科技产业集群持续创新系统运作机理：一个协同创新观，本文主要内容关键词为：机理论文,产业集群论文,系统论文,科技论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
修回日期：2008-03-17
中图分类号：F062.9文献标识码：A文章编号：1003-2053(2008)04-0383-08
1 研究进展和评述
国外对集群创新系统的研究，是在对区域创新系统研究的基础上展开和深化的。Autio认为，区域创新系统有两个子系统组成，即“知识产生和扩散子系统”、“知识应用和开发子系统[1]。Doloreus指出，“内部机制”是区域创新系统的基本动力，包括相互学习(interactive learning)、知识生产(knowledge production)、邻近(proximity)和社会根植性(social embeddedness)[2]。伴随着区域创新系统的研究，国外一些学者对集群创新系统展开探讨。比较典型的是Padmore和Gibson的GEM模型，该模型指出，以集群为基础的区域创新系统由三要素六因素构成[3]。Andersson等从人力、供应和知识市场三个角度分析了集群创新系统的构成[4]。Isaksen基于对欧洲集群的研究指出，创新资源和合作是区域创新系统极为重要的因素[5]。此外，还有学者将互动理念引入，认为集群系统是由企业、支撑产业和制度结构及两者的互动构成[6]。国内学者对集群创新系统也进行了相应研究。魏江提出了集群创新系统要素模型，包括核心价值链要素、可控要素和不可控要素[7]。赵涛等则认为，集群创新要素包括核心要素、服务支撑要素和宏观环境要素[8]。
国内外对持续创新的研究主要集中于持续创新的内涵和体系。如Boer指出，持续创新是企业运作、渐进性改进与学习、突破性创新的有效、持续的相互作用[9]。Bessant则认为一个成功的持续改进需要有战略体系、支撑文化、基础设施，方法体系和过程管理[10]。国内学者向刚等对企业持续创新的概念进行了界定，并构建了持续创新体系，指出企业持续创新体系是以企业家和企业团队的持续创新能力为核心的，多层次、多要素的综合能力体系[11]。
总的来说，国内外对于集群创新系统的研究主要定位于系统要素的构成和体系构建，而对持续创新的研究大部分是基于微观视角，阐述其内涵和体系构成，缺乏从持续创新和科技产业角度，基于系统论和协同论来探讨中观层面——区域集群创新系统内部的要素耦合、运作模式和协同机理。尽管有些学者提出创新研究的焦点在于特定社会、政治、经济等不同主体间的交互创新过程以及大学、产业和政府机构的协同[12]，但没有对此进行深入探讨。
随着我国科技产业集聚区域数量的增多和发展的加快，面对部分集群区域创新效率低下和协同创新机制的缺失，从系统论和协同论的角度研究科技集群持续创新系统的运作模式和协同机理，对于探究集群区域的内在发展规律，制定切实可行的集群发展政策，将有着重要的现实意义和价值。
2 系统运作机理
2.1 集成要素分析
综合国内外对于集群创新系统和持续创新的有关论述，结合科技产业集群的特点，本文对科技产业集群持续创新系统进行了界定：即在特定的区域内，以创新主体系统(主要为科技企业)为核心，以科技中介和创新设施为支撑系统，以创新环境为外围系统的创新网络，并通过整合集群内的创新要素，最终形成知识和技术由创造、应用到扩散，不断提升集群持续创新能力的动力系统。根据科技产业集群持续创新系统的概念，本文将集群持续创新系统分为三个子系统：即创新主体子系统(Innovation Main Body Sub-System，缩写IMSS)、创新支撑子系统(Innovation Supportive Sub-System，缩写ISSS)和创新环境子系统(Innovation Environmental Sub-Systems，缩写IESS)(表1)。
