数字化协同创新研发模式-ag尊龙app

摘要：装备制造业承担国民经济和国防建设的重任，其持续高速发展离不开科学的创新模式，现有研究多从产学研协同创新视角提出对策，但往往忽视数字化工具对协同创新的促进作用。本文借助数字化手段，尝试以产学研数字化协同创新研发模式为研究对象，建立装备制造业产学研数字化协同创新的演化博弈模式，并对模型结果进行模拟和仿真，分析有限理性下各参数变化以及在结果中的作用。研究结果表明，数字化水平能力、政府支持力度以及装备制造业转型程度等因素通过提升企业利润的方式对产学研数字化协同创新具有提高创新效能的作用。最后根据研究结果从促进数字化产学研融合发展角度提出增强我国装备制造业自主创新能力的对策建议。

关键词：装备制造业；产学研合作；数字化；协同创新；演化博弈

装备制造业是为满足国民经济各部门发展和国家安全需要而制造各种技术装备的产业总称，其快速发展也为我国的产业转型升级与科学技术进步提供重要的保障[1]，特别是在当前全球贸易保护主义日益抬头、外部环境的不确定性日益加剧等巨大变化的背景下，装备制造业已经对国内市场经济实现高质量发展具有重要的促进作用[2]。国内外关于我国装备制造业发展的文献指出，我国装备制造业存在产业内部结构单一[3]、高技术设备制造能力滞后[4]、信息化与工业化融合能力下降[5]等问题，严重限制装备制造业的高速发展，制约装备制造业结构的升级、效益的提高和资源的优化。可见，目前装备制造业发展缺乏技术创新能力。为了更快触达科研创新资源，企业往往倾向与具有较高创新能力的高校和科研单位合作，打造产学研协同合作的新型技术创新生态。然而，在开发投入、技术创新活动以及创新成果应用等方面仍存在内外部环境驱动力较差[6]的问题，主要存在数字化知识共享障碍[7]、产业结构不合理、创新成果转化率较低[8]以及政府支持力度有限[9]等问题。因此，装备制造企业迫切需要提高行业内外部驱动力，形成新型科技创新体系[10]。结合当今新兴技术的创新以及市场经济大环境改变，数字化以及数字化协同已经成为促进新经济时代国民经济快速发展的要素[11]，推动形成以数字资源为核心竞争力的装备制造业产学研协同创新的新模式，实现跨越融合式发展是必然趋势。梳理上述文献发现，仍存在以下不足之处：相关文献尝试通过装备制造业产学研协同模式解决创新能力不强的问题，但协同双方由于信息的不完全性以及有限理性的特点，可能导致存在知识偏差等，未考虑到参与者决策过程中的利益协调、收益共享等问题；相关研究在产学研模式研究中引入政府因素，探究在静态视角下政府对于策略选择的定性影响。而实际上，政府对策略选择是随着环境不断变化的微观动态的影响过程。因此，本文以产学研数字化协同创新作为提升装备制造业发展的途径，将数字化融合发展模式为主要契机，引入博弈模型，将装备制造业以及学研机构作为博弈双方，将双方的博弈行为视为不完全信息下有限理性主体的博弈行为。并将政府的支持力度定量纳入装备制造业产学研数字化协同创新的关系研究中，通过政府引导推动外部资金和内部资金的流动，促进产业集聚。利用数字平台构筑双方密切协同创新的平台生态，获得数字化创新的财政支持，借助数字化因素优化从原始创新到成果转化各环节之间的信息屏障，缓解信息不对称、资源不对称等问题，增加装备制造企业创新发展的动态性，实现“数字-实体”融合经济的支撑性效应与数字化引领作用。

