張巖 朱艷碩

[摘 要]將中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群復(fù)雜系統(tǒng)群抽象為一種具有復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)和動力學(xué)行為的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究企業(yè)、政府、高校和科研機構(gòu)三種類型節(jié)點的介入對中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群動態(tài)演化的影響，通過仿真分析揭示中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的演化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)中小企業(yè)集群的成長階段、發(fā)展方向及影響因素的作用機制。研究結(jié)果表明，集群中具有創(chuàng)新精神的革新者、早期采用者、科研與政府機構(gòu)加快了創(chuàng)新擴散的速度，起到了有效提升集群中企業(yè)整體創(chuàng)新水平的作用，并隨著集群的演進逐漸成為集群中具有競爭力的高中心度節(jié)點，對于集群創(chuàng)新擴散起到重要的發(fā)起和引領(lǐng)作用。

[關(guān)鍵詞]中小企業(yè)；智能制造；集群；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；動態(tài)演進

[中圖分類號]F27 [文獻標識碼]A [文章編號]1671-8372（2019）01-0035-06

一、引言

改革開放以來，中國制造業(yè)憑借廉價勞動力、原材料和土地等比較優(yōu)勢實現(xiàn)了跨越式擴張，已成為名副其實的制造業(yè)第一大國。然而，中國制造業(yè)企業(yè)在國際分工中大多仍處于全球價值鏈低端[1]。隨著工業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展，第四次工業(yè)革命正在進入政府、企業(yè)和研究人員的視線，并成為研究的熱點領(lǐng)域。2015年國務(wù)院公布的《中國制造2025》強化高端制造業(yè)的國家戰(zhàn)略規(guī)劃，旨在將中國建設(shè)為世界制造強國，明確指出要“推動建設(shè)一批高水平的中小企業(yè)集群”。國務(wù)院已多次提出要推動產(chǎn)業(yè)集群轉(zhuǎn)型升級，引導(dǎo)中小企業(yè)集群式發(fā)展。中小企業(yè)集群是目前我國經(jīng)濟社會發(fā)展中正在形成的一種經(jīng)濟組織方式和經(jīng)濟現(xiàn)象。要提升企業(yè)集群的發(fā)展能力，必須先要了解其運行規(guī)律、發(fā)展方向和內(nèi)在機制等問題。與發(fā)達國家相比，我國中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群還處于初級階段，表現(xiàn)出發(fā)展不平衡、難以形成聚集效應(yīng)和創(chuàng)新乏力等問題。中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的動態(tài)演進研究，有助于揭示中小企業(yè)集群的運行規(guī)律和發(fā)展方向。通過集群的協(xié)同和動態(tài)演進可以形成良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，這符合《中國制造2025》強化高端制造業(yè)的國家戰(zhàn)略，具有重要的現(xiàn)實戰(zhàn)略意義。

發(fā)達國家較早地對中小企業(yè)集群發(fā)展進行了一系列研究。研究內(nèi)容主要集中在對集群演化過程的生命周期劃分上，其中比較有代表性的有：Boari對美國和意大利等地中小企業(yè)集群演化的研究表明，核心企業(yè)主導(dǎo)著集群演化的方向和進程，集群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與群內(nèi)企業(yè)的成長密切相關(guān)[2]，Breschi和Malerba對歐美典型工業(yè)集群的實證研究也得出了類似的結(jié)論[3]。也有學(xué)者嘗試將復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)（CAS）理論與仿真方法引入集群問題的研究中。Chiles等構(gòu)建了“震蕩-正反饋-穩(wěn)定-重構(gòu)”的自組織耗散結(jié)構(gòu)模型，仿真分析了密蘇里音樂劇院集群的形成和發(fā)展過程[4]；Nakano基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對Ohta產(chǎn)業(yè)區(qū)的中小制造企業(yè)集群網(wǎng)絡(luò)模型進行建模，并對其無標度特性、小世界特性和準層級特性進行了分析[5]；Damaskopoulos等研究了通過信息與通信技術(shù)提高歐洲中小企業(yè)區(qū)域動態(tài)集群的推進策略[6]。隨著智能制造的發(fā)展，研究者開始了中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的研究。Faller等研究了德國的區(qū)域中小企業(yè)集群工業(yè)4.0智能制造優(yōu)化升級方法[7]，Giret等提出了基于服務(wù)的企業(yè)集群智能制造系統(tǒng)技術(shù)[8]，Meath等提出了旨在促進節(jié)能減排的環(huán)境友好型中小企業(yè)集群項目研究，并指出了目前存在的主要障礙和動機[9]。然而，這些研究主要以Watts的WS模型和Barabasi的BA模型為主，并不能很好地解釋集群網(wǎng)絡(luò)增長規(guī)則與個體行為選擇的對應(yīng)關(guān)系。

