陈文婕,曾德明

(1.中南林业科技大学商学院，湖南 长沙 410004；2.湖南大学工商管理学院，湖南 长沙 410082)

低碳技术创新网络运作模式仿真分析

陈文婕1,曾德明2

(1.中南林业科技大学商学院，湖南 长沙 410004；2.湖南大学工商管理学院，湖南 长沙 410082)

本文从独立创新与合作创新的角度探讨低碳技术创新网络运作模式，构建了低碳技术创新网络运作模式的模型框架，通过建模和数学分析，刻画了技术能力、创新收益、创新活动的持续条件等相关因素在创新活动中的影响与作用。研究采用Matlab仿真工具，其结果佐证了本研究中仿真分析的适用性与有效性，有利于更清晰地揭示创新网络中合作创新对低碳技术发展的推动作用。

低碳技术；创新网络;合作创新；独立创新；Matlab仿真

1 引言

本文基于创新网络的复杂性原理，运用建模与仿真对低碳技术创新网络系统进行研究。田钢和张永安运用仿真和实证相结合的方法对集群创新网络的演化过程进行模拟研究[1]。林秋月等通过构建仿真模型研究了不同创新偏向下产业集群创新网络结构特征[2]。黄玮强等利用多智能体仿真方法研究创新网络的演化规律与创新绩效的关系[3]。王月琴和许治仿真分析发现创新活动的持续发展要求较强创新网络联结与合作[4]。聂艳晖利用仿真分析计量创新网络中创新主体的知识转移[5]。章丹和胡祖光等利用Matlab仿真发现，技术创新网络模型特征变量符合无标度网络[6]。

从上述研究中可以发现，多主体建模与仿真分析在创新网络中应用较多，是一种获得普遍认可的研究方法。然而，低碳技术作为一个亟待发展的新兴领域，对该领域的研究十分缺乏。为促进低碳技术创新与产业化发展，推动低碳技术创新网络的良性演化，有必要探寻低碳技术创新网络系统的运行机制，考察独立创新与合作创新对低碳技术创新绩效的影响。

2 低碳技术创新网络运作模式框架

低碳技术创新网络各构成要素不是孤立存在的，各构成要素之间相互作用，有机组合，构成了一个低碳技术创新网络系统。与传统技术相比，低碳技术创新往往具有较高的突破性与变革性，低碳技术研发不仅技术本身复杂，而且研发过程复杂，伴随巨大风险。复杂程度高、投入强度大与风险高是低碳技术创新的显著特征。另外，低碳技术创新具有较大的正外部效应，如环境成本难以内化，社会效益及环境效益能源评估，企业在低碳技术创新上的投入通常要少于社会最优投入。基于低碳技术创新复杂性、高投入性、高风险性与正外部性的特征，企业作为设计、研发和推广低碳技术，并将低碳技术转化为商业价值的关键部门，有必要与竞争者、高校及科研机构或其他组织机构形成发展低碳技术创新网络。其中，高校及科研机构提供智力资源，独立或参与研究开发，是知识创新的重要部门。同时，政府需在低碳技术创新网络中扮演重要角色以应对低碳技术创新的高外部社会效益与研发风险引致的研发动力与投入不足，如遴选企业与技术、提供专项资金支持与税收优惠政策，为低碳技术创新创造良好的社会制度环境。

总体说来，两类创新主体包括：高校及科研机构，以及低碳技术企业。创新主体通过合作竞争开展低碳技术创新，经过市场运作之后，获得税收、环境改善、社会认同等收益。在此过程中，政府扮演鼓励和支持的角色，并可获得税收、环境改善等多种收益。

3 低碳技术创新网络运作模式仿真模型的构建——独立创新

3.1 独立技术创新网络的建模思路

低碳技术创新网络的仿真模型中，创新主体包括低碳企业和高校及科研机构。为了仿真的简便性及实用性，对于创新主体，本次仿真实验中设置两种基本属性：技术能力和创新资金，设置仿真参数时符合以下两个条件：①在低碳技术创新过程中，企业在资金上更具优势；②在低碳技术创新过程中，高校及科研机构技术能力总体上强于企业[7]。

设共有N个主体，其中企业和高校及科研机构的数目分别为N1和N2，N=N1+N2。设有M种技术，用Techi,j来表示第i个主体的第j种技术的创新能力，其中i∈[0,…,N],j∈[0,…,M]。

(1)

