基于耗散結(jié)構(gòu)理論的集群創(chuàng)新系統(tǒng)形成及演化分析

摘要：集群創(chuàng)新系統(tǒng)具有自組織的特性，并在演變的過程中耗散結(jié)構(gòu)形成，接著從熵變的角度進(jìn)行研究，通過建立集群創(chuàng)新系統(tǒng)的熵變模型，試圖說明集群創(chuàng)新系統(tǒng)演變的路徑和內(nèi)在機(jī)理。隨著創(chuàng)新產(chǎn)出量的變化，集群創(chuàng)新系統(tǒng)表現(xiàn)出明顯的演化過程，通過有效控制創(chuàng)新產(chǎn)出量，可以從宏觀上把握集群創(chuàng)新系統(tǒng)的演化方向。

關(guān)鍵詞：集群創(chuàng)新；耗散結(jié)構(gòu)；熵

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

1 引言

當(dāng)今世界，隨著經(jīng)濟(jì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化以及新技術(shù)革命的加速，創(chuàng)新日益呈現(xiàn)出明顯的集群發(fā)展趨勢，Porter[1]、Asheim[2]、TodtlingKaufmann[3]等學(xué)者以大量的事實(shí)證明，現(xiàn)代企業(yè)的創(chuàng)新，在空間上表現(xiàn)為明顯的集群分布特征；在方式上則由過去單個分散企業(yè)的獨(dú)立行為甚至只是企業(yè)家的偏好，越來越傾向于眾多企業(yè)聚集而采取集群行為，從而獲得集群創(chuàng)新優(yōu)勢。我們把這種通過集群（以專業(yè)化分工和協(xié)作為基礎(chǔ)的同一產(chǎn)業(yè)或相關(guān)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)，通過地理位置上的集中或靠近）進(jìn)行創(chuàng)新，通過正式或非正式的方式，促進(jìn)知識在集群內(nèi)部創(chuàng)造、儲存、轉(zhuǎn)移和應(yīng)用的各種活動而產(chǎn)生的創(chuàng)新集聚效應(yīng)的集合，稱為集群創(chuàng)新系統(tǒng)[4][7]。以系統(tǒng)論的角度來看，集群創(chuàng)新系統(tǒng)是一個遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)，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(chuàng)新系統(tǒng)隨時間有一種平衡態(tài)向新的平衡態(tài)躍遷。普利高津（I.Prigogine）教授提出的耗散結(jié)構(gòu)理論[8]是分析處理遠(yuǎn)離平衡態(tài)系統(tǒng)的有力工具。本文首先分析集群創(chuàng)新系統(tǒng)演變過程中耗散結(jié)構(gòu)的形成，然后從熵變的角度通過建立模型，試圖說明集群創(chuàng)新系統(tǒng)形成及演化的內(nèi)在機(jī)理。

2 集群創(chuàng)新系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)