由表1可知，IMSS包括生产型创新主体和研究性创新主体。其中，生产型创新主体——科技企业是集群持续创新系统的核心；研究型创新主体——科研机构和大学是IMSS的知识源泉。ISSS是为IMSS提供服务的子系统，IESS是为集群提供环境机制和制度保障的要素集合，是持续创新系统不可缺少的条件。
2.2 运作过程分析
系统的结构、状态、特性、功能等随着时间的推移而发生的变化，称为系统的演化[13]。创新系统的演化不是多个单项技术创新过程的简单相加，而是内部不同子系统之间协同作用的结果，集群持续创新演化是以创新产生为逻辑起点的非线性聚合过程。本文所指的集群的持续创新系统运作是指在集群孕育、成长、成熟和衰退的演变过程中，如何通过持续不断的创新，使集群效应最大化和长久化。它包含两层含义：①持续创新运作是一种动态的过程，持续创新的实现基于集群的内在机理和外部环境，因而这种持续创新应处在一种适时的调整和整合之中。②持续创新是一种结果，虽然集群存在演化过程，但并非每一个集群都会走向衰亡，关键在于能否及时引入创新要素以延长集群的生命周期。
图1 科技企业持续创新过程
(1)创新产生过程
就单一的持续创新活动而言，创新产生主要是创新主体要素——科技企业、大学和科研机构等从研发→生产创新→过程创新→管理创新的链式循环过程(如图所1示)，其核心在于形成研究开发、生产、销售三者良性互动的持续性循环机制。
①创新设想、研发过程。它是科技企业进行创新运行的第一阶段。科技企业在分析企业环境与资源关系尤其是在分析有效需求和市场前景的基础上，进行创新设想并验证后进入研发阶段。②生产创新过程。它是科技企业进行创新的主要环节，按照技术变化量的大小，可分成重大的生产创新和渐进的生产创新。当创新适合消费者时，生产创新可以诱发工艺创新，加速管理创新的实现。③工艺创新过程。是指产品生产技术的变革，包括新工艺和新设备的创新，工艺创新的开展可以加快管理创新的实施。④管理创新过程。是指企业通过组织结构创新、管理文化创新，促使企业降低生产成本，从而带来非物化投入产出的创新过程。管理创新的实现可以推进生产创新、工艺创新和研发活动的进一步开展。
图2 创新扩散过程模型
图3 持续过程模型
(2)创新扩散过程
“扩散”是集群持续创新的助推器，持续创新的扩散过程是创新由点到线、由线到面扩大应用的过程。由图2所知，扩散的主体包括创新的供给者、采用者及科技中介，扩散过程包括三个环节：科技企业内部的创新扩散、集群内科技企业之间的创新扩散和集群内创新的总扩散。
①集群内科技企业，作为创新的供给者，通过创新设想→研发→应用→传播与转让四个阶段实现内部创新扩散。②创新采用者通过购买率先者的专利或专有技术，获得新知识和新技术，并通过模仿创新使市场份额不足的率先创新得到迅速扩散。这种扩散可以使模仿者以较低的成本获得较高的收益，并在模仿创新的基础上开始新一轮的自主创新和扩散，从而推动整个集群的持续创新。③科技中介机构通过发挥沟通、协调、技术实施和经营等功能，建立有效的中介机制，为创新的持续扩散发挥中介链接作用。④集群内创新的总扩散是通过科技企业、大学、科研机构、科技中介和政府形成集群创新网络，推动创新源不断产生、流动和扩散，形成自我强化的创新正循环机制。
(3)创新持续过程
持续创新的关键在于持续性。在创新的持续性过程中，创新的学习不仅是一个“复杂的副本式”，而是围绕原始创新展开的一系列二次创新[14]。对于科技企业而言，其创新的持续性表现为在一项重大创新出现之后一系列后续创新跟进，并以根本性技术创新的产生为起点，以连续性、渐进性创新为其形成和扩大的基础，形成创新群落。集群创新的持续性主要依据四种模式：即根本性创新、连续性创新、衍生性和渗透性创新(图3)。