对于创新主体i的整体技术能力Techi,j，表示该主体在每一种技术上的创新能力的总和，创新主体i的平均创新能力则是所有M种技术能力的平均值。

(2)

(3)

βi,j的含义是：主体i所选用的第j种技术，相对于所有创新主体在该种技术上平均水平的优劣程度。βi,j>1时表示该项技术能力Techi,j已高于行业水平。

3.2 独立创新的动力——收益的产生

(4)

创新主体在创新活动开始时都有一定的初始基金，用Vinvest表示，通常企业初始基金要大于科研机构，对于某一主体而言，每项技术能获得的初始基金j_Vinvest取决于所选技术数目，即j_Vinvest=Vinvest/MI。对主体i所选第j项技术，进行创新活动后的收益(Profit)可表示为：

Profi,j=α(y)×βi,j×(1-Rtax)×CTech-CTech

(5)

3.3 独立创新的持续性——剩余基金的产生

创新主体在进行技术创新时，有两方面的资金投入，一是政府投入，二是自有初始资金。其中，剩余资金的计算表示为：

(6)

式(6)中表明在第一年中创新主体自有资金一次性投入，第一年之后的每年的收益都将积累到剩余资金中。下面给出该项技术创新活动能否持续进行的条件。

3.4 独立创新活动的持续性条件

设定创新活动持续的条件：

条件一：βi,j>1

当创新主体选择某项技术进行创新时，无论技术创新能否成功，该项技术的技术能力都将增加，设增加值为U1。若该项技术创新成功，则下一年度该项技术的技术能力还将继续增加，设增加值为U2。

4 低碳技术创新网络运作模式仿真模型的构建——合作创新

4.1 低碳技术合作创新仿真模型

本研究考察在创新网络中，低碳技术独立创新与合作创新在创新过程中的作用。假定各低碳技术创新主体在初始时刻时，均进行独立创新。随后，会根据情况选择是独立创新还是合作创新：(1)独立创新：创新主体首先从独立创新开始，以年度为单位考察创新活动。创新成功则提取收益，若不成功则判断剩余资金是否为负；(2)若所剩资金为负，该主体求助于合作创新。仿真过程如图1所示。

(1)潜在合作伙伴在技术j上的创新能力；

(2)潜在合作伙伴总的所剩资金数目；

(3)合作信任度，表示主体i与潜在合作伙伴之间的历史合作关系。

(7)

式(7)中q(i,k)表示主体i和主体k的历史合作关系，按照历史合作次数进行归一化，若没有合作，则取非零最小值的1/2。计算{λk|k=1,…,M,k≠i}并排序，选取L个较大λk值较大的L个主体作为i的合作创新伙伴。

4.2 合作创新系数与合作收益

(8)

图1 独立创新与合作创新仿真流程图

(9)

(10)

(11)

此外，对发起合作创新的主体i获得的合作创新收益加限制条件，因为主体i没有资金投入，可视为仅是技术入股，若按照(11)式求得主体i获得合作创新收益的比例超过20%时，规定主体i也只能最多获得20%的收益，则创新群体成员能获得的合作创新收益表示为：

4.3 合作创新技术能力更新

合作创新技术能力的更新分别从创新发起者与创新参与者来设定。对于创新参与者，与独立创新相似，无论合作创新是否取得成功，一旦被选择进行合作创新，进入下一年度时，参与创新的每个主体的第j项技术的技术能力都得到增加，设增加值也为U1；若创新成功，增加值为U2。

5 仿真及结果分析

根据独立创新与合作创新网络建模的论述，表1对仿真参数进行了设定和说明。然后考察独立创新与合作创新的仿真实验结果。

表1 仿真参数设置

图2和图3给出的是所有主体在每一年度低碳技术能力增长的平均值。总体而言，合作创新过程中，低碳技术能力增长的平均值更高。因为独立创新失败时，主体仍可通过合作继续开展低碳技术创新，提升技术能力。另外，高校及科研机构的技术能力比企业增长更快，这是因为其总体技术能力较强，在独立创新时容易取得成功。在合作创新中，由于技术能力较强，易被选为合作伙伴，低碳技术能力也能获得增长。

