不同要素密集型制造业的生产性服务价值活动网络演化研究

陈郁青，王文平，颜 超

（1东南大学 经济管理学院，江苏 南京211189；2扬州职业大学 管理学院，江苏 扬州225000）

一、引 言

生产性服务活动是在产品生产和服务提供的过程中作为中间投入的服务活动。生产性服务活动在产品制造过程中出现在市场调研、产品研发、产品装配以及产品营销的整个过程，具有高度的知识化和产品差异化特征［1］。生产性服务活动可以提高工业生产各阶段的运营效率，增加产品和服务的竞争力，联系和协调企业内外部的不同活动，促进知识和技术传递，提升最终产出价值。

价值网络是利益相关者相互影响所形成的价值生成、分配、转移、使用的关系和结构［2］。产品或服务的价值由价值网络的每个成员创造并经价值网络整合而成［3］。制造业生产性服务价值活动网络，就是制造企业及相关服务机构通过生产性服务活动整合分散化的动态操作性制造服务资源，进行高效的合作价值创造，并实现集体价值增值的网络体系。

产品价值链指的是产品进入最后的消费领域前所经历过的阶段或环节，通常包括研发、生产、营销三个阶段［4］，涵盖了产品的设计、生产、营销、交货等过程及其辅助过程中所经历的许多相互分离的活动。制造业内部的每个产品价值链所包括的生产性服务活动形成了一个个相对独立的产品生产性服务价值活动集，这一系列的产品生产性服务价值活动集相互联结所形成的活动集合体即为制造业生产性服务价值活动网络，这一网络的演化过程涵盖了网络中的产品生产性服务价值活动与活动集的优化以及活动连接关系与活动集连接关系的优化。

价值链通过活动优化可以获得成本优势及差异化优势，从而更好地进行价值创造。余伟萍、崔苗探讨了经济全球化背景下基于企业能力的价值链优化，提出可依照企业能力与企业活动的匹配关系对自制、合作或外包等策略进行选择以实现价值链优化［5］。谭忠富、张红等对具体企业的价值链优化进行了实证研究［6-7］。石文渊、赵娜研究了面向价值创新的企业价值活动重构问题，并提出价值因素与价值活动关系表作为价值活动重构的工具［8］。Zott C和Amit R从活动系统的视角分析企业业务模型，提出企业活动系统设计需要考虑元素和主题两方面因素［9］。上述研究主要从企业角度探讨了企业价值链优化及企业价值活动系统架构的相关问题，产品视角的价值链优化及价值活动系统分析尚未涉及，对于产品生产性服务价值活动集乃至制造业生产性服务价值活动网络的研究则更加缺乏。因此，本研究拟借助遗传算法的相关思想，通过计算机仿真实验模拟制造业生产性服务价值活动网络的演化过程，分析不同要素密集型制造业的生产性服务价值活动网络的优化过程特征。

二、研究方法

1.遗传算法介绍

遗传算法（Genetic Algorithm，GA）是一种借鉴生物界自然选择与遗传机制的随机优化算法［10］，它借助于计算机编程，将待求问题表示成染色体（即为二进制码或整数码串），并将构成的一群染色体（种群）置于问题的求解环境，这些染色体通过选择、交叉、复制、变异、适应度评价等遗传操作得以进化，产生出更能适应环境的种群。通过不断的迭代进化，种群将不断收敛直至出现最优解［11］。近年来，遗传算法在经济管理领域逐渐得到了较为广泛的应用，大致分布于三个方面：一是利用遗传算法的最优解搜索能力解决经济管理领域中的车间调度、交通规划、物流配送等现实问题，二是借用遗传算法中的种群进化思想来描述经济管理领域中的群体性经济个体的发展和演化问题。三是利用混合进化算法、遗传算子改进等方法解决传统遗传算法在最优解搜索过程中的早熟现象。

