基于CAS理论的协同创新系统研究

卜凡彪，薛惠锋

（西北工业大学自动化学院，陕西 西安 710072）

一、研究背景

随着复杂性科学地位的凸显，应用复杂适应系统理论（简称CAS理论）来研究复杂系统已成为复杂性研究中的热门课题。遗传算法之父Holland教授于1994年最早提出CAS这一概念并建立了比较成熟的理论，这一理论的提出，对复杂性研究无疑是一大贡献。虽然CAS理论提出的时间不长，但它的思想具有新颖性和启发性，为人们认识和研究复杂系统提供了一种新的思路和方法，[1-2]受到了多领域学者的青睐，纷纷将其CAS理论运用至本领域的研究。目前，复杂适应系统已经被引入社会管理相关领域，并成为社会管理相关领域研究的重要思想。

在市场经济条件下，高校、政府、企业、科研机构是各自具有不同优势的利益主体，它们之间的合作被认为是自主选择的结果。随着高校、政府、企业、科研机构合作对于创新的战略意义日益凸现，有必要从理论上对其进行系统研究，以丰富高校、政府、企业、科研机构合作思路，提高合作绩效。当前加快建设国家创新体系，不断增强高校、政府、企业、科研机构在相关领域的合作创新能力，加快形成高校、政府、企业和科研机构相结合的有效机制已经成为提升我国创新能力的基本任务。[3-5]

在这种新形势、新背景下，如何寻找到大学与政府企业科研机构和谐共处、互利互惠、良性互动的关系状态，促成相互之间各得其所共同发展的关系格局，特别是提高大学参与高校、政府、企业和科研机构合作的积极性和创新性，这些逐渐成为高校、政府、企业和科研机构合作创新所必须面对的严峻问题。[6-7]因此如何正确处理好大学、政府、企业、科研机构等核心机构组织利益之间的关系，寻找出四者间关系的内在规律和发展趋势是我们迫切需要解决的问题。

二、基于CAS理论的协同创新系统分析

系统是由具有内在联系的部分构成的有机整体，系统功能的发挥不仅取决于其组成部分的功能，而且与部分之间的关系，以及系统整体所处的环境密切相关。不论是开展怎样的系统工程，都必须对系统的结构、特征、功能，以及系统内部各要素之间的相互作用关系进行深入分析，只有这样才能保证系统内部相协调，保证系统与外部环境相适应，进而保证系统整体功能的发挥和系统目标的实现。为此，对协同创新系统的结构、特征、功能、作用机理以及系统协调发展的目标和内容进行分析阐述，可为协同创新系统开展定量研究奠定基础。

（一）协同创新系统的结构

高校与政府、企业、科研机构相互作用、相互耦合形成高校-政府-企业-科研机构系统，简称协同创新系统。协同创新系统组成要素均有各自的演变规律，还有其它因素的制约，形成了相互联系、相互支持和相互制约的复杂关系，这个关系即构成了协同创新系统结构，并决定着系统的功能、运行机制和演变规律。[8]要对协同创新系统的运行过程和演进方式进行研究，首先要对协同创新系统结构进行分析。

图1 协同创新系统间相互作用关系示意图

从图1的协同创新系统作用关系可以看出：高校系统、政府系统、企业系统之间相互作用、相互联系，共同维持着整个系统的发展。

1.高校系统。高校作为人才的摇篮，是科学、文化、技术等知识资源产生的最初源头，在企业、政府、科研机构的创新活动中，高校起着不容忽视的作用。[9]高校在建设创新型国家中肩负的使命包括弘扬创新文化、培养输送创新人才、科学研究的职能。

2.政府系统。在协同创新系统中政府的身份比较特殊，与企业和高校不同，政府不仅是合作成果的直接受益者，而且它还扮演着组织者和领导者的角色，政府在大学、企业和科研机构三者关系中主要起着宏观调控和政策引导的作用。[10]本文认为政府参与政产学研合作的主要动机具体表现在社会效益、经济效益和技术效益上。

3.企业系统。企业作为市场经济的主体是商品生产和流通的主要承担着，对市场的需求最为了解，同时它又是科学技术进步的主要力量，这也使其能够准确把握市场的未来走向。企业可以根据发展需要在政产学研合作中充分利用来自高校的各种知识资源，以此来提高自己的创新能力和竞争能力。[11]企业作为社会经济的基本单元能为大学的教学和科研提供建设性的指引方向，这样在政产学研一体化进程中可以大大减少盲目的投入，有效提高科研的效率，使资源得到最有效的利用。

4.科研机构系统。科研机构一般通过承担国家、地方政府以及来自市场的各类科研任务，发挥自身的科技优势，为社会提供各类科研成果。转制后的科研院所与一般企业没有多大差别，它的最终定位也只能是一个科技型企业。无论是科研开发，还是生产，都以利益最大化为最终目标，这与企业是一致的，它不再有义务承担对自身企业发展无益或利益相关性不强的研发工作。本文定位的科研院所不包括转制后的企业性质的科研院所。[12]

