基于跨層次網絡的多主體協同創新演化模型

王 玉,蔡小婷,毛詩棋,郭洪飛,殷松益,吳采柔

(1.暨南大學 國際商學院,廣東 珠海 519070; 2.暨南大學 管理學院,廣東 廣州 510632;3.暨南大學 物聯網與物流工程研究院,廣東 珠海 519070;4.暨南大學 智能科學與工程學院,廣東 珠海 519070)

0 引言

近年來,創新驅動發展戰略成為我國提高經濟增長質量和效益、加快轉變經濟發展方式的重要動力。同時,新一輪科技產業革命促使各國間的科技競爭加劇,推動全球重構創新版圖。這要求各主體不斷增強自身創新能力來推動技術創新,以更積極主動的姿態融入全球科技創新網絡。然而,在競爭激烈、由知識和創新驅動的市場環境中,主體僅靠內部資源來實現獨立創新非常具有挑戰性[1]。因此,主體開始對外尋求支持,以克服自身創新能力的局限,多主體協同創新成為各國增強創新能力的一個重要手段。

協同創新是一種系統性創新,具有網絡化的天然屬性,于是學術界在協同創新研究的基礎上提出協同創新網絡的概念[2]。協同創新網絡是一種服務于系統性創新的制度安排,網絡內主體間正式或非正式的合作關系是關鍵的連接機制[3]。協同創新網絡內的創新節點緊密相連,借助創新活動使彼此相互作用,表現出復雜多主體性[4]、擇優連接性[5]、動態性[6]等特征。因為主體間的合作關系并非一成不變,出于不同考慮,主體會改變合作伙伴的選擇規則,主體細微行為的改變會影響協同創新網絡拓撲結構及網絡關系,從而影響協同創新績效。在協同創新網絡研究中,主要關注協同創新網絡的構建、運行機制、演化等問題[7]。

在協同創新網絡構建方面,已有的協同創新網絡研究大多基于單一同質復雜網絡開展,即以合作主體為節點構建創新網絡,研究知識在主體之間的流動,這種方法將知識網絡與合作網絡耦合在了一起。然而,合作主體和知識元素是協同創新網絡中的兩個異構節點,且單層網絡結構不能描述主體的知識關系和社會關系形成的雙重網絡[8]。近年來,超網絡成為網絡研究的熱點之一。超網絡[9]由多個網絡連接構建而成,不同網絡之間的節點為異質性節點,其形式主要劃分為基于變分不等式、基于網絡、基于超圖3類,其中基于網絡的超網絡能夠很好地描述異質性節點之間的映射關系,將單質網絡連接起來,可展現網絡多級、多層、多屬性的復雜特性,有助于厘清復雜現象。因此,本文主要結合基于網絡的超網絡方法構建模型。

GUAN等[10]探討了社會網絡和知識網絡結構如何影響新興納米能源領域組織的開發和探索性創新,是較早同時研究合作網絡和知識網絡這兩個不同性質網絡的學者之一;王彥博等[11]引入嵌入式研究方法,構建了解耦的技術創新網絡模型,在此基礎上對比了合作網絡和知識網絡結構特征對企業創新的影響。以上研究并未將兩個網絡聯系起來,而是看作兩個單一層面的網絡。后來的學者意識到這兩個網絡雖然各具特征,但是并非完全相互獨立。張曉黎[12]通過仿真分析了合作網絡中企業關系調整對知識網絡的影響,尋求改變知識結構、提升知識水平的路徑;BRENNECKE等[13]分析了公司的知識網絡對發明人社交網絡的影響,研究表明社交搜索和基于知識的搜索緊密交織在一起,發明人在建立社交聯系時會考慮其自身及其同事的知識元素在知識網絡中的不同維度;毛薦其等[14]構建了一個多層次創新網絡,將發明者間的社會關系、知識元素的組合關系以及兩者間的隸屬關系納入同一個研究框架中,實證研究了跨層網絡結構對發明者知識搜索行為的作用。

另外,依據同一層次網絡中主體節點的特性,協同創新網絡可分為同質多主體協同創新網絡和異質多主體協同創新網絡。其中,同質多主體協同創新網絡主要研究同質多主體間的技術合作創新,以同質多主體為節點構建網絡演化模型[15-16],設定主體選擇機制來實現網絡演化,演化規則通常包括節點的擇優連接機制、知識轉移機制、節點進入退出等[17];異質多主體協同創新網絡主要涉及產學研協同創新,以企業、高校、科研機構、政府等為節點構建網絡演化模型[18],設定主體選擇機制來實現網絡演化,演化規則通常包括節點間關系的建立、關系的破裂、節點的進入退出等[19]。

在協同創新網絡運行機制和演化研究上,學者們主要根據協同創新過程和影響因素進行分析,而且大多基于復雜網絡理論構建演化模型,例如:①在運行機制方面,VARRICHIO等[20]提出協作網絡和合作伙伴關系管理模型,以Natura公司為例,研究企業如何形成、加強和連接創新網絡,并通過管理與大學、政府等主體間的關系,最終實現創新;REHM等[21]通過跟蹤三家中小企業協同創新網絡,對如何運用信息管理建立合作伙伴關系、整合伙伴價值貢獻以及協調創新過程進行實證研究,從“誰、什么以及如何”3個角度描述如何創建有效的創新網絡。②在演化方面,REUER等[22]認為在合作伙伴選擇策略上,先前的合作會增加主體之間的熟悉程度,減少信息成本,從而增加主體間合作的可能性;徐敏等[23]探究了網絡環境下創新搜索、知識轉移和知識創新的整體機制,構建了基于無標度加權網絡的創新網絡協同演化模型,揭示了創新網絡中知識動態增長的演化規律以及創新搜索策略對創新績效的影響。