制造业生产性服务价值活动网络由每个产品生产性服务价值活动集所拥有的生产性服务价值活动相互联结而成。制造业生产性服务价值活动网络中产品生产性服务价值活动集之间的相互作用和演化关系在相当程度上类似于自然界生物种群内部的共生进化关系。在制造业生产性服务价值活动网络中，产品生产性服务价值活动集通过彼此间的合作与交叉以搜寻最优活动集，从而实现个体与整体的价值最大化，在这一过程中，随着新老产品的更替，不断有老的产品生产性服务价值活动集被淘汰，同时也不断有新的产品生产性服务价值活动集进入，这与自然界物竞天择、适者生存的进化规律极其相似，而网络内产品生产性服务价值活动集间的合作伙伴选择、生产性服务活动的建设、删除、创新、学习、价值量评估等活动又可以与自然界种群内的选择、交叉、复制、变异、适应度评价等遗传操作过程相匹配（图1）。

图1 物种演化和制造业生产性服务价值活动网络演化

2.制造业生产性服务价值活动网络的遗传元素

（1）染色体：在生物学中指生物细胞中所含的某种丝状化合物，是遗传物质的主要载体，由多个遗传因子组成。带有特征的染色体实体又可称作个体，遗传算法中的染色体形式通常为一个“串”，一个“串”代表问题的一个解，在算法中一般为二进制。在制造业生产性服务价值活动网络中，遗传操作的染色体为产品生产性服务价值活动集（图2）。

图2 制造业生产性服务价值活动网络染色体和基因示意图

（2）基因：是构成染色体的基本元素，可以表现个体的特征。基因串是染色体的基本形式，串的长度称为基因数。基因在串中的位置称为该基因的基因位，通常从左到右计算。除基因位值外，每个基因还拥有对应的遗传信息。在制造业生产性服务价值活动网络中，按照产品价值链顺序排列的生产性服务价值活动构成该产品生产性服务价值活动集的基因链，生产性服务价值活动就是该基因链的基因，每个基因位值为“0”（存在）或“1”（不存在），记载的遗传信息为活动价值产出系数、活动资源投入量等。

（3）种群：带有特征的染色体实体的集合，即个体的集合，有时也被称为个体群。种群规模指种群内个体的数量。制造业生产性服务价值活动网络是由产品生产性服务价值活动集个体组成的种群。

三、仿真模型与算法实现

在以产品生产性服务价值活动集作为染色体的制造业生产性服务价值活动网络中，每个产品生产性服务价值活动集包含的生产性服务价值活动按照产品价值链顺序排列便可组成该产品生产性服务价值活动集的基因链，每个生产性服务价值活动也是该基因链条上的一个基因。

对于产品价值链i（i＜Nt），令其生产性服务价值活动集为：

则产品生产性服务价值活动集的遗传染色体为［0，1，0，0…1，0，1…1，0，1］1×20，基因位值为0代表不拥有该位置上的某类生产性服务价值活动，基因位值为1代表拥有该位置上的某类生产性服务价值活动。此外，每个位值为1的基因还记录了生产性服务价值活动价值产出系数、生产性服务价值活动资源投入量等相关的遗传信息。以产品生产性服务价值活动集i为例可设置各项参数如下：

假设在t时刻，某制造行业内共拥有产品生产性服务价值活动集Nt个，产品价值链i的生产性服务价值活动集为，设其生产性服务价值活动集的全集为At＝∪∪∪…∪，并设At的元素个数为nt，在这种情况下可以用一个1×nt的（0，1）矩阵来表示所有产品的生产性服务价值活动集，每个矩阵元素代表该制造业内的一类生产性服务价值活动。对于矩阵上的某个元素，若是产品价值链i有该类生产性服务价值活动，则在矩阵的位置值为1，否则为0，即：

