产业集群系统有序度的测量

2011-11-01张保林刘小瑜

统计与决策 2011年7期

关键词：参量流通集群

张保林，刘小瑜

（1.江西财经大学研究生部，南昌330013；2.南阳师范学院经济管理学院，河南南阳473000）

产业集群系统有序度的测量

张保林1,2，刘小瑜1

（1.江西财经大学研究生部，南昌330013；2.南阳师范学院经济管理学院，河南南阳473000）

产业集群系统结构是商品流、信息流、货币流等相关流的流通路径，作为多层次结构的复杂自适应系统，产业集群系统构成要素不同质、运输过程存在障碍等问题导致结构熵难以准确描述系统有序度，从相关流的性质出发可以规避对集群系统本身复杂结构研究而实现对集群有序度的测量，产业集群系统的容流潜力、供需匹配度、边界通透性是从相关流的性质出发测度系统有序度必须考虑的视角。

产业集群；有序；测度

起源于马歇尔经典巨著《经济学原理》的产业集群理论至今已走过一个多世纪的历程。从集群规模到集群结构，从集群边界到集群构型，产业集群相关问题研究日益丰富，其中产业集群演化理论一直是整个集群理论体系的核心与灵魂，从区位理论到社会资本理论，从均衡理论到复杂系统理论，学者们对集群演化的认识越来越深入，也越来越接近经济现实。系统演化不仅需要考虑演化动力及演化机制，也需要研究演化的描述，演化的方向标度、结构标度、性能标度、形态标度、信息标度等都从不同角度对系统演化进行描述，本文拟就产业集群演化有序及有序度的测量问题展开探讨。

1 产业集群有序的内涵

1.1 流视角的系统有序内涵分析

序是一个极其普遍而深刻的概念，不同学科对其有不同理解。在数学理论中集中体现在序数、序域、序结构三个概念之中，其含义与日常理解的次序有密切关系。在物理、化学和生物学中序体现了一种非对称性、非守衡性、非平衡性和非均匀性，序来自一种特定的对称破缺，序不仅是系统的一种存在状态，而且被赋予了变化的含义[1]。系统演化的序既是系统演化的产物又是系统演化的标志，在一定程度上讲，系统的属性取决于其有序程度，没有状态的物质是不存在[2]，没有序的系统也是不存在，有序度只能是一个相对量，只能通过两个类似系统或同一系统演化中不同时点状态对比来分析有序度的大小。那么有序的实质是什么呢？李洪涛等（2008）认为有序的实质是在耗散结构形成过程中，各因子之间形成的一种相干性、关联性，反映了系统内部在宏观上的联系程度；系统的无序指的是各因子之间联系很弱或没有联系[3]。王季云（2009）认为有序是指系统内部诸要素之间具有某种约束性，呈现某种规律，无序是指系统内部诸要素之间混乱、无规则的状态[4]。可见学者们对系统有序的认识基本上集中在结构有序这一层面，笔者认为结构有序只是系统有序研究的一个侧面，系统结构只是系统内相关流的流通路径，结构有序背后隐藏的是物质流、信息流、能量流等流的有规律运动，有序的本质是系统形成流的高效流通路径，调节物质、能量、信息在系统不同层次间的流动，使系统保持稳定和产生进化。

我们不妨以贝纳德花纹为例来解释这一问题。贝纳德对流是布鲁塞尔学派最早用来说明耗散结构理论的物理实验。1900年，法国物理学家贝纳德设计一个流体实验，一层流体上下各与一个温度分别为T1、T2的恒热源板接触，板间距离远小于板的长度和宽度，当两板温度相等时，流体处于平衡态；当两板温度不等出现温差时，如果温差没有超过临界值，液体分子作杂乱的热运动，通过无规则碰撞传递热量；当温差超过临界值时液体出现对流状态，出现无数的六角形对流元胞，液体分子在六角形对流元胞的中心向上流动，而在六角形元胞的边沿向下流动，能量通过这种宏观对流得到更有效的传递。从贝纳德对流实验可以看出，在温差低于临界值时热量的流通虽然也是从高温板传向低温板，但热量流通路径是不规律、低效率的，当温差超过临界时所形成的贝纳德花纹是一种更为有效的热量流通路径。哈肯在协同学中经常列举的激光形成以及B-Z反应等自组织现象也可以做同样的理解。基于此，笔者认为系统有序指的是系统能保证相关流通过系统顺利流通，系统有序度指的是系统实现相关流在系统中顺利流通的能力，系统组织结构是系统保持有序的一种手段，系统演化可以认为是相关流流量和流通效率的演化。

