基于優化Shapley值的產學研網絡型合作利益協調機制研究
——以產業技術創新戰略聯盟為例

張 瑜，菅利榮，劉思峰，趙煥煥,劉 勇

(1．南京航空航天大學 經濟與管理學院，江蘇 南京 210016；2．金陵科技學院 商學院，江蘇 南京 211169；3．江南大學 商學院，江蘇 無錫 214122)

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基于優化Shapley值的產學研網絡型合作利益協調機制研究
——以產業技術創新戰略聯盟為例

張 瑜1,2，菅利榮1，劉思峰1，趙煥煥1,劉 勇3

(1．南京航空航天大學 經濟與管理學院，江蘇 南京 210016；2．金陵科技學院 商學院，江蘇 南京 211169；3．江南大學 商學院，江蘇 無錫 214122)

隨著復雜產品協同研制的興起，以往的線型化產學研合作模式已難以適應現行的創新活動，正逐漸被網絡化模式所替代。這種網絡型合作模式還處于起步階段，在跨組織協同管理、人才集聚、知識有效流動、利益分配等方面存在不少問題。本文以產業技術創新戰略聯盟為例，基于契約設計理論，研究創新主體在合作過程中的利益協調問題。對Shapley值進行優化，討論在面對道德風險情況下，如何利用網絡協同系數對獎勵支付進行協調，以使創新主體利益分配更公平、更合理。同時，將這一協調機制設計進利益分配中，以達到應有的激勵目的。

產學研合作;網絡型模式;利益協調; Shapley值

1 引言

產學研合作是創新系統中重要的組成部分。雖然我國產學研合作的歷史已有二十多年，但隨著復雜產品協同研制的興起，以往的線型化產學研合作模式已難以適應現行的創新活動，正逐漸被網絡化模式所替代。產學研網絡型合作模式是一種新型模式，它將高校、科研院所、企業作為內生創新主體，政府、科技中介服務機構、金融機構等作為外生服務支撐主體，在進行產學研合作過程中，通過建立高層次跨組織團隊，將各創新主體的優勢資源進行有效整合，進而來研究、轉化、擴散先進的前沿技術、共性技術和關鍵技術，培養創新創業人才，降低各創新主體間復雜知識流動過程中的不確定性，促進知識特別是隱性知識的增值流動，有效推動技術產業化，提升科技創新能力及科技轉化能力。新興產業技術創新戰略聯盟即是個典型的例子。然而這種網絡型合作模式還處于起步階段[1]，在協同管理、人才集聚、知識有效流動、利益分配等方面存在不少問題，急需相關理論指導。本文在此背景下，以產業技術創新戰略聯盟為例，討論創新主體在合作過程中利益協調問題。

在產學研網絡型合作中，利益分配不合理被認為是科技成果轉化率低下的首要原因[2]，已有學者對該問題進行了探討研究。如Manuel等[3]分析了合作中中立成員對Shapley值的影響。任培民等[4]列出各種產學研各種可能的合作方案，用期權-博弈整體化方法來研究利益分配最優問題。黃波等[5]考慮研發成功率與研發投入、產品市場收益與市場投入雙邊相關，研究通過合理的利益分配來防范產學研合作中的道德問題。劉云龍等[6]探討了影響產學研聯盟成員利益分配的重要因素，通過建立數學模型，研究利益分配機制。孫耀吾等[7]基于參與主體特征及合作利益分類，構建修正后的Shapley值二階段模型，分析高技術服務創新網絡的利益分配機理。黃波等[8]構建了協同創新博弈模型，設計了基金投資策略。謝喬昕等[9]根據創投機構信息搜集成本、信息共享意愿、信息共享風險等對Shapley值進行修正，提出創投機構信息共享網絡利益分配模型。戚湧等[10]基于合作博弈，構建改進的Shapley值科技資源共享模型，分析了各共享主體的所得利益。劉勇等[11]從利益主體的努力程度和合作程度雙因素出發，構建產學研協同創新價值鏈利潤分配模型，分析最優努力程度和合作程度。

縱觀產學研網絡型合作中主體利益協調的相關研究，大部分文獻都以博弈論為基礎，針對不同的產學研網絡，探究關鍵影響因素，構建相應的利益分配模型，分析利益協調機理。較多文獻認為產學研網絡型合作模式對創新績效有積極作用，創新主體間的協同工作是其重要因素。然而，將創新主體的協同能力作為單獨因素考慮進利益分配的文獻甚少。本文將考慮這一因素，以求利益分配更能促進主體間協同創新，以使產學研網絡型合作穩定、健康地發展。