根据生产过程中的资本、劳动、技术等要素密集度的不同，可以将制造业类型分为劳动密集型、资本密集型和技术密集型。这三类产业的工业化成熟程度与工业品市场竞争激烈程度各不相同，产业内主要产品的生产性服务价值活动集同质化程度也不一样。一般来说，工业化成熟程度与工业品市场竞争激烈程度越高，产业内主要产品的生产性服务价值活动集所包含的生产性服务价值活动类别就越趋于同质化。因此，本文设立了产品生产性服务价值活动集的同质化参数p，并将之作为某类生产性服务价值活动的存在概率。根据不同要素密集型制造业发展的实际状况，同质化参数p从低到高依次分别对应技术密集型、资本密集型和劳动密集型制造业。

本文在柯布-道格拉斯生产函数的基础上生成制造业生产性服务价值活动网络中产品生产性服务价值活动集的价值创造函数，并将之作为个体适应度的评价指标：

本文采用C＃高级程序设计语言实现仿真过程，具体步骤如下：

（1）种群初始化：以某时刻t为逻辑上的时间起点（研究的起始时刻），对t时刻种群内个体进行逐一描述，也即按一定规则集中设置t时刻制造业生产性服务价值活动网络中各产品生产性服务价值活动集，并将其作为优化的基本单元。

（2）合作对象选择：选择过程指以一定概率从种群中选择若干个体的操作。由于内外部经营环境的变化和自身资源能力的限制，制造企业需要不断对产品生产性服务价值活动集进行优化和调整以整合优质资源，实现利润最大化的目标。这一优化和调整的过程也就是制造业生产性服务价值活动网络中各产品生产性服务价值活动集之间的合作交流过程。根据现实背景，本文假设每一阶段制造业生产性服务价值活动网络中的产品生产性服务价值活动集都会选择特定的合作对象进行交流，如两者合作意愿之和大于阙值则可以完成价值活动的更新和活动集的优化。

（3）染色体（活动集）交叉和复制：有性生物繁殖后代时两个同源染色体（父代）之间通过交叉来完成基因重组，并通过复制将遗传物质DNA转移到新细胞中，从而形成新的染色体（子代），子代染色体通常可继承父代双方染色体的基因特征。在制造业生产性服务价值活动网络中，当企业基于各种考虑对其产品生产性服务价值活动集进行优化和调整时，各个产品生产性服务价值活动集（染色体）中的特定生产性服务价值活动（基因）将会产生各种交叉关系。染色体交叉（基因重组）和复制可使个体自身及交叉个体的优秀基因同时遗传给子代，是自然界物种遗传的核心环节。对于制造业生产性服务价值活动网络而言，各个产品生产性服务价值活动集可以通过和其他活动集的交叉和复制将优质生产性服务价值活动传递给下一代，本文设定的产品生产性服务价值活动集交叉和复制活动主要有删除、建设、创新、学习等（图3）。

图3 产品生产性服务价值活动集交叉示意图

（4）活动（基因）变异：细胞在复制时可能产生很小概率的差错，从而使DNA发生变异，产生出具有不同性状表现的新染色体，这种变异既可能导致某种能力新生或增强，也可能导致某种能力的缺失或缺陷。在制造业生产性服务价值活动网络中，外部产业结构调整、产业技术创新以及内部突破式创新等因素都可能导致各个产品生产性服务价值活动集合作交互过程中原有活动的变异，这种变异既可能是新型生产性服务价值活动的诞生，也可能是原有生产性服务价值活动的丧失。

（5）活动集适应度评价：适应度是某一个体对环境的适应程度。在遗传算法中需对每一次种群迭代后染色体的适应度值进行计算，以检查是否满足终止或新增条件。在制造业生产性服务价值活动网络的演化过程中，企业在每一阶段内都会重新评价产品生产性服务价值活动集，并根据评价结果对其进行战略性调整，这种调整既可以是产品生产性服务价值活动活动集的整体调整，也可以是某一生产性服务价值活动单元的调整。

