装备研制协同创新演化博弈分析

装备研制协同创新演化博弈分析

乔哲1,2，郑怀洲3，吴文堂1

(1. 装备学院 研究生管理大队, 北京 101416；2. 96542部队；3. 装备学院, 北京 101416)

摘要在装备研制阶段，创新群体往往不是完全理性的，博弈结果也不能通过一次性的静态博弈来实现，需要进行多次的动态博弈最终形成创新群体的稳定策略。通过设置参数、明确策略集合，构建了装备研制阶段协同创新演化博弈模型，得出群体协同创新的演化稳定策略;最后，通过进行参数分析，从4个方面得出相关的对策建议。

关键词装备研制；协同创新；演化博弈

作者简介乔哲(1984-)，男，博士研究生，主要研究方向为装备保障与指挥。qiaozhe1869@163.com

中图分类号E25

文章编号2095-3828(2015)06-0017-05

文献标志码A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2015.06.005

AbstractSometimes the innovation group is irrational in equipment development phase. Also, the result of game cannot be realized by one static game. Instead, a stable strategy of the group will be formed by multiple dynamic games. Through setting parameters and making clear the strategy sets, the paper builds up a model of evolutionary game of coordinative innovation in equipment development phase so as to obtain the stable strategy of coordinative innovation evolution in a group. At last, the paper conducts parameter analysis and gives relevant countermeasures and suggestions in four aspects.

Keywordsequipment development; collaborative innovation; evolutionary game

收稿日期2014-12-08

基金项目国家自然科学基金项目(71371187)

Evolutionary Game of Coordinative Innovation of Equipment Development

QIAO Zhe1,2，ZHENG Huaizhou3，WU Wentang1

(1. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China;

2. 96542 Troops, China;3．Equipment Academy, Beijing 101416, China)

经典博弈理论的模型基础是博弈人的完全理性[1]，然而在装备研制阶段，由于受科研政策环境，博弈信息的动态性，加之研制主体对于协同合作利益、风险等判断的有限理性和预测能力的有限性等因素的影响，装备研制的主体之间不适合经典的博弈假设。演化博弈理论以博弈人的有限理性为前提，并不苛求博弈人在一开始就找到最优策略，而是在不断调整和改进中达到均衡[2]59。近年来，随着协同创新战略的推进，国内学者将演化博弈理论运用于协同创新研究[3-6]，这种分析框架的核心并不是博弈方的最优策略选择，而是博弈群体成员的策略调整过程和稳定性。这里的稳定性是指博弈群体成员采取某个策略的比例有稳定性，而不是某个博弈方的策略不变[2]61。装备研制主体在协同创新过程中，将根据对科研协同合作的情况和整体态势不断产生新的认识，并通过相互的学习和模仿来逐步改进自己的行为，通过若干次的博弈和决策，得到演化稳定策略。这种情形非常适合于演化博弈理论的分析框架。

1模型假设与构建

装备研制是根据军事需求把现代科学技术物化为装备的过程。主要包括新型装备的研制、仿制和现役装备的改进和改型[7]。因为装备研制阶段是科学技术物化为装备的过程，所以创新活动的主体是企业、科研院所和研究型高校。

按照企业资产属性，参与武器装备科研生产的企业主要分为国有军工企业和民营企业，无论企业资产属性如何，其技术创新的主体地位已得到广泛共识。在我国现行的国防科技工业体制中，有些隶属于军工企业集团的科研院所，虽然名称还为“科研院所”，但其属性已有所变化，在国家推进应用型技术研发机构市场化、企业化改革的大背景下，有的其实已改组成为科技型企业，有的合并、组建成为企业集团，大部分成为军工集团的下属公司或附属单位，承担的科研项目和企业利益紧密相关。面向市场从事盈利性活动，它们之间更多的是指令关系、合作关系，而不是协同关系，弱化了知识创新和公共技术开发的职能，因此，本文将这部分“科研院所”也划归为企业主体。

本文所指的科研院所不包含转制后的、具有企业性质的科研院所，而是非营利性的地方和军队科研院所，它们和研究型高校从事对国家、社会和军队装备发展具有重要意义的基础研究、应用基础研究和应用开发，发挥着知识创新的骨干和引领作用[8]，是装备科研生产企业技术创新的源头和基础。

