基于自组织理论的产学研协同创新的协同演化机理研究

程强 石琳娜

摘要：基于自组织理论，研究了产学研的协同演化机理。结果出现，产学研协同演化的前提条件是开放与非平衡，动力是非线性相互作用，诱因是随机涨落，路径是相变与分叉，形式为超循环。

关键词：产学研；协同创新；自组织；协同演化

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2016.04.05

中图分类号：F2731 文献标识码：A 文章编号：1001-8409（2016）04-0022-05

Abstract：Based on selforganization theory， this paper studies the mechanism of IUR synergetic evolution. The openness and nonequilibrium state is the precondition，the nonlinear mutualeffect is the motivation，the random fluctuation is the incentive，the phase change and bifurcation are the route，and the hyper cycle is the form of IUR synergetic evolution.

Key words：IUR；synergetic innovation；selforganization ；synergetic evolution

产学研是指以企业为技术需求方，高等院校和科研院所为技术供给方，三者相互合作，围绕共同目标，进行知识创造和技术攻关，促进创新要素的有效组合。产学研协同创新是以企业、高等院校和科研院所为主，多方相关主体协同支持，共同进行知识创新和技术开发的创新活动[1]。

熵定律指出，系统随着时间的转移，沿着衰减的方向不可逆转化，表现为有序性减弱，无序性增加的熵增过程。为了扭转这一不可逆现象的发生，便引入自组织，即通过系统自身进行发展[2]，修复系统发展的混沌状态，从无序走向有序，从低级有序走向高级有序。基于自组织理论，吴雄周研究了农业合作组织发展能力的形成、演化与培育[3]。苗成林等构建了企业能力系统各子系统的自组织演化过程方程，揭示了企业能力系统各子系统之间的演化机理[4]。王景荣等对区域创新系统的演化进程进行了分析，并建立了区域创新系统的自组织演化模型[5]。蒋珩分析了战略性新兴产业的成长机理和系统演化过程[6，7]。任建华等分析了我国通用航空产业系统内部四个子系统协同作用的演化机制[8]。

在产学研协同创新过程中，由于内外因素的影响，产学研作为一个复杂系统也具有熵增现象，使其表现出功能衰减的不可逆、有序性减弱和无序性增加，这严重阻碍了产学研的协同发展，甚至造成产学研的解体。为了扭转产学研无序发展的不可逆的局面，产学研各主体及其各要素应该协同起来，加强产学研各主体之间的合作和要素之间的非线性相互作用，从而引导和调节产学研从无序走向有序，从低级有序走向高级有序，并最终产生产学研整体效益大于各部分效益之和的产学研协同效应。产学研的协同演化是产学研协同效应形成的前提和必要过程。因此，分析产学研协同创新的协同演化机理，对产学研协同效应的形成具有重要意义。

1协同演化的前提条件：开放与非平衡态

自组织理论认为，系统是开放的，并不断地与外界进行信息、物质和能量的交换，引入负熵，促进系统从无序状态向有序状态演化[9]。因此，产学研协同演化的前提条件是充分开放与远离平衡态。

11充分开放

耗散结构理论强调，系统开放的作用在于与外界进行信息、物质和能量的交换过程中，不断地引入负熵流，为系统的自组织过程创造条件。产学研的开放主要表现在产学研与外界环境的知识、信息、物质和能量的输入输出，这种输入输出关系加强了产学研与外界环境的互动（如图1）。

图1产学研与外界环境的互动模型

产学研与外界环境的输入输出关系主要由知识流、物质流、信息流和能量等要素构成（如图2）。一方面，外界环境为产学研协同创新提供有助于推动其协同演化的知识、物质、信息和能量。另一方面，产学研向外界环境输出产品、技术、新知识和服务等，并迎合产学研持续发展的需要对环境进行改造，营造更加有利于产学研协同创新的环境。

（1）知识流。外界环境充斥着大量的显性知识和隐性知识。在产学研中，隐性知识的获取比较困难，需要转化为显性知识才能被获得。Nonaka等指出，用类比、隐喻和假设、倾听和深度会谈等方式可将隐性知识转化为容易被理解的显性知识[10]。外界環境向产学研输入协同创新所需的知识，如产品、技术、科学等知识。产学研将外界环境输入的知识进行消化、吸收、共享，创造出新的知识再输出到外界环境，如研发经验、新知识、新技术和新方法等。

（2）物质流。产学研协同创新离不开创新资源、设备和人力资源等，产学研本身不具备提供此类物质资源的能力，只能靠外界环境的输入，这些物质资源为产学研协同创新提供了保障。产学研虽然没有提供物质资料的能力，但是它具有改造物质资料的能力，产学研通过加工和改造输入的物质资料，向外界环境输出新的物质资料，如新产品和服务，以及一些废弃物。这些废弃物一方面成为造成外部不经济的根源，另一方面又成为其他产学研或组织的创新来源，这时有效地抑制了外部不经济，成为外界环境的正效应。

