基于協同學的產品創新與工藝創新協同發展研究

一、技術創新的概念1912年，schumpeter在《經濟發展理論》一書中首次提出了“創新理論”。創新被定義為建立新的生產函數，即生產元素和生產條件的組合，并引入生產體系。Schumpeter認為,技術創新包括5種情況:(1)引進新產品,即產品創新;(2)采用新的生產方法,即工藝創新;(3)開辟新的市場,即市場創新;(4)調控原材料新的供應來源,即材料創新;(5)實現新的組織形式,即組織創新和管理創新。可見,技術創新概念包括的范圍很廣,既包括產品創新、工藝創新等技術性創新,還包括市場創新、組織創新、管理創新、戰略創新,以及近年來被廣泛關注的商業模式創新、文化創新等非技術性創新。在技術性創新中,產品創新與工藝創新是兩個無法割裂、相互關聯、相互影響的要素。從企業核心技術平臺角度來看,產品創新與工藝創新存在著明顯的交互作用。工藝創新具有生產率效應,產品創新具有市場效應,只有在一定的生產條件和市場條件下,技術創新才能產生經濟效應。產品創新可以提高產品的差異化,工藝創新可以降低產品的生產成本,工藝創新為產品創新目標的順利實現提供了生產工藝保證。產品創新與工藝創新的協同匹配是企業技術創新績效實現的基礎。發達國家的歷史經驗表明,產品創新與工藝創新的協同發展對提高一個國家的競爭力具有重要作用。美國曾一度只重視產品創新而忽視工藝創新,使美國在很多工業領域內失去了競爭優勢,從而導致經濟發展緩慢,而日本和德國之所以能形成今天的經濟競爭優勢,與它們注重制造業企業產品創新和工藝創新的協同發展是密不可分的。因此,對產品創新與工藝創新的協同性進行研究,了解其協同發展程度,從而有針對性加強企業產品創新或工藝創新能力,對全面提高企業技術創新能力,具有重要的理論與實現意義。二、產品創新與工藝創新總的來說,對產品創新與工藝創新協同發展的研究主要關注以下兩個方面:一是在特定條件下,產品創新與工藝創新呈現出怎樣的匹配關系;二是在特定環境下,特定的企業如何選擇合適的創新策略(產品創新與工藝創新)以獲取最優的競爭績效,既涉及理論研究又有實證研究。對于產品創新與工藝創新匹配的研究,主要是從不同技術發展水平、不同行業、不同經濟發展水平三個角度進行審視。Abernathy和Utterback(1975)分析了企業創新類型和創新程度隨技術生命周期變化的規律,提出了產業技術創新動態模型,即A-U模型,描述了產品創新與工藝創新在產業發展的不同階段二者如何交替變化。此后,又有眾多學者如Abernathy(1983)、Utterback(1994)、姚志堅等(1999)將更多的變量引入到A-U模型中。上述文獻主要是從不同技術發展水平下出發,研究產品創新與工藝創新如何協同匹配。隨著研究的深入,學者們的研究發現,在不同的行業中,產品創新與工藝創新的匹配是不同的。Barras(1986)指出,A-U模型只適合于制造業,服務業有著不同的模式,提出了服務行業的逆向產品生命周期模型。Linton等(2007)的研究表明,對于流程類的產品,產品創新和工藝創新緊緊交織在一起,在產品生命周期的任一階段,其制造流程中發生任何變動都會對最終產品的特征產生巨大變化。陳偉(1994)指出,在鋼鐵、建材和化工原料等產品生命周期長,產品變化小的產業,其產業創新模式是以工藝創新為導向。在不同的經濟發展水平下,產品創新與工藝創新匹配關系也有所不同。吳曉波(1995)、許慶瑞等(1998)、古利平等(2006)的研究揭示,由于發展中國家往往是基于發達國家技術引進基礎上的二次創新,使得發展中國家的產品創新與工藝創新匹配關系與發達國家有所不同。對于產品創新與工藝創新的選擇研究,主要從不同企業類型、不同產品特征、不同市場環境等角度進行。Hayes和Wheelwright(1979)提出了產品創新和工藝創新的形式化關系模型,即產品-工藝矩陣概念模型。每個企業都位于模型中的特定位置,模型描述了不同的企業本質特征決定了其產品和工藝結構及其創新選擇策略。