军队主要对承研承制单位进行资格审查，监督检查、研制经费概算核算、科研成果管理、推广、鉴定、知识产权保护、项目经费合同管理等服务保障性工作，军队作为装备研制的监督管理者，应该重点把控审核立项、综合论证、经费注入核算等环节，对企业、科研院所和研究型高校之间的协同创新活动予以倡导，而不进行行政干预，是协同创新活动的参与主体。

装备研制阶段的协同创新活动重点体现在“研”和“制”之间的协同，重点关注科技成果的转化和物化。因此，可以把科研机构和高校看作承研单位，把企业看作承制单位，主导群体中的承制单位和承研单位在此阶段形成博弈关系：承制单位a群体选择是否与承研单位b群体进行协同创新，承研单位b群体选择是否支持承制单位a群体进行协同创新，博弈属于有限理性的不完全信息博弈。通过对以上关系基础的分析，建立演化博弈模型如下。

1) 参数设置：Ia和Ib分别为承制单位a和承研单位b群体在不进行协同创新时的正常收益；ΔPa为承制单位a由于承研单位b的技术支持导致综合研发能力的提升，进而获得的收益；ΔPb为承研单位b从承制单位a获得的研究经费支持，还包括人员素质的提高，科研能力的提升，行业内知名度、影响力的提高等方面；承制单位作为盈利性机构，需主动寻求承研单位的技术支持，无论承研单位是否提供技术支持，承制单位都需付出寻求成本ΔCa；ΔCb表示承研单位因提供技术支持等因素造成的知识外溢等风险成本，因为承研单位往往是非盈利性机构，所以在装备研制阶段，只要承制单位a选择独立创新，承研单位b就没有知识外溢，且不需付出寻求成本。并且存在约束条件：ΔPa-ΔCa>0，ΔPb-ΔCb>0，即承研承制单位群体进行协同创新的收益大于其成本，以构成协同创新的可能性。

2) 信息情况：博弈属于有限理性的不完全信息博弈。

3) 承制单位a的策略集合为[协同创新，独立创新]，承研单位b策略集合为[支持，不支持]，假设承制单位a会先行动，并选择策略。

4) 假设承制单位a在装备研制阶段选择协同创新策略的概率为x，选择独立协同创新策略的概率为1-x；承研单位b选择技术支持策略的概率为y，选择不支持策略的概率为1-y，其中，0≤x≤1，0≤y≤1。

基于以上假设关系，承制单位a和承研单位b群体之间的博弈支付矩阵如表1所示。

表1　博弈群体的支付矩阵

由博弈支付矩阵得到承制单位a群体选择协同创新策略的期望收益Ua1，选择独立创新策略的期望收益Ua2、群体平均收益Ua分别为

并可以得到承制单位a选择协同创新策略的复制者动态方程为

(1)

此方程表示承制单位a群体选择协同创新策略的概率随时间的增长率。

同理，由支付矩阵中亦可得到承研单位b群体选择支持策略的期望收益Ub1，选择不支持策略的期望收益Ub2，群体平均收益Ub分别为

并可以得到承研单位b选择协同创新策略的复制者动态方程为

(2)

此方程表示承研单位b群体选择支持策略的概率随时间变化的增长率。

2主体协同的演化稳定策略

1) 承制单位a。令式(1)，F(x)=dx/dt=0，求解可知：x=0,x=1,y=ΔCa/ΔPa。

由F′(x)=(1-2x)(ΔPay-ΔCa)可知，当y=ΔCa/ΔPa时，F′(x)=0，即所有x轴上的点都是稳定状态；考虑扰动因素的影响，当y>ΔCa/ΔPa时，F′(0)>0，F′(1)<0，则x=1是演化稳定策略；当y<ΔCa/ΔPa时，F′(0)<0，F′(1)>0，则x=0是演化稳定策略。图1给出了以上3种情况的复制者动态相位图和稳定状态。