1演化博弈模型构建及分析

1.1演化博弈理论分析

当今科学技术高速发展，装备制造业实现技术革新，打破数字壁垒，必须采取与其他社会主体参与合作的方式，运用多学科交叉创新模式有效提高创新效能。争取更大的发展空间，其中较为明显的利益相关者是企业、政府和具有创新科研能力的大学、科研单位等相关机构。在数字化协同创新活动的过程中，每个参与者都会考虑其他利益相关者的决策行为对自己的影响，从而对行为做出合理的判断。演化博弈论不同于完全理性下的传统博弈方法，从有限理性的角度出发，参与活动的主体在不断试错的过程中达到平衡状态，突出重复动力学的特点。在产学研数字化协同创新过程中，装备制造企业和学研机构等面临着不确定性和风险等因素，在传统运行模式以及数字化协同创新模式之间进行策略选择，这与演化博弈的理论特征相吻合。其中，传统运行模式是指装备制造企业通过单向渠道进行价值创造的过程。数字化协同创新模式是指将装备制造企业将综合分析能力、连接能力、智力能力整合优化形成数字化、信息化和生态化的融合交互模式。因此，构建演化博弈模型研究装备制造业产学研数字化协同创新的选择是合理的。

1.2模型假设条件

本文将在有限理性原则的基础上，结合系统演化论和博弈论的理论，提出以下的基本假设：假设1：在“自然”的状态下，装备制造企业与学研机构作为数字化协同创新的主体，两个主体因各自拥有独特的资源和信息被认定为“有限理性”。双方均会从自身的共同利益角度出发，选择最有利于自身共同发展的合作决策。因此，将装备制造企业与学研机构之间的博弈双方分别以下列符号来表示：装备制造企业a、学研机构b，a和b均有两个策略集的选择，分别是选择“数字化协同创新模式”或“传统运行模式”策略。假设2：产学研模式通过技术创新合作形成了互动的效应，企业提供创新资金，给予高校和其他科研机构以及技术创新雄厚的人力和物质支撑，同时利用高校和其他科研机构开发的技术和知识创新成果来帮助自身获得盈利，使各方通过创新获得收益。但由于双方的利益诉求不一致、信息不对称等原因，很有可能会直接引发“搭便车”、机会主义等行为。因此，各个创新主体之间的行动策略都是不断改变的。若装备制造企业本身具有选择“数字化协同创新模式”的偏好，而学研机构则具有选择“传统运行模式”的偏好，或者学研机构本身也具备选择“数字化协同创新模式”的偏好，而装备制造的企业在选择"传统运行模式”时，双方的利润发生变化为ri(i=a,b)，则选择“数字化协同创新模式”的一方后，其利润增加ri，选择“传统运行模式”的一方，企业利润减少ri。假设3：考虑双方数字化协同创新的主体之间决策的明显不确定性，尽管数字化协同合作创新的主体都是为了实现共同的目标组成某个共同体，但是产学研数字化协同创新的过程中，可能因为利益、时间、资源等其他方面的冲突，出现“中途背叛”的现象。此条件下，装备制造企业与学研机构均按照以往“传统运行模式”继续运转，只能得到正常的收益，则此时装备制造企业a获得的投资收益为ia，学研机构b获得的投资收益为ib。假设4：若装备制造企业选择“数字化协同创新模式”策略，而学研机构则选择“传统运行模式”策略，那么装备制造企业在技术创新过程中必须按照要求自主对其现有的生产线、硬件设备、软件设施等技术升级和改造；若学研机构选择“数字化协同创新模式”策略，而装备制造企业选择“传统运行模式”的策略，则由于学研机构需要投入一定的成本获得凯时k66会员登录的技术支持，或者在行业中投资具有影响力等商业。假设其原成本为ci(i=a,b)。若双方通过数字化紧密合作，实现个性化服务定制，装备制造业显著提升其产品的质量和使用普适性，学研机构同样持有积极合作的真诚态度，研发高质量成果进而提升了行业内的水平，双方收益均随之增高。因此，将由双方共同获得的直接利润记为pi(i=a,b)。假设5：装备制造企业和学研机构之间是一种相互依赖、紧密关联的关系，双方在某种程度上对彼此的资源和技术优势有效的利用和互补。若装备制造企业a和学研机构b均选择“数字化协同创新模式”策略，装备制造业在生产要素等方面创新，学研机构对其凯时k66会员登录的技术支持，双方的成本为ti(i=a,b)，则企业间的技术合作创新会产生作用，此时双方协同创新需要投入的成本小于仅有一方选择创新的成本，即ti