1.2 产业集群有序的内涵分析

经济系统运行的目的是为了满足人类不断增长的消费需求，其基本运作模式是将自然资源通过企业加工转化为满足消费需要的最终消费品，系统最基本的构成要素是企业和消费者。经济系统中最重要的流是商品流，商品流有规律流动是保证经济系统实现其目的的前提；信息流伴随商品流而出现，是实现物质流顺利流通的重要影响因素之一，信息流在很大程度上影响着物质流的流量和流通方向；货币的出现进一步提高了商品流的流通效率，在市场经济条件下，商品流与货币流是相辅相成的两种流，商品流的发生需要以货币流实现为基础，货币流背后隐藏的是商品流或潜在的商品流。经济系统演化过程可以理解为商品流、信息流、货币流流通路径不断优化的过程。在市场经济条件下，商品流、信息流和货币流的主要流通路径包括市场、企业和各种中间性组织。

经济学除关注商品流、信息流和货币流的流通总量和流通速度之外，还要研究各种流的空间分布问题，产业集群理论更是把流的空间分布研究推向了经济学前沿。产业集群是一种介于市场和科层组织之间的中间性组织；是在远离平衡的条件下，借助能量流、质量流和信息流而维持的一种空间或时间的有序结构[5]。产业集群如同贝纳德花纹一样是一种系统空间组织结构，亦即一种相关流的流通路径。产业集群内的分工与协作其本质是为提高物质流的流通效率而对集群结构所作的改变，企业间的非贸易相互依赖提高了信息流的流通效率，因此，笔者认为产业集群有序指的是产业集群能保证相关流经过产业集群流通，产业集群有序度指的是产业集群实现商品流、信息流和货币流顺利流通的能力。

2 产业集群有序度的测量

系统演化的有序程度一直是系统论关注的焦点问题，有序度测量在系统理论中有两大类标度，其一是序参量标度，其二是类熵标度。

2.1 序参量标度下的集群有序度测量

序参量的概念是前苏联物理学家朗道（L.D.Landau，1937）在研究二类相变时首先提出来的，序参量可以用来刻画一个系统内部对称程度和有序程度，并且要求它在临界点具有不确定性，当系统处于低有序度、高对称度时，其序参量为零；当系统处于高有序度、低对称性时序参量具有某个非零有限值；而系统处于临界点或相变点时，序参量会发生一个从无到有的变化。序参量是系统一个宏观特征，例如磁场的磁化强度等。序参量在哈肯创立协同学后得到学者们广泛的认可，但序参量一词在协同学中除了具有上述含义外，哈肯还认为序参量是役使子系统的模（变量）[6]，快变量跟随着慢变量变化，即慢变量支配快变量，把具有支配地位的慢变量称为序参量[7]。确定系统演化序参量需要详细了解系统演化影响变量之间的关系，社会经济系统目前还难以达到如此精度，这也是在利用序参量测度产业集群有序度时，不同学者有不同见解的原因，张伟（2007）认为产业集群演化过程中制度和文化是慢变量[8]。唐勇（2005）等认为人的因素及相应的人文环境是集群系统序参量[9]。孙斌、郑垂勇（2009）认为知识产权在产业集群创新系统演化中具有从无到有的变化趋势，可以将知识产权优势作为集群创新自组织系统的序参量。[10]虽然这些认识都表达序参量的某些含义，但学者们的判断多基于主观认识，缺乏定量研究。由于目前产业集群演化理论对集群演化机制尚无统一定论，笔者认为利用序参量描述产业集群系统的有序度可能还为时尚早。

