產學研協同模式下關鍵核心技術創新演化與驅動研究

許學國，吳鑫濤

（上海大學管理學院，上海 200444）

關鍵核心技術是技術系統中制約眾多技術突破的核心技術和工藝，在促進產業轉型升級和搶占科技競爭制高點上發揮著無可替代的作用［1］。在新發展格局下，產學研協同創新和深度融合突破關鍵核心技術已經成為推動經濟高質量發展的重要途徑。然而，我國產、學、研各類創新資源較為分散，缺乏長期穩定合作，協同效應不顯著，且關鍵核心技術創新面臨極大不確定性，存在研發周期長、投入成本高以及知識復雜性等特點［2］，容易陷入“研發失靈”和“政府干預失靈”的困境［3］。因此，研究產學研協同模式下關鍵核心技術創新的演化動態及其驅動機制，對于更好促進企業和學研機構發揮各自的能力和資源優勢，在“卡脖子”關鍵核心技術領域協同創新、集智攻關具有重要意義。

1 文獻回顧

關鍵核心技術創新突破問題是近年來的研究熱點，現有相關文獻主要觸及以下3 個方面：其一，對關鍵核心技術創新的特征、內涵和意義的分析。研究普遍認為關鍵核心技術創新具有高壁壘性、高投入性、長期性、研發外部性等特征，并從產業層面和國家層面分別對關鍵核心技術的內涵進行解讀。例如，仲偉俊等［4］認為關鍵核心技術是重要產業發展必須、對產業技術性能改善至關重要的技術；陳峰［5］則強調關鍵核心技術是影響國家經濟科技競爭優勢和安全的戰略高技術。其二，對關鍵核心技術創新存在的障礙與對策的分析，如余江等［6］的研究；還有研究指出基礎研究薄弱、體制機制不健全、知識產權保護不夠、科技成果轉化率低是我國關鍵核心技術創新面臨的突出問題［7］；有研究提出我國應加強產學研用協同創新，防止科技與經濟“兩張皮”現象［8］。其三，對關鍵核心技術創新路徑的初步探索，如白京羽等［9］的研究；武建龍等［10］和賀俊等［11］基于我國不同戰略性新興產業的優秀案例，分別從模塊化和微觀主體激勵結構的視角分析了關鍵核心技術突破的演化路徑；柳卸林等［12］探究了非營利性科研機構在構建面向關鍵核心技術突破的創新生態系統中發揮的核心作用；黃欣榮等［13］提出關鍵核心技術攻關的新型舉國體制，為促進關鍵核心技術創新突破提供了理論指導。

產學研各方都屬于有限理性人，具有趨利特性和投機心理［14］，當內外部因素發生變化時，其合作的穩定性便會受到影響［15］。學者從博弈視角對產學研協同創新的關鍵影響因素進行了廣泛的研究，如陳勁等［16］較早將協同創新引入產學研合作演化博弈中，發現降低“搭便車”收益并提升協同創新凈收益，產學研合作才能走出“囚徒困境”；彭瑩等［17］認為政府激勵、創新費用和技術突破概率是影響核心技術突破的主要因素；張華［18］的研究指出增加知識溢出有助于提高產學研雙方的協同創新效率和穩定性；盛永祥等［19］考察技術因素對產學研合作創新意愿的影響，發現雙方的合作意愿隨著技術成熟度和技術創新度的變化而呈現出不同的變化特點；張根明等［20］認為超額利益分配比例、懲罰機制和知識產權保護等因素與產學研創新聯盟的穩定性密切相關。此外，還有部分研究關注政府政策因素對產學研技術研發合作的影響，如馬永紅等［21］研究發現研發補貼和產品補貼均可有效促進產學研協同創新；Cano-Kollmann 等［22］則認為與金融支持相比，政府的非金融支持更能激勵企業的開放式創新。

