基于耗散结构理论的集群创新系统形成及演化分析

来源:用户上传      作者: 张　虹

　　摘要：集群创新系统具有自组织的特性，并在演变的过程中耗散结构形成，接着从熵变的角度进行研究，通过建立集群创新系统的熵变模型，试图说明集群创新系统演变的路径和内在机理。随着创新产出量的变化，集群创新系统表现出明显的演化过程，通过有效控制创新产出量，可以从宏观上把握集群创新系统的演化方向。
　　关键词：集群创新；耗散结构；熵
　　中图分类号：F062.9文献标志码：Ａ文章编号：1673－291Ｘ（2008）14－0033－03
　　
　　1 引言
　　
　　当今世界，随着经济信息化、网络化、全球化以及新技术革命的加速，创新日益呈现出明显的集群发展趋势，Porter[1]、Asheim[2]、Todtling&Kaufmann[3]等学者以大量的事实证明，现代企业的创新，在空间上表现为明显的集群分布特征；在方式上则由过去单个分散企业的独立行为甚至只是企业家的偏好，越来越倾向于众多企业聚集而采取集群行为，从而获得集群创新优势。我们把这种通过集群（以专业化分工和协作为基础的同一产业或相关产业的企业，通过地理位置上的集中或靠近）进行创新，通过正式或非正式的方式，促进知识在集群内部创造、储存、转移和应用的各种活动而产生的创新集聚效应的集合，称为集群创新系统[4][7]。以系统论的角度来看，集群创新系统是一个远离平衡态的系统，在其演化的过程中，由于受到外界各种涨落因素的影响，使得集群创新系统随时间有一种平衡态向新的平衡态跃迁。普利高津（I.Prigogine）教授提出的耗散结构理论[8]是分析处理远离平衡态系统的有力工具。本文首先分析集群创新系统演变过程中耗散结构的形成，然后从熵变的角度通过建立模型，试图说明集群创新系统形成及演化的内在机理。
　　
　　2 集群创新系统的耗散结构
　　
　　2.1 集群创新系统耗散结构的形成
　　耗散结构是自组织现象中的重要部分，集群创新系统的形成和演化过程是一个自组织过程[9]，具有鲜明的自组织特征：第一，系统的开放性是形成有序结构的前提和基本条件。首先，集群创新的行为主体人具有开放性。表现在创新行为者具有开放的心态、积极进取的价值观、勇于创新的精神、友善的合作态度，创新行为者善于发现和捕捉技术创新信息、市场信息、人才信息等各种信息，并注意它们的有效结合。其次，信息（知识）具有开放性。创新行为具有知识高度密集的特点，创新活动的过程就是一个不断的消费、传送、交换和产生信息的过程，面对日益缩短的技术生命周期和急剧变化的市场环境，为争取生存和竞争优势，生成元必须通过对外部信息（知识）的评价、获取、分解、转化，积极推动外部知识与内部知识融合，通过创新，推动系统演化。第二，远离平衡态是形成有序结构的最有利条件。集群内企业间创新收益率间存在的差异就是系统远离平衡态的表现，集群内一部分企业由于规模大、生产技术水平先进、资金雄厚，在创新活动中居于主导地位，创新收益大，而另一部分企业则处于从属地位，创新收益小；并且创新要素在企业间的流动并不是朝着均匀方向发展，而是由创新效率低、创新效益差的企业向创新效率高、创新效益好的企业流动。这说明集群创新系统是非平衡的，并且在开放的条件下，由于内外因素的作用，其群创新系统远离平衡态。第三，系统内部要素间的非线性相互作用是有序结构形成并得以保持的内在依据。在系统的演化过程中存在正负反馈机制，有的对系统的演化起正反馈加强作用，有的起负反馈弱化作用，有的则一定条件下起加强作用，而在其他条件下起减弱作用。正是在这种复杂的正负反馈的作用力下，生成元不断涌现出新的性质，达到新的均衡。第四，“涨落”是耗散结构形成的动力学因素。一方面，企业间的相互作用对集群企业间的组织模式产生影响，进而影响集群创新行为。集群内企业间的关系并不是一成不变的，任何一种企业间合作竞争关系发生变化，都可以看作是集群创新系统内部的微涨落。另一方面，集群创新面临的外部环境中涨落也是普遍存在的。例如，技术水平高低、先进落后的波动，政府政策的变化、消费者心理和习惯的变化，原材料和资本供应的变化，等等。面对集群内部和集群外部间存在的大量的随机涨落，如果集群内创新企业能够依靠高度的洞察力，发现内部环境与内部环境中涨落的结合点，在适当的时候整合集群内创新资源优势进行创新，并将创新成果推向不断变化的市场，引发集群内涨落和集群外涨落的谐振，那么两种涨落都将被迅速放大，在反馈作用下，组成系统要素之间的联系也将更加紧密，有序程度将不断提高，最终形成耗散结构。
　　2.2 集群创新系统的耗散结构特征