2.2 类熵标度下集群有序度的测量

熵是序的对偶概念，熵描述系统无序程度。自克劳修斯（R.Clausius 1854）提出熵概念以来，起源于物理学的熵理论不断与其他学科交叉渗透，模糊熵、灰色熵、信息熵、生物熵、管理熵、经济熵等熵概念层出不穷，熵理论已经成为应用范围非常广泛的一门科学理论[11]。爱因斯丹（Albert Einstein）称赞熵是所有科学定律中的第一定律，爱丁顿（Arthur Stanley Eddington）称熵为整个宇宙至高无上的哲学定律[12]。但哈肯曾讲：科学一贯告诫我们，不要轻率地把一些规律认为是普遍有效的，我们不得不一再承认，一些自然规律，其有效性虽已在一定领域被认识并得到肯定，但在更大的范围内就只是一种近似[13]。类熵标度是否适合测量产业集群系统有序度，需要对类熵标度的发展历史进行简单梳理。

2.2.1 克劳修斯熵与结构熵

熵概念是克劳修斯在研究卡诺热机时提出的，假设有两个物体组成的孤立系统，第一个物体熵的改变△S1=-△Q/T1，第二个物体△S2=△Q/T2，△S=△S1+△S2，其中△Q是物体1传导给物体2的热量，T1、T2分别是物体1、2的绝对温度，△S1、△S2、△S分别是物体1、物体2和系统的熵变。易知：当且仅当T1=T2时△S=0（可逆过程）；如果热量从高温物体传向低温物体，△S>0（不可逆过程）。克劳修斯熵首先给出了系统演化方向的判据，不可逆过程熵增原理表明不可逆过程伴随着“可用能”的浪费，亦即能量降退，熵是能量不可用程度的度量，亦即不可逆过程能量虽然守恒，但其可资利用的程度随着不可逆过程熵增而降低，退化能量的多少与系统熵增成正比，这是目前学者们所理解的克劳修斯熵的宏观意义。笔者认为克劳修斯熵测度的是系统中热量的传递效率，在系统演化的起始点T1>T2，此时温差最大，热量传递效率最高，随着两物体温差的逐渐缩小，热量传递效率越来越低，当两物体温度相等时，从宏观上看热量不发生传递，因此，笔者认为随着系统熵增大，系统内相关流传递的效率降低。

克劳修斯熵不能说明不可逆过程的微观机制，而且其分析过程对热力学的强烈依赖也限制了克劳修斯熵的推广。1878年奥地利物理学家玻尔兹曼（Lud wigBoltzmann）给出了熵更一般的定义，即熵决定于系统内微观粒子排列的概率[14]，认为熵是系统内微观粒子热运动杂乱程度的度量，结构熵定义为S=klnΩ，其中K是玻尔兹曼常数，Ω为系统的热力学概率（即微观状态数），通过统计规律将系统微观机制与宏观性质联系了起来，也将系统有序同系统结构的对称破缺联系了起来，自玻尔兹曼之后学者们将系统有序从能量可利用率转向了结构有序，引起了熵理论的进一步泛化。信息熵、科尔摩格诺夫熵、测度熵、拓扑熵、混合熵等熵概念层出不穷，虽然含义各不尽相同，但都有着一个相似的数学结构，而且都与状态出现的几率分布有关[1]。

2.2.2 集群有序度的测量

不论是克劳修斯解释宏观熵时所采用的热传导过程，还是玻尔兹曼解释微观熵时所采用的气体扩散过程都有三个基本假设，其一是系统构成要素同质，其二是运输过程2无障碍，亦即能量可以顺利通过一个元素传递向另一个元素，其三是系统是孤立系统。而这三个基本前提在产业集群系统中都难以满足。我们假设一个只有一次分工的产业集群，示意图如图1。