1.3博弈演化模型

基于以上假设，构建装备制造企业与学研机构数字化协同创新的收益支付矩阵，如表1所示。表1装备制造企业与学研机构数字化协同创新的收益支付

2演化博弈模型分析

由收益支付矩阵可知，学研机构采取“传统运行模式”策略下，pa ia-ca为装备制造业选择两种不同策略的投资收益差；学研机构采取“数字化协同创新模式”策略下，pa ra θia-(1-η-μ)ta为装备制造业选择两种不同策略的投资收益差；装备制造企业采取“传统运行模式”策略下，pb ib-cb为学研机构选择两种不同策略的投资收益差；装备制造企业采取“数字化协同创新模式”策略下，pb rb θib-(1-η-μ)tb为学研机构选择两种不同策略的投资收益差。以此方式作为判断依据得出以下推论：

1)当pa ia-ca<0且pb ib-cb<0时，（0，0）是整个系统发展和演化过程中的稳定点。该状态将成为最不有利于装备制造企业和学研机构所之间的数字化协同创新，即装备制造企业与学研机构均不愿意协同创新，两者投资收益都小于0，而且产学研协同技术创新的研发成本过高，均高于双方选择“数字化协同创新”策略下的投资收益，所以双方考虑到经济成本的影响将选择采取“传统运行模式”策略独自开展技术创新，最终结果将演化为（传统运行模式，传统运行模式）的稳定状态。上述分析说明：装备制造业在创新链与产业链之间体现装备制造业技术创新能力不足的问题，在数字化前沿领域内，产品迭代越来越快、产品生命周期逐步缩短，装备制造企业的每一个环节的选择和决策都面临着更大的风险，单纯依靠学研机构知识转移能力，学研机构压力过大，产学研创新绩效总体较差。

2）当ia ra θia-(1-η-μ)ta<0且pb ib-cb>0时，（0，1）是整个系统发展和演化过程中的稳定点。在这种稳定的状态下，学研机构更愿意与装备制造企业合作开展数字化技术创新研发，而装备制造企业却选择“传统运行模式”策略。对于学研机构说，此时数字化协同创新付出的研发费用成本远远小于双方均可以在选择“数字化协同创新模式”策略下的收益，所以学研机构选择“数字化协同创新模式”策略；而对于装备制造业来说，学研机构采取“数字化协同创新模式”策略下，数字化协同创新所获得的投资收益加上数字化平台创造的投资收益大于因政府补助以及技术提高作用减少后的研发总成本，受到经济利益驱动的装备制造企业会退出数字化协同创新独自技术创新。经过反复，系统将在稳定自身利益的状态下选择（传统运行模式，数字化协同创新模式）的状态。上述分析说明：产学研进行数字化协同创新后，学研机构知识转移促进了知识的产业化，但产学研只有通过相对长的时间的合作，才能慢慢促进创新绩效以及装备制造业的创新绩效提升。在此过程中学研机构提升了自身的知识转化能力，但装备制造企业投资收益较缓慢，装备制造企业由于颠覆性技术和市场需求的不确定性，需要在日新月异的发展中快速提升资源、信息等整合能力。因此，通过数字化协同创新带来的投资收益较低时，装备制造业参与数字化协同创新的意愿将会降低，最终会选择“传统运行模式”策略。

3）当pa ia-ca>0且pb rb θib-(1-η-μ)tb<0时，（1，0）是整个系统发展和演化过程中的稳定点。在这种稳定的状态下，装备制造业更愿意合作开展数字化协同创新和研发，而学研机构却选择“传统运行模式”策略。对于装备制造业来说，通过数字化协同创新策略需要付出的研究和投入均远远低于双方认为选择“传统运行模式”策略下的投资和收益，而对学研机构来说，在装备制造企业采取“数字化协同创新模式”策略下，数字化协同创新所获得的投资收益降低，政府的补助和技术水平的提高等作用而降低了其研发成本，独立从事技术革命。经过多次反复，系统稳定至(数字化协同创新模式，传统运行模式)这一状态。上述分析说明：产学研数字化协同创新后，装备制造企业既要一手抓创新，又要一手抓市场，使数字化技术研发在产业需求和技术创新的双驱动下，真正实现产业导向下的基础研究与应用研究的融合。其中，学研机构作为“智援”是科学技术创新目标得以落实的基础和保障，能够很好解决其创新困难。但仍然普遍存在我国高等院校的教育和社会发展需求相互脱节等问题，导致学研机构通过数字化协同创新达到的投资收益较低，最终选择“传统运行模式”策略。

