基于系統動力學的物聯網創新網絡發展

焦媛媛　米　捷　胡　琴

(南開大學商學院，天津　300071)

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基于系統動力學的物聯網創新網絡發展

焦媛媛米捷胡琴

(南開大學商學院，天津300071)

摘要：本文基于中觀的創新網絡視角，分析了物聯網創新網絡發展的影響因素，進一步運用系統動力學對物聯網創新網絡的發展進行模擬分析，以期揭示物聯網創新網絡發展的內在規律，為提升物聯網創新能力的政策實踐提供借鑒。

關鍵詞：物聯網；創新網絡；系統動力學

1引言

目前，國內外學者分別從結構關系、組織形式、網絡目的等不同角度對創新網絡進行了定義[1-2]，但都認為在創新網絡中，網絡成員因低額交易費用的互補資源交換而激發創新能力，使創新網絡整體贏得1+1>2的創新能力。本文結合物聯網的產業特點，將物聯網創新網絡定義為：物聯網相關主體為交換互補資源、分享共性資源而形成的穩定且具有創新功能的各種合作關系構成的結構安排。在物聯網創新網絡中，物聯網企業間的研發協作呈網絡化特點，知識與創新頻繁流動，隱性知識與顯性知識共同傳遞，形成開放式創新系統，最終將實現新產品數量增加、標準推廣速度加快、創新收益提升等創新網絡發展結果。基于此，本文從中觀的創新網絡視角入手分析物聯網創新網絡發展的影響因素，并進一步運用系統動力學對物聯網創新網絡的發展進行模擬分析，以期揭示多主體參與的物聯網創新網絡發展的內在邏輯，為提升物聯網創新效益與創新能力的政策實踐提供借鑒。

2物聯網創新網絡發展影響因素

物聯網創新網絡的發展能夠有效解決物聯網發展創新機制不完善、技術標準缺失等問題[3]，為揭示物聯網創新網絡發展的內在規律，明確其影響因素成為首要解決的問題。

2.1網絡結構特征

Eisingericha和池仁勇[4-5]指出,在區域創新網絡結構中網絡連接強度、網絡密度等對組織創新有正向影響。Ahuja[6]在技術合作網絡的研究中也發現,企業之間建立的頻繁聯系可以促進企業創新績效的提升。這些研究共同表明網絡結構特征對網絡創新績效、企業創新能力等產生影響，可見在物聯網創新網絡中，網絡結構特征也會通過影響創新網絡中行動者信息知識交換的可能性與頻繁性，進而影響物聯網創新網絡的發展。

2.2技術標準

Allen[7]指出,技術創新活動不僅促進了標準化活動的進行，也對標準化提出了要求，標準化可以提高創新效率并促進了知識的規范化以及知識編碼工作的進行。Hill和Varian[8-9]也提出了標準對于企業創新以及競爭優勢的關鍵作用。因此在物聯網的發展中,技術標準化也無疑是關鍵的一環。盡管中國先后建立了傳感網標準研究工作組等標準研究機構，并積極參與國際物聯網技術標準的制定工作[10]，但缺乏統一的技術標準仍是中國物聯網進一步發展面臨的主要困境之一[11]。

2.3政府支持

作為國家戰略性新興產業，政府支持在物聯網的發展中扮演著重要角色：政府推動策略在物聯網產業發展過程中可實現區域優勢互補，做好產業發展長期規劃[12]；政府通過綜合協調，則能夠激勵企業研發創新和規模應用[1]；政府設立的專項基金則能夠促進物聯網產業內部資金的流動，利于解決物聯網產業網絡中中小企業研發資金的問題[13]；物聯網發展方向、關鍵性技術等也需要從國家戰略規劃層面進行界定和規范。

2.4核心企業主導模式

Fleming[14]研究發現，IBM等企業以核心企業的身份進入創新網絡從而促使了網絡結構向聚集轉型，網絡聚集程度可作為知識流通路徑的重要指標，因此這在一定程度上表明核心企業主導將對創新網絡的知識傳遞產生影響。創新網絡處于核心位置的企業因其信息橋梁地位，更傾向于模仿和學習先進技術[15]，并會主動建立與外部網絡的關系尋求外部技術，創造更多的核心技術與專利以不斷鞏固和維持自己的核心地位[16]。曹洋[17]指出物聯網進入市場成熟期后，平臺運營服務商將發揮產業鏈主導地位，明確了核心企業主導對物聯網網絡發展產生的經濟效能。以上研究說明，核心企業主導模式通過發揮核心主導企業的知識帶動作用對物聯網創新網絡的經濟效益產生影響。

3物聯網創新網絡系統動力學模型及有效性檢驗

物聯網創新網絡系統包括39條回路，其中存在4條主要典型回路。

(1)科研成果數量增長這條正向反饋回路說明隨著科研成果數量增長，新產品和新服務的數量增長，導致創新收益增加，創新收益占創新網絡總收入的比重也獲得提高，創新網絡吸引力增強，從而更多的研究機構進入物聯網創新網絡，研究機構創新能力提升，網絡創新能力也因此提升，科研成果數量進一步增長，從而形成了良性循環。