①根本性创新。是指在新的技术轨道上沿相关甚至不相关的行业及领域扩展来进行创新的模式。对单个企业而言，这种根本性主要体现在通过创造新产品，破坏、替代现有产品，结束现有产品的寿命，同时创造新一代产品生命周期；对集群而言是指能够引领集群的主导创新理念，并且少量根本性创新的扩散可以引致大量渐进创新和二次创新。②连续性创新。是通过在原有技术轨道的纵向范围顺沿下去，依据创新者的思维定式与创新行为的技术定势结成的技术范式，来诱发、促成一系列的创新行为的模式。这种创新模式不仅支付相对较低的成本，并可以自组织激励创新主体达到技术级别的跳跃式攀升。③衍生性创新。是通过在原有的技术平台基础上建立新的技术范式，促使创新行为出现新的突破和开辟新的技术轨道，使创新得以持续的模式。但这种创新模式需要建立新的技术范式，设置新的技术标准，付出进入新的轨道的成本。④渗透性创新。是通过创新行为沿技术相关行业及领域扩展来进行后继创新，以此来延长持续创新曲线的模式。如集群内部成员间的渗透作用，不同集群之间的渗透作用，都会促进集群创新的扩散和创新的持续性。
总起来说，创新持续性表现为一种良性创新、一种循环反馈创新、不仅追求技术性带来的自身利益的最大化，还更多地考虑到社会效益与经济效益的适当协调。
2.3 协同运作模式设计
根据上述的科技产业集群持续创新系统要素分析和持续创新的运作过程，基于协同学理论和周期演化理论，我们构造出科技产业集群持续创新系统的运作模型。如图4所示：
图4 科技产业集群持续创新系统协同运作模型
由图4可以看出，该运作模型包括IMSS、ISSS和IESS三个子系统和整体良性循环形成的创新生态系统。下面进行具体分析。
(1)IMSS协同运作分析。IMSS反映的是创新生产者之间的要素联结。首先，生产型创新主体通过合作和模仿创新方式以及与主体要素(制造商、供应商、竞争企业等)形成垂直或水平的协同创新网络，促进知识和技术的扩散，诱发根本性、连续性、衍生性和渗透性创新。生产型创新主体作为集群持续创新运作中最具活力的要素，创新的持续性主要是通过产业链接机制和协同机制形成。产业链接机制(垂直网络关系)能够带动相关产业进行渐进性创新，强化产业间的关联关系，形成创新合力和协同效应。产业协同机制(水平网络关系)能够通过产业内的创新成果带动其他相关成果进行渐进性创新，使产业内部产生协同效应，提高系统的创新效率。IMSS正是依靠这两种机制，促进创新成果产生并最终形成“创新增长极”，带动整个集群的持续创新。其次，研究型主体通过知识生产机构(大学、科研机构)向技术生产机构输入新知识，技术生产机构向生产型创新主体输入技术(主要是通过产学研合作)形成知识和技术的协同模式。再次，研究型创新主体向生产型创新主体进行知识和技术的扩散，为生产型主体提供创新支持。需要指出的是，IMSS协同运作的关键是各创新要素构成协同创新网络，并通过集群价值链、竞争合作和内部联结机制实现创新互动。
(2)ISSS协同运作分析。ISSS反映的是创新支撑要素的联结，它主要包括科技中介机构和创新基础设施。一方面，创新基础设施为创新主体系统提供知识流、技术流、人力资源流、信息流等创新资源和基础设施，为IMSS的持续运作提供资源支持。另一方面，科技中介机构通过提供技术、信息咨询，技术转让、创新孵化等，促进知识和技术向IMSS扩散，为集群持续创新运作的发挥桥梁和枢纽作用。
(3)IESS协同运作分析。IESS反映的是创新环境要素的联结。一方面，政府通过完善基础设施，创造良好的市场环境，制定有关集群发展政策为集群发展提供政策支持。另一方面，通过建立正式和非正式的交流机制，营造良好的创新文化氛围，形成协同创新网络，促进知识和技术在集群内的溢出和流动。此外，金融制度环境通过提供多方位的金融服务，为集群持续发展提供资金支持。总起来说，集群创新环境系统为集群持续创新创造了良好的外部环境机制，促进了集群持续创新系统的建立和发展。
(4)循环机制分析。持续创新循环机制是持续创新运作的重要环节，是系统创新持续性的重要体现。科技产业集群持续创新系统内各要素、各环节通过与其内外环境相适应、相配套，发挥要素耦合机制，从而形成一个开放、协调的持续创新的良性循环。这种循环不仅是指在IMSS内部形成创新小循环，IMSS、ISSS和IESS三个子系统之间也形成有利于知识和技术溢出的正反馈循环，并最终内部螺旋上升的小循环同整个系统的大循环，形成不断反馈的、良性互动的协同机制。