國內(nèi)對中小企業(yè)集群動態(tài)演化的研究較多停留在理論和定性層面上[10-15]，定量分析則主要是利用計量的方法或無標度網(wǎng)絡(luò)模型（BA模型）研究企業(yè)集群的成長階段和動態(tài)演進[16-18]。其中，實證分析的對象多以傳統(tǒng)制造業(yè)為主[19-21]，對智能制造等高端裝備制造業(yè)企業(yè)集群的研究幾乎沒有；并且大部分中小企業(yè)集群網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)演化都是基于同類型節(jié)點的變化（企業(yè)的資源和信息導(dǎo)向），忽略了政府、高校和科研機構(gòu)等異質(zhì)性節(jié)點的進入對企業(yè)集群網(wǎng)絡(luò)的影響。

近年來利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論開展應(yīng)用研究得到了不斷發(fā)展，并成為相關(guān)領(lǐng)域的新興研究熱點。應(yīng)用該理論工具研究實際應(yīng)用中的各種大型復(fù)雜系統(tǒng)，尤其在復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)功能之間的關(guān)系成為一種重要研究方法。本文運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，考慮企業(yè)、政府、高校和科研機構(gòu)三種類型節(jié)點的介入對中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群動態(tài)演化的影響，通過仿真分析揭示中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的演化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)中小企業(yè)集群的成長階段、發(fā)展方向及影響因素的作用機制。

二、研究思路

中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群具有不同于傳統(tǒng)企業(yè)集群的新特性，現(xiàn)有相關(guān)研究并不適用于中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群演進問題。云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在產(chǎn)業(yè)集群中的應(yīng)用，為中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展注入了新的原動力。企業(yè)、政府部門、高校和科研機構(gòu)等的集成與協(xié)同，為新型產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的形成提供了新的發(fā)展機遇，有助于中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群快速適應(yīng)市場變化、滿足個性化需求并得到迅速發(fā)展。

中小企業(yè)集群最初是人為規(guī)劃的產(chǎn)物，但其發(fā)展依賴于自身的自組織和多種因素作用演繹的非線性特征，因而其可被定義為一種典型的復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)（Complex Adaptive System， CAS）。其發(fā)展過程是一種自組織進程，企業(yè)之間在不斷相互影響的過程中學(xué)習(xí)和積累經(jīng)驗，并根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整結(jié)構(gòu)和行為。

由于系統(tǒng)的自組織、非線性、諸多因素多重均衡、共同演進和動態(tài)性特征，如何定量研究中小企業(yè)集群成為系統(tǒng)科學(xué)的巨大挑戰(zhàn)。本文將中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群復(fù)雜系統(tǒng)群抽象為一種具有復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)和動力學(xué)行為的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點和線條組成，節(jié)點代表中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群中的成員，線條則代表了這些成員之間的相互作用關(guān)系。企業(yè)、政府、高校和研究所作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，其行為會影響集群演化的最終結(jié)果，因此通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究方法來研究中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的自組織過程，建立基于異質(zhì)性主體行為的中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群演化模型，并通過仿真研究基于創(chuàng)新驅(qū)動的中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的演化規(guī)律，可以更加深刻、全面地理解中小企業(yè)集群的成長階段及其影響因素的作用機制。

三、研究方法

國外學(xué)者對于產(chǎn)業(yè)集群的研究已有上百年的歷史。20世紀末國內(nèi)學(xué)者開始關(guān)注中小企業(yè)集群現(xiàn)象，并分析了其形成原因和政府可采取的對策[22]。企業(yè)集群演化是受科技創(chuàng)新和競爭驅(qū)動的復(fù)雜動態(tài)過程，對于智能制造產(chǎn)業(yè)集群而言，科技創(chuàng)新是其關(guān)鍵的內(nèi)在動力。目前，中小企業(yè)集群環(huán)境下的動態(tài)演進和知識擴散過程的相關(guān)研究方法主要包括創(chuàng)新擴散理論、傳染病動力學(xué)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析、進化博弈、波特競爭理論等。