以往文獻在涉及選擇合作主體時通常僅考慮單一因素,如知識距離、聯接強度等,然而實際主體通常需要綜合考慮多種因素來選擇合作伙伴。另外,知識轉移伴隨主體間的合作產生,也是協同創新過程中必不可少的環節[24-26],因此在設計多主體協同創新運行機制時需要考慮知識轉移機制,并納入多種影響因素。

綜上所述,本文結合超網絡理論對傳統協同創新網絡進行解耦,構建包含合作網絡、知識網絡和創新成果層的跨層次網絡的異質多主體協同創新演化模型,清晰地刻畫主體與知識間的隸屬關系,其中設計了合作主體擇優連接機制以及包含知識轉移的協同創新運行機制。最后通過仿真,研究不同合作伙伴組合擇優連接機制下整體網絡的演化情況,以及對創新績效的影響,為構建高效協同創新網絡和提升創新績效提供管理策略。

1 多主體結構和主體異質性、協同創新過程以及協同創新網絡演化影響因素分析

1.1 多主體結構和主體異質性分析

協同創新涉及多類功能定位不同的主體,只有明確各主體差異,才能發揮各自優勢,更好地實現協同創新目標。這些主體主要包括核心創新主體和其他影響主體,其中以企業、高校/科研機構等為代表的核心創新主體是協同創新過程中的重要創新源和知識源,政府和中介服務機構等其他影響主體為核心創新主體間的合作和知識轉移提供支持和保障。

本文的多主體有兩個層面含義:①指主體類型多,包括企業、高校和科研機構;②指主體數量多,每種類型的主體存在多個數量。主體異質性主要關注企業、高校和科研機構在知識資源存量、知識情境上的差異。

(1)高校和科研機構 由于高校和科研機構在知識創造、人才培養、社會職能上具有相似性,通常將高校和科研機構視為同一類型主體[27]。就目前我國高校和科研機構的實際情況看,由于缺乏資金和設備,很多研究工作在開發階段便無法依靠自身進行,而需要通過與企業合作共同完成。一般來說,高校和科研機構具有豐富的創新資源和科研力量,掌握明顯高于企業的科研人才優勢,在某一領域的知識存量通常高于企業[28]。而從知識情景上看,作為專門的研究型領地以及非營利性、知識半開放性組織,高校和科研機構具有較強的知識轉移意愿,有利于知識在主體間互動轉移。

(2)企業 在多主體協同創新中,企業在生產經營過程中積累了比較豐富的技術、產品等方面知識,同時承擔著新技術、產品的研發設計工作,而且還是創新活動資金的主要提供者,是將高校和科研機構積累的科技成果市場化和商業化的主要載體。有研究表明,企業是協同創新過程中推動知識流動、生產、創新的核心成員,但是相比高校/科研機構,企業在某一領域的知識存量相對較低,其會尋求與高校/科研機構合作來獲取專業、前沿的知識。其次,作為營利性組織,企業更大程度上表現為保護自己的核心知識不被競爭對手獲得,因此其知識轉移意愿較低。

1.2 多主體協同創新過程分析

主體之間開展協同創新活動由主體間的知識增值、合作創新等需求驅動,多主體協同創新過程可描述為:首先在主體合作基礎和知識分布條件下,主體根據一定的規則選擇合作者,進而建立、維持或結束合作關系,然后存在合作關系的雙方進行知識交流和轉移,最后產出創新成果。每一階段的主體合作和知識轉移將改變主體在合作網絡中的位置以及主體間的知識分布,同時影響下一階段合作伙伴的選擇,調整主體間的合作關系,并自主或合作創新出成果。多主體協同創新過程如圖1所示。

(1)合作伙伴選擇及合作關系變化 合作伙伴的選擇是主體間形成合作關系的決定因素。主體出于提升自己知識水平、創新能力的需要,會不斷變換這種協作組合,具體表現為考慮潛在合作者在協同創新網絡中的影響力以及與自身的知識距離,從而選擇合適的主體進行合作,或者結束已有的合作關系。

(2)知識轉移與知識自我增長 當主體形成合作后,需要分享各自掌握的知識,促使知識擴散和轉移,而推動主體間發生知識轉移的根本原因是知識勢差。由于主體間的知識存量不同,某一方具有知識優勢,知識將從具有知識優勢的一方流向知識存量較低的一方。知識轉移是一個循環的過程,當一次知識轉移結束后,主體之間將形成新的知識勢差,從而引發新一輪知識轉移。知識轉移的效率與效果直接影響多主體協同創新的成敗,是主體發展和提高競爭優勢的關鍵[29]。另外,主體均具備知識自我增長能力,基于原有知識產生新知識。