四、仿真结果分析

1.网络规模变化趋势

取初始规模为200的种群，按研究设定仿真规则执行1000次迭代，不同要素密集型制造业的生产性服务价值活动网络中产品生产性服务价值活动集数量的变化趋势为：技术密集型制造业，在达到200次左右的迭代之前活动集数快速增长，随后进入震荡阶段，在650次左右的迭代之后，活动集数量呈少量增长与减少的交替状态。资本密集型制造业，在达到100次左右的迭代之前活动集数量快速增长，随后进入震荡阶段，在600次左右的迭代之后，活动集数量呈少量增长与减少的交替状态。劳动密集型制造业，在达到350次左右的迭代之前活动集数量快速下降，在650次左右的迭代之后，活动集数量呈少量增长与减少的交替状态。网络规模的另一参数生产性服务价值活动数量的变化趋势大致与活动集数量的变化趋势相同，但生产性服务价值活动数量的变化约比活动集数量的变化滞后50次左右（图4-图6）。

上述现象可解释为：技术密集型制造业生产流程与技术稳定程度较低，产品线不够丰富，产品生产性服务价值活动集所包含的生产性服务价值活动种类不够完善，而较高的产品市场推广和工艺创新强度又使得产品生产性服务价值活动集之间的合作交叉频繁，给生产性服务价值活动网络带来了很大的初期规模发展空间，经过一段时间的迅速发展以后，产业工业化成熟程度与工业品市场竞争激烈程度不断提高，网络规模逐步下降后保持稳定。资本密集型制造业技术已日趋成熟，市场迅速扩张，产品线比较丰富，生产性服务价值活动集所包含的生产性服务价值活动种类也逐渐完善，这一阶段较高的产品多样化和差别化的要求需要产品生产性服务价值活动集之间继续保持较为频繁的合作交叉，导致生产性服务价值活动网络规模仍有一段时间的迅速增长，随着产业工业化成熟程度的提高与工业品市场竞争日益激烈，网络规模逐步下降后保持稳定。劳动密集型制造业市场进入饱和状态，产品差异性很小，同质化程度很高，产品生产性服务价值活动集所包含的生产性服务价值活动种类已相当完善，产业增长规模趋于稳定，市场集中度提高，竞争加剧使得旧的产品和竞争力不强的厂商开始被淘汰，导致生产性服务价值活动网络规模逐步下降，当市场结构完成向垄断竞争过渡后，生产性服务价值活动网络规模基本保持稳定。

图6 生产性服务价值活动网络总价值创造量变化趋势

2.总价值创造量变化趋势

不同要素密集型制造业的生产性服务价值活动网络总价值创造量变化趋势为：技术密集型制造业，网络初始总价值创造量最低，在达到250次左右的迭代之前网络总价值创造量快速增长，随后进入震荡阶段，在550次左右的迭代之后，网络总价值创造量呈少量增长与减少的交替状态。资本密集型制造业，网络初始总价值创造量较低，在达到150次左右的迭代之前网络总价值创造量快速增长，随后进入震荡阶段，在600次左右的迭代之后，网络总价值创造量呈少量增长与减少的交替状态。劳动密集型制造业，网络初始总价值创造量最高，在达到350次左右的迭代之前网络总价值创造量快速下降，在350次左右的迭代之后，网络总价值创造量呈少量增长与减少的交替状态。

由于网络规模的增长与下降可在相当程度上引起网络总价值创造量的增长或减少，上述现象的出现与网络规模变化的规律密不可分。初始网络总活动数决定了初始网络总价值创造量的大小，因此劳动密集型制造业生产性服务价值活动网络初始网络总价值创造量最大，资本密集型制造业次之，技术密集型制造业最小。此外，不同要素密集型制造业的网络总价值创造量变化趋势又各有特点：产品工艺创新和市场推广是技术密集型制造业的核心任务，这些任务必须由相关的生产性服务活动完成，而位于价值链上游从事产品与工艺技术研发的生产性服务价值活动和位于价值链下游的围绕产品销售的商贸类型生产性服务价值活动又恰是产品生产性服务价值活动集中价值系数和价值产出最高生产性服务活动，上述两类活动规模的扩张加速了网络总价值创造量的提升。资本密集型制造业着力于产品创新和生产效率的提升，而这又需要有关产品与工艺技术研发的生产性服务价值活动与之配合，加之这一阶段市场容量的迅速扩张也带来了对商贸类型生产性服务价值活动的巨大需求，因此这一阶段网络总价值创造量仍有相当程度的提升空间。劳动密集型制造业已经具有相当高的生产性服务活动同质化程度，市场饱和以及生产能力过剩导致生产性服务价值活动网络规模急剧萎缩，仅在过程创新方面有部分新增服务需求，从而导致网络总价值创造量迅速下降并在市场高度集中后处于相对稳定的状态。