(5)生态系统运作分析。科技集群持续创新系统由于其内部的循环机制，表现出生态系统的特征。这里所说的持续创新生态系统是指以IMSS为核心，与ISSS和IESS构成的共生的、不断向更高级系统演进的动态系统。其生态运作表现为：首先，IMSS作为“生产者”，其系统要素科技企业和研究机构之间进行创新元素的交流与互补，使创新从元素变成产品。其次，ISSS和IESS为IMSS提供“营养物质”(信息服务、人才培训、资金、技术等)，促进高科技成果的产生和转化。再次，创新产品通过被市场和科技企业“消费”，进入二次创新；最后，通过“分解”，新的创新元素生成并流向持续创新的生产机构，从而开始新一轮的循环，每经历一次循环，持续创新能力就得到一次提高。需指出的是，科技集群持续创新的生态特征强调的是三个子系统之间所构成的创新生态网络，三个子系统的生态机制依赖于相互之间的协同共变[15]。
(6)集群生命周期与持续创新系统运作分析。在集群演化的不同阶段，持续创新表现出不同的特点。在集群孕育阶段晚期和成长阶段早期，因知识和技术溢出少，企业间合作少，持续创新运作只体现为IMSS内部分科技企业从设想→研发→应用的创新过程。在集群成长阶段晚期和成熟阶段早期，随着创新网络的形成，持续创新能力迅速增强，持续创新运作既表现为IMSS内科技企业创新的持续性和创新型生产机构与研究型生产机构之间知识和技术的共享，还表现为IMSS、ISSS和IESS之间技术和知识的溢出和扩散。在集群成熟阶段中后期和衰退阶段早期，持续创新能力达到高峰，持续创新运作表现为IMSS、ISSS和IESS三者互动形成创新持续扩散的正反馈循环。并且，创新源开始向非集群区域外溢。
最后需要强调的是，IMSS是集群持续创新系统运作的核心，而科技企业又是IMSS中最核心的要素。因此，集群持续创新能力的强弱最终是通过企业个体的创新行为反映出来，因此集群持续创新运作的决定因素是其成员企业自身具有不断创新的动力，并且能够形成高效的持续创新的良性循环。
3 系统协同创新机理
协同学理论(synergy theory)是关于多组分系统如何通过子系统的协同而导致结构有序演化的自组织理论[13]。对科技集群而言，创新协同的实现是集群发展遵循自组织理论的一种协同过程。具体来说，集群创新协同是指IMSS、ISSS和IESS之间通过相互作用，形成三个子系统内或两两子系统间，甚至三个子系统共同形成“序参量”，以此促使集群创新要素协同演化。
3.1 协同创新运作机制
协同理论中的“有序态”是指系统内部各要素之间以及要素和整体之间相互作用所呈现的一种状态[16]。基于有序态概念，集群系统协同创新主要包括五个方面：
(1)系统创新源的协同。即贯穿整个集群创新链的技术开发和知识创造活动，以及技术和知识的共享、扩散所形成的协同效应。包括技术、专利、新知识的共享，联合技术开发和技术合作(如特许权、技术合资、研发合资和联盟[17])等。
(2)创新系统的市场协同。这种市场协同包括共享市场区域、市场信息和共用销售渠道等。市场协同最关键的一环是集群本身血缘关系所缔结的产业链构成了集群内部稳固的市场销售纽带，由此产生各个环节价值共享的协同效应。
(3)创新系统的生产协同。是指集群内基于产业链与生产有关的价值活动的共享所形成的协同效应，包括共享供应商、共享库存和后勤运输设施、采用相同的检测和质量控制系统等。
(4)创新系统的制度文化协同。即集群系统内部共享区域集群的政策、法规、金融体系、区域社会文化以及企业的创新文化体系等。尤为重要的是集群内部能够形成一种创新文化网络，以此促进非正式组织形成和缄默知识的扩散。