(3)創新成果產出 創新源自對新知識的應用或對現有知識的新穎組合。主體之間通過合作進行知識共享和轉移,豐富了自己知識的深度和廣度,從而在已有或新獲得的知識元素基礎上進行重組和應用,有效提升了創新產出的成功率。

1.3 協同創新網絡演化影響因素分析

協同創新網絡演化是由主體間合作創新行為推動的過程和結果。根據協同創新過程分析,多主體協同創新網絡演化的影響因素包括影響合作伙伴選擇的因素、影響主體間知識轉移的因素和其他因素。網絡演化的直接動力是網絡中主體的自發行為,即合作主體選擇行為,主體間合作關系的確立不是隨機的,而是一個有意識選擇的過程。為了獲取外部知識資源,最大限度地提高創新機會,主體會對其他主體進行評估和選擇,從而確定合作關系的建立、維持或破裂。

合作主體的選擇行為影響協同創新網絡的演化形態。主體確定與哪些主體建立合作或結束合作,使合作網絡中節點間的邊增加或斷鏈;主體間的交流使知識被不同主體掌握,增大了知識元素間組合的可能性,使知識網絡中知識節點間的連邊增加;主體從合作伙伴處學習到新知識,使網絡間的連線增加。另外,隨著主體間知識的交流與轉移,每個知識點的知識量隨著知識創新或接收知識轉移而不斷提升,主體知識的廣度和深度發生改變,最終影響創新成果的產出。

(1)合作主體選擇影響因素 本文從涉及合作網絡和知識網絡兩個子網絡的協同創新網絡出發開展研究,重點關注知識轉移和創新產出。因此,雖然影響合作主體選擇的影響因素很多,但是本文主要選取與合作關系及知識相關的影響因素,即基于關系和基于知識的兩種合作主體選擇影響因素:

1)基于關系的合作主體選擇 一些研究表明,主體更傾向于選擇有影響力的主體(即擁有更多連接的主體)作為合作伙伴,該選擇策略也稱為“節點度的偏好性選擇”。節點度與主體在網絡中的地位成正比,反映了主體在網絡中的重要程度。主體選擇與具有影響力的主體合作,通常能夠獲得更廣泛的知識和信息,而且可以借助其中介作用認識更多合作伙伴。然而,該策略易導致馬太效應,即窮者愈窮,富者愈富。

2)基于知識的合作主體選擇 從知識的理論視角出發,在選擇合作主體時,主體會考慮兩者間的知識距離,即主體知識之間的相似性和互補性,相對較近的知識距離能夠提高協同合作交流效率,增加創新產出[30]。然而,研究也發現,若雙方的知識相似度過高,則易造成知識冗余[31];若雙方的知識距離過大,則會提高主體之間的學習成本。由此可見,主體在根據知識距離選擇合作伙伴時應該防止距離過大或過小帶來的消極影響。另外,當主體之間建立合作后,受知識需求的影響,也會存在關系破裂的可能,總體上傾向于更豐富、更深層次的知識。

(2)知識轉移影響因素 知識轉移是一種跨越組織邊界的活動,是知識發送方和接收方之間進行知識交流的過程,包括知識共享、知識傳輸、知識吸收和利用的全過程。根據HENDRIKS的知識轉移模型[25],該過程可以簡化為知識發送方知識外化和接收方知識內化兩個階段,知識轉移的具體影響因素包括:

1)知識發送方的轉移意愿和轉移能力 主體在協作過程中共享和交易知識行為是基于知識轉移帶來的增益,然而考慮其知識外露風險[32]及相關成本[33],主體也可能減少甚至不愿意進行知識轉移。發送方的轉移意愿是知識轉移的前提條件[34],較強的知識轉移意愿便于開展知識轉移[35],而且發送方的轉移能力越強,知識轉移效果越好。

2)知識接收方的吸收能力 吸收能力影響主體間的知識轉移,接收主體吸收能力越強,越能更好地理解、吸收合作伙伴傳遞過來的知識,減少所需的時間、資源等成本[36]。吸收能力在企業聯盟的知識轉移中起重要的促進作用,其影響知識溢出效應,并最終對創新績效產生積極影響[37]。

(3)其他知識增長影響因素 除了從其他主體獲取知識,知識接收方與知識發送方均具備一定的知識自我增長能力,能夠基于原本積累的知識繼續深入自我學習,對原有知識元素進行壓縮、增減、延伸,從而產生再生性新知識[38]。另外,其他知識增長影響因素還包括在不存在合作關系的情況下,從協同創新網絡以外獲得知識的能力,然而本文研究的主要是網絡運行機制對網絡演化和知識績效的影響,網絡外獲得的知識對網絡運行機制影響較小,因此本文不考慮從網絡外獲得知識的影響。

2 基于跨層次網絡的多主體協同創新演化模型的構建

2.1 模型的前提假設條件

本文給出構建演化模型的3個假設條件:

假設1主體在進行合作伙伴選擇時,會綜合考慮基于關系和基于知識的兩方面因素。

假設2根據實際情況,協同創新過程中的主體存在流動性,在演化時期有新主體進入,也有舊主體退出。企業在經濟發展、技術創新中發揮著重要作用,且有較為強烈的提升知識和創新能力的需求,假定后續進入的主體以企業為主。