a) y=ΔC a/ΔP a

b) y>ΔCa/ΔPa

c) y<ΔC a/ΔP a 图1　承制单位a复制者动态相位图

2) 承研单位b。令式(2)，F(y)=dy/dt=0，求解可知：y=0,y=1,x=0。

由F′(y)=(1-2y)[x(ΔPb-ΔCb)]可知，当x=0时，F′(y)=0，即所有y轴上的点都是稳定状态；考虑扰动因素的影响，当x≠0时，因x>0，F′(0)>0,F′(1)<0，则y=1是演化稳定策略。图2给出了以上2种情况的复制者动态相位图和稳定状态。

a) x=0

b) x≠0 图2　承研单位b复制者动态相位图

3主体协同的演化及参数分析

将上述承制单位a和承研单位b的复制者动态相位图放在同一坐标平面，如图3所示；并得到平面轨迹图，如图4所示。

图3　承制单位a和承研单位b复制动态图

图4　承制单位a和承研单位b博弈策略平面轨迹图

由图4箭头指向可知，B(1,1)为承制单位a和承研单位b的演化稳定策略均衡点，当初始值落在XSYBD区域时，将最终收敛到演化稳定策略[协同创新，支持]，即所有的承制单位都选择协同创新策略，所有的承研单位都选择支持策略。当初始值落在OXS区域时，没有演化稳定策略。

通过上图可知，承制单位a的策略调整是以y=ΔCa/ΔPa作为临界点，ΔCa/ΔPa表示的是装备研制阶段承制单位a预期承研单位b选择协同创新策略的比例，这个比例对承制单位a的策略选择有决定性影响，当y>ΔCa/ΔPa时，承研单位b中选择协同创新策略的比例较高，承制单位a选择协同创新策略具有演化稳定性；当y<ΔCa/ΔPa时，承研单位b中选择协同创新策略的比例相对较低，分为2种情况：即初始值在XSD区域时，承制单位a群体收敛到x=0的速度低于承研单位b收敛到y=1的速度，承制单位a选择协同创新策略具有演化稳定性；而初始值在OXS区域时，承制单位a群体收敛到x=0的速度高于承研单位b收敛到y=1的速度，即承制单位a群体采取独立创新策略比例的增长率大于承研单位b 群体中采取支持策略的研究机构比例的增长率，即初始值博弈收敛于y轴，没有演化稳定策略。

下面讨论模型中各个参数变化对演化博弈行为的影响。首先利用MATLAB对微分方程的求解来仿真演化博弈的平面轨迹，如图5a)和图5b)分别表示ΔCa/ΔPa=0.5和ΔCa/ΔPa=0.25时的博弈策略平面轨迹。

a)ΔCa/ΔPa=0.5

b)ΔCa/ΔPa=0.25 图5　ΔCa/ΔPa不同取值时的 演化博弈策略平面轨迹仿真

由图5可知，当ΔCa/ΔPa越小时，图4区域XSYBD的面积越大，即初始点落在区域XSYBD的可能性增大，因为初始值在区域SYBD时的收敛速度比落在区域XSD的收敛速度快，所以ΔCa/ΔPa值越小越好，而ΔCa和ΔPa2个参数决定了ΔCa/ΔPa值的变化。经济学意义就是，承制单位a的寻找成本越低，能够获得的效益越好，越有利于促进承研承制单位之间的协同。同样，初始值在区域SYBD内越靠近(1,1)点，收敛速度越快，同样意味着，科研机构和高校参与协同创新的比例越大，越有利于促进承研承制单位之间广泛地协同。

下面考虑ΔCb/ΔPb，如图6a)和图6b)分别表示ΔCa/ΔPa=0.5,ΔCb/ΔPb=0.5和ΔCa/ΔPa=0.5，ΔCb/ΔPb=0.125时的博弈策略平面轨迹。

a)ΔCa/ΔPa=0.5,ΔCb/ΔPb=0.5

b)ΔCa/ΔPa=0.5，ΔCb/ΔPb=0.125 图6　ΔC b/ΔP b不同取值时的 演化博弈策略平面轨迹仿真

由图6可知，当ΔCb/ΔPb越小时，平面轨迹曲线的曲率越小，图4中OXS区域的面积越小，博弈收敛于(1,1)的概率越大。而ΔCb和ΔPb2个参数决定了ΔCb/ΔPb值的变化。经济学意义就是，承研单位b的风险成本越低，能够获得的效益越好，越有利于促进承研承制单位之间的协同。但是ΔCb/ΔPb对博弈结果的影响要比ΔCa/ΔPa小。