　　系统状态的变化量是通过系统状态函数的“熵”来表达的，用S表示。根据耗散结构理论，系统只有不断地与外界进行物质、能量交换，增加系统的负熵，使总熵减少，才能使系统逐渐向新的有序方向发展[10]。集群创新系统有序性的动态演变可以通过系统的熵变来体现，即：
　　dS=deS+diS
　　式中，deS主要反映系统与外界进行物质、能量交换情况，diS为系统内部熵产生。对于集群创新系统负熵流deS主要表示为外界对集群创新系统合理地追加了劳动力、资金和信息等创新资源的投入，创新系统各组成要素间协同发展，是创新行为的投入产出比不断提高，集群创新效应良好。对于熵产生diS而言，它是系统内本身不可逆过程所产生的熵增加，主要表现为对集群创新系统不合理的创新资源追加，或是集群创新所带来的收益小于维护创新网络所需的成本，而使集群创新网络趋于崩溃。集群创新系统演化的过程中，系统创新产出是时间的函数，随着熵的变化呈波动趋势延伸，在这对矛盾的不断循环运动过程中，集群创新系统不断有规律地向前演进。
　　
　　3 基于耗散结构的集群创新系统演化模型
　　
　　根据已有的研究[11]，集群创新系统在演化的过程，可以描述为首先是在一定的条件下自发地形成一个具有集聚和自组织功能的集群单元，由于集群单元的吸聚和自组织功能，周围开始有一些企业聚集下来，创新网络开始结网，然后，集群单元内部企业不但衍生和分化以及外部企业大量涌入，创新网络迅速成长，到达一定的程度以后，产业进入生命周期的衰退阶段，原有的集群单元逐渐失去聚集能力，新的集群单元出现，集群创新系统进入新的循环。为了定量地分析集群创新系统的熵变，我们主要考虑集群创新系统的创新资源投入量、集群创新网络对创新资源的利用率以及创新行为产生的价值三者间的关系，作如下定义：
　　定义1：集群创新系统的总熵为
　　dS=Q=dSK+dSL=diSK+deSK+diSL+deSL=（diSK+diSL）+（deSK+deSL）deSK+deSL<0（1）
　　其中Q为集群创新系统的创新产出；K为进入集群创新系统的的人流、物流、资金流、技术流、信息流等创新资源，diSK代表熵产生，表示集群创新系统丢失的创新资源，deSK是创新资源的负熵流，表示集群创新系统利用的创新资源；L为集群创新网络对创新资源的利用率，主要表现为创新网络的发育程度，diSL表示创新网络发育程度不高，不能够很好地协调创新主体间的关系，创新资源没有得到很好的利用，deSL则表示创新网络发育程度高，创新资源得到很好的利用。
　　定义2：将系统的创新行为转换成经济价值[12]：
　　即集群创新系统的熵为某一状态下系统创新行为与创新行为所带来的经济价值之比。考虑一个微小变动，对（2）式两边求时间t的导数可得[12]：

　　将（3）式改成差分形式：
　　上式中E（dS）T、E（dS）S可以看作集群创新系统创新行为的终态熵和初态熵，二者之差为集群创新系统的熵产生E（dS）i，而（4）式末项则为系统的负熵流E（dS）e，从而有：
　　?驻E（dS）=E（dS）i-E（dS）e（5）
　　（1）若?驻E（dS）＜0，输入集群创新系统的熵流大于系统内部的熵产生，表明集群创新系统内创新网络运行良好，创新资源得到良好的利用，创新系统朝着有序的方向发展。表现在图1的ab上升阶段，由于负熵的引入，系统的有序程度不断增加，这种情况主要对应集群创新系统成长和成熟阶段。
　　（2）若?驻E（dS）＜0，则表明在集群创新系统演化的过程中，系统与外界环境进行交流所产生的熵流，小于系统内部的熵产生，表现为创新网络运行不良，创新资源没有得到良好的运用，因此，集群创新系统不是向着有序的方向演变，而是向着无序的混乱方向发展。在图1中显示为bc下降的曲线段，这一情况主要表现在集群创新系统衰退阶段。
　　（3）若?驻E（dS）=0，则整个集群创新系统的的负熵与熵产生相等，系统的演变处于一个特殊的“平衡”状态。在图1中显示为d点或e点。不同的是在d点，如果集群创新系统通过引入新的创新资源或是发掘创新网络的效能等，即可使d点向db上升阶段改进，整个集群创新系统在创新资源增加的同时不断完善创新网络对资源的利用效率，系统有序度也不断增加。而对e点来说，如果不能引入新的创新资源，不能提高资源的利用效率，系统的有序度就会减少，表现在图上由e点向ec段下滑。
　　
　　4 结语
　　
　　通过借鉴耗散结构理论，分析了集群创新系统的演化过程，同时分析了影响集群创新演化的因素。通过本文的研究得到以下结论：
　　（1）在集群创新系统演化的过程中，系统创新产出量对系统演化起着关键作用，只有当创新产出量的积聚到一定的阈值才能发生系统演变的过程，也才能够在演变的过程中形成耗散结构，确保集群创新系统获得持续的竞争优势。