3.生产性服务价值活动与活动集平均价值创造量变化趋势

不同要素密集型制造业的生产性服务价值活动与活动集平均初始价值量从高到低依次为：劳动密集型、资本密集型、技术密集型。三种不同要素密集型制造业的产品生产性服务价值活动与活动集平均价值创造量均呈现提升——稳定的发展趋势。从提升程度来看，技术密集型制造业活动平均价值创造量最大，资本密集型制造业与劳动密集型制造业接近；技术密集型制造业活动集平均价值创造量最大，劳动密集型制造业次之，资本密集型制造业最小（图7-图8）。

图7 生产性服务价值活动平均价值创造量变化趋势

图8 产品生产性服务价值活动集平均价值创造量变化趋势

上述现象可解释为：技术密集型制造业产品价值链以及生产性服务价值活动的同质化程度较低，产品生产性服务价值活动集所包含的价值活动类型也很少，因此其生产性服务价值活动与活动集平均初始价值量最低但提升空间最大；资本密集型制造业产品价值链以及生产性服务价值活动同质化程度较高，产品生产性服务价值活动集所包含的价值活动类型开始完善，因此其生产性服务价值活动与活动集平均初始价值量和提升程度均小于技术密集型制造业；劳动密集型制造业产品价值链以及生产性服务价值活动的同质化程度很高，产品生产性服务价值活动集所包含的价值活动类型也最为丰富，使得其生产性服务价值活动与活动集平均初始价值量最高，成熟后期的垄断竞争现象又使其活动与活动集平均价值创造量得到了额外的提升空间，从而使其提升程度接近甚至超过了资本密集型制造业的水平。

五、结论与展望

本研究基于遗传算法分析了不同要素密集型制造业的生产性服务价值活动网络的演化过程，指出制造业生产性服务价值活动网络的优化是通过产品生产性服务价值活动集染色体之间的选择、交叉、复制、变异等遗传操作实现的，计算机仿真实验结果显示：技术密集型和资本密集型制造业的生产性服务价值活动网络规模和总价值创造量呈现出增长——震荡——稳定的演化趋势，劳动密集型制造业的生产性服务价值活动网络规模和总价值创造量呈现出震荡——稳定的演化趋势；劳动密集型制造业的生产性服务价值活动网络初始网络总价值创造量最大，资本密集型次之，技术密集型最小，技术密集型制造业的生产性服务价值活动网络总价值创造量的提升空间高于资本密集型制造业；劳动密集型制造业的生产性服务价值活动网络初始生产性服务价值活动与活动集平均价值创造量最大，资本密集型次之，技术密集型最小，三者生产性服务价值活动与活动集平均价值创造量均呈现提升——稳定的发展趋势；技术密集型制造业活动平均价值创造量提升程度最大，资本密集型与劳动密集型接近；技术密集型制造业活动集平均价值创造量提升程度最大，劳动密集型次之，资本密集型最小。本研究还可以在以下三个方面得到拓展：（1）由于本文假设市场空间和资源数量相对稳定，未引入其他外部因素冲击变量，内部活动的遗传操作设置也相对简单，生产性服务价值活动网络衰退、消亡或蜕变跃升的现象没有出现。（2）本研究仅考虑了网络中生产性服务价值活动间的遗传交叉关系，对于生产性服务价值活动与制造业其他价值活动间的共生衍化关系尚未涉及。（3）本研究仅采用计算机仿真方法得到了一些规律性的结论，对于现实中有关产业的具体情况还有待于通过实证研究得到进一步验证。

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