（一）創(chuàng)新擴散理論

創(chuàng)新對于中小企業(yè)集群的發(fā)展至關(guān)重要，技術(shù)創(chuàng)新在集群內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中更容易擴散，進而提升整個集群的創(chuàng)新能力，保持技術(shù)領(lǐng)先的競爭優(yōu)勢和可持續(xù)性。創(chuàng)新擴散是指創(chuàng)新通過一段時間，經(jīng)由特定的渠道，在某一社會團體的成員中傳播的過程[23]?；緮U散模型主要包括Logistic模型、Bass模型、E. Mansfield經(jīng)濟計量模型等。

創(chuàng)新擴散是集群動態(tài)演化過程中的重要動力來源，對集群動態(tài)演化具有關(guān)鍵作用。創(chuàng)新擴散過程由創(chuàng)新、傳播渠道、時間和社會系統(tǒng)四個要素組成，創(chuàng)新采用者按照時間順序分為革新者、早期采用者、早期追隨者、晚期追隨者和落后者，創(chuàng)新擴散的階段包括了解階段、興趣階段、評估階段、試驗階段和采納階段[23]。

（二）傳染病動力學(xué)

傳染病動力學(xué)是根據(jù)種群生長的特性，并考慮對種群影響的社會因素，進行理論性定量研究疾病在種群內(nèi)傳播的一種重要方法，因此其和技術(shù)創(chuàng)新擴散問題具有極強的相關(guān)性。

經(jīng)典的SI疾病傳播模型將種群內(nèi)的N個體的狀態(tài)置于只可能處于易感狀態(tài)S（Susceptible）或感染狀態(tài)I（Infected）。若某個體在感染前處于易感狀態(tài)，則該個體有可能被鄰居個體感染。類似于技術(shù)創(chuàng)新擴散問題中技術(shù)擴散后不會后退的特點，SI模型中的個體被感染后就永遠處于感染狀態(tài)。

通過采集智能制造企業(yè)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，確定有向含權(quán)BBV網(wǎng)絡(luò)模型中的關(guān)鍵參數(shù)。然后，確定演化初期邊的權(quán)重，權(quán)值隨著加入企業(yè)的不同而隨時間變化，使得生成的網(wǎng)絡(luò)具有與真實權(quán)重網(wǎng)絡(luò)極為相似的統(tǒng)計性質(zhì)。

四、仿真結(jié)果與討論

本文模型假定集群的創(chuàng)新的預(yù)期結(jié)果為正面的、有效的，對于給定加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，通過一個加權(quán)的N×N鄰接矩陣表示中小企業(yè)集群。由于集群中節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的位置、類型、度的大小和對其他節(jié)點的影響力等不同，節(jié)點之間具有異質(zhì)性，從潛在采用者微觀個體角度建立創(chuàng)新擴散分析框架，通過仿真計算分析中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的動力學(xué)創(chuàng)新擴散模型。

圖1給出了中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群動力學(xué)創(chuàng)新擴散模型的模擬結(jié)果，分析了累計創(chuàng)新擴散節(jié)點數(shù)量、創(chuàng)新擴散節(jié)點分布和網(wǎng)絡(luò)的平均度隨著演化時間的變化情況。仿真結(jié)果表明，集群動力學(xué)創(chuàng)新擴散的傳播過程一般為S形曲線。

在創(chuàng)新擴散萌芽期（擴散時間=0～20），由于創(chuàng)新技術(shù)采用者較少，即創(chuàng)新擴散節(jié)點較少，創(chuàng)新擴散的傳播速度較慢，集群網(wǎng)絡(luò)平均度較大，創(chuàng)新擴散不明顯。在此過程中，集群創(chuàng)新形式具有以下特點：1.集群創(chuàng)新以縱向產(chǎn)業(yè)鏈合作為主，政府和科研機構(gòu)在集群中僅僅是地理意義上的聚集；2.基于創(chuàng)新平臺的合作與交流還未形成，集群在創(chuàng)新合作方面的合作體制、外部環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、社會網(wǎng)絡(luò)、資本與知識要素的內(nèi)部流動機制等因素不夠完善；3.在上述兩種因素的影響下，集群網(wǎng)絡(luò)中的創(chuàng)新互動較少，集群創(chuàng)新擴散以線性關(guān)系發(fā)展。