假設3基于跨層次網絡的多主體協同創新演化模型由異質性創新主體構成,根據在協同創新過程中的作用和地位,主要考慮企業和高校/科研機構兩類核心創新主體。

2.2 基于跨層次網絡的多主體協同創新模型的建立

主體創新涉及兩個網絡:①主體之間合作構成的社交網絡;②知識點之間多樣化組合和聯結構成的知識網絡。隨著主體間聯系的建立,依托聯系傳導的知識在主體之間發生轉移,使個體擁有的知識點、知識水平、知識結構發生改變,知識網絡也隨之發生動態演化,并推動創新?；诳鐚哟尉W絡的多主體協同創新概念模型涉及兩個不同的子網絡以及網絡間節點互連構成的交叉層,外加一個創新產出層。

所構建的跨層次網絡模型如圖2所示,模型表示為

G=(Gp,Gk,Ep-k)。

(1)

式中:Gp為多主體合作子網絡;Gk為知識子網絡;Ep-k為主體與知識元素之間的無向關系映射。

(1)多主體合作網絡

Gp=(P,Ep-p)為多主體之間的合作網絡,P={p1,p2,…,pm}表示知識所有者的集合,m為知識所有者的數量,包括企業、高校和科研機構。以概率α(0<α<1)選取部分節點作為高校/科研機構,其余為企業。主體之間關系的一組邊用Ep-p={(pi,pj)∣e(pi,pj)=1}表示,多主體合作子網絡如圖3所示。本文通過設置不同知識水平來區分兩類主體間的異質性。

根據已有研究,協同創新網絡也表現出小世界特征,因此將初始狀態的Gp構建為一個小世界網絡,則該網絡有m個節點,每個節點和h個相鄰節點相連,其中每一類節點有h/2,每個節點有相同的節點度h。然后令每個節點的每條邊均有p的概率被重連,但兩個節點之間僅允許存在1條連邊,且不允許自連接。WATTS等[39]指出,當重連的概率在[0.01,0.1]區間內時,將生成一個小世界網絡。本文將設定p=0.09,h=4。

(2)知識網絡

知識網絡由知識節點及知識之間的關聯關系構成。令Gk=(K,Ek-k)表示由知識元素生成的知識網絡,其中K={k1,k2,…,kn}為參與協同創新的主體所擁有的知識節點的集合,n為知識節點的數量,Ek-k={(ki,kj)∣e(ki,kj)=1}表示知識節點之間關系的一組邊,知識子網絡如圖4所示。知識節點在知識網絡中的聯結不均勻。王旻霞等[40]指出知識網絡基本具有無標度網絡的性質和結構特征,在知識網絡運行過程中發揮主導作用。綜上所述,本文采用無標度網絡構建初始知識網絡。

(3)創新產出層

創新成果的產出基于主體間合作導致的知識轉移和知識水平的提升,主體之間通過合作共享自身所擁有的知識,對知識進行重組和應用,從而合作產出或自主產出創新成果。

(4)主體與知識間的映射關系

交叉層的構建主要反映了合作網絡與知識網絡之間的映射關系,將兩種不同性質的節點聯系起來。無向的關系Ep-k映射在Gp和Gk網絡的節點之間,表示每個主體與知識點之間多對多的關系。創新主體節點與知識節點之間的映射關系[41]如式(2)所示,創新主體pi擁有的知識點可用向量表示為

pi=[vi1,vi2,…,vin],i=1,2,…,m。

(2)

(3)

2.3 基于跨層次網絡的多主體協同創新模型演化規則

演化規則包括節點的組合擇優連接與斷鏈、知識轉移與知識自我增長、知識網絡的邊增長、節點的準入退出4部分,這些規則反映在網絡中就是協同創新網絡的“點”不斷產生和消亡、“邊”不斷連接和移去。具體規則設計如下:

(1)節點的組合擇優連接機制

主體在選擇合作伙伴時,會考慮合作主體的節點度及彼此間的知識距離,因此本文結合如下兩種擇優連接方法設計相應的機制:

(4)

式中:Ωi,t為t時刻未與主體i建立合作關系的主體集合;Degree(·)表示節點對象的度。

2)基于知識距離的擇優連接 基于黃瑋強等[31]的研究,主體傾向于和自己擁有合適知識距離的主體建立合作關系。采用歐式距離dij表示主體pi和pj之間的知識距離之和,

dij=

(5)

主體pi和pj建立合作關系需要滿足θ1

(6)

綜合以上兩種合作伙伴選擇影響因素,本文設計了組合擇優連接機制,即網絡中任一創新主體j被創新主體i選擇為合作伙伴的概率為

Π(j)=qPj+(1-q)Qj。

(7)

式中0≤q≤1。q的取值反映了兩種不同擇優連接機制在主體選擇合作伙伴過程中所起的作用。當q=1時,模型退化為只考慮節點度擇優連接的情況;當q=0時,模型退化為只考慮知識距離擇優連接的情況;q值越大,節點度擇優連接在網絡演化過程中所起的作用越大,知識距離擇優連接在網絡演化過程中所起的作用越小。

(2)節點的斷鏈重連

假設合作網絡中的主體將根據合作主體知識水平的高低刪除節點間的連接。首先,以概率ω(0<ω<1)選中主體pi,得到與其直接連接的節點集合Ai;然后,從Ai中選擇總知識水平最低的節點,刪除pi與其相連的邊[43];最后,根據上文的組合擇優連接機制進行重連。