綜上，雖然現有相關研究從不同層面對關鍵核心技術創新問題進行了剖析，但多以定性分析為主，忽視了創新過程的動態性特點；其次，對產學研協同模式下關鍵核心技術創新關鍵因素的分析尚不全面，比如在政府支持因素方面僅局限于研發補貼，而對政府采購、服務支持等方面的作用關注較少；最后，缺乏對關鍵核心技術協同創新驅動機制的深入探討。演化博弈論結合了進化生態學和系統論的思想，適用于對兩群體行為的動態調整過程進行微觀建模，能夠有效揭示群體行為的形成機制。據此，本研究基于有限理性假設，嘗試構建產學研協同模式下關鍵核心技術創新演化博弈模型，探討影響企業與學研機構協同創新策略選擇的關鍵因素及其驅動機制，并通過數值仿真分析不同因素變動下博弈雙方的策略演化軌跡，以闡釋關鍵核心技術協同創新的要素特征和演化機制，為政府科學施策、精準施策，推動解決關鍵核心技術“卡脖子”問題提供實踐參考。

2 關鍵核心技術創新演化建模

2.1 創新主體分析

關鍵核心技術協同創新的核心主體主要包括企業和學研機構。企業具有資金、場地、成果轉化方面的資源優勢和對技術創新方向的敏感性，而學研機構是協同創新的主要技術力量，雙方基于優勢互補、收益共享的原則開展技術研發合作，但也可能由于內外部情況的變化選擇中途背叛［23］。根據有限理性人假設，產-學研雙方總會在收益和成本的反復權衡中選擇最佳的合作策略。首先，除去基本收益外，企業和學研機構通過對關鍵核心技術進行原始創新和產業化，從而產生額外的協同創新收益；同時，雙方合作也會產生相應的創新成本，如人員、設備、差旅費和溝通成本等。現實中，協同創新收益和成本的大小往往與技術開發的難度和創新的深度高度關聯［17］。其次，關鍵核心技術創新不確定強、投入成本高，在協同創新過程中，合作雙方為減少自身的風險可能會采取投機行為以獲得“搭便車”收益，而雙方維持協同創新的行為則與企業對學研機構的研發資助、違約金的數額大小和違約后的前景損失以及利益分配機制等因素有關［20］。最后，政府作為關鍵核心技術創新的推動者［24］，可以通過研發成本補貼、公共采購和服務支持（基礎設施建設、創新平臺構建、知識產權保護等）等支持政策參與和引導創新資源的分配，促進產學研共同面向關鍵核心技術合作創新的意愿［25］。因此，在關鍵核心技術創新領域，企業和學研機構之間存在著緊密的利益關系，不同創新主體的策略選擇都會對協同創新系統的演化造成影響。

2.2 基本假設與變量設置

假設1：協同創新過程中，產-學研雙方會根據情況變化不斷調整其創新策略，直至達到系統均衡。各博弈主體均有兩種選擇策略：企業的策略集合為（協同創新，中途背叛）；學研機構的策略集合為（協同創新，中途背叛）。

假設2：企業和學研機構都是有限理性個體，都以自身利益最大化為行為決策標準，且雙方的信息掌握程度具有不完全對稱性。企業和學研機構選擇協同創新策略的概率分別為x、y，且均為時間t的函數。

假設4：違約懲罰。協同創新過程中，企業與學研機構會簽訂合作契約，中途背叛的一方需要向另一方支付違約金F。企業選擇中途背叛獲得“搭便車”收益E1，但存在機會損失C4，即其他企業關鍵核心技術創新取得突破導致其市場份額下降。學研機構中途背叛獲得“搭便車”收益E2，但會產生聲譽損失及今后承接項目數減少的潛在損失，記為C5。