对于产业集群系统来讲，首先系统构成要素是不同质的，上下游企业的性质可能会有根本差异，即使同一层次内的企业在规模、生产能力等方面也会有很大区别；其次，物质流、信息流和货币流的集群内流动时并不是无障碍的运输过程，产业集群系统与贝纳德花纹和激光等物理系统的最大不同之处在于构成系统的主体具有自适应性，贝纳德花纹、激光等物理系统中构成要素无条件传递能量，而产业集群系统中各种流的形成是主体自适应选择的结果。另外，现实中任何一产业集群都是开放系统，必须与外界进行商品、信息和货币交流，因此，仅从结构对称破缺角度研究产业集群有序难免存在偏颇之处，既然从产业集群这一流的通径本身研究集群有序存在较大难度，笔者认为可以通过流经产业集群系统的流的特征来探讨产业集群有序度测量问题。一个有序的组织必然表现为具有较强运输能力，且具有较高的运输效率。商品流是产业集群实现其功能时最主要流，在此我们仅从商品流角度来探讨产业集群有序的测度。

（1）容流潜力

前文认为产业集群有序度指产业集群实现相关流顺利流通的能力，如果我们将产业集群视为一个水库，则闸门面积越大，产业集群保证商品流顺利通过的能力就越强。对于图1所示的产业集群系统来讲，商品流通过产业集群需要经过上游企业和下游企业两道“闸门”，则产业集群系统容流能力r可定义为：r=min{r上，r下}，r上，r下分别表示上、下游企业生产潜力的和。

（2）供需匹配度

产业集群中相关流的形成是主体自适应选择的结果，上游企业生产的产品必须能满足下游企业需要才能保证流的通畅性，因此，在测度产业集群有序度时需要测量上下游企业的供需匹配度。设产品供给与需求分布分别为向量X=（x1,x2,…，xn），Y=(y1,y2,…,yn)可以通过向量X、Y的欧氏距离D(X,测量上下游企业的供需匹配度。

（3）边界通透性

根据系统与环境的关系，系统理论将将系统划分为孤立系统、封闭系统和开放系统，依据耗散结构理论，只有开放系统在远离平衡态时，系统涨落才有可能导致系统形成耗散结构，系统开放就意味着系统与外界有物质能量交流，其实耗散结构就是流通过系统时，系统为保证流通过效率而将个别子系统之间的“短程通信”变成能在整体范围内子系统间的“长程通信”，通过子系统协同实现提高流运输和转换效率的目的。无论在贝纳德花纹还是激光等物理系统中，系统边界是明确的，而且在考虑相关流时都没有考虑流通过边界的效率。产业集群作为一个经济系统，边界能否保证相关流的顺利通过对系统发展至关重要，如果集群系统生产的产品不能顺利在市场上实现其价值，再循环过程就不可能发生，产业集群也将不复存在，因此，在测度产业集群有序度时，必须考虑商品流进入和流出系统的通畅性。在产业集群理论研究过程中，如何确定产业集群边界尚存在争议，主要有行政地理边界和经济边界两个层次[15]，现实中很多企业跨越多个行政地理边界，因此，从经济联系角度界定产业集群边界是比较合理的。

在图1所示的产业集群系统中，上下游企业都处于集群边界，上游企业把自然资源转化为下游企业的中间投入，下游企业将中间投入转化为最终消费品，集群边界的通透性就表现为上游企业采购自然资源的能力和下游企业的销售能力，可以采用产业集群资源占有率和产品市场占有率来测度产业集群边界的通透性。

3 结语

产业集群作为一个复杂自适应系统，其多层次结构为集群有序度测量带来重重困难，在生命及人工生命系统中不同尺度下对称与对称破缺是同时存在，仅从结构对称破缺似乎难以描述系统有序，本文将系统视为相关流流通路径的思想是否适合所有类型的系统尚需进一步验证。产业集群系统演化的主要表现就是能满足更多消费需求，因此，在边界通透性中必须考虑系统产出被环境接受的能力，从容流潜力、供需匹配度和边界通透性三个角度测量系统有序度也只是针对产业集群这一特殊系统，其一般性也仍需考究。

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