4）当pa ra θia-(1-η-μ)ta>0且pb rb θib-(1-η-μ)tb>0时，（1，1）整个系统发展和演化过程中的稳定点。该状态被认为是最理想的状态。产学研双方均愿意数字化技术创新及产品研发，对于装备制造企业和学研机构来说，数字化协同创新所获得的投资收益加上数字化平台能力创造的投资收益大于因政府补助以及技术提高作用减少后的研发总成本。故此种情况下，双方愿意数字化协同创新而获取更大的投资收益，系统会逐渐演化至（数字化协同创新模式，数字化协同创新模式）的理想状态。上述分析说明：产学研数字化协同创新后，学研机构在原有技术基础上借助于市场需求产业化快速发展，装备制造企业也实现创新能力的显著提升以及对数字化协同创新绩效的促进，博弈双方在数字化变革中提高对创新环境的适应能力，通过部门的撤并、企业制度的优化以及人事的更替调整内部管理，提升研发过程与科研成果的内部协作水平。同时运用信息流带动技术流、资金流、人才流的高速流动，贯彻数字化协同的理念，提升装备制造企业科技创新的整体效能。根据雅克比矩阵的行列式定义为正、迹定义为负时，还包含以下两种特别的情况:

5）当pa ia-ca>0,pb ib-cb>0,ia ra θia-(1-η-μ)ta<0且pb rb θib-(1-η-μ)tb<0时，此情况被认为是一种混合的策略，其中包含了上述(2)(3)两种可能，系统的演化稳定性策略分别称为（传统经济模式，数字化协同创新模式）或者（数字化协同创新模式，传统运行模式）。

6）当pa ia-ca<0,pb ib-cb<0,ia ra θia-(1-η-μ)ta>0且pb rb θib-(1-η-μ)tb>0时此情况也可以认为是一种混合的策略，包含了上述(1)(4)两种可能，系统的演化稳定性策略可以分为（传统运行模式，传统运行模式）或者（数字化协同创新模式，数字化协同创新）。根据(5)以及(6)说明，产学研双方均具有有限理性，通常不是一开始找到最优策略，但均持有“利益最大化”的企业目标，因此双方的策略选择一直处于动态变化的环境中。当一方因成本过高而达不到目标绩效时，参与数字化协同创新的意愿将会降低，最终选择“传统运行模式”策略。而另一方因无法自行承担高昂成本而被迫选择“传统运行模式”策略。若内外部环境给予激励，策略选择将可能会发生改变，双方参与数字化协同创新的意愿提升，装备制造企业提供产业市场，学研机构作为援助能够解决创新过程难题，最终整个系统演化至(数字化协同创新模式，数字化协同创新)的理想状态。

3数值仿真分析

基于上述演化博弈模型的建立和分析，利用matlab软件通过数值仿真分析来描述在装备制造业产学研数字化协同创新研究的演化过程，数据仿真能够实现在有限理性的条件下，运用装备制造企业与学研机构的不完全信息进行动态演绎。当pa ia-ca<0且pb ib-cb<0时，两者投资收益均小于0。装备制造企业与学研机构均选择“传统运行模式”策略。起初装备制造企业参与意愿高于学研机构，表明我国装备制造业提高自主创新能力的迫切需要，但因数字化协同创新产生的投资收益差影响参与意愿程度。学研机构策略选择取决于通过协同创新所获得业界影响力以及国家支持度，利益分配等问题影响学研机构的选择。则经反复后趋于稳定点（0，0）。因此，博弈中的双方如何决定博弈中各自的努力水平和程度，如何衡量各种科技成果的应用价值，如何对博弈中的知识和成本等因素进行科学的计算和转化，对企业和学研机构协同创新的积极性有重要影响。随着双方博弈过程的推进，可能存在协同创新成本高于传统运行模式创新情况下的成本，或因外部因素激励不足，市场环境不健全等多种情况，使得协同的一方改变参与意愿，从而选择策略发生改变，分为以下两种情况：