（3）信息流。快速有效地获取与生产有关的各类信息是产学研协同创新的关键。准确的市场信息可以给产学研带来巨大的收益价值，产学研可以根据获得的市场信息生产迎合市场需求的产品，领先占领市场，获取市场份额。获取竞争对手的商业信息可以帮助产学研做到知己知彼百战不殆。外界环境输入产学研的信息除了市场信息还包括产品、行业、科技和知识情报等，信息越丰富对产学研的协同创新越有利。产学研往外界环境传递的信息包括创新方法、产品信息、技术信息等，对于外界环境中的其他组织来说同样具有重要的经济价值。

（4）能量。产学研的能量来自于政治、经济、社会和文化等方面，如国家的政策扶持，经济制度的激励，社会认同和文化引导等，这些能量支持和促进产学研的协同创新。同时，产学研又向外界环境输出可以影响其他组织的组织文化、激励机制和价值观等。

12远离平衡态

自组织理论指出，系统具有三种稳定状态：平衡态、近平衡态和远离平衡态。当系统处于平衡态和近平衡态时，系统会自动恢复到稳定状态，不会发生质的变化。当系统处于远离平衡态时，系统也是努力地恢复到稳定状态，但是只有受到外界的干扰和内部的涨落达到一定的临界值时，远离平衡态的系统才能趋向平衡，此时系统已经发生了质变，不再是原有的稳定状态，而是一种新的稳定状态。

耗散结构理论指出，在外界作用力下，系統通过引入负熵流以推动系统远离平衡态。产学研的熵是各主体组织结构、管理制度、生存发展环境、组织文化等相关的各种因素。随着时间的转移，推动产学研协同创新的有效能量逐渐减少，无效能量不断增加，推动着产学研协同创新远离平衡态的一个不可逆的过程。因此，实现产学研远离平衡态，必须引入负熵机制。

产学研协同创新的负熵机制可以用数学模型来表示[11]，即：

Se=∑ni=1KiSi

其中，Se是负熵值；i是影响产学研产生负熵的因素，如组织、制度、环境、政策和文化等；Ki是各个因素的权重；Si是产生负熵因素的负熵值。

（1）Si又可以用以下数学表达式得到：

Si=KB∑nj=1PklnPj

其中，KB是熵系数，即产学研每增加单位收益所追加的成本，是产学研所处的行业比值ΔC/ΔE；j表示每个影响熵值因素中所包含的子因素，Pj表示产学研熵值变化的概率，Pj满足∑Pj=1。

（2）将影响产学研负熵的组织结构、管理制度、生存发展环境和组织文化等因素所产生的负熵值Si带入数学公式得到产学研的负熵值Se。由于产学研负熵的增加，促使产学研不断远离平衡态，其数学表达式为：

y=Rexx=f（a1x1，a2x2，......，anxn，t）

其中，y是产学研的状态；Re表示产学研的结构常数；x表示产学研产生负熵的影响因素的函数；ai表示每个产学研负熵影响因素的权重；xi表示具体的产学研负熵影响因素；t表示时间；在一定时间内，时间t和权重a可以看作是一个常数，产学研的状态随自变量的变化而变化，这一变化过程呈单调递增趋势，即，随着产学研负熵的增加，产学研是越来越远离平衡态，逐渐趋向一个新的平衡态，形成一个新的有序结构。

2协同演化的动力：非线性相互作用

自组织理论指出，系统协同演化的根本动力来自于系统中各要素或子系统间的非线性相互作用。产学研协同创新过程中的非线性相互作用主要表现为：产学研内部与外部环境、产学研的合法系统与影子系统、产学研各构成主体之间的非线性作用。

21产学研内部与外界环境之间的非线性相互作用

产学研内部与外界环境之间的非线性相互作用，一方面表现为产学研与外界环境之间的关系是输入输出关系。另一方面表现在外界环境给产学研协同创新所带来的机遇与挑战。外界环境对产学研发展的影响是显著的，面对外界环境的影响，产学研也会选择适宜的应对策略去适应外界环境的变化，这一过程也体现了产学研与外界环境产生非线性相互作用。

22产学研合法系统与影子系统之间的非线性相互作用

合法系统和影子系统是存在于系统内部的两类子系统，并发生着非线性相互作用[12]。其中，合法系统是系统内部的正式组织，影子系统是系统内部的非正式组织。

（1）当产学研内部存在较强防御的合法系统时，合法系统常常具备较强的排异性，不准许系统内部出现任何与合法系统有异议的意见和行为，系统中的群体和个人只能墨守成规，按规矩形式，在合法系统的统一领导下进行生产作业，完全不能表达自己的思想和看法。

