0、3、6、8、10條件下，企業與學研機構的演化行為。在初始概率x，y=0.5情況下，從圖3(a)可以看出，隨著企業執行新能源汽車合作的違約金的增加，企業所參與合作創新活動向穩定策略演化速度逐漸增加。當W=0，3時，企業背叛合作付出的代價小于其獲得的收益，即市場機制下對違約行為的懲罰力度較小。當W=6，8，10時，企業選擇合作開展新能源汽車合作創新活動隨著違約金值增加將增加其向合作策略演化速度。

同理，從圖3(b)可以看出，隨著學研機構執行新能源汽車合作的違約金的增加，學研機構所參與合作創新活動向穩定策略演化速度逐漸增加，較小的懲罰力度，將會導致投機行為的出現。即市場機制下對違約行為的懲罰力度加大會抑制企業與學研機構違約的投機行為。因此在企業和學研機構合作創新開展新能源汽車活動時，提高違約金值將促進雙方合作參與新能源汽車活動的穩定性，企業和學研機構所在研發投入、技術與知識創新、成果轉化和人才培養方面形成優勢互補的合作共同體。

(a)違約金W對企業演化的影響

4.3 政府監管下的數值模擬分析

稅率c對新能源汽車合作創新系統演化的影響。政府為了控制污染物的排放可以通過征收環境保護稅來做出對企業的經濟處罰，圖4顯示了在其他參數不變而稅率c取值0.2、0.3、0.4、0.5、0.6條件下，企業與學研機構的演化行為，在初始概率x，y=0.5情況下，從圖中可以看出，當c=0.2時，系統收斂到企業與學研機構不合作的非理想穩定狀態；當c=0.3，0.4，0.5，0.6時，系統都將收斂到企業與學研機構合作創新的理想穩定狀態，隨著c的值越大，系統演化的速度也將越快，所以，第一、適當的增加稅收將督促制造企業與學研機構參與新能源汽車合作的積極性；第二、政府為了鼓勵利益相關主體積極參與新能源汽車合作創新活動給予稅收優惠，降低了對企業盈利能力的影響，有利于企業技術創新投入力度和科技成果轉化率，也將增加學研機構創新活力。

政府懲罰F對新能源汽車合作創新系統演化的影響。圖5顯示了在其他參數不變而政府懲罰F取值0、1、2、3、4條件下，制造企業與學研機構的演化行為，在初始概率x，y=0.5情況下，從圖中可以看出，當F=0，1時，系統將收斂到不理想穩定狀態，即當政府懲罰值較小時將不能督促產學研的合作創新，所以企業與學研機構選擇不合作策略；當F=2，3，4時，隨著政府懲罰值逐漸增大，系統收斂到理想穩定狀態，且演變速度也越來越快，所以，適當的政府懲罰可以有效督促制造企業與學研機構參與新能源汽車合作創新活動。

社會收益S對新能源汽車合作創新系統演化的影響。圖6顯示了在其他參數不變而社會收益S取值4、5、6、7、8條件下及初始概率x，y=0.5情況下，從圖中可以看出，隨著制造企業、學研機構在新能源汽車合作創新過程帶來的社會收益逐漸增高，系統也將逐漸以更快的速度收斂到理想狀態。制造企業與學研機構在積極開展新能源汽車合作創新活動時，將推動創新水平，科技服務業發展和社會就業等方面。與此同時，在外在效應作用下，政府也會采取措施加快激勵與監管程度促進制造企業與學研機構加速合作，推動利益主體積極投入到新能源汽車合作創新活動中，形成積極效應。

圖5 政府懲罰F對系統演化的影響

圖6 社會收益S對系統演化的影響

5 結論

本文運用演化博弈理論對政產學研新能源汽車合作創新的博弈演化過程進行研究，重點分析市場機制和政府監管機制下新能源汽車合作創新行為的博弈演化過程及其影響因素，并進行數值仿真模擬研究相關參數對合作創新決策的影響，研究結果表明：

(1)在市場機制下，政府采取適當的補貼激勵政策對于鼓勵企業與學研機構在新能源汽車活動中的合作具有重要意義，其將有效抵消采用綠色制造技術的成本。合理的收益分配系數對企業與學研機構的決策結果也將有顯著影響，當企業分配的收益較多將造成學研機構放棄合作，同樣，當學研機構獲得較多收益時，企業將放棄合作，適當的收益分配系數將促進企業和學研機構維護合作創新。對企業與學研機構制定的違約賠償金額越高，該系統演化發展速度越快，將越快的達到合作戰略的理想穩定狀態。

(2)在政府監管機制下，合理的稅率有利于提高系統的收斂速度，使其達到理想的穩定狀態，對于積極參與新能源汽車合作創新活動的主體政府給予稅收優惠，有利于制造企業技術創新投入力度和科技成果轉化率，也將增加學研機構創新活力。同時，合理的行政處罰有助于促進制造企業與學研機構合作的理想穩定狀態發展。

(3)傳統意義上的政府是作為非市場利益主體，在新能源汽車合作創新活動中也有自己的利益訴求，例如，制造企業與學研機構在新能源汽車活動中的合作帶來了額外的社會收益，這將增加政府參與新能源汽車合作創新活動的積極性。

基于以上結論，給出如下建議：

(1)政策制定者應密切關注我國新能源汽車產業與市場發展情況，制定符合新能源汽車產業合作創新發展的科技支持政策，適度提高補貼力度將促進企業與學研機構合作參與新能源汽車活動的穩定性及制造企業和學研機構所在研發投入、技術與知識創新、成果轉化。

(2)完善政府監管制度，有針對性的制定稅收優惠政策，科學引導制造企業與學研機構積極參與新能源汽車合作創新。與此同時，產學研合作創新參與主體要制定合理的收益分配機制及違約賠償機制，以此達到參與主體互利共贏，促進社會和諧發展。

(3)建立有效的行政處罰機制，對參與新能源汽車合作創新的主體產生監督作用。合理的行政處罰有助于穩定產學研合作的理想穩定狀態，進而推進政產學研合作創新和新能源汽車市場健康發展，將自主創新進行到底。

本研究在一定意義上揭示了政府、企業與學研機構在新能源汽車合作創新中的行為決策，分析了面向市場政策如何影響參與主體的合作行為，為政產學研合作的新能源汽車穩定發展提供了一定的參考依據。但本文處在一定的不足：

(1)本文利用模擬條件下的仿真值進行研究，只反映大概情況，缺乏實際數據的支持，未來可以進行基于客觀統計實際數據的實證分析。 (2)因演化博弈支付矩陣的參數限制，沒有對影響政產學研合作創新活動的穩定性的全部因素進行分析，后續的研究將對此問題進行深入探討。