2.3 博弈模型的構建

根據上述研究假設，得到關鍵核心技術協同創新博弈支付矩陣，如表1 所示。

表1 關鍵核心技術產學研協同創新博弈矩陣

企業的復制動態方程為：

學研機構的復制動態方程為：

3 關鍵核心技術創新演化驅動機制

3.1 系統穩定性分析

式（9）中：

表2 關鍵核心技術產學研協同創新博弈系統局部均衡點的穩定性分析

3.2 關鍵因素與驅動機制分析

3.2.1 政策激勵類因素對系統演化的影響

命題1：政府的研發成本補貼力度越大，企業和學研機構選擇協同創新的概率越大。

命題2：政府采購資金總額的增加能夠提升企業和學研機構選擇協同創新的概率。

命題3：政府的服務支持力度越大，企業和學研機構選擇協同創新的概率越大。

3.2.2 成本與收益類因素對系統演化的影響

命題4：協同創新投入成本的增加會降低博弈雙方選擇協同創新策略的概率。

命題6：企業和學研機構中途背叛獲得的“搭便車”收益越大，雙方選擇協同創新的概率就越小。

3.2.3 技術類因素對系統演化的影響

命題8：關鍵核心技術創新的深度越深，企業和學研機構選擇協同創新的概率越小。

3.2.4 獎懲與利益分配類因素對系統演化的影響

命題9：企業對學研機構的研發資助越多，雙方選擇協同創新策略的概率越高。

命題10：違約金、機會損失和聲譽損失等中途背叛懲罰因素帶來的損失越高，企業和學研機構越趨向于選擇協同創新的策略。

綜上所述，在關鍵核心技術協同創新的過程中，企業和學研機構選擇協同創新策略的意愿主要受政策激勵、成本與收益、技術、獎懲與利益分配等4類關鍵因素的影響，且不同類型因素對系統的驅動機制存在差異性。具體而言，政策激勵類因素是關鍵核心技術協同創新的外部牽引力，通過直接的資金支持和間接的服務保障，為產學研合作注入強大動力；成本與收益類因素是關鍵核心技術協同創新的內在原動力，企業和學研機構對更高的技術收益或者更突出的辦學績效的追求，以及降低研發成本和分散研發風險的考量，使得雙方理性地選擇了協同創新；技術類因素是關鍵核心技術協同創新的首要影響力，直接決定了創新的難度和成本規模，極易導致協同創新的破裂；獎懲和利益分配類因素是關鍵核心技術創新的重要推動力，有效保障 了雙方的合作積極性，推動協同創新行穩致遠。

4 演化驅動驗證

4.1 參數設置

在對關鍵核心技術協同創新系統穩定性和驅動機制分析的基礎上，為了能夠更加直觀地 展現企業和學研機構協同創新策略選擇的演化軌跡，運用MATLAB 軟件對博弈系統進行動態仿真。仿真參數主要通過咨詢筆者所在課題組老師，并參考已有相關文獻以及本研究情境下博弈模型的約束條件進行設置，盡量做到合理可靠，能夠反映實際情況。參數的數值不代表實際的金額，僅表示各參數之間的相對大小。具體設置為：C1=22，C2=20，C3=2，C4=2，C5=1，F=4；ΔR1=8，ΔR2=6；E1=2，E2=1；α=0.4，β=0.6，γ=0.4，λ=0.6，ω=0.8；G=6；S1=2，S2=2。同時，假設初始階段企業和學研機構選擇協同創新的概率都為0.5，即初始狀態(x,y)=(0.5,0.5)。

4.2 仿真分析

基于MATLAB 平臺進行數值仿真分析，重點討論成本補貼力度系數、采購資金總額、服務支持力度系數、研發成功率、企業對學研機構的研發資助、違約金等因素對博弈系統的影響。

（1）成本補貼力度系數對協同創新演化結果的影響。根據約束條件式（14）（15），可求得分別取0.30、0.35、0.40、0.50，從而得到成本補貼力度系數對企業和學研機構策略選擇的影響，分別如圖2 和圖3 所示。結果顯示，成本補貼力度系數在0.35～0.40 之間存在閾值，只有當成本補貼力度系數大于閾值時，企業和學研機構才會選擇協同創新的策略，且該系數越大，雙方選擇協同創新的演化速度越快。同時，相對于學研機構，企業對成本補貼力度系數的敏感性更弱，只有在較高的成本補貼力度下才會表現出強烈的協同創新意愿；這是由于企業投入的成本規模更大、承擔的失敗風險更高，只有在成本補貼水平較高時才能有效緩解企業的成本壓力、減輕其顧慮，從而促進產學研雙方的合作意愿提高。