(3)多主體知識轉移

如果pi直接關聯方pj的某一個知識元素的知識水平大于節點pi,則主體間可能發生知識轉移。因為主體的精力有限,不可能學習所有知識,所以主體pi在單位時間內僅就某一知識元素(隨機選擇)與直接關聯的pj發生知識轉移。根據COWAN等[44]的知識轉移模型,知識轉移函數為

(8)

式中:βj表示主體pj對主體pi的知識轉移意愿,不同主體的知識轉移意愿相互獨立且0≤βj≤β;γj表示主體pj的知識編碼和解釋能力,不同主體的知識編碼和解釋能力相互獨立且服從(0,γ]均勻分布;δi表示主體pi的知識吸收能力,不同主體的知識吸收能力相互獨立并服從(0,δ]均勻分布。此處假設高校/科研機構主體的知識轉移意愿始終大于企業主體的知識轉移意愿,令企業主體的最高轉移意愿為β0,則有0<β0<β,其中不同企業主體的知識轉移意愿相互獨立并服從[0,β0]均勻分布,不同高校/科研機構主體的知識轉移意愿相互獨立并服從[β0,β]均勻分布。另外,主體pi可能在知識轉移過程中獲取新的知識點,因為主體pj可能掌握著主體pi不具有的知識點,主體之間建立聯系后,主體pi有機會學習到這些新知識點,由此在主體節點與知識節點之間增加連邊,推動合作子網絡與知識子網絡之間聯系的變化,合作主體相互轉移彼此不擁有的知識元素,知識轉移示例圖如圖5所示。

因此,主體pi由于知識轉移從主體pj得到的知識點向量為

(9)

(4)知識自我增長

知識自我增長模型可用線性增長模型表示,即知識自我增長量與主體創新能力呈正比關系,因此主體pi在t時期通過自我學習后擁有的知識點量為

(10)

式中εi為主體pi的知識自我增長能力。不同主體的知識自我增長能力相互獨立且服從[0,ε]區間的均勻分布。

綜上,主體pi通過t時期的知識轉移和知識自我增長,在t+1時期初的知識量為

(11)

(5)知識節點間邊的增長

當兩個知識節點同時存在于多個主體中時,這些主體可能會對兩類知識進行組合而產生新的應用,因此這兩個知識節點之間產生連接的可能性增加。以表1為例,知識點k2與k3共同存在于6個主體中,兩者有較大可能被探索是否可以進行知識組合。另外,這幾個主體在兩個知識點上的知識水平均較高,意味著主體對知識的認識比較深入,有實力探索如何進行知識整合。因此,假設邊的增加基于以上兩個因素,t時刻當兩個知識節點同時存在于2個主體中,且兩個主體在兩個知識節點上的知識存量均大于1時,這兩個知識節點之間建立連邊。

表1 兩個知識共同分布于同一主體的情況

(6)新節點加入與舊節點退出

對于新進入的主體,根據初始設定的條件隨機分配知識點,而各維度知識點vij(j=1,2,…,n)的初始知識量設定為所有主體在該知識點的知識量的平均值,具體參數設置見下文仿真實驗。新進入的節點將按照上述節點擇優連接機制與m0個合適的主體進行合作。在退出機制的設置上,假設主體會根據自身條件自動離開協同創新網絡,具體條件為:每個周期結束,當主體擁有的知識點數達到上限知識點的比例,同時每個知識點的知識量達到最高知識量的80%時,主體選擇離開[43]。

2.4 創新績效度量

衡量創新績效的指標包括平均知識點數、平均知識水平、知識點應用范圍、知識網絡密度、創新產出績效。

(1)平均知識點數 通過與合作伙伴交流,主體能夠學習新知識,從而增加知識點數,這意味著該主體知識庫擴大,知識結構在不斷完善,反映了知識在網絡中的擴散狀態。假設主體pi擁有的知識點數為ri,則協同創新網絡中所有主體的平均知識點數為

(12)

(2)平均知識水平 在交流學習過程中,主體還可以提升已掌握的各維度知識水平,平均知識水平反映了網絡內所有主體擁有的平均知識量和總體知識水平。協同創新網絡中主體平均知識水平為

(13)

(3)知識點應用范圍 在協同創新網絡中,主體與知識點之間呈現多對多的關系,知識在主體之間的分布不均勻。用知識點在各主體中出現的次數判斷某個知識點的應用范圍,可以反映網絡內知識普及的情況。假設知識點kl存在于z個主體中,則知識點kl的應用范圍為z,比較大的z值表明知識點kl在各主體中較為普及。

(4)知識網絡密度 網絡密度反映節點之間相互連邊的密集程度。網絡密度越高,知識點之間的直接聯系越多。假設網絡節點間的連接數為e,則網絡密度為

(14)

(5)創新產出績效 創新與知識緊密相關,一項創新產出是主體知識積累下的產物。MEAGHER等[45]假設一家公司積累一定的知識水平,就產生了創新。研究表明,創新績效與組織現有的知識儲備和知識創造的努力正相關[46]。成功創新的概率與知識績效成正比,假設一項創新由兩個主體合作實現,創新成功的可能性可用知識績效函數表示為[47]