(5)创新系统的品牌协同。是指通过共享集群品牌，有效维系集群内企业客户的忠诚，培养其对集群的认同感和归属感，提高集群的集聚效应。品牌协同主要体现为：将集群作为一个整体价值链，以集群的整体形象参与市场竞争，通过集群内部品牌链的聚合效应，发挥每一个集群价值环节的集聚效力，并通过集群的品牌定位、品牌营销和品牌保护，在集群内部塑造品牌形象、传播沟通与情感认同，实现集群品牌的协同效益。
3.2 协同创新程度和集群创新产出的两维模式
按照协同程度和集群创新产出两个维度，基于“高和低”两个量度，将集群协同创新类型分为四种，如图5所示，下面进行具体的分析。
图5 集群创新产出和创新协同度
“低产出、低协同度”(Ⅰ)：这种维度特点主要表现为：集群内部企业数量少，信息网络尚未拓展，企业间的知识和技能转移十分有限，因此，创新产出少，协同度低。通常情况下，这种维度表明集群处于周期演化的孕育阶段或衰退阶段中后期。目前，我国一些新兴产业集群，如信息、生物医药、新材料、新能源等产业集群属于这种类型。对于这种类型的集群区域，可通过“抓大放小”的策略，扶持部分企业发展关键知识和核心技术，培养企业核心能力的“极化效应”，推动其随即涨落力向维度“Ⅱ”演化(图5中①)。
“高产出、低协同度”(Ⅱ)：这种维度特点主要表现为：集群内出现众多掌握核心技术的大型企业，相关产业纷纷落户集群区域，集群进入自我加强、自我发展的阶段。这一阶段由于集群企业核心能力的异质性，以信息、技术、人才、知识和服务为核心的集群网络体系开始建立，创新产出呈现不断上升趋势。但此阶段，集群的发展更多地体现在规模和速度指标上，没有形成完整的创新产业链和协同网络，协同程度仍然较低。通常情况下，这种维度表明集群处于周期演化的发展阶段初中期。目前，我国不少高技术企业集群，如信息、电子、软件产业群等呈现出这种特点：产出较大，但群内创新合作少。因此当务之急是完善集群网络平台，推动其随即涨落力向维度“Ⅳ”演化(图5中②)。
“高产出、高协同度”(Ⅳ)：这种维度特点主要表现为：集群的边际规模不断上升，边际成本迅速下降，边际利润迅速提高，集群内形成了一个坚实、密切的网络体系。由此，集群演化为一个高度动态的、有序的自组织系统。在这阶段，大量的渐进性、辅助性和相关性创新不断涌现，完整的创新链形成，尤其是集群内扩散机制和创新网络的构建及完善，促使创新协同度达到最高。通常情况下，这种维度特征表明集群处于周期演化的发展阶段后期和成熟阶段初中期。
“低产出、高协同度”(Ⅲ)：这种维度特点主要表现为：集群周期演化的“路径依赖”性，导致集群容量趋于饱和，集群规模出现负增长；技术创新不足以满足市场需求，导致连环式创新溢出降低，创新产出出现停滞乃至递减现象。此阶段日益消失的创新产出仍源于创新网络机制效应，协同程度仍然较高。然而，随着集群网络体系逐步瓦解，若不实行一系列的创新变革，集群系统的非均衡性、非线性和随机“涨落”机制，将会导致集群演化分岔点的随机力趋向维度“Ⅰ”(图5中④)。目前，我国不少集群，尤其是传统产业集群，如化纤纺织、服装、石化等产业群属于这种类型，对此，需要区域政府及其相关企业及时采取措施，探讨更有效的产业创新政策或及时实施一系列的创新活动，以维持创新产出和延长集群的协同度，趋向维度“Ⅳ”(图5中③)。
总的来说，目前我国科技产业集群，如生物制药产业集群、电子产业集群、软件产业群等，大部分是遵循Ⅰ→Ⅱ→Ⅳ的路径。因此，集群企业在关注内部知识的传播和扩散时，还应该加强与外部知识组织机构的合作互动，推动其涨落力进入有序的协同演化轨迹。
3.3 协同创新程度和集群持续创新过程模型
集群创新协同程度是指集群的三个创新子系统内及子系统间各要素的耦合程度和交互作用。一般情况下，随着集群周期向高级阶段演化，创新协同程度会相应增加，即协同程度是集群演化阶段T的函数(S=
(T))。如图6所示，就总体趋势而言，S=(T)≥0，d(T)/
>0集群创新的协同程度随着创新过程T逐渐递增，两者呈现近似正相关关系。
图6 集群创新协同程度与持续创新过程的关系
设IMSS、ISSS和IESS三个子系统对创新协同程度变化率的作用分别是
，