圖1 企業和學研機構開展關鍵核心技術協同創新的演化博弈相位

圖2 成本補貼力度系數對企業開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

圖3 成本補貼力度系數對學研機構開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

（2）采購資金總額對協同創新演化結果的影響。根據約束條件式（14）（15）可求得令G分別取2、4、6、8，仿真得到G 的變化對系統演化結果的影響，分別如圖4 和圖5 所示。仿真結果顯示，政府采購資金總額G也存在閾值，在4～6 之間，若政府采購的數額太小，并不能促進企業和學研機構選擇協同創新策略；同時可以看到，隨著采購資金總額逐漸變大，二者協同演化軌跡的斜率越來越大，系統向協同創新策略演化的速度也越快。關鍵核心技術在初期不夠成熟，難以獲得消費者的認可，而政府采購可以為關鍵核心技術提供最初始的客戶和寶貴的試錯機會，使關鍵核心技術創新形成“研發投入—市場收益實現—研發投入”的良性循環。當政府采購資金總額較低時，企業的預期收益會降低，關鍵核心技術創新風險增大，因此企業不愿意進行關鍵核心技術創新。此時，雖然學研機構具有一定的創新意愿，但沒有企業的研發支持和配合，也難以實現關鍵核心技術突破。因而，學研機構最終也會向中途背叛的策略演化。隨著政府采購資金總額的提高，雙方協同創新的意愿顯著增強。

圖4 采購資金總額對企業開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

圖5 采購資金總額對學研機構開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

（3）服務支持力度系數對協同創新演化結果的影響。結合式（14）（15）可求得令分別取0.2、0.3、0.4、0.5，仿真得到的變化對系統演化結果的影響，分別如圖6 和圖7 所示。從仿真結果看，政府服務支持力度的閾值在0.3～0.4 之間，且服務支持力度越大，系統向協同創新策略演化的速度越快。同政府補貼和政府采購相比，政府服務支持力度的激勵作用更具有長期性，但是在實施初期的效果不夠明顯，在研發成本補貼和政府采購資金總額作用下的系統收斂速度要快于政府服務支持力度系數。因此，政府應該綜合使用這3 種政策措施，以達到較好的激勵效果。

圖6 服務支持力度系數對企業開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

圖7 服務支持力度系數對學研機構開展關鍵核心技術

（4）關鍵核心技術研發成功率對協同創新演化結果的影響。根據約束條件式（14）（15）可求得令分別取0.3、0.5、0.7、0.9，仿真得到的變化對系統演化結果的影響，分別如圖8和圖9 所示。由仿真結果可知，研發成功率與系統向協同創新方向演化成正向相關關系，研發成功率越高，雙方越趨向于選擇協同創新策略。同時可以看出，研發成功率的閾值在0.5～0.7 之間，當低于閾值時，企業為了避免更大的損失而趨向于選擇“中途背叛”策略；而學研機構雖然對研發失敗具有更高的容忍度，但隨著企業選擇“中途背叛”，學研機構利益受損，因而最終也會選擇“中途背叛”策略。因此，產學研雙方在合作初始就應基于實際條件確定合理的創新目標和創新策略，使得協同創新的目的更可能達到，從而降低后期由于研發不順利、成本大幅上升導致合作破裂。

圖8 關鍵核心技術研發成功率對企業開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

圖9 關鍵核心技術研發成功率對學研機構開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

（5）企業對學研機構的研發資助對協同創新演化結果的影響。同樣計算方法，可求得令C3分別取1.0、1.5、2.0、3.0，仿真得到C3的變化對系統演化結果的影響，分別如圖10和圖11所示。根據仿真結果，企業對學研機構的研發資助C3能夠促使雙方向選擇協同創新的策略演化，且研發資助越高，系統向協同創新演化的速度就越快；相對于企業而言，學研機構對研發成本的承受能力較差。因此，企業應在合理評估自身資金壓力的情況下給予學研機構一定的研發資助，以分擔學研機構的研發成本壓力，增加其合作的積極性，從而有效提升協同創新的效率。