式中:方括號前的乘數項表示網絡中心度對創新的正非線性影響,將主體pi在一個周期結束的t時刻合作子網中的網絡中心度定義為

(16)

方括號部分,ΔVi,t為主體pi在1個周期內的知識增量,參數σ為知識增量的彈性系數,是知識增量對創新績效影響的度量。

3 仿真模型建立及結果分析

3.1 參數設置及仿真步驟

本研究選擇MATLAB軟件進行仿真模型研究,分析協同創新網絡中不同合作主體選擇策略下跨層次網絡的演化和創新績效的變化。初始狀態下,將主體數量設定為m,知識點總數設置為n,選取比例為α的節點作為高校/科研機構節點(取整數)。為主體隨機分配知識點數,假設主體在剛加入協同創新網絡時最多擁有λ1n個知識點(取整數),即服從在[1,λ1n]區間的均勻分布;退出時主體最多可擁有λ2n個知識點(取整數),即服從在[1,λ2n]區間的均勻分布。根據主體異質性,對于高校和/科研機構節點,將其某一維度的初始知識水平設置為8,剩余維度的初始知識水平服從(2,3)均勻分布;剩余節點均為企業節點,其各個維度的初始知識水平均服從(0,1)均勻分布。后期進入的企業主體節點某一維度知識點的知識量取當前協同創新網絡內該知識點知識量的平均值。設每次網絡演化時期T=900,每30次為一個運行周期,即L=30,共T/L=30個周期。相關參數設定如表2所示。為了盡可能地消除仿真實驗數據誤差,本文以不同q值下的同一組參數重復運行20次的平均值作為最終實驗結果。

表2 相關參數

3.2 網絡結構演化

本文網絡模型包括合作網絡、知識網絡和和兩個網絡之間的隸屬連接。為了更加清晰地展現網絡結構的演化,用網絡演化圖的形式繪制基于跨層次網絡的多主體協同創新模型結構變化圖。圖6～圖8反映了q=0時網絡結構隨時間演化的情況,可見經過一段時間演化,多主體協同創新網絡呈現出更加復雜的結構,主要表現在主體間、知識節點間連接的改變,以及主體與知識節點之間連線的改變。由于兩個網絡相互關聯,當合作網絡和知識網絡的結構發生改變時,兩個網絡之間的連線也變得更加復雜。其他q值下的網絡演化如圖9所示,網絡結構演化情況與q=0時相似。通過觀察圖9中各節點連線的變化可以發現,從初始狀態運行至1個周期后,不同q值下的網絡結構圖之間并沒有明顯差異,然而在由運行1周期后的狀態運行至第30周期后發現,當q值變大時,合作子網絡之間的連線通常變多,當q值由0.7升至1時,知識子網絡與合作子網絡之間的連線變少。

3.3 擇優連接機制對創新績效的影響及結果分析

本節通過調節q值,控制節點度和知識距離兩種影響因素在網絡演化過程中所起的作用,以考察不同連接機制對網絡演化和創新績效的影響。設ω=0.2。

(1)平均知識點數

平均知識點數能夠反映協同創新網絡內主體間知識轉移的效率和網絡整體運營績效。設總體知識點數n=50,參數λ1=0.1,λ2=0.3,當主體剛進入協同創新網絡時最高擁有λ1×50即5個知識點,而在整體網絡空間中最高擁有λ2×50即15個知識點。圖10所示為不同q值下的平均知識點數變化情況,可見每個運行周期結束時,總伴隨著平均知識點數驟然減少的情況。由退出進入機制可知,這是由于掌握較多知識點的創新主體離開了網絡,而新加入的企業主體擁有的知識點數較少。然后新加入的企業主體從擁有更多知識點的主體處獲得新知識點,使周期內網絡的平均知識點數很快又達到15。這體現了協同創新網絡中主體間彼此交互以及知識在主體間不斷流動的特點,也體現了協同創新網絡對豐富主體知識結構、保持主體創新活力的重要性。

在每個周期內,主體的平均知識點數隨時間的變化而增加,當主體擇優合作的概率有差異時,平均知識點數的變化亦不同。q=0.7,1,即主體更看重在合作網絡中所處的位置,選擇具有更多連接的主體進行合作時,在一個周期運行結束后,平均知識點數減少得較多,因為以此選擇合作主體易出現富者愈富的情況,這些在網絡中占據核心位置的主體率先學習到更多知識點并快速提高自身知識水平,而后退出網絡,剩下的主體在前面的過程中沒有機會接觸更多創新主體,學習到的知識點較少,導致網絡的平均知識點數出現較大波動。

(2)平均知識水平

平均知識水平能夠反映網絡內各主體知識水平增長的情況,以及不同合作主體在擇優連接機制下主體知識水平變化的差異。本文將單個知識點的知識量v設置在[0,10]之間,企業與高校/科研機構賦予不同的初始知識水平,主體退出時每個知識點達到最高知識量的80%。如圖11所示,與平均知識點數類似,在每個周期運行結束時,網絡平均知識水平會突然下降,因為知識水平較高的主體退出了網絡,而剛進入的主體相比其他主體在知識水平上存在一定差距,然后開展新一輪網絡演化,網絡知識水平重新上漲,表明主體間的協同創新活動效果明顯。