Cohen等(1987)的研究指出,當產品需求富有彈性時,因成本降低會給企業帶來巨大的利潤,將促使公司從事工藝創新;反之,因需求增加而帶來巨大利潤,將促使公司從事產品創新。Bonanm等(1998)、Filippini(2004)分析了在古諾博弈和伯川德博弈下企業產品創新和工藝創新的選擇。他們發現競爭激烈時,生產高質量產品的公司將選擇產品創新,生產低質量產品的公司選擇工藝創新。在競爭不激烈的時候恰好相反。Rosenkranz(2003)總結出消費者如果有產品多樣化的偏好,在產品創新和工藝創新研發效率相似時,將促使公司增加產品創新上的投入。當市場需要一種新的不被確定的技術并且潛在市場巨大時,企業產品創新就會變得突出;當產品性能標準化、價格成為重要影響企業成功因素時,創新的重點就從產品創新轉移到了工藝創新。Petsas(2005)的研究表明,在既定的產品研發體制下,隨著企業將更多的努力投入到產品創新上,企業從產品創新轉移到工藝創新的動機增強;如果企業處在工藝研發體制下,企業將無限期地進行工藝研發。在產品創新與工藝創新協同發展理論研究取得一定進展之后,學者們開始從實證研究的角度來驗證上述理論,研究方法主要是相關分析和回歸分析兩種統計方法。Zif等(1997)根據2018個從事研發活動的企業數據,運用相關分析建立了產品創新、工藝創新和短期投資回報之間的循環模式關系。Kraft(1990)通過56家德國中等規模金屬加工制造企業數據,采用回歸分析指出影響產品創新和工藝創新的主要因素是不一樣的,產品創新會促進工藝創新,反之則不然。Martiniz-Ros(2000)采用1990-1993年間西班牙生產制造企業數據用隨機效果概率模型,分析了外在變量對創新活動的影響和產品創新與工藝創新之間的相互影響關系。綜上所述,從系統的角度對產品創新與工藝創新協同發展進行實證研究在技術創新研究中尚屬首次,研究的思路也與以往的研究有所區別,主要揭示的是產品創新與工藝創新的協同一致程度。三、產品創新與技術創新的系統特征和協調模型(一)制造業企業技術創新系統的自組織系統復合系統的協調是指在系統內部的自組織和來自外界的調節管理活動(即他組織)作用下,其各個組成子系統之間的和諧共存,以實現系統的整體效應。系統之間或系統組成要素之間在發展演化過程中彼此和諧一致的程度稱為協調度。從系統論的角度來看,企業技術創新系統是典型的需要協調的系統,它是由產品創新子系統與工藝創新子系統通過相互作用、相互影響、相互制約而形成的具有特定功能和結構的復合系統。按照耗散結構理論,一個系統耗散結構的形成必須具備4個條件:一是系統必須是開放的;二是系統必須遠離平衡態的;三是系統內的各要素之間存在著非線性的相互作用;四是系統從無序到有序的變化是通過漲落來實現的。因此,制造業企業技術創新系統具備形成耗散結構的條件:企業技術創新系統是開放的,在產品創新和工藝創新的過程中,它不斷與系統外部發生物質(資金、設備、技術)、能量(人員)和信息的交換;由于產品創新子系統與工藝創新子系統這兩個組成要素之間存在一定的差異,如兩個子系統所起的作用的不盡相同,各自擁有的人力資源、資金投入的差異、承擔的職責不同等,導致該系統遠離平衡;產品創新子系統與工藝創新子系統之間存在著非線性的相互作用;制造業企業產品創新與工藝創新協同發展系統總是存在各種隨機的微漲落,如一項新的研究成果的出現、一種先進的制造技術的采用等。由于隨機漲落的存在,有些子系統在獲取資源上處于優勢,一些子系統“漲”、“起”,而另一些子系統“落”、“伏”,有些子系統在獲取資源上處于劣勢,因此,制造業企業技術創新系統是一個自組織系統。它通過與系統外部進行物質、能量、信息的交換,引進負熵流,以抵消自身的熵產生,使自身的有序程度不斷提高,在一定條件下,通過漲落,使制造業企業產品創新與工藝創新協同發展系統形成耗散結構。制造業企業產品創新與工藝創新協同發展系統特性包括:整體性、涌現性、動態性、復雜性和自適應性。總的來看,制造業企業技術創新系統具有自然系統與人造系統的雙重特點。