圖10 企業對學研機構的研發資助對企業開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

圖11 企業對學研機構的研發資助對學研機構開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

圖12 違約金對企業開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

圖13 違約金對學研機構開展關鍵核心技術協同創新演化結果的影響

5 結論與討論

5.1 研究結論

本研究運用演化博 弈的理論和方法，探索性構建了產學研協同模式下關鍵核心技術協同創新的動態演化模型，對企業與學研機構雙方博弈過程中系統的穩定性進行分析，重點討論了影響雙方協同創新策略選擇的關鍵因素及其驅動機制，并利用MATLAB 軟件進行了仿真驗證，得到如下結論：

（1）政府政策支持是關鍵核心技術協同創新的外部牽引力。政府的成本補貼力度系數、采購資金總額和服務支持力度系數對系統向協同創新演化均呈現出正向作用，但3 種政策措施的影響效果具有差異，成本補貼力度系數和采購資金總額的作用更為直接，可短期內見效，而服務支持力度系數的作用則更具長期性。

（2）成本和收益類因素是關鍵核心技術協同創新的內在原動力。企業與學研機構的協同創新成本、“搭便車”收益的增加不利于產學研雙方的合作，而協同創新收益增量越大，系統越容易往協同創新的方向演化。

（3）技術類因素是關鍵核心技術協同創新的首要影響力。關鍵核心技術的研發成功率越大越有利于產學研雙方協同創新，而較大的創新深度阻礙博弈雙方選擇協同創新。

（4）獎懲和利益分配類因素是關鍵核心技術協同創新的重要推動力。企業對學研機構較高的研發資助能夠促進雙方的協同創新；較高的違約金、機會損失和聲譽損失等因素可以增加雙方的違約成本，從而降低發生中途背叛情況的概率；而公平的利益分配機制能夠使合作雙方都能獲得滿意的收益，有力保障協同創新系統穩定運行。

5.2 管理啟示

基于上述研究結論，得到如下管理啟示：

（1）政府作為關鍵核心技術創新的引導者和支持者，應積極發揮推動關鍵核心技術協同創新的激勵作用，優化政策組合。采取研發成本補貼和政府采購為主、服務支持為輔，多種激勵措施相結合的模式，從而充分發揮不同政策手段的激勵特性；同時，要注意合理設置激勵強度，使其能夠達到促進企業和學研機構選擇協同創新策略的系統閾值，而又不會讓兩者對政府支持產生長期依賴。

（2）強化企業創新主體地位，大力支持企業整合科研院所、高等院校力量，牽頭組建創新聯合體。企業應積極搭建開放式協同創新平臺，努力增強創新資源整合效率和創新成果轉化水平，從而有效降低產學研協同創新的成本，提高協同創新的收益增量，推動實現互利共贏。此外，企業和學研機構應在共同商議的基礎上合理設置創新目標，盡可能增大關鍵核心技術的研發成功率，避免因研發受阻、成本大幅上升導致協同創新的破裂；若某項技術的攻關難度過大，可以劃分多個階段目標，降低失敗風險。

（3）完善關鍵核心技術協同創新過程中的體制機制設計。應鼓勵企業對學研機構的研究活動給予資助和提供場地服務等方面的支持；雙方創新主體應在公平的前提下共同制定合理的違約懲罰機制和利益分配機制，以約束雙方的非合作行為，滿足各創新主體的利益訴求，同時政府應對中途背叛的一方實施額外的懲罰，增加違約的前景損失，如通報批評、將其納入失信名單并限制其 申請新的政府科研項目等。

5.3 研究不足與展望

目前，關鍵核心技術創新演化與驅動機制的相關研究較少，本研究進行了嘗試性探索，但仍不可避免地存在一些局限：首先，關鍵核心技術協同創新系統是一個復雜的社會系統，本研究在構建博弈模型的時候，雖然盡可能將所有涉及的相關因素都納入模型中，但還是可能會有一定程度的遺漏，未來可加強向相關科技企業調研，了解企業在關鍵核心技術協同創新實踐中存在的顧慮和遇到的困難，對模型進一步完善；其次，本研究通過數值仿真方法進一步分析了要素變動下系統的演化機制，并力圖使仿真參數的設置合理可靠、能夠反映系統的趨勢變化，后續研究可使用真實的案例數據進行驗證，從而使結論更加具有客觀性和科學性。