圖1 中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群動力學(xué)創(chuàng)新擴散模型的模擬結(jié)果

隨著時間的增長，早期采用者成為創(chuàng)新擴散的推動力量，創(chuàng)新擴散節(jié)點數(shù)目隨著早期追隨者的增多而快速增多，當創(chuàng)新采用者節(jié)點擴大到節(jié)點總數(shù)的10%～25%時（擴散時間=21～50），擴散速度呈指數(shù)增長，平均度開始快速收斂，集群進入快速發(fā)展期階段。在此過程中：1.集群網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的傳播渠道、權(quán)重、專業(yè)化程度和社會系統(tǒng)不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)要素進一步完善；2.早期采用者成為具有較強競爭能力的核心企業(yè)；3.在核心企業(yè)推動下，集群中早期追隨者之間的分工進一步細化且呈梯隊化分布，專業(yè)化和創(chuàng)新水平快速提高，集群網(wǎng)絡(luò)結(jié)點之間的相互聯(lián)系和依賴性加強。

受到集群創(chuàng)新能力、結(jié)構(gòu)、權(quán)重和創(chuàng)新發(fā)展意愿的共同影響，在創(chuàng)新擴散傳播過程的末期（擴散時間=51～90），集群網(wǎng)絡(luò)中的晚期追隨者開始介入，集群中僅剩下少量抗拒變革的“落后者”節(jié)點，創(chuàng)新擴散接近飽和，創(chuàng)新擴散收斂速率趨于平緩，集群網(wǎng)絡(luò)平均度趨于穩(wěn)定。

圖2為中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群創(chuàng)新擴散演進的可視化結(jié)果。集群，尤其是集群中具有創(chuàng)新精神的革新者、早期采用者、科研與政府機構(gòu)，加快了創(chuàng)新擴散的速度，起到了有效提升產(chǎn)業(yè)集群中企業(yè)整體創(chuàng)新水平的作用。根據(jù)羅杰斯的創(chuàng)新擴散理論，具有冒險精神的革新者占2.5%，早期采用者占13.5%。這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨著集群的演進逐漸成為集群中具有競爭力的高中心度節(jié)點，對于集群創(chuàng)新擴散起到重要的發(fā)起和引領(lǐng)作用。

在前者的帶動下，科研與政府機構(gòu)通過政策和制度建設(shè)、產(chǎn)學(xué)研合作、協(xié)同創(chuàng)新平臺等創(chuàng)造了良好的創(chuàng)新環(huán)境，拓寬了創(chuàng)新來源和傳播渠道，加快了創(chuàng)新擴散的速度。在集群創(chuàng)新擴散的實際演進過程中，集群中企業(yè)、政府、高校和科研機構(gòu)之間的聯(lián)系具有強弱和方向性的特征[24]，基于創(chuàng)新驅(qū)動和擴散的假設(shè)，企業(yè)集群復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)權(quán)重隨時間的增長而演化，并直接影響集群創(chuàng)新擴散的過程和結(jié)果。

五、研究結(jié)論

本文將中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群復(fù)雜系統(tǒng)群抽象為一種具有復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)和動力學(xué)行為的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，通過仿真分析研究中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群的形成機理、演化機制和可持續(xù)發(fā)展的動力機制，為集群的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和現(xiàn)實借鑒。對集群的動力學(xué)創(chuàng)新擴散模型進行了模擬和可視化，并對結(jié)果進行了討論。研究結(jié)果表明，集群中具有創(chuàng)新精神的革新者、早期采用者、科研與政府機構(gòu)，加快了創(chuàng)新擴散的速度，起到了有效提升集群中企業(yè)整體創(chuàng)新水平的作用，并隨著集群的演進逐漸成為集群中具有競爭力的高中心度節(jié)點，對于集群創(chuàng)新擴散起到重要的發(fā)起和引領(lǐng)作用；集群復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)權(quán)重隨時間的增長而演化，并直接影響集群創(chuàng)新擴散的過程和結(jié)果。研究結(jié)果對于中小企業(yè)的可持續(xù)生態(tài)發(fā)展、節(jié)能減排和提高中小企業(yè)的社會責任具有借鑒作用，對于我國強化高端制造業(yè)國家戰(zhàn)略，加快推動建設(shè)一批高水平中小企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)集群具有參考意義。

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[責任編輯 王艷芳]