(2)在網絡吸引力反饋回路中創新網絡吸引力導致了物聯網創新網絡中企業數量增加，從而提高了物聯網創新網絡整體的創新能力，進而帶來了新產品和新服務數量的增加，創新收益增長，反過來又促進了創新網絡吸引力的增加。

(3)標準擴散反饋回路是一條自我減弱型回路，使系統最終趨于穩態。這條回路顯示出標準數量減少帶來標準擴散量降低將對創新收益與網絡創新能力產生負面影響，最終形成惡性循環。

(4)研發投入反饋回路中企業在物聯網標準研發方面的投入導致標準數量的增加，從而促進物聯網標準擴散，使得新產品和新服務數量增加，并帶來創新收益增長，進而刺激企業在標準研發方面的資金投入，形成一個正向反饋循環。

本文以上述因果關系為基礎，構建物聯網創新網絡系統動力學流圖，其結構如圖1所示。

圖1　物聯網創新網絡系統動力學流圖

系統動力學方法認為，模型結構的正確性遠比參數的選擇更為重要，因此應以理論檢驗為主，著重考察模型結構的有效性、一致性和適應性[18]。本文選用中關村物聯網產業聯盟的真實數據作為原模型數據，通過模型結果與中關村實際數據的擬合度來檢驗模型的有效性。經檢驗，模型基本上反映了中關村物聯網聯盟的特征，其模擬結果與歷史狀況相吻合。在流圖模型的基礎上，系統得到的2009—2013年聯盟網絡企業分別是42、45、48、52、55家，聯盟研究機構規模分別是13、14、15、16、17家，與中關村物聯網聯盟的實際情況相差不大；2009—2012年整個聯盟創新收益分別是2.61億元、2.73億元、2.91億元、3.08億元，年增長率分別為4.6%、6.5%、5.8%，與工業和信息化部給出的通信及電子信息產業增長率相吻合。因此模型擬合度較高，模型是有效的。

4物聯網創新網絡發展模擬與分析

通過模型初始狀態的設定，可以對物聯網創新網絡發展問題進行動力學仿真模擬。為使模擬結果更具有現實意義并為物聯網發展的政策提供有價值的建議，本文采用中關村物聯網產業聯盟的真實數據計算設定原模型值，并在下文各節中用“1”作為原模型代號。

4.1網絡結構特征對物聯網創新網絡發展影響

本文通過調整聚類系數及網絡密度來確定不同密度程度的物聯網創新網絡結構特征，并進一步模擬其對物聯網創新網絡發展的影響，以此判斷網絡結構對物聯網創新網絡發展的影響。具體聚類系數和網絡密度設置如表1所示，其中M1、M2、M3分別代表網絡密集程度低、中、高三種情形。

表1　網絡結構特征主要參數

根據系統模擬結果(見圖2)，網絡密集程度主要影響網絡吸引力、科研成果數量以及創新收益。在密集程度增加時，創新網絡吸引力增大且趨勢明顯，在知識流通程度具有高密集性特性的網絡中，創新網絡的吸引力最大。此外，科研成果數量對于網絡密集程度的動態性行為的模擬結果顯示，高密集程度的網絡科研成果數量比低密集程度網絡的科研成果數量高了約20%，說明網絡密集性可以顯著影響創新網絡的科研成果數量。創新收益對于密集程度的模擬結果則顯示，創新收益在密集程度增加時有一定增加，但并不存在特別顯著的變化。

圖2　網絡結構特征對物聯網創新網絡發展的影響模擬

4.2技術標準對物聯網創新網絡發展影響

本文分別模擬了物聯網技術標準的主要相關組織(即企業、政府、運營商、集成商)對技術標準支持態度的變化，以及其對標準數量及擴散產生的影響。根據前文分析已知缺乏統一標準已成為物聯網發展的主要困境之一，故本文只在原模型上提高了各相關組織對標準的支持力度，得到修改后模型參數用ZT1表示，具體參數設置如表2所示。

表2　參與者支持參數

計算機模擬的結果表明，提高企業的標準投入對于標準的制定有較好的促進作用，但對物聯網標準的擴散卻沒有明顯的促進效果，這可能是由于物聯網創新網絡中標準的擴散涉及的主體眾多、過程復雜而造成的。另外，政府在標準制定階段和標準擴散階段的支持可以促進物聯網標準推進工作的進行。運營商與集成商的態度對物聯網標準擴散也有較好的促進作用，這可以解釋為物聯網運營商在物聯網傳輸層和應用層掌握著較多的專利技術，集成商負責產業鏈上中下游以及物聯網終端設備、網絡、軟件和應用的集成，他們對于標準的采納可以對物聯網創新網絡的其他參與主體產生重要影響。

本文進一步將主要相關主體的態度同時納入支持參數，分析了物聯網創新網絡主要參與者對標準普遍支持情況下的系統行為。通過計算機模擬結果可以看出，物聯網標準的擴散在政府、企業、物聯網網絡運營商、物聯網集成商的普遍支持下較原來有較大提升。我們還發現，當物聯網參與者普遍支持物聯網標準的制定與推進時，物聯網創新網絡的創新收益及其占總收入的比重較原來有了提升。這表明參與者的廣泛支持不僅促進標準的推進，也有利于物聯網產品研發效率的提升，帶來新產品和新服務推出速度的加快。