總體來看,演化前期的網絡平均知識水平表現為快速且持續上升的趨勢,主體之間發生知識轉移,不斷吸收更多知識點與知識量,提高了整個網絡的知識水平。仿真中后期知識水平呈現波動趨勢,在每個周期內的知識水平增長放緩。當q=0.7,1時,網絡平均知識水平基本高于其他q值的情況,綜合考慮關系和知識距離來選取合作主體,更加重視處于核心位置的主體,不僅有助于處于核心位置的主體快速提升自身的知識水平,還有助于核心主體發揮帶動作用,對外轉移知識,合作主體與核心主體保持合適的知識距離,合作主體能夠較快地吸收與理解核心主體的知識并提升自身知識水平;當q=0時,平均知識水平基本低于其他q值的情況,即僅根據知識距離選擇合作主體,主體間的知識同質化程度較高,知識水平相差較小,不利于促進主體知識量的增加。因此,從平均知識水平變化的情況來看,更重視關系的合作主體擇優連接機制有利于網絡內的知識轉移,能夠使主體獲得較多的知識增長,并保持在較高的知識水平。

(3)知識點應用范圍

分析知識在主體間的分布情況有助于了解知識點在主體之間的轉移效果。隨著時間的推移,主體間的合作使知識在網絡中傳播,原本僅由少數主體掌握的知識被更多主體學習,使部分知識點轉移至多個主體中,也有只存在于少數主體中的知識點。不同q值下主體間的知識轉移導致知識點的應用范圍存在差異。如果大部分主體擁有較多知識點,則說明在該擇優連接機制下的協同創新效果較好,知識轉移效率較高,從而使知識得到普及,在主體間的分布比較均勻;反之,大部分知識點僅分布在少數主體中,則味著知識沒能很好地普及。

圖12所示為不同q值下的知識點應用范圍,其中不同形狀的圖標表示不同q值下多個知識點存在于多個主體中。以圖中坐標系內(15,7)的五角星坐標點為例,當q=0.7時,最終有15個主體分別掌握著7個知識點。由圖12和表3可知,q=0,0.3,0.5,0.7,1時,分布于超過15個主體的知識點數分別為24,18,32,34,29,表明q=0.5,0.7,即當主體更傾向與處于核心位置的主體進行協同創新時,網絡內大部分知識點將存在于較多主體中,網絡知識普及率較高。這是因為基于知識距離的擇優連接機制下,合作主體之間的相似性相對較高,知識在相似主體之間轉移,無法普及到其他主體。而處于核心地位的主體與更多主體直接聯系,既能接觸也能傳遞出更為豐富的資源,從而推動知識普及。

表3 分布于超過15個主體的知識點數

(4)知識網絡密度

知識網絡密度反映了知識元素之間連接的緊密程度,以及知識之間的組合潛力。高知識網絡密度意味著網絡內的主體擁有較強的知識綜合運用能力,能夠推動知識整合,并嘗試將曾經沒有聯系的知識組合運用,期望能夠創造出新的成果。知識網絡密度演化情況如圖13所示,知識網絡密度總體呈現上升趨勢,前期增速緩慢,這是因為前期各主體的知識水平均較低,后面隨著主體間的知識轉移,知識逐漸普及,知識水平開始上升,主體開始探索不同知識組合利用的可能性,知識網絡密度逐漸變大,增速較快。q=1時知識網絡密度基本高于其他擇優連接機制,q=0時知識網絡密度低于其他擇優連接機制,而剩下的擇優連接機制差距并不大。q=1時,主體僅根據節點度大小選擇合作伙伴,位于核心位置的主體掌握著網絡內較多的資源和知識,并將其轉移給合作伙伴,合作伙伴獲得異質性知識,推動共同探索新知識組合;q=0時,僅根據知識距離大小進行合作,主體間在知識結構上有較高的相似性,彼此之間的交流并不能推動異質性知識的獲取,主體在已有知識組合上進行深入探索,但不利于開展新的探索性活動,即難以推動知識節點間的連接。

(5)創新產出績效

本文以知識創造績效作為衡量創新產出的標準。圖14所示為不同q值下的創新產出,可見在前期,主體之間剛開始合作,彼此之間分享轉移知識,伴隨著新知識的學習及舊知識水平的提升,想法產生碰撞,從而產生了較好的創新績效,而隨著后期主體對知識逐漸熟悉,對知識的認識達到一定程度,創新開始減少。當q=0.7,1時,整個網絡有較好的創新成果產出績效,處于核心位置的焦點主體獲取了新知識,其知識水平得到快速提升,并持續帶動合作主體共同創新。

4 結束語

4.1 結論

本文以多主體協同創新為研究對象,考慮主體異質性,并對合作網絡和知識網絡解耦,構建了基于跨層次網絡的多主體協同創新演化模型,根據實際協同創新過程分析,設置合作主體擇優連接、知識轉移、知識自我增長、知識網絡邊增長、主體進入退出規則。通過MATLAB建模和仿真,模擬了協同創新網絡中主體“合作伙伴選擇與關系建立—知識轉移—創新成果產出”三階段過程,探究了不同合作伙伴組合擇優連接機制對創新網絡演化和創新績效的影響,結果如下:

