基于耗散結構理論的集群創新系統形成及演化分析

摘要：集群創新系統具有自組織的特性，并在演變的過程中耗散結構形成，接著從熵變的角度進行研究，通過建立集群創新系統的熵變模型，試圖說明集群創新系統演變的路徑和內在機理。隨著創新產出量的變化，集群創新系統表現出明顯的演化過程，通過有效控制創新產出量，可以從宏觀上把握集群創新系統的演化方向。

關鍵詞：集群創新；耗散結構；熵

中圖分類號：F062.9文獻標志碼：Ａ文章編號：1673－291Ｘ（2008）14－0033－03

1 引言

當今世界，隨著經濟信息化、網絡化、全球化以及新技術革命的加速，創新日益呈現出明顯的集群發展趨勢，Porter[1]、Asheim[2]、TodtlingKaufmann[3]等學者以大量的事實證明，現代企業的創新，在空間上表現為明顯的集群分布特征；在方式上則由過去單個分散企業的獨立行為甚至只是企業家的偏好，越來越傾向于眾多企業聚集而采取集群行為，從而獲得集群創新優勢。我們把這種通過集群（以專業化分工和協作為基礎的同一產業或相關產業的企業，通過地理位置上的集中或靠近）進行創新，通過正式或非正式的方式，促進知識在集群內部創造、儲存、轉移和應用的各種活動而產生的創新集聚效應的集合，稱為集群創新系統[4][7]。以系統論的角度來看，集群創新系統是一個遠離平衡態的系統，在其演化的過程中，由于受到外界各種漲落因素的影響，使得集群創新系統隨時間有一種平衡態向新的平衡態躍遷。普利高津（I.Prigogine）教授提出的耗散結構理論[8]是分析處理遠離平衡態系統的有力工具。本文首先分析集群創新系統演變過程中耗散結構的形成，然后從熵變的角度通過建立模型，試圖說明集群創新系統形成及演化的內在機理。

2 集群創新系統的耗散結構

2.1 集群創新系統耗散結構的形成

耗散結構是自組織現象中的重要部分，集群創新系統的形成和演化過程是一個自組織過程[9]，具有鮮明的自組織特征：第一，系統的開放性是形成有序結構的前提和基本條件。首先，集群創新的行為主體人具有開放性。表現在創新行為者具有開放的心態、積極進取的價值觀、勇于創新的精神、友善的合作態度，創新行為者善于發現和捕捉技術創新信息、市場信息、人才信息等各種信息，并注意它們的有效結合。其次，信息（知識）具有開放性。創新行為具有知識高度密集的特點，創新活動的過程就是一個不斷的消費、傳送、交換和產生信息的過程，面對日益縮短的技術生命周期和急劇變化的市場環境，為爭取生存和競爭優勢，生成元必須通過對外部信息（知識）的評價、獲取、分解、轉化，積極推動外部知識與內部知識融合，通過創新，推動系統演化。第二，遠離平衡態是形成有序結構的最有利條件。集群內企業間創新收益率間存在的差異就是系統遠離平衡態的表現，集群內一部分企業由于規模大、生產技術水平先進、資金雄厚，在創新活動中居于主導地位，創新收益大，而另一部分企業則處于從屬地位，創新收益小；并且創新要素在企業間的流動并不是朝著均勻方向發展，而是由創新效率低、創新效益差的企業向創新效率高、創新效益好的企業流動。這說明集群創新系統是非平衡的，并且在開放的條件下，由于內外因素的作用，其群創新系統遠離平衡態。第三，系統內部要素間的非線性相互作用是有序結構形成并得以保持的內在依據。在系統的演化過程中存在正負反饋機制，有的對系統的演化起正反饋加強作用，有的起負反饋弱化作用，有的則一定條件下起加強作用，而在其他條件下起減弱作用。正是在這種復雜的正負反饋的作用力下，生成元不斷涌現出新的性質，達到新的均衡。第四，“漲落”是耗散結構形成的動力學因素。一方面，企業間的相互作用對集群企業間的組織模式產生影響，進而影響集群創新行為。集群內企業間的關系并不是一成不變的，任何一種企業間合作競爭關系發生變化，都可以看作是集群創新系統內部的微漲落。另一方面，集群創新面臨的外部環境中漲落也是普遍存在的。例如，技術水平高低、先進落后的波動，政府政策的變化、消費者心理和習慣的變化，原材料和資本供應的變化，等等。面對集群內部和集群外部間存在的大量的隨機漲落，如果集群內創新企業能夠依靠高度的洞察力，發現內部環境與內部環境中漲落的結合點，在適當的時候整合集群內創新資源優勢進行創新，并將創新成果推向不斷變化的市場，引發集群內漲落和集群外漲落的諧振，那么兩種漲落都將被迅速放大，在反饋作用下，組成系統要素之間的聯系也將更加緊密，有序程度將不斷提高，最終形成耗散結構。