產學研網絡型合作模式的結構類似于無標度網絡，即在合作中，創新主體的地位并不是都相等，存在少量度很大的核心創新主體及大量度較小的參與主體，這在前期研究中已得到證實[12-13]。在這種核心-參與主體的網絡型合作模式利益分配中，為考慮各主體在網絡中的協同能力，本文基于契約設計理論，重點研究產業技術創新戰略聯盟中核心主體與參與主體間的利益分配模式及核心主體對參與主體的獎勵支付，以激勵各方主體共同進行創新活動。

在契約設計理論中，美國經濟學家伯利和米恩所提出的“委托-代理理論”現被認為是契約設計的主要內容[14-15]。所謂委托-代理關系是指一個或多個行為主體根據一種明示或隱含的契約，指定、雇傭另一些行為主體為其服務完成委托的任務，同時授予代理者一定的決策權利，并根據代理者提供的服務數量和質量對其支付相應的報酬[16]。縱觀契約設計方面的文獻，大部分專家、學者們主要集中于兩方面的研究：一是委托-代理框架下對契約設計模型的完善；二是將契約設計模型運用于不同企業、行業。在委托-代理理論中，逆向選擇模型[17-18]、道德風險模型[18-19]、信號傳遞模型[17,19]是其經典模型。此外，對長期委托代理關系的研究[15,20-22]、對委托代理多項任務的研究[23-24]、對委托人與多個代理人關系的研究[25-26]、對委托代理關系中的“串謀”研究[27-28]等逐漸成為熱點。同時，契約設計模型已被應用于供應鏈合作[29-30]、高技術計劃項目投資[31-32]、虛擬企業[33]、戰略聯盟[34]、勞動報酬[35]等方面。本文基于“委托-代理理論”，在道德模型分析框架下，通過激勵機制設計和契約安排來協調解決核心主體(委托人)和參與主體(代理人)之間的利益分配問題。

2 產學研網絡型合作的利益分配模式

當核心主體與參與主體在合作過程中，由于利益的不一致，參與主體可能通過投機行為謀取更大利益，于是產生了道德風險。在經濟學上，Fish Wilson[36]、Spence和Zeckhauser[37]、Ross[38]等已提出委托-代理下道德風險問題的統一分析框架[16]。借鑒這一框架，以新興產業技術創新戰略聯盟為例，核心主體可被看成是委托方，參與主體是代理方，進而來研究合作中的利益協調問題。

假設參與主體可以選擇的行動集合為A，a∈A是參與主體可能選擇的一個行動。A=(a1,a2,…)，如a1為工作的數量、a2為工作質量等等。設ε是外生的隨機變量，表示環境變化。ε∈H，H表示由政府、科技中介服務機構、金融機構等作為外生服務支撐主體所構成的環境。令G(ε)和g(ε)分別是在H上的分布函數和密度函數。

當參與主體選擇某個具體的行動a之后，外生變量ε確定，記X=x(a,ε)為可觀測結果，表示為創新付出的努力。這種努力程度決定了創新成果市場化的貨幣收益π(a,ε)。

設產業技術創新戰略聯盟中，核心主體的確定性收入效用函數v(y)，其中v(y)是核心主體在收入為y下的效用水平；參與主體的確定性收入效用函數u(z)，其中u(z)參與主體在收入為z下的效用水平。這些效用函數滿足一般性質，即v′(y)>0，v″(y)≤0，u′(z)>0，u″(z)≤0，表示v(y)和u(z)是單調遞增凸函數，這意味著核心主體與參與主體的效用均隨著收入的增加而增加，且增速逐漸減小。

參與主體選擇任何行動a∈A幾乎會給自己帶來一定程度的“辛苦”，因此，假設這種“辛苦”用一種可被測度的“成本函數”c(a)表示，c′(a)>0，c″(a)>0，表示c(a)是單調遞增凹函數，這意味著成本隨著辛苦程度的增加而增加，且增速逐漸增大。

1.核心主體的期望效用

考慮核心主體的利益分配設計。已知分布函數G(ε)、密度函數g(ε)、創新付出的努力x(a,ε)、創新成果市場化的貨幣收益π(a,ε)、效用函數v(y)和u(z)、成本函數c(a)，則采用分成制收益：核心主體將π(a,ε)中的一部分π′(π′<π(a,ε))作為獎勵支付給參與主體；π′由x(a,ε)決定，因為a是不可觀測變量，而x(a,ε)是可觀測變量。

這樣，核心主體的收入為y=π(a,ε)-π′[x(a,ε)]，于是，核心主體的期望效用函數為：

∫v{π(a,ε)-π′[x(a,ε)]}g(ε)dε

(1)