（二）协同创新系统的复杂适应性

从系统论的视角来看，协同创新系统是由高校系统、政府系统、企业系统和科研机构系统复合而成的系统。该系统不仅具有一般系统的特征，而且其内部结构及各子系统间作用关系比一般系统复杂得多，并且具有复杂适应系统的基本特征。因此，协同创新系统不仅是一种复杂的巨系统，而且还是一种复杂适应系统，可以应用CAS理论对其进行研究。CAS理论中有七个重要的概念：聚集、非线性、流、多样性、标识、内部模型和积木块。下面将从这七个方面对协同创新系统进行分析。

1.协同创新系统中的“聚集”。聚集是简单的主体为了生存和发展，通过“粘合”形成较大的更高一级的主体，简单的主体通过相互作用涌现出复杂的行为。为了合理配置资源，增强竞争力，高校、政府、企业、科研机构形成了聚集体，共同应对外界环境的变化，提高了聚集体的适应性。

2.协同创新系统中的“标识”。标识是用于区别主体，标识机制在聚集体的形成过程中起着作用。协同创新系统中的每个高校、政府、企业、科研机构都有自己的标识，高校的人才培养质量、企业的资金实力、科研机构的科研实力等可能是标识，主体通过标识去选择相互作用。

3.协同创新系统中的“非线性”。非线性是指个体自身属性的变化以及个体之间的相互作用并非遵循简单的线性关系。系统中任何层次的主题都不是以简单的线性关系相互作用，如高校、政府、企业、科研机构之间不是简单的、被动的、单向的因果关系，而是主动的适应。

4.协同创新系统中的“流”。流是存在于个体与环境之间的物质流、能量流和信息流，这些流影响着系统的演化过程。协同创新系统中的“流”是高校、政府、企业、科研机构之间以及系统和外部环境进行了物质、能量、信息的交换。协同创新系统以知识增值为核心，知识流加快了系统的演化和进化。

5.协同创新系统中的“多样性”。在CAS系统中，每个单个主体的维持和生存都会依赖于其他主体提供的环境，多样性的出现既不是偶然也不是随机。当协同创新系统中的任一主体进入一个新的领域，都会调整自己来利用其他协同创新系统或主体进行相互作用的机会，这样就产生了多样性。

6.协同创新系统中的“内部模型”。内部模型是CAS理论的内部机制，主体在收到外界刺激后，会做出反应，并调整自身结构，以适应环境。当下次发生同样的情况时，系统会知道如何应对。协同创新系统中各主体，也是通过不断的积累知识和经验，再遇到相同问题时，可以根据这些积累来应对。

7.协同创新系统中的“积木块”。CAS理论将已有的规则形象的成为积木块，就如同搭积木一样，将已有的规则通过组合，来产生新问题的规则。在协同创新系统的运行过程中，会出现各种新的问题，解决新的问题的方法，就是将这些新问题拆分成熟悉的问题，然后再进行组合，从而得出新问题的处理方法。

三、基于CAS理论的协同创新系统协调发展机制构建

（一）协调发展的内容和目标

协同创新系统中包含着各个子系统，各子系统之间存在着十分密切的关系。如果协同创新系统中各子系统之间相互促进、相互协调，各子系统之间失调和障碍因素被控制在最小限度和范围内，那么协同创新系统将呈现出良性循环和协调发展；若各子系统之间失调，会危及或破坏整个协同创新系统的常态运行，则称之为不协调发展。从系统论的角度看，协同创新系统协调发展主要表现在以下五个方面：

1.系统构成性协调。构成性协调是将系统的构成要素、互动关系及其功能结合为一个整体，从而提高系统的运行程度，构成性协调是系统正常运转所应达到的最基本的协调性。通过对协同创新系统内部各个子系统结构的分析，比如对创新知识结构、创新人才结构、创新组织机构等的分析，来揭示协同创新系统各方面结构的合理性和系统的运行状态。

2.系统目标协调。协同创新系统的总目标与各子系统的目标往往是有矛盾的，而且二者之间的目标未必完全一致。需要通过系统的多种反馈控制机制，纠正或削弱片面的导致不协调的子目标，以全面协调的目标代替不协调的子目标，从而使系统的总目标得以最大程度地实现，使各子系统产生一种“合目的”的功效，努力使各子系统的发展方向一致，进而促使协同创新系统整体不断向预定目标进化。

3.系统时空性协调。时空性是系统的一个特性，协同创新系统具有空间性协调和时间性协调。协同创新系统的发展具有时间性，为保证系统整体目标的实现，应使系统在不同的发展阶段达到不同的目标。协同创新系统是一个开放系统，任何区域不能单独达到理性目标，须与外部环境协同发展，互惠互利，否则将发生制约作用，而不能走向良性循环，即具有空间性协调。