图2 独立创新中低碳技术能力增长值

图3 合作创新中低碳技术能力增长值

图4和图5分别给出了独立创新与合作创新过程中β值的变化。合作创新中β值要明显高于独立创新。独立创新过程β值先下降再逐年缓慢上升，在低碳技术创新开始阶段创新容易失败，收益不高，当项目初始资金和政府投入被逐年消耗后，创新将停止。图5所示的合作创新过程则有所不同，独立创新一旦失败，将转入合作创新，而合作创新中技术能力增加幅度较大，因此经历“独立创新失败”到“合作创新成功”的过程后，所选低碳技术的技术能力都能得到增长，β值的增长也逐步稳定。

图4 低碳技术独立创新过程的Beta值

图6 低碳技术独立创新过程的平均利润

接下来进一步考察创新过程中的平均收益(利润)，如图6和图7所示。通过分析式(9)～式(11)发现，尽管低碳技术合作创新过程中创新收益比较小，但由于技术能力的增长，β值也逐渐增大，因此创新过程平均收益是逐年增大的。对比独立创新与合作创新，低碳技术合作创新中年度平均利润要高于独立创新，这说明低碳技术合作创新能为创新主体带来更多收益。

图7 低碳技术合作创新过程的平均利润

6 结论

(1)在低碳技术能力方面，合作创新过程中，低碳技术能力增长的平均值高于独立创新。高校及科研机构的技术能力比企业增长更快。因此，企业有必要积极与高校及科研机构建立合作关系，共同研发攻关高难度关键技术，或者构建产业共性技术创新联盟，充分发掘与利用高校及科研机构的知识、技术能力。

(2)对于反映企业低碳技术创新潜力的β值，合作创新中β值要明显高于低碳技术独立创新，合作创新所获技术在行业中技术能力更突出。低碳技术创新开始阶段β值也呈下降较快，创新容易失败，之后上升。因此，对于革命性的低碳技术创新，其技术复杂性高、初期风险特别大，单个企业往往难以应对，需要借助创新网络平台谋求合作。

(3)在低碳技术创新收益方面，合作创新中年度平均利润要高于独立创新，这表明合作创新能为创新主体带来更多收益。不过，低碳技术合作创新也附带合作成本，合作伙伴之间应建立较高的信任水平，这有助于减少合作中的机会主义风险，降低合作中知识信息获取成本、监督成本以及契约签订成本。

[1]田钢,张永安.集群创新网络演化的动力模型及其仿真研究[J].科研管理,2010,31(1):104-115.

[2]林秋月,王文平,王娇俐.产业集群创新网络结构特征的仿真分析——基于March利用式-探索式创新分析框架[J].管理学报,2010，(007):1015-1020.

[3]黄玮强,庄新田,姚爽.基于动态知识互补的企业集群创新网络演化研究[J].科学学研究,2011,29(10):1557-1567.

[4]王月琴,许治.产业创新网络中企业技术学习研究[J].中国软科学,2012,6:120-128.

[5]聂艳晖.创新网络的知识转移计量模型分析——基于NetLogo仿真的研究视角[J].科学学研究,2011,29(7):1102-1112.

[6]章丹,胡祖光.基于Matlab仿真的技术创新网络的无标度特征[J].系统工程,2011,29(1):63-68.

[7]北京市知识产权局专利管理处.低碳技术专利:我国发展迅速但仍需努力——全球低碳技术专利发展态势分析[J].中国发明与专利,2010,(8):16-18.

(责任编辑 刘传忠)

Simulation Analysis of Low Carbon Technology Innovation Networks’ Operation Mode

Chen Wenjie1，Zeng Deming2

(1.Business College,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China；2.College of Business Administration,Hunan University,Changsha 410082,China)

This paper,from the point of independent innovation and collaborative innovation,analyzes the operation mode of low carbon technology innovation networks,constructs the framework of low carbon technology innovation networks’ operation mode.Through modeling and mathematical analysis,it depicts the roles played by the related factors in the innovation activities,such as technological capability,innovation benefits and innovation continuity.This study adopts Matlab simulation tools,and its results support the feasibility and effectiveness of the simulation analysis in our research,and are conducive to the more clear revelation that collaborative innovation in the innovation networks would promote the development of low carbon technology.

Low carbon technology;Innovation networks;Collaborative innovation;Independent innovation;Matlab simulation

国家自然科学基金青年项目(71403299)，国家自然科学基金重点项目(71233002)，国家自然科学基金面上项目(71173071)。

2014-03-12

陈文婕(1985-)，女，湖南长沙人，管理学博士；研究方向:低碳技术、创新网络与技术创新管理。

F062.3

A