4相关对策建议

4.1　建立协同创新平台，减少企业寻找成本

通过上文分析可知，复制者动态方程反映的是承制、承研单位群体选择协同创新策略的概率随时间的增长率，因此，在最终实现协同创新目标的情况下，用的时间越短越好，而协同创新平台的建立有利于增强创新主体之间的互联互通，形成星状结构的快速信息沟通渠道，使有技术需求的企业和有技术优势的科研院所、高校能够便捷地找到协同伙伴。可以采取以下几种方式：一是利用技术创新中介机构的专业平台优势，促进技术交流合作。二是政府、军队或行业协会依托自身资源，组建公共服务平台，提供装备研制的技术咨询。三是企业积极主动申请能够成为行业或地区的创新驿站，利用创新驿站这个平台优势实现对技术交易资源的采集、加工、存储、发布、查阅，通过驿站内部工作系统共享和查阅更为全面的高质量信息资源。

4.2　健全知识保护法规，减少知识外溢风险

本文设置的参数ΔCb表示承研单位因提供技术支持等因素造成的知识外溢等风险成本，为了减少这种风险成本，需要健全武器装备发展协同创新的法规制度，重点做好知识产权保护。协同创新与知识产权保护之间向来存在着矛盾，但是要客观的辩证理解两者之间的关系，协同创新并不是无偿的共享，必须重视知识产权，特别是国防知识产权的法律保障；而健全的知识产权法规制度将更加有利于促进协同创新活动的顺利进行。首先，政府应该针对协同创新过程中的技术转移和知识产权保护制定完备的法规、政策，发挥引导和牵引作用。其次，对于未上升到法律法规层面的内容，应出台相应的政策，提出指导意见和参考规范，充分发挥政府在协同创新活动中统筹规划和综合协调的作用，进一步完善技术转移和知识产权保护的政策支持。

4.3　维护创新主体利益，充分调动积极性

利益是协同创新主体实施协同创新的动力源，是促进协同创新主体之间长期稳定合作的前提[9]。参数ΔPa和ΔPb对主体协同的演化博弈结果有着重要影响，因此，建立科学的利益驱动机制，装备研制企业对协同创新的利益预期超过原有利益水平，将积极参加协同创新；研究型高校和科研院所通过协同创新加速自身技术成果的产业化和商业化，也将融入协同创新中来。主要做好以下几点：一是制定公平合理的利益分配方案。利益分配方案也是协同创新主体相互之间博弈的焦点，决定了协同创新主体的最终经济收入和利益获取，是利益驱动机制的核心，是影响协同创新持续稳定的关键。二是建立利益诉求和沟通渠道。使协同创新主体能够顺利进行合理利益的主动表达，便于反应合理诉求，进行政策监督和维护自身合法权益。三是构建有效的矛盾预警和防范体系。对武器装备研制协同创新过程中可能出现的利益冲突进行预判、预控、分析、寻因与防范，使管理主体的决策能够在事前得到提醒、事中得到反馈、事后得到防范，制定有效的应对方案，最大可能地降低协同创新不确定性带来的风险损失。

4.4　装备研制协同创新重在企业，贵在学研

ΔCb/ΔPb对博弈结果的影响要比ΔCa/ΔPa小，说明了企业进行协同创新的成本和利益对博弈的协同演化具有重要影响，而科研院所和高校的成本和利益影响相对较小，这反映出，在市场经济条件下，企业作为利益的追求者，必须在协同创新活动中处于主动地位，主动寻求协同合作单位的技术支持，始终保持技术上的相对领先优势。科研院所和高校多为非营利性单位，在装备研制阶段协同创新过程中往往处于被动地位，但其对博弈结果还是有一定的影响力，这就要求把科研成果的转化率也作为科研院所和高校的能力评价标准，使其主动参与到协同创新活动中来。

5结 束 语

装备研制协同创新演化博弈分析的目的是为了找到装备承研和承制单位群体之间协同创新的关键因素，使承研、承制单位能够认识到协同创新工作的重点，有针对性地制定本单位协同创新政策措施，同时为装备科研生产管理部门的政策制定和管理服务提供一定的建议参考。

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(编辑：田丽韫)