其中，核心主體利用獎勵π′在各參與主體之間進行分配，以希望更好地激勵參與主體選擇他所希望的行動a，使式(1)期望效用函數最大化。對獎勵π′的合理分配在文中即被視為利益協調。

2.參與主體的期望效用

(2)

式(2)稱為“參與約束”(IR)，這是參與主體接受合作的必要條件。

同時，參與主體在選擇行動上時，首先選擇自己期望效用最大化的行動，這決定了參與主體的行動選擇a滿足“激勵相容約束”(IC)條件：

∫u{π′[x(a,ε)]}g(ε)dε-c(a)≥∫u{π′[x(a′,ε)]}g(ε)dε-c(a′)，?a′∈A

(3)

因此，產業技術創新戰略聯盟中核心主體的利益分配首先要滿足參與約束(即式(2))；其次滿足激勵相容約束(即式(3))，得到式(4)：

(IC)∫u{π′[x(a,ε)]}g(ε)dε-c(a)≥∫u{π′[x(a′,ε)]}g(ε)dε-c(a′),?a′∈A

(4)

3 基于優化Shapley值的產學研網絡型合作

利益協調機制

產學研合作的利益分配屬于多主體合作對策問題。借鑒Shapley值理論，對其進行改進。眾所周知，在Shapley值理論中，有個重要的假設——對稱性。該假設有其弊端，它忽視了合作成員的個體差異而受到諸多學者的質疑。如Winter[39]認為，合作成員的非對稱性受多種因素的干攏，像溝通問題。Kalai和Samet[40]則例舉出一個反例來證明該假設的不正確性。假設兩個企業合作某項目的開發能夠獲得1個單位的收益，且任一企業獨立開發只能獲得零利潤。由Shapley[41]值思想，兩家企業的利潤應當平分，因為任一企業對合作的邊際貢獻都為1個單位。但是，如果企業B在合作中比企業A作出了更大的貢獻，顯然前面的利潤平分方案存在不合理性，而Shapley自己也承認對稱性的假設會受到合作成員議價能力的影響而被破壞。由此可見，對稱性假設只考慮邊際貢獻這一因素，在實現利益的公平分配上有失偏頗。為了使得核心主體設計的利益分配π′更公平、更合理，必須對Shapley值法進行改進。

3.1 影響利益協調的主要因素

考察產業技術創新戰略聯盟產學研合作中參與主體為創新所付出的努力x(a,ε)，根據前期對產學研合作重要影響因素分析及現實中的利益分配依據，設a1為知識共享的程度，a2為主體吸收知識程度，a3為投資額度，a4抗風險能力；ε為環境因素，受信息技術、科技中介服務、政策及金融投資的綜合影響。由于ε對于任一創新主體參與研發過程而言都是一致的，創新主體受外部因素的影響可視為其抵御外部風險能力a4的一部分，故不考慮ε的影響，即創新主體為創新所付出的努力為x(a1,a2,a3,a4)。

(1)知識共享程度。該因素是度量產業技術創新戰略聯盟的產學研合作中，參與主體對知識奉獻的廣度和深度，是知識復雜性的表現。廣度反映了知識的范圍；深度反映了知識的難易程度。

(2)主體吸收知識程度。該因素反映了產業技術創新戰略聯盟的產學研合作中，參與主體學習新知識的吸收效果，其實質是知識在網絡中流動的有效性。該因素與知識共享因素共同反映了各創新主體間創新知識的協同性，以此來決定對創新成果知識產權占有份額的劃分。

(3)投資額度。該因素是指產業技術創新戰略聯盟在產學研合作前，核心主體和參與主體對所研發項目的出資情況。按出資比進行收益分配是現實中常見的一種方式，因此，將該因素考慮進來，既符合現實，又能夠較為公平合理地進行利益分配。

(4)抗風險能力。該因素是指參與創新主體對自身所承擔研發任務在未來不確定性因素影響下的抵御能力，包括對風險的辨識、分析、緩和及跟蹤能力。顯然，創新主體承擔的風險較大，其利益分配值也應較大。

3.2 基于獎勵支付的Shapley值優化模型

將上述四因素納入進獎懲機制，對其進行定性、定量的綜合評定，從而決定參與主體的獎勵分配。Shapley值的具體改進方法如下：

(1)確定四個關鍵因素各自的評定值

知識共享程度a1和學習吸收知識程度a2無法直接觀測得到，可以設計調查問卷，通過完成規定任務的數量和質量來衡量。

投資額度a3由出資金額直接決定，其值等于每一創新主體的出資除以總投資額。

抗風險能力a4的度量可以采用層次分析法、協方差風險分配法、相對風險分配法等方法測算。但是該數值具有難以清晰計算出、觀測出或是存在多種計算方法及結果的、需要通過感知及主觀判斷的特點，因此考慮通過協議賦予專家組或是其他形式機構的第三方一定的懲罰權限，使其具有一定的評判權威性，進而通過第三方根據協同合作成員承擔風險的大小，對各成員進行風險值評估。