（2）当产学研的合法系统没有足够的空间容纳影子系统时，影子系统此时如果被超常的思维所支配，那么产学研就进入一种高度混沌状态，一旦这种混沌状态超过了合法系统的承受极限，就会导致产学研解体。

（3）当影子系统与合法系统不断对抗，并企图取代合法系统时，如果此时影子系统在合法系统的控制范围之内，为了完成合法系统的任务，合法系统采取控制的方式，保持现有的显性模式。如果此时影子系统试图颠覆取代合法系统，便不断地聚集能量，随着能量的不断加大，两个系统之间的对抗越激烈。当能量聚集到一定的临界值时，影子系统便战胜合法系统成为主流系统，隐性模式取代显性模式成为新的系统结构，并将产学研推向更高级的稳定区域。

23产学研内部各主体之间的非线性相互作用

产学研主体之间的非线性相互作用，一方面表现为产学研主体之间的竞争。系统内部各子系统之间的竞争促进系统自组织演化 [13]。尤其是对产学研协同创新演化有益的正当竞争，如资源利用性竞争，竞争双方是以资源掠夺和利用为竞争目的，其竞争结果是充分利用外部资源壮大自身的竞争优势。

另一方面表现为产学研主体之间的冲突，主要表现为破坏性冲突和建设性冲突。其中，破坏性冲突主要表现在某一些问题上不愿意听取别人的意见，以问题为中心的争论时常发生，甚至会出现一些相互攻击的极端行为，有时为了坚守自己的意见和看法而不愿意与其他人交流，甚至断绝来往，严重阻碍了产学研的健康发展。破坏性冲突虽然具有一定的消极作用，但是也是促进产学研远离平衡态不可或缺的条件。建设性冲突是指目标一致，但是实现目标的方法和途径不一样。在产学研协同创新的协同演化过程中，建设性冲突起了积极的作用。在建设性冲突过程中，产学研主体通过相互的交流而彼此增进凝聚力，密切了产学研的合作伙伴关系，同时也产生了一些新的想法和新的主意，这些新的想法和新的主意促进了产学研的协同创新。

3协同演化的诱因：随机涨落

自组织理论认为，协同演化过程中的随机涨落促进一个远离平衡态的开放系统从无序走向有序，即涨落导致有序[14]。涨落是无规则的、随机的、偶然的，它的出现没有规律可遵循。在正常情况下，微小的涨落可以自我耗散掉而保持宏观量在平均值附近波动，也不会对宏观量产生影响，是可以忽略的；然而，当涨落靠近临界点（阈值）时，不但不会自生自灭，反而会被不稳定的系统放大，系统会发生突变而形成新的有序结构。由此，涨落导致有序。

产学研的协同演化过程不断受到内外涨落的影响。产学研协同演化的内涨落来自于产学研内部影响各子系统运行的各类因素，如组织结构、技术创新、企业文化、管理制度等，这些因素不断影响着产学研各主体之间的相互作用，造成产学研内部各子系统在组织结构、技术水平、生产水平等方面的变化，这种变化导致了产学研内部出现涨落，带来了产学研的无规律、无序运行。

产学研协同演化的外涨落来自于外界环境对产学研的各类影响，如社会制度、国家政策、经济方针、文化制度和市场等，这些因素不断地影响着产学研协同创新的发展战略、文化氛围、研发方向等，促使产学研协同演化过程中不断出现涨落。

内外涨落在产学研的非线性相互作用下不断地被放大，逐渐形成“巨涨落”，当“巨涨落”达到或超过一定的阈值时，产学研就会发生相变而形成一个新的稳定的结构。

4协同演化的路径：相变与分叉

自组织理论认为，相变是系统自组织演化过程中，由于微观层次的重新组织而形成的宏观层次的状态变化[15]。系统相变的过程在时间和空间上的表现形式是不一样的，在时间上，相变是系统演化过程中在某一临界点的转变，相变所需要的时间比系统演化所需要的时间要短很多，所以，相变的尺度小于系统演化的尺度；在空间上，系统相变过程涉及到微观层次的系统内部子系统和个人的行为以及系统在宏观层次的状态变化。产学研的协同创新是整个产学研的宏观状态，只有产学研内部各子系统协同起来才能产生集体行为，实现产学研的协同创新。

突变理论认为，系统的突变并非质变，而是系统质变的外在表现和反映。系统的质变可以通过突变和渐变两种方式进行。渐变和突变同时作用于产学研，并推动着产学研协同创新的协同演化。产学研是一个复杂的系统，其内部存在一层又一层的子系统，子系统之间相互作用，关系复杂，产学研要实现整体协同之前首先要将各层次的子系统协同起来，那么，产学研内部子系统的协同是一个渐变的过程，当内部子系统协同一致达到或超过临界值时，整个产学研发生突变，完成整个产学研的协同演化过程，实现产学研的协同创新。