，
，因集群创新系统的三个子系统的协同度的变化遵循制度经济学中的路径依赖原理，因此，设定其均遵循线性模式，
即：=ax；=βx；=γx；且0≤｜α，β，γ｜≤l。
当处于阶段T[，1](持续创新的孕育阶段，主要为Ⅰ型)时，集群持续创新能力较弱，创新产出较低，由此导致创新协同度微弱。这一阶段，协同程度的变化主要取决于=αx，主体系统内部科技企业同高校和研究机构的创新合作，尤其是同下游企业和大学以及研究机构的研发协同，可以大大提高创新成功率[18]，促使α值增加，提高对集群创新系统的效应。
当处于阶段T[，2](持续创新的成长阶段，主要为Ⅱ型)时，基于集群的快速攀升的规模效应和集聚效应，集群的创新能力逐渐提高，协同程度逐渐增大。这一阶段，协同程度的变化主要取决于创新主体子系统和创新支撑子系统的交互作用，即×=ax×βx；创新主体系统内的科技企业和科研机构同科技中介构良好的合作机制的构建，将会促使α，β值上升，提高和对集群持续创新系统的作用。
当处于阶段T[，3](持续创新的成熟阶段，主要为Ⅳ型)时，规模临街的到来和创新网络的完善，促使整个集群的创新产出和协同程度逐渐上升。这一阶段，协同程度的变化主要取决于三个子系统的交互作用，即××=ax×βx×γx；三个子系统内科技企业、大学、研究机构、科技中介、政府、制度文化等创新网络的构建以及网络机制的建立，将会促使α，β，λ值逐渐趋向于临界值1。此外，由图可以看出，(T)有上界，说明随着集群创新能力的提高，协同创新程度边际递增率下降。当达到一个极值点(d(T)/=0)时，三个子系统的交互作用达到最大，趋向极值，即
；即三个子系统的交互作用将会促使整个集群创新以幂指数增长速度攀升。由此，实际应用中，可以采用相应的措施对此进行调整，如区域政府可以对科技园区或高新区实施政策倾斜，制定相应的产业政策、优惠政策、创新激励以及合作导向措施，或通过技术联合体(technology consortium)的模式，形成工作小组进行技术合作或产业协作[17]，以此对交互作用的值产生影响，加速集群系统创新协同的稳态演化。
当处于阶段T[，t](持续创新的成熟阶段，主要为Ⅲ型)时，集群规模和边际收益的递减，导致持续创新产出逐渐下降，但因创新产出仍主要源于创新网络机制效应，协同程度仍然较高。这一阶段，协同程度的变化主要取决于ISSS和IESS的完善对集群创新的影响，即×=βx×γx；两个子系统内的政策、科技中介、金融制度的完善、集群文化效应的凸显都会促使β，λ值上升，但因IMSS内科技企业创新能力的下降以及科研机构的逐渐减少，这种交互作用是短暂的和不显著的。
总之，集群系统协同创新演化是一个具备分岔、选择和多均衡特征的结构有序度增加的过程，是一个通过非均衡性、非线性和随机“涨落”机理不断优化系统结构的过程。集群系统的协同演化最终促使创新系统趋近一个结构稳定的结点，实现“IMSS→ISSS→IESS”有序管理和多维联系，三者形成最佳协同效应。
4 结语
随着集群模式成为区域创新体系(RIS)的重要组成部分，科技产业集群对区域经济的发展凸现出更为重要的作用。然而，目前我国相当一部分科技集群区域出现“集聚不经济”、“创新系统失灵”的现象。由此，区域经济发展要求我们去解释的已不是要不要创新，而是回答如何持续不断地创新，如何进行协同创新。本文通过分析科技产业集群持续创新系统集成要素，构建了科技产业集群持续创新系统运作模型，并基于系统论和协同论分析了区域集群创新系统内部的要素耦合、运作模式和协同机理。文中的核心在于指出，集群持续创新系统运作的关键是通过整合信息流、集群价值链、竞争合作和内部联结机制，形成以科技企业、高校、科研机构、政府和中介机构为结点的有序运行的协同创新网络。总的来说，有关区域集群系统创新的要素耦合、运作机理和协同模式等问题，还有待进一步深入研究。
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