作為自然系統,系統具有內部的自組織現象;作為人造系統,外界可以對其實施遵從一定準則的、有目的的調節活動,即該類系統具有他組織的特征。企業技術創新系統良性運行的條件是其各個子系統之間的協同發展。因此,制造業企業技術創新系統具備應用復合系統協調模型的條件。(二)有序度在本文中,協同是指企業技術創新系統這個復合系統在發展演化過程中,產品創新子系統與工藝創新子系統之間彼此協同一致的程度。根據協同學的序參量原理和役使原理,通過設定產品創新與工藝創新協同發展的協調度模型來實現。按照協同理論,系統在臨界點附近的內部變量分為慢馳豫變量和快馳豫變量兩種,慢馳豫變量是決定系統演化進程的根本性變量,并稱之為序參量。這類變量數目較少,其衰減變化較慢。而快馳豫變量數目相對較大,其衰減變化較快,快馳豫變量服從于慢馳豫變量,對系統的結構、功能變化不起主導作用,因此可以不加考慮。系統從無序走向有序的關鍵在于系統內部慢馳豫變量即序參量之間的協調作用,它決定著系統演化的特征與規律。因此,通過研究產品創新—工藝創新復合系統的少數序參量的方程,就可以確定產品創新與工藝創新協同發展路徑。設我國企業技術創新復合系統中產品創新與工藝創新子系統為Sj,j∈。設產品創新與工藝創新在發展過程中的序參量為ej=(ej1,ej2,…,ejm),m≥1,βji≤eji≤αji,i∈[1,m]。假設ej1,ej2,…,ejl(j=1,2)的取值越大,系統的有序程度越高,取值越小,系統的有序程度越低;假設ejl+1,…,ejm(j=1,2)的取值越大,系統的有序程度越低,取值越小,系統的有序程度越高。則產品創新與工藝創新子系統Sj(j=1,2)的序參量分量eji的有序度為:uj(eji)={(eji?βji)/(αji?βji)(αji?eji)/(αji?βji)i∈[1?l]i∈[l+1?m](1)uj(eji)={(eji-βji)/(αji-βji)i∈[1?l](αji-eji)/(αji-βji)i∈[l+1?m](1)其中,αji和βji分別是第j個系統在第i個指標上的上限制和下限值。由公式(1)可知,ui(ej)∈[0,1],其值越大,ej對系統有序的作用越大,對系統有序的功效越大。通過功效系數函數的幾何平均數來確定產品創新與工藝創新子系統的有序度函數,即:uj(ej)=∏i=1muj(eji)????????√mj=1?2(2)uj(ej)=∏i=1muj(eji)mj=1?2(2)由公式(2)可知,uj(ej)∈[0,1]。uj(ej)越大,子系統的有序度越高,反之,則越低。在一給定初始時刻t0,產品創新與工藝創新子系統序參量的有序度為u0jj0(ej),則在整個復合系統發展演變過程中的時刻t1,產品創新與工藝創新子系統序參量的有序度為u1jj1(ej)。定義產品創新與工藝創新子系統協同發展的協調度為:syn=θ∣∣∣∣∏j=12[u1j(ej)?u0j(ej)]∣∣∣∣????????????????ue001?ue000ue000(3)syn=θ|∏j=12[uj1(ej)-uj0(ej)]|(3)其中,θ=minj[u1j(ej)?u0j(ej)]∣∣∣minj[u1j(ej)?u0j(ej)]∣∣∣θ=minj[uj1(ej)-uj0(ej)]|minj[uj1(ej)-uj0(ej)]|由公式(3)可知,syn∈[-1,1],可得到如下兩個結論:(1)syn值越大,表明產品創新與工藝創新兩個子系統協同發展的程度就越高,反之則越低;(2)如果一個子系統的有序程度較大,而另一個子系統的有序程度較小或下降,則產品創新與工藝創新協同發展的協調度就不高,即syn∈[-1,0]。(三)產品創新子系統的序參量在產品創新與工藝創新協同發展的協調度模型中,序參量的選擇至關重要,它直接影響了研究結果正確與否。由于在國內進行的技術創新測度調查中,很少有專門的調查對產品創新與工藝創新進行分類的定量測度,使得對產品創新與工藝創新序參量的選擇帶來一定的困難。