4.3政府支持對物聯網創新網絡發展的影響

本文將政府支持力度的參數值設置為1.05、1.45、1.65三種狀態，分別代表原模型(1)、中(Q1)、高(Q2)三種政府支持力度。模擬結果顯示，隨著政府投入力度由1.05上升至1.45，研究機構網絡創新能力與物聯網標準部門數量有了顯著提升；當政府投入力度由1.45上升至1.65時，研究機構網絡的創新能力及標準部門數量提升卻并不明顯。同時我們還注意到，政府支持力度的提升對聯盟機構的規模和聯盟內部物聯網標準數量的影響卻并不明顯。這可能是因為政府支持力度增大只是促進了物聯網應用向公共服務方面推廣，同時在一定程度上解決了物聯網創新網絡的資金問題，但是卻并沒有解決企業對于標準的重視程度。

4.4核心企業主導模式對物聯網創新網絡發展的影響

本文借助中心性因子來判斷核心企業主導模式的類型，一般情況下中心性高的網絡與高核心企業主導模式有更大的相似性。由于過低的中心性會導致網絡結構過于分散，而過高的中心性則會導致網絡其他成員創新信息交流意愿的降低，這都將影響物聯網創新網絡的信息傳遞。因此本文將中心性因子設置為倒U形的曲線，在此基礎上分析核心企業主導模式對物聯網創新網絡發展的影響。具體參數設置如表3所示，Z1、Z2分別代表高核心企業主導模式與低核心企業主導模式的情形。

表3　核心企業主導模式主要參數

由企業網絡創新能力和科研成果數量對于核心企業主導模式的變化圖(見圖3)可以看出：高核心企業主導模式下物聯網創新網絡的企業網絡創新能力和科研成果數量均高于低核心企業主導模式下的相應數值，且科研成果數量也有更大的數值結果。物聯網創新網絡向高核心主導模式轉變，將企業網絡能力的提升以及網絡的創新收益都有一定的促進作用。

圖3　核心企業主導模式變化對物聯網創新網絡發展的影響模擬

5結語與建議

第一，根據4.1的模擬結果可知，物聯網創新網絡的網絡密度及聚集程度的增加對創新網絡吸引力、創新收益及科研成果數量有正面影響。因此，在物聯網創新網絡規模既定的情況下，可以通過建立合作實驗室、合作物聯網研發項目等形式提高網絡緊密程度來增加知識流通路徑，以加快創新網絡內部企業間的信息技術交流，實現物聯網創新網絡的成熟發展。

第二，4.2的模擬結果顯示，物聯網創新網絡參與主體對物聯網標準的支持力度對物聯網創新網絡的發展有明顯影響。但是由于企業對標準的投入主要影響標準的數量而對標準擴散影響較小，政府、運營商與集成商對標準的支持態度則對標準擴散影響較為顯著，因此在解決物聯網標準統一問題時，應主要發揮運營商與集成商尤其是政府部門的重要作用，獲取這類企業或機構的支持，加大技術標準的示范應用及向公共應用領域的推廣。

第三，4.3的模擬結果說明，政府部門對物聯網發展的支持力度由低級向中級提升時，研究機構網絡創新能力及標準部門數量顯著提升，由中級向高級提升時變化并不顯著。這表明政府支持力度對研究機構網絡創新能力及標準部門數量的影響呈現一定的邊際遞減特點，政府支持力度保持在適中水平將最有效率，在全國范圍內，政府部門應依據各物聯網產業聯盟的發展狀況來分配政策資源，在有限的資源內最大限度地推動物聯網創新網絡的發展。

第四，4.4的模擬結果則表明，物聯網創新網絡中高核心企業主導模式更有利于提升網絡中企業的創新能力并增加科研成果數量。這說明物聯網創新網絡的發展需要在網絡中引入有能力的核心企業，著力培育核心骨干企業，以此增加網絡的集聚程度，促進物聯網創新網絡的發展。

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(責任編輯沈蓉)

System Dynamics for Innovation Network Development of Internet of Things

Jiao Yuanyuan，Mi Jie，Hu Qin

(Business School,Nankai University,Tianjin 300071,China)

Abstract：Based on the meso concept of innovation network,this paper analyzed factors affecting the innovation network development of the internet of things,and then made a simulation analysis on the innovation network development of the internet of things by making use of system dynamics,which is aimed to reveal the inherent logic of the innovation network development of the internet of things,and to afford advices to the policy and practice which is going to promote the innovation ability of the internet of things.

Key words:Internet of things；Innovation network；System dynamics

中圖分類號:F49

文獻標識碼:A

作者簡介：焦媛媛(1970-)，女，天津人，南開大學商學院教授、博士生導師；研究方向：技術創新與服務創新、項目管理、運營管理。

收稿日期：2015-02-12

基金項目：中央高校基本科研業務費專項資金項目(NKZXA1101)。