(2)確定四個關鍵因素的綜合評定值

設某一產業技術創新戰略聯盟的產學研合作S，其知識共享程度、主體吸收知識程度、投資額度和抗風險能力的權重分別為：wa1(S)、wa2(S)、wa3(S)和wa4(S)，wa1(S)+wa2(S)+wa3(S)+wa4(S)=1且每個權重值都為正值。則該產學研合作中，參與主體i的四個因素綜合評價值為wi，公式如式(5)：

(5)

(3)確定獎金分配優化值

(6)

3.3 基于優化Shapley值模型的利益分配

在式(4)利益協調的契約設計下及根據Shapley值法求出的獎勵支付π″，優化產業技術創新戰略聯盟產學研網絡型合作利益分配的契約設計。

(7)

(8)

產業技術創新戰略聯盟中，核心主體的收益如下：

由于參與主體相互獨立，且同分布，故省去下標i。

因此，當參與主體努力工作時，其激勵約束為：

若參與主體的保留效用標準化為0，則其參與約束為：

在一個可行的合作條件下，核心主體的效用為：

綜上，核心主體的最優收益設計問題如式(9)所示：

(9)

由于產業技術創新戰略聯盟產學研合作中各創新主體是利益風險共擔者，因此設參與主體是風險中性，其效用函數u(t)=t，式(9)變為式(10)：

(10)

可知：

4 案例分析

江蘇省軌道交通產業技術創新戰略聯盟是以國家火炬計劃常州軌道交通車輛及部件產業基地為依托，在江蘇省軌道交通產業技術協會的基礎上，由南車戚墅堰機車有限公司、南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司、南車南京浦鎮車輛有限公司、新譽集團、今創集團、南京康尼機電新技術有限公司等重點骨干企業聯合西南交通大學軌道交通國家實驗室(籌)、同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院等科研機構共同組成的創新型組織。本節案例以該聯盟中國家科技支撐計劃項目“高速列車牽引傳動與制動系統(2009BAG12A05)”為例進行分析。該項目是由一家核心創新主體與22家參與主體協同完成，其背景已在前期研究進行了分析[13]。在該項目中，以項目單位為節點，項目關系為連線，構建起各創新主體間的關系，如圖2所示。

假設以節點6(中國科學院電工研究所)、節點16(南車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司)及節點15(西南交通大學)為分析對象。由于該三個節點在研發“2009BAG12A05”項目是以子課題承擔人身份進行課題研究。從現在情況來看(圖2所示)，該三個節點之間并無直接聯系，因此假定該三個節點單獨完成子課題可分別創造價值4、5、6。若核心主體節點1在設計利益分配時，努力促使該三節點進行聯盟(如圖2中紅線部分)，則假定前述節點6、節點16及節點15兩兩合作可能創造的價值分別為：節點6與節點16合作創造價值10，節點6與節點15合作創造價值11，節點16與節點15合作創造價值12；三節點形成協同聯盟可能創造的價值為20。

圖1 產學研網絡型合作中創新主體間關系圖

(1)初始利益分配

根據Shapley值法，可計算出節點6、節點16及節點15初始利益分配值(如表1-表3所示)。

表1 節點6利益分配計算表

表2 節點16利益分配計算表

表3 節點15利益分配計算表

從表1-表3中計算的數據容易看出：

不難得出結論：節點6、節點16、節點15形成聯盟后可創造出更大的價值，且各節點在聯盟中均得到了更多的收益。

(2)改進后的利益分配

假定核心主體為使參與主體更協同、更融合工作，在利益分配機制中考慮參與主體的協同能力，并將該能力量化，設計如式(6)所示的改進利益分配。

同時假設a1=(0.2,0.3,0.5)，a2=(0.3,0.3,0.4)，a3=(0.4,0.4,0.2)，a4=(0.3,0.3,0.4)，wa1=0.3，wa2=0.3，wa13=0.2，wa4=0.2，通過UCINET軟件，計算出三節點的相對度數中心度：CRD(node6)=0.14，CRD(node16)=0.27，CRD(node115)=0.32，歸一化后，三節點各自的協同能力系數分別為：0.19，0.37，0.44。