2.2 集群創新系統的耗散結構特征

系統狀態的變化量是通過系統狀態函數的“熵”來表達的，用S表示。根據耗散結構理論，系統只有不斷地與外界進行物質、能量交換，增加系統的負熵，使總熵減少，才能使系統逐漸向新的有序方向發展[10]。集群創新系統有序性的動態演變可以通過系統的熵變來體現，即：

dS=deS+diS

式中，deS主要反映系統與外界進行物質、能量交換情況，diS為系統內部熵產生。對于集群創新系統負熵流deS主要表示為外界對集群創新系統合理地追加了勞動力、資金和信息等創新資源的投入，創新系統各組成要素間協同發展，是創新行為的投入產出比不斷提高，集群創新效應良好。對于熵產生diS而言，它是系統內本身不可逆過程所產生的熵增加，主要表現為對集群創新系統不合理的創新資源追加，或是集群創新所帶來的收益小于維護創新網絡所需的成本，而使集群創新網絡趨于崩潰。集群創新系統演化的過程中，系統創新產出是時間的函數，隨著熵的變化呈波動趨勢延伸，在這對矛盾的不斷循環運動過程中，集群創新系統不斷有規律地向前演進。

3 基于耗散結構的集群創新系統演化模型

根據已有的研究[11]，集群創新系統在演化的過程，可以描述為首先是在一定的條件下自發地形成一個具有集聚和自組織功能的集群單元，由于集群單元的吸聚和自組織功能，周圍開始有一些企業聚集下來，創新網絡開始結網，然后，集群單元內部企業不但衍生和分化以及外部企業大量涌入，創新網絡迅速成長，到達一定的程度以后，產業進入生命周期的衰退階段，原有的集群單元逐漸失去聚集能力，新的集群單元出現，集群創新系統進入新的循環。為了定量地分析集群創新系統的熵變，我們主要考慮集群創新系統的創新資源投入量、集群創新網絡對創新資源的利用率以及創新行為產生的價值三者間的關系，作如下定義：

定義1：集群創新系統的總熵為

dS=Q=dSK+dSL=diSK+deSK+diSL+deSL=（diSK+diSL）+（deSK+deSL）deSK+deSL<0（1）

其中Q為集群創新系統的創新產出；K為進入集群創新系統的的人流、物流、資金流、技術流、信息流等創新資源，diSK代表熵產生，表示集群創新系統丟失的創新資源，deSK是創新資源的負熵流，表示集群創新系統利用的創新資源；L為集群創新網絡對創新資源的利用率，主要表現為創新網絡的發育程度，diSL表示創新網絡發育程度不高，不能夠很好地協調創新主體間的關系，創新資源沒有得到很好的利用，deSL則表示創新網絡發育程度高，創新資源得到很好的利用。

定義2：將系統的創新行為轉換成經濟價值[12]：

即集群創新系統的熵為某一狀態下系統創新行為與創新行為所帶來的經濟價值之比。考慮一個微小變動，對（2）式兩邊求時間t的導數可得[12]：

將（3）式改成差分形式：

上式中E（dS）T、E（dS）S可以看作集群創新系統創新行為的終態熵和初態熵，二者之差為集群創新系統的熵產生E（dS）i，而（4）式末項則為系統的負熵流E（dS）e，從而有：

?駐E（dS）=E（dS）i-E（dS）e（5）

（1）若?駐E（dS）＜0，輸入集群創新系統的熵流大于系統內部的熵產生，表明集群創新系統內創新網絡運行良好，創新資源得到良好的利用，創新系統朝著有序的方向發展。表現在圖1的ab上升階段，由于負熵的引入，系統的有序程度不斷增加，這種情況主要對應集群創新系統成長和成熟階段。

（2）若?駐E（dS）＜0，則表明在集群創新系統演化的過程中，系統與外界環境進行交流所產生的熵流，小于系統內部的熵產生，表現為創新網絡運行不良，創新資源沒有得到良好的運用，因此，集群創新系統不是向著有序的方向演變，而是向著無序的混亂方向發展。在圖1中顯示為bc下降的曲線段，這一情況主要表現在集群創新系統衰退階段。

（3）若?駐E（dS）=0，則整個集群創新系統的的負熵與熵產生相等，系統的演變處于一個特殊的“平衡”狀態。在圖1中顯示為d點或e點。不同的是在d點，如果集群創新系統通過引入新的創新資源或是發掘創新網絡的效能等，即可使d點向db上升階段改進，整個集群創新系統在創新資源增加的同時不斷完善創新網絡對資源的利用效率，系統有序度也不斷增加。而對e點來說，如果不能引入新的創新資源，不能提高資源的利用效率，系統的有序度就會減少，表現在圖上由e點向ec段下滑。

4 結語

通過借鑒耗散結構理論，分析了集群創新系統的演化過程，同時分析了影響集群創新演化的因素。通過本文的研究得到以下結論：

（1）在集群創新系統演化的過程中，系統創新產出量對系統演化起著關鍵作用，只有當創新產出量的積聚到一定的閾值才能發生系統演變的過程，也才能夠在演變的過程中形成耗散結構，確保集群創新系統獲得持續的競爭優勢。

（2）通過有效控制集群創新系統的創新產出量就可以從宏觀上把握系統演進的方向。主要措施有：一是合理通入創新資源；二是完善創新網絡，有效利用創新資源。

總之，集群創新系統的熵變過程，也就預示著系統演變的方向，因此，利用耗散結構將熵變作為研究對象，對于分析系統演變的過程變化來講，是一個有效的工具，當然，如何更好的擬合系統熵變模型，以及如何更準確、更方便地計算系統的熵變，還有待于我們在下一步的研究中解決。

參考文獻：

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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