2.1 集群創(chuàng)新系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)的形成

耗散結(jié)構(gòu)是自組織現(xiàn)象中的重要部分，集群創(chuàng)新系統(tǒng)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(tǒng)的開放性是形成有序結(jié)構(gòu)的前提和基本條件。首先，集群創(chuàng)新的行為主體人具有開放性。表現(xiàn)在創(chuàng)新行為者具有開放的心態(tài)、積極進(jìn)取的價值觀、勇于創(chuàng)新的精神、友善的合作態(tài)度，創(chuàng)新行為者善于發(fā)現(xiàn)和捕捉技術(shù)創(chuàng)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(jié)合。其次，信息（知識）具有開放性。創(chuàng)新行為具有知識高度密集的特點(diǎn)，創(chuàng)新活動的過程就是一個不斷的消費(fèi)、傳送、交換和產(chǎn)生信息的過程，面對日益縮短的技術(shù)生命周期和急劇變化的市場環(huán)境，為爭取生存和競爭優(yōu)勢，生成元必須通過對外部信息（知識）的評價、獲取、分解、轉(zhuǎn)化，積極推動外部知識與內(nèi)部知識融合，通過創(chuàng)新，推動系統(tǒng)演化。第二，遠(yuǎn)離平衡態(tài)是形成有序結(jié)構(gòu)的最有利條件。集群內(nèi)企業(yè)間創(chuàng)新收益率間存在的差異就是系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的表現(xiàn)，集群內(nèi)一部分企業(yè)由于規(guī)模大、生產(chǎn)技術(shù)水平先進(jìn)、資金雄厚，在創(chuàng)新活動中居于主導(dǎo)地位，創(chuàng)新收益大，而另一部分企業(yè)則處于從屬地位，創(chuàng)新收益小；并且創(chuàng)新要素在企業(yè)間的流動并不是朝著均勻方向發(fā)展，而是由創(chuàng)新效率低、創(chuàng)新效益差的企業(yè)向創(chuàng)新效率高、創(chuàng)新效益好的企業(yè)流動。這說明集群創(chuàng)新系統(tǒng)是非平衡的，并且在開放的條件下，由于內(nèi)外因素的作用，其群創(chuàng)新系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)。第三，系統(tǒng)內(nèi)部要素間的非線性相互作用是有序結(jié)構(gòu)形成并得以保持的內(nèi)在依據(jù)。在系統(tǒng)的演化過程中存在正負(fù)反饋機(jī)制，有的對系統(tǒng)的演化起正反饋加強(qiáng)作用，有的起負(fù)反饋弱化作用，有的則一定條件下起加強(qiáng)作用，而在其他條件下起減弱作用。正是在這種復(fù)雜的正負(fù)反饋的作用力下，生成元不斷涌現(xiàn)出新的性質(zhì)，達(dá)到新的均衡。第四，“漲落”是耗散結(jié)構(gòu)形成的動力學(xué)因素。一方面，企業(yè)間的相互作用對集群企業(yè)間的組織模式產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響集群創(chuàng)新行為。集群內(nèi)企業(yè)間的關(guān)系并不是一成不變的，任何一種企業(yè)間合作競爭關(guān)系發(fā)生變化，都可以看作是集群創(chuàng)新系統(tǒng)內(nèi)部的微漲落。另一方面，集群創(chuàng)新面臨的外部環(huán)境中漲落也是普遍存在的。例如，技術(shù)水平高低、先進(jìn)落后的波動，政府政策的變化、消費(fèi)者心理和習(xí)慣的變化，原材料和資本供應(yīng)的變化，等等。面對集群內(nèi)部和集群外部間存在的大量的隨機(jī)漲落，如果集群內(nèi)創(chuàng)新企業(yè)能夠依靠高度的洞察力，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境中漲落的結(jié)合點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)臅r候整合集群內(nèi)創(chuàng)新資源優(yōu)勢進(jìn)行創(chuàng)新，并將創(chuàng)新成果推向不斷變化的市場，引發(fā)集群內(nèi)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?zhàn)饔孟?，組成系統(tǒng)要素之間的聯(lián)系也將更加緊密，有序程度將不斷提高，最終形成耗散結(jié)構(gòu)。

2.2 集群創(chuàng)新系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)特征

系統(tǒng)狀態(tài)的變化量是通過系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)的“熵”來表達(dá)的，用S表示。根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，系統(tǒng)只有不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量交換，增加系統(tǒng)的負(fù)熵，使總熵減少，才能使系統(tǒng)逐漸向新的有序方向發(fā)展[10]。集群創(chuàng)新系統(tǒng)有序性的動態(tài)演變可以通過系統(tǒng)的熵變來體現(xiàn)，即：

dS=deS+diS

式中，deS主要反映系統(tǒng)與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量交換情況，diS為系統(tǒng)內(nèi)部熵產(chǎn)生。對于集群創(chuàng)新系統(tǒng)負(fù)熵流deS主要表示為外界對集群創(chuàng)新系統(tǒng)合理地追加了勞動力、資金和信息等創(chuàng)新資源的投入，創(chuàng)新系統(tǒng)各組成要素間協(xié)同發(fā)展，是創(chuàng)新行為的投入產(chǎn)出比不斷提高，集群創(chuàng)新效應(yīng)良好。對于熵產(chǎn)生diS而言，它是系統(tǒng)內(nèi)本身不可逆過程所產(chǎn)生的熵增加，主要表現(xiàn)為對集群創(chuàng)新系統(tǒng)不合理的創(chuàng)新資源追加，或是集群創(chuàng)新所帶來的收益小于維護(hù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)所需的成本，而使集群創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)趨于崩潰。集群創(chuàng)新系統(tǒng)演化的過程中，系統(tǒng)創(chuàng)新產(chǎn)出是時間的函數(shù)，隨著熵的變化呈波動趨勢延伸，在這對矛盾的不斷循環(huán)運(yùn)動過程中，集群創(chuàng)新系統(tǒng)不斷有規(guī)律地向前演進(jìn)。