(1)對協同創新過程以及影響協同創新網絡演化的因素進行分析,設定了基于跨層次網絡的多主體協同創新演化機制,通過數值仿真模擬了整體網絡的變化情況。隨著時間的推移,網絡結構發生較大改變,由于主體間合作關系的改變,合作網絡內的連邊發生變動,主體間發生新一輪知識轉移后進一步影響知識網絡結構,具體表現為知識節點之間的連邊增加,同時由于主體學習到了原先沒有掌握的知識,使合作網絡與知識網絡之間的連線越來越多、越來越復雜。

(2)根據構建的跨層次網絡特征,設定了兩種合作主體擇優連接機制,即基于關系(節點度)的擇優連接機制和基于知識(知識距離)的擇優連接機制,通過調節參數研究不同組合擇優連接機制下的創新績效。結果表明,通過參與協同創新可以增加主體擁有的知識點數,當主體更傾向于與在合作網絡中處于核心位置的主體進行協同創新時,經過一個運行周期,主體平均知識點數會大幅下降,但隨后就會出現平均知識點數較快增長的現象;在以節點度為主、知識距離為輔的擇優連接機制下,網絡擁有且保持較高的平均知識水平,僅考慮知識距離選擇合作主體的情況下,網絡平均知識水平較低;在知識點應用范圍方面,當主體更傾向與處于核心位置的主體進行協同創新時,網絡內大部分知識點將存在于較多主體中,網絡知識普及率較高;在知識網絡密度上,僅根據節點度大小選擇合作伙伴能夠推動對新知識組合的探索,而僅根據知識距離選擇合作伙伴產生新知識組合的效果較差;在創新產出績效上,節點度擇優連接的作用越大,創新產出績效越好。

4.2 管理啟示

本文通過對基于跨層次網絡的多主體協同創新演化模型仿真結果進行歸納總結,結合前文的協同創新過程機制,得出多主體協同創新網絡運行和管理機制模型(如圖15),為協同創新網絡管理者和內部主體提供決策支持。具體過程如下:

(1)協同創新網絡的初步形成 政府/中介服務機構等推動企業、高校、科研機構間的合作,初步形成協同創新網絡。

(2)主體間合作關系的演變 主體之間會終止合作,也會建立新的合作,新合作的建立主要受擇優連接機制的影響。政府或其他網絡管理者將根據擇優連接機制引導主體選擇合作對象。

(3)合作主體間的知識轉移 達成合作的主體間進行知識共享和學習,并發生知識轉移。

(4)創新績效 不同組合擇優連接機制將產生不同的創新績效。

(5)新網絡形成 由于上述一系列活動,以及主體的進入和退出,原先的協同創新網絡發生改變,形成新的結構,并開始下一輪活動。政府和中介服務機構等在整個過程中起推動、管理、支持等作用。

為幫助網絡管理者更好地管理協同創新網絡,以提升網絡創新績效,提出以下管理策略:

(1)鼓勵協同創新網絡內的主體在選擇合作伙伴時,以網絡位置為主、知識距離為輔的標準進行評估,從而提升協同創新網絡的整體創新績效。以網絡位置為主,即在網絡發展過程中更重視那些與其他主體有較多直接聯系的企業、高校/科研機構;以知識距離為輔,即在這些企業、高校/科研機構中選取與自身知識距離適中的主體進行合作。

(2)鼓勵核心企業、高校/科研機構發揮其帶動和橋梁紐帶作用,將掌握的知識資源分享給其他主體,積極促進網絡內的知識水平提升和知識普及,尤其是對具有產業特色的戰略性網絡而言,幫助其他企業補齊“短板”,以帶動產業轉型升級,形成競爭優勢;其次,重視這些主體傳播異質性知識的作用,推動其與其他企業合作,共同在獲取新知識、深化舊知識的基礎上,創造出新的知識組合并產出新的成果;最后,應通過一些政策手段吸引這些主體留在協同創新網絡中,讓其持續參與協同創新。

(3)適宜的知識距離既能降低主體間互相理解學習的成本,減少一些阻礙,也可防止主體間的知識冗余,有助于鞏固主體間的合作關系。因此,需要建立知識公共數據庫,使主體能夠掌握基本的領域相關知識,提供人才對接、互動交流等服務,縮小主體間過大的知識差距,同時滿足異質性知識的需求。

4.3 研究局限性和展望

本文試圖解決多主體協同創新網絡中的節點同構性和單一規則的合作伙伴擇優連接機制問題,其中可能存在兩方面局限性:①仿真模型中模擬的個體行為相對簡單和抽象,而實際的協同創新行為則比較復雜和具體。②在協同創新核心主體類型上,本文主要考慮了企業、高校、科研機構,然而隨著移動互聯網的發展,用戶創新參與已經成為企業提升創新能力、實現產品服務創新的重要方式。本文對未來進一步的展望主要有兩方面:①在未來的協同創新網絡演化仿真研究中,應考慮更多類型個體行為,例如量化主體在知識網絡中的位置,將其納入合作主體選擇的影響因素,對目前的協同創新跨層次網絡演化模型進行修正;②在后續的協同創新網絡構建研究中,納入領先用戶這一主體,進一步擴充目前協同創新網絡的構建。