本著科學性、實用性、可操作性的原則,本文借助統計學中因子分析的基本思想,選取的序參量是從指標反映的主要方面進行考慮的,它們代表或解釋了大部分產品創新或工藝創新的內容。如發明專利數主要反映的是產品創新內容,勞動生產率、技術引進與技術改造主要反映的是工藝創新內容等。本文確定產品創新子系統的序參量包括:新產品開發經費支出(萬元)、擁有發明專利數(項)、新產品產值(萬元)、新產品銷售收入(萬元);工藝創新子系統的序參量包括:勞動生產率1(元/人)、新工藝開發經費支出(萬元)2、技術改造經費支出(萬元)、消化吸收經費支出(萬元)。本文以《中國高新技術產業統計年鑒2009》發布的制造業科技活動數據為依據,數據統計口徑是全部國有及年銷售收入在500萬元及以上的非國有制造業企業。經過對數據的處理,得到2000-2008制造業企業產品創新與工藝創新子系統各序參量的值。如表1所示。四、中國制造業企業產品創新與工藝創新的協同發展以1999年的數值作為下限值,以2009年的預測值作為上限值。將表1的數據代入公式(1),得到制造業企業產品創新與工藝創新子系統序參量各分量的有序度,如表2所示。將表2中的數據代入公式(2),得到產品創新與工藝創新子系統有序度,如表3所示。由表3可知,從2000-2008年,制造業企業產品創新子系統有序度與工藝創新創新子系統有序度在逐步提高。這說明,隨著國內外市場競爭的日趨激烈,制造業企業越來越重視技術創新所起到的重要作用,通過產品創新提高產品的差異化,通過工藝創新降低生產成本,從而在市場競爭中確立競爭優勢。最后,以產品創新與工藝創新子系統有序度為中間變量,以2000年的有序度為基準年,將表3中的數據代入公式(3),從而得到產品創新與工藝創新協同發展的協調度,如表4所示。由表4可知,從2001-2008年間,我國制造業企業技術創新復合系統中產品創新與工藝創新協同發展的協調度處在穩步提升的狀態,即產品創新與工藝創新協同發展的程度不斷提高,如圖1所示。這主要是由于產品創新子系統與工藝創新子系統的有序度都在不斷提高,從而導致整個復合系統的協調度隨之提高。特別是從2004年開始,產品創新與工藝創新的協調度增加的幅度更快。從圖1中也可以看出,我國制造業企業產品創新與工藝創新協同發展的大概路徑,即產品創新與工藝創新同步協同發展。經過計算,從2001-2008年,我國制造業企業產品創新與工藝創新平均協調度為0.3082。這說明,從總體上看,我國制造業企業產品創新與工藝創新協同發展的程度不高,這主要是由于從2000-2004年,我國制造業企業產品創新與工創新的有序度較低造成的,但是從總的發展趨勢上看,這種狀況正在逐步改善。這與我國制造業企業產品創新與工藝創新協同匹配的現狀也是相吻合的。2006年全國工業企業創新調查統計數據顯示1,2004-2006年間,在開展創新活動的83290個制造業企業中,有96.8%的進行了產品創新或者工藝創新,83.5%的企業進行了產品創新,84.1%的企業進行工藝創新,而其中僅有12.7%和13.3%的企業單獨進行了產品創新和工藝創新。也就是說,在開展創新活動的制造業企業中,多數企業是產品創新與工藝創新并舉,產品創新與工藝創新是相互協同配套和支撐的。從理論上分析,我國大多數制造業企業發展的基礎主要來自“規模優勢”和“比較優勢”,對產品的技術含量、附加含量和產品質量等方面要求并不是很高。與此同時,由于受到資金實力、技術實力、研發人員素質等因素的制約,使得制造業企業對產品創新與工藝創新投入達不到合理的比例和有效的協同匹配。但隨著國際競爭的深入,以及生產要素價格的上漲,我國制造業企業的這種優勢正逐步減弱。掌握自主知識產權,提高產品的科技含量、附加價值和產品質量,降低生產成本是我國制造企業在國際競爭中取得主動權的關鍵。產品創新、工藝創新以及二者之間的協同發展對制造業企業就越來越重要。此外,隨著自身實力的增強,制造業企業已初步具備同時兼顧產品創新與工藝創新的能力。因此,進行