　　（2）通过有效控制集群创新系统的创新产出量就可以从宏观上把握系统演进的方向。主要措施有：一是合理通入创新资源；二是完善创新网络，有效利用创新资源。
　　总之，集群创新系统的熵变过程，也就预示着系统演变的方向，因此，利用耗散结构将熵变作为研究对象，对于分析系统演变的过程变化来讲，是一个有效的工具，当然，如何更好的拟合系统熵变模型，以及如何更准确、更方便地计算系统的熵变，还有待于我们在下一步的研究中解决。
　　
　　参考文献：
　　[1]Porter M E.The competitive advantage of nations [J].Harvard Business Review,1990,68(2):73-84.
　　[2]Asheim B.Regional innovation systems:the intergration of local stichy an global ubiqutious knowledge [J].Journal of Technology
　　Transfer,2002,65(27):77-86.
　　[3]Todtling F,Kaufman A.Innovtion systems in regions of Europe a comparative perspective [J].European Planing Studies,1999,35
　　(6):26-38.
　　[4]Cooke,Schienstock.Stuctural competitiveness and learning region [J].Enterprise and Innovation Management Studies,2000,78(1):
　　265-280.
　　[5]Asheim B.Industrial districts:the contributions of marshall and beyond [M].The Oxford Handbook of Economic Geography,Oxford:
　　Oxford University Press,2000.413-431.
　　[6]王缉慈.创新的空间――企业集群与区域发展 [M].北京：北京大学出版社，2001.
　　[7]Nicolis,Prigoginel Self-organization in non-equibibrium system,from dissipative structures to horder through fluctuations.New
　　York:Wilety,1977.60.
　　[8]吴天明.基于自组织的产业集群创新理性探讨[D].南京航空航天大学，2005.
　　[9]李如生.非平衡态热力学与耗散结构[M].北京：清华大学出版社，1986.
　　[10]刘友金.中小企业集群式创新[M].北京：中国经济出版社，2004.
　　[11]张志峰，肖人斌，刘美玲.基于耗散结构的企业系统熵变模型[J].工业工程与管理，2007，（1）：16-19.
　　
　　Study on the Cluster Innovation's Formation Conditions based on the Self-organization Theory
　　Zhang Hong
　　（Commerce College， Hunan Sicence and Technology University， Xiangtan 411201， China）
　　Abstract： Cluster innovation is a hot issues not only in regional economics but also in industrial economics. This paper is trying to analysis the conditions in which a simple innovation cluster system evolutes to a complex and orderly system based on the self-organization Theory,and finally some policy recommendations are put forward.
　　Key words： cluster innovation； self-organization theory； formation and evolution conditions

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