4.系统组织管理协调。对于协同创新系统管理而言，组织管理协调其实就是主体与客体之间的协调。当管理部门及管理体制设置不合理，未能形成有效的动态调控机制时，组织管理会出现不协调，从而会导致协同创新系统出现各种情况。因此，政府及有关部门或高校、企业、科研机构管理者必须做出正确决策，以实现系统的协调。

5.系统内部与外部协调。协同创新系统处在一定的时间、空间和与它相关的环境中，与外界环境存在着多种作用关系，这种特点使得它的协调不仅是内部多层次、多侧面的协调，还存在着与外部环境及其它系统间的相互适应，相互协调，当这种关系受到阻碍时，会影响系统内的正常运转。

上述关于协同创新系统的多种协调是相互依存的，构成性协调是系统具有协调性的内在根据。目标协调、时空性协调、内部与外部协调都是系统协调性的具体表现。组织管理协调是达到系统协调状态并增大系统协调性的调控措施与手段。

协同创新系统协调发展的目标可以按高校系统、政府系统、企业系统、科研机构系统等方面分解为一系列具体目标。四者最合理的发展方式是，对于高校与政府，应以高校人才、科技、知识可持续创新支持政府管理社会、服务社会的可持续创新；对于高校与企业，应以高校的基础理论创新来引领企业的应用创新，对于高校与科研机构同样应以高校的人才、科技、知识和基础理论创新来促进科研机构的研发创新能力。协同创新系统协调发展的目标是高校、政府、企业、科研机构四个系统发展水平变量的函数，而各系统发展水平变量又是协同创新系统中诸因子的函数。由此，可以写出协同创新系统协调发展目标的概念模型，用下述数学函数来表示：

SC=F（X，Y，Z，H，R）；

该函数的约束条件为：

X=fX（X1，X2，X3，…，Xm）；

Y=fY（Y1，Y2，Y3，…，Ym）；

Z=fZ（Z1，Z2，Z3，…，Zm）；

H=fH（H1，H2，H3，…，Hm）；

R=fR（R1，R2，R3，…，Rm）；

X>0，Y>0，Z>0，H>0。

其中：SC为协同创新系统协调发展的目标，X为高校系统发展水平变量，Y为政府系统发展水平变量，Z为企业系统发展水平变量，H为科研机构系统发展水平变量，R为关联向量。

（二）协调发展的实现途径

协调发展涉及到自然、社会、政治、经济、人才、知识、技术等多方面、多层次的因素，是集技术性、社会性、政策性于一体的系统工程。需要通过下述三个方面来实现协同创新系统协调发展的目标。协同创新系统协调发展目标实现途径的概念模型如图2所示。

1.重视人的参与。在协同创新系统中，人既是系统协调发展的实践主体，又是系统协调发展的调控者，人既是主动的参与者，又是被动的享受着，因此，必须以人为主体，落实科学发展观来维护、调控和推动系统的协调发展。

2.用系统工程的思想和方法来选择协调发展进程的最佳路径。协同创新需要从顶层进行总体设计，需要对高校、政府、企业、科研机构构成的协同创新系统进行系统调控，发挥“1+1>2”的系统效应。

3.机制设计和制度安排在协调发展过程中的各个时期、各个阶段和各个环节都应充分重视，要综合运用经济、技术、政策、法律、道德，以及必要的行政手段，对系统进行调控。协同创新系统具有能控性，在整个系统中，人起着重要的作用。通过对协同创新系统的不断深化和认识，人类以各种信息形式控制协同创新系统内各种能量流、物质流和信息流的流向、流速和流量，降低系统的混乱程度，实现地下协同创新系统的良性发展。

图2 协同创新系统协调发展目标的实现途径

四、结论

本文运用CAS理论，对协同创新系统的本体进行了研究，主要分析了协同创新系统的结构和复杂适应性，以及协同创新系统协调发展的内容、目标、实现途径。协同创新系统主要由高校系统、政府系统、企业系统、科研机构系统通过复杂的非线性关系组合而成，该系统具有整体性、复杂性、关联性、层次性、动态性、有序性和可调控性等特点。协同创新系统的功能是以“流”的形式表现出来的，物质循环、能量循环、信息传递是协同创新系统的主要功能。协同创新系统的藕合并不是指高校、政府、企业和科研机构的创新系统完全一致，不是强调一方的创新系统去兼容其它三方，而是强调合作方的彼此兼容。协同创新系统协调发展的目标是高校、政府、企业、科研机构四个系统发展水平变量的函数，而各子系统发展水平变量又是协同创新系统中诸因子的函数。

本文在复杂适应系统理论的指导下，提出协同创新系统的建设思路和方法，并对协同创新系统的结构、复杂适应性以及协同创新系统协调发展的目标和内容进行了分析和阐述，以期能为决策者科学分析和理解协同创新系统、活跃创新活动提供一些有益的参考，并为协同创新系统下一步开展定量研究奠定基础。

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