3 基于耗散結(jié)構(gòu)的集群創(chuàng)新系統(tǒng)演化模型

根據(jù)已有的研究[11]，集群創(chuàng)新系統(tǒng)在演化的過程，可以描述為首先是在一定的條件下自發(fā)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(yè)聚集下來，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)開始結(jié)網(wǎng)，然后，集群單元內(nèi)部企業(yè)不但衍生和分化以及外部企業(yè)大量涌入，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)迅速成長，到達(dá)一定的程度以后，產(chǎn)業(yè)進(jìn)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(xiàn)，集群創(chuàng)新系統(tǒng)進(jìn)入新的循環(huán)。為了定量地分析集群創(chuàng)新系統(tǒng)的熵變，我們主要考慮集群創(chuàng)新系統(tǒng)的創(chuàng)新資源投入量、集群創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)對創(chuàng)新資源的利用率以及創(chuàng)新行為產(chǎn)生的價值三者間的關(guān)系，作如下定義：

定義1：集群創(chuàng)新系統(tǒng)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(chuàng)新系統(tǒng)的創(chuàng)新產(chǎn)出；K為進(jìn)入集群創(chuàng)新系統(tǒng)的的人流、物流、資金流、技術(shù)流、信息流等創(chuàng)新資源，diSK代表熵產(chǎn)生，表示集群創(chuàng)新系統(tǒng)丟失的創(chuàng)新資源，deSK是創(chuàng)新資源的負(fù)熵流，表示集群創(chuàng)新系統(tǒng)利用的創(chuàng)新資源；L為集群創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)對創(chuàng)新資源的利用率，主要表現(xiàn)為創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育程度，diSL表示創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)發(fā)育程度不高，不能夠很好地協(xié)調(diào)創(chuàng)新主體間的關(guān)系，創(chuàng)新資源沒有得到很好的利用，deSL則表示創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)發(fā)育程度高，創(chuàng)新資源得到很好的利用。

定義2：將系統(tǒng)的創(chuàng)新行為轉(zhuǎn)換成經(jīng)濟(jì)價值[12]：

即集群創(chuàng)新系統(tǒng)的熵為某一狀態(tài)下系統(tǒng)創(chuàng)新行為與創(chuàng)新行為所帶來的經(jīng)濟(jì)價值之比?？紤]一個微小變動，對（2）式兩邊求時間t的導(dǎo)數(shù)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(chuàng)新系統(tǒng)創(chuàng)新行為的終態(tài)熵和初態(tài)熵，二者之差為集群創(chuàng)新系統(tǒng)的熵產(chǎn)生E（dS）i，而（4）式末項(xiàng)則為系統(tǒng)的負(fù)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(chuàng)新系統(tǒng)的熵流大于系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生，表明集群創(chuàng)新系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行良好，創(chuàng)新資源得到良好的利用，創(chuàng)新系統(tǒng)朝著有序的方向發(fā)展。表現(xiàn)在圖1的ab上升階段，由于負(fù)熵的引入，系統(tǒng)的有序程度不斷增加，這種情況主要對應(yīng)集群創(chuàng)新系統(tǒng)成長和成熟階段。

（2）若?駐E（dS）＜0，則表明在集群創(chuàng)新系統(tǒng)演化的過程中，系統(tǒng)與外界環(huán)境進(jìn)行交流所產(chǎn)生的熵流，小于系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生，表現(xiàn)為創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不良，創(chuàng)新資源沒有得到良好的運(yùn)用，因此，集群創(chuàng)新系統(tǒng)不是向著有序的方向演變，而是向著無序的混亂方向發(fā)展。在圖1中顯示為bc下降的曲線段，這一情況主要表現(xiàn)在集群創(chuàng)新系統(tǒng)衰退階段。

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

4 結(jié)語

通過借鑒耗散結(jié)構(gòu)理論，分析了集群創(chuàng)新系統(tǒng)的演化過程，同時分析了影響集群創(chuàng)新演化的因素。通過本文的研究得到以下結(jié)論：

（1）在集群創(chuàng)新系統(tǒng)演化的過程中，系統(tǒng)創(chuàng)新產(chǎn)出量對系統(tǒng)演化起著關(guān)鍵作用，只有當(dāng)創(chuàng)新產(chǎn)出量的積聚到一定的閾值才能發(fā)生系統(tǒng)演變的過程，也才能夠在演變的過程中形成耗散結(jié)構(gòu)，確保集群創(chuàng)新系統(tǒng)獲得持續(xù)的競爭優(yōu)勢。

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

總之，集群創(chuàng)新系統(tǒng)的熵變過程，也就預(yù)示著系統(tǒng)演變的方向，因此，利用耗散結(jié)構(gòu)將熵變作為研究對象，對于分析系統(tǒng)演變的過程變化來講，是一個有效的工具，當(dāng)然，如何更好的擬合系統(tǒng)熵變模型，以及如何更準(zhǔn)確、更方便地計算系統(tǒng)的熵變，還有待于我們在下一步的研究中解決。

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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