通過式(5)，可計算出節點6、節點16、節點15利益分配的評價值wi：

由wi，通過式(6)，進而得到各企業的利益分配值：

5 結語

本文以產學研網絡型合作中的利益協調為問題導向，在面對合作過程中可能會出現的道德風險，設計其利益協調機制。對利益分配模式中的獎勵支付，基于Shapley值，以網絡協同系數作為利益調節參數，進行較為公平合理的獎金分配，進而優化原有的利益分配模型。在所設計的契約中，若參與主體在高水平下工作，則應得到正收益；若在低水平下工作，則應得到負收益；同時，高收益給予激勵，低收益給予懲罰，從而真正實現產學研網絡型合作中各創新主體的利益共享、風險共擔。本文以產業技術創新戰略聯盟為例，對其產學研網絡型合作利益協調機制進行了一些探索，參數的度量、方法的實際應用等有待進一步研究。

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Interests Coordination Mechanism of University-Industry Network Cooperation Based on Optimized Shapley Value——A Case Study in Industrial Technology Innovation Strategy Alliance

ZHANG Yu1,2, JIAN Li-rong1, LIU Si-feng1, ZHAO Huan-huan1, LIU Yong3

(1.College of Economics and Management, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016,China; 2. School of Business, Jinling Institute of Technology,Nanjing 211169,China; 3. School of Business, Jiangnan University, Wuxi 214122,China)

Problem origin- With the rise of complex product systems(CoPS) collaborative development, the linear cooperative mode of university-industry cooperation(UIC) in the past does not adapt to the current innovation activities, and is gradually being replaced by the network mode. The network model is still on the initial stage, and there are some problems about cross-organizational coordinated management，talents accumulation, knowledge flow effectively, benefit allocation and so on.Accurate narration of the problem- Industrial technology innovation strategy alliance is taken as an example, the interests coordination problem of innovation subjects in the process of cooperation is studied from the perspective of contract design. The structure of university-industry cooperation network mode is similar with the scale-free network and can be regarded as the structure of core-participating subject. The core subject and the participating subjects engage in UIC with contract. In order to pay the remuneration of the participating subjects, the core subject takes out a portion of the profits as a reward to the participating subjects in addition to the fixed remuneration. Therefore, how to allocate the profits to effectively promote every participating subjects to work hard according to the contract is the focus of this paper.Design/methodology/approach- Based on Shapley value, using knowledge sharing, the subject of knowledge level, the amount of investment and the ability of resisting risk as the main measurement factors of interests coordination, interests coordination mode of university-industry network cooperation is built. At same time, cooperative ability is condered as adjustment coefficient in order to optimize the interest allocation.Thinking-First of all, in the background of the industrial technology innovation strategy alliance, the assumed condition is described and benefit allocation model of university-industry network cooperation is set up. Secondly, in the above model, the core subject, how to coordinate interests is analyzed. That is to find out the factors of interests coordination, determine comprehensive evaluation method of the factors, and optimize the distribution of interests with the network collaborative capability. At last, with the optimization of the interests coordination, the benefit allocation of industrial technology innovation strategic alliance is designed.Research findings- Through the factor of network coordination ability, the optimization of the interests coordination of the participating subjects is realized. In the optimized benefit allocation model, if the participants in the high level of work, it should be a positive return; if the low level of work, it should be negative return.Data explanation of the case- Taking rail transport in Jiangsu Province industry technology innovation strategic alliance for example, nodes 6, node 15 and node 16 of the UIC network diagram are respectively analyzed. The result is the interests of node 6 declining, and the drop part of the benefit value is incorporated into the node 15 and node 16. That means the collaborative innovation ability of node15 and node 16 in the alliance are strong, and the collaborative innovation ability of node 6 is weaker than the other two nodes.Effect and value- In the allocation of interests of the innovation subjects, the cooperative ability between the subjects is taken into atcount, and a reference method is provided for the interests coordination of the university-industry network cooperation.

university-industry cooperation; network mode; interests coordination; shapley value

2015-05-31；

2015-10-18

國家自然科學基金資助項目(71173104)；江蘇省高校哲學社會科學研究重點項目(2012ZDIXM030)；國家自然科學基金項目(71503103)；江蘇自然科學基金項目(BK20150157)；江蘇省社科基金項目(14GLC008)；國家自然科學基金青年基金項目(71502073)；教育部人文社科項目(14YJC630120)

簡介：張瑜(1980-)，女(漢族)，江蘇常州人，南京航空航天大學經濟與管理學院博士研究生，金陵科技學院商學院副教授，研究方向：產學研合作，知識管理,.E-mail:25407628@qq.com.

F224

A

1003-207(2016)09-0036-09

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.09.005