1)当ia ra θia-(1-η-μ)ta<0且pb ib-cb>0时，装备制造企业均衡于“传统运行模式”策略，学研机构选择“数字化协同创新模式”策略。对于装备制造企业来说，数字化创新虽然顺应了数字时代的发展变化趋势，但风险较大，创新的成败与否很难准确地预测未来的收益，所以很多企业都不愿意花费巨额成本开展技术创新。另一方面，装备制造企业还面临创新能力薄弱的问题，即数字化协同创新的成败也取决于其科研能力。对于学研机构来说，作为科研创新的领头者，是知识、人才以及技术的主要提供者。通过数字化信息平台获得影响力将会提升，引起业界的关注，凝聚的科研力量日渐强大，从而创造更多的投资收益，若装备制造企业给予的财力或影响力具有明显的提升，参与意愿将会随之升高，从而稳定到“数字化协同创新模式”的状态。

2）当pa ia-ca>0且pb rb θib-(1-η-μ)tb<0时，装备制造企业选择“数字化协同创新模式”策略；学研机构选择“传统运行模式”策略。在数字化协同创新的环节中，就需要产学研双方之间进行知识与资源的共享，知识与资源之间的双向流动才能有效地降低技术创新的成本，提升技术创新的效率。装备制造企业为其创新提供有利的条件，数字化技术创新的成功将会增大其在市场中的比例。在抓住市场需求的同时，加大其数字化融合创新力度，从而增加其收益；学研机构作为其数字化协同创新进程中的主要技术创新力量，面临知识流溢出的风险相对比较高。数字化协同创新一旦成功，付出更多的时间和努力一方将会遭受很大的损失，引发冲突、脱离、背叛等现象。因此，经过迭代系统将稳定到（数字化协同创新模式，传统运行模式）的状态。pa ra θia-(1-η-μ)ta>0pb rb θib-(1-η-μ)tb>0时，装备制造企业与学研机构均选择“数字化协同创新模式”策略。此时，产学研数字化协同创新受市场需求环境影响，可能导致其参与意愿降低。但产学研数字化协同创新实现创新主体的多方共赢，均获得“合作价值”。因此，若数字化协同创新所带来的投资收益大于协同成本，装备制造企业提供市场环境与产业导向，学研机构提供技术与智力资源，共同解决企业创新的难题。博弈双方的共同目标是围绕科研和成果技术创新集聚为凯时k66会员登录的合作伙伴，形成具有数字化科研创新能力的新型生态，最终平衡点趋向于稳定点（1，1）。为了更好地分析各参数对于产学研数字化协同创新的影响，本文采用模拟仿真的方法，模拟装备制造企业与学研机构在数字化协同创新模式选择策略上的变动，定量分析各因素对协同行为影响。

1）θ对产学研数字化协同创新的影响

在其他因素不变的情况下，图2分别是数字化水平系数θ取值0.2，0.5，0.8时，对装备制造业和学研机构数字化协同创新产生的影响。随着θ取值的逐渐增大，产学研数字化协同创新概率向为1演化。由此可知，数字化水平能力具有正向推动作用。产学研数字化协同创新模式和数字化紧密融合促进我国装备制造业发展，是推动创新驱动向更大市场需求方向转化的保证。推动“互联网 ”数字时代和传统实体经济的深度融合，实现以移动互联网为技术基础的数字化现代技术手段融合发展，打通装备制造业与其他机构之间的创新链、产业链、资金链，实现企业之间的互联通、互操作，不断提高创新效能，最终构建创新全过程信息共享、资源与业务高效协同的数字化协同创新体系。通过变化曲线看出，数字化分析采集分析能力与平台管理能力的综合水平越高，变化趋势越为显著，博弈双方获得间接性投资越多，数字化协同创新的概率也越大

2）η对产学研数字化协同创新的影响

在其他因素不变的前提下，图3分别是政府支持力度系数η取值0.2，0.5，0.8时，对装备制造业和学研机构数字化协同创新产生的影响。随着η的逐步增大，开展数字化协同创新可能性越大。由此可知，政府支持力度越大，推动产学研数字化协同创新力度越大。这充分表明在数字化技术革新中，对于装备制造业说，政府通过引导推动内外部资金的流动，促进产业集聚。利用数字平台构筑双方协同创新的平台生态，纳入国省级科技计划，从组织上和数据上为创新赋能，推进数字化协同创新，迅速提升我国区域性技术和创新能力；对于学研机构说，通过政产学研合作，政府给予资金支持，提供政策性扶助推动企业发展，并了解其需求从而争取更多的资源。进一步说明，随着政府支持力度的加大，博弈双方数字化协同创新的参与意愿逐步增大。

3）μ对产学研数字化协同创新的影响

在其他因素不变的基础上，图4分别是装备制造业从传统模式转型数字化的程度系数μ取值0.2、0.5、0.8时，对装备制造业和学研机构选择“数字化协同创新模式”策略的影响。μ取值0.2、0.5时，双方均选择“传统运行模式”策略，μ取值0.8时，双方均选择“数字化协同创新模式”策略。μ取值0.2时，装备制造业数字化转型程度很低的情况下，装备制造企业和学研机构选择数字化协同创新策略的概率呈缓慢下降的趋势。但当μ取值为0.5时，双方选择“数字化协同创新模式”策略的概率增加，增加的速度大于μ为0.2时的情况，但最后曲线变化为缓慢下降趋势。当μ取值为0.8时，装备制造企业和学研机构选择“数字化协同创新模式”的概率增加趋近于1。由此可知，μ小于或等于0.5时，传统模式转型程度越小，越抑制产学研数字化协同创新；μ大于0.5时，双方选择“数字化协同创新模式”策略的概率增加，愿意数字化协同创新。这同样说明，我国传统模式转型程度较低时，可能因为数字化转型成本太高，产学研协同创新融资和收益将存在不确定性以及较高风险，因此选择数字化协同创新策略的概率小于转化程度较高时的概率。这进一步说明，随着传统模式转型数字化的程度增大，博弈双方数字化协同创新的参与意愿会逐步增大。综上，装备制造业产学研是否进行数字化协同创新呈现出稳定演化状态取决于多种因素。数字化水平能力、政府支持力度以及装备制造业转型的程度均影响产学研数字化协同创新。数字化水平能力和政府支持力度促进产学研合作创新，装备制造业的创新转型程度对产学研数字化协同创新的影响方向随转型程度的大小而变化。

4结论

1）装备制造企业和学研机构可能会选择（传统运行模式，传统运行模式）、（数字化协同创新模式、传统运行模式）、（传统运行模式、数字化协同创新模式）以及（数字化协同创新模式、数字化协同创新模式）4种策略，而模型稳定于哪种状态是由多种因素共同影响的结果。

2）对装备制造企业以及学研机构说，通过数字化协同创新产生的成本投入以及利润输出对博弈双方具有重要影响。主要表现在依赖数字化平台，数字资源整合形成后数字平台吸收其他行业资源，博弈双方策略选择因利润的变化发生变化，利润输出的提高增加双方数字化协同创新的参与意愿。

3）数值仿真显示，数字化水平能力、政府支持力度以及装备制造业从传统模式到数字化模式转型的程度均影响产学研数字化协同创新。其中，数字化水平能力的影响较为显著。因此，数字化水平能力的增强将提高数字化协同创新过程中的利润，同时，政府支持力度越大以及装备制造业现有模式数字化程度越大均通过减少成本来获取更多的利润，则均有利促进产学研数字化协同创新。

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作者:吴雷 钟一纯 林超然 单位:哈尔滨工程大学 经济管理学院