产学研的协同演化途径具有多样化和不确定性，这些多样化和不确定性集中地表现在系统经过临界点时存在的丰富多彩的分叉现象上，这些分叉又使系统的演化呈现出一种树形结构（如图3）。

如图3所示，在产学研的协同演化过程中，当协同演化到达临界点C时，产学研内部出现了分叉，将产学研的协同演化过程一分为三，即，稳定的分支c′和c″，以及不稳定的分支b；稳定的分支c′和c″持续发展又出现更多的分支，就这样长期周而复始，形成一个树形结构。由此可见，首先，分叉意味着产学研的协同演化过程可能进入一种新的有序的稳定态，也有可能退化到一种无序的非稳定态。其次，产学研经过临界点C，便出现一对具有对称性的新的有序的稳定态，产学研只要选择进入其中一个稳定态，便意味着进入一个不可逆的演化过程，原有的对称性也便消失。最后，产学研的协同演化趋势最开始是简单的线性发展过程，到了临界点C便开始出现分叉，随着产学研的协同演化过程的继续，产学研的发展趋势又在分叉的基础上再次出现分叉，并周而复始。这一过程是一个由简单到复杂的演化过程，分叉的结构也是一种分形结构，反过来又成为度量产学研协同演化复杂程度的标准。

5协同演化形式：超循环

系统的协同演化过程是从无序到有序，从低级有序到高级有序，在不同水平与层次上的循环发展。超循环理论指出，系统的循环依次通过反应循环、催化循环、超循环，实现协同演化[16]。简单的反应循环构成催化循环，若干催化循环又构成更高级的超循环[17]，超循环系统通过组织内各个单元间的相互作用形成自组织机制，从而使系统向更高的有序状态进化。产学研的协同演化也是一个超循环的进化过程，超循环促进了产学研内部各子系统之间的协同，增加了系统的稳定性，促进了各子系统的共同发展和协同演化[18]，为实现产学研的协同创新起到了积极作用。

51产学研协同演化的反应循环

产学研的反应循环由反应物、中间物和生成物构成，反应物通过催化剂的作用形成中间物，然后转化为生成物，最后又从生成物中分离出来回到起始状态[19]（如图4）。在产学研协同创新过程中，各个子系统都存在反应循环。如在企业中，生产部门存在生产反应循环，生产部门将采购来的原材料投放到生产设备当中，经过生产作业和加工生产出商品；在高等院校和科研院所中，研究团队也存在研发反应循环，研究团队将国内外有关论点进行内部思想交流和深入研究，通过引进、消化、吸收，然后创造出新的知识；在产学研联盟中，高校和科研院所将研究出来的新技术和新方法应用于企业，生产出新产品或提高生产效率，反过来，企业将反馈信息提供给高校和科研院所进行技术的改进等。

`其中，E表示催化剂，S表示反应物，ES表示催化剂E 与反应物S形成的中间物，EP表示由中间物ES转化来的生成物，P表示由生成物EP分离出来的产物，但是，P既可以是产学研某个反应循环的产物，又可以是其他反应循环的反应物。

52产学研协同演化的催化循环

催化循环是由多个反应循环组合而成的比反应循环更高一级的循环[19]。催化循环相当于具有新陈代谢作用和自复制的机制。在产学研中，各主体之间是具有一定联系的组织，一个组织内部的反应循环可能与其他成员组织的反应循环组合成产学研的催化循环。如，在产学研中，企业为高校或科研院所提供研究开发所需的资金；然后，高校将这部分资金用于研究开发活动；高校或科研院所再将研究开发成果应用于企业，生产出新的产品或服务；客户从市场购买企业生产的产品，经过使用，反馈有效意见给企业；企业从客户的反馈意见中，合理完善和修正产品的功能或者將客户的意见进一步反馈给高校或科研院所，再经过生产部门加工生产出更加符合客户需求的商品。产学研的这一催化循环组合了高校、科研院所、企业和客户的反应循环。

如图5所示，F1、F2、F3……Fn表示n个产学研反应循环，每个反应循环内的字母表示的含义同图4，但是，其中P表示某一反应循环的生成物，但是同时它又是联接下一个反应循环的反应物S，由此可得，Sn=P（n-1）。若用I表示产学研的催化循环，则可以得到产学研催化循环的表达式：I=F1+F2+F3+……+Fn。

53产学研的超循环

产学研的超循环又叫催化超循环，是指由催化循环在功能上循环耦合联系起来的循环，在超循环组织中，每一个组元既能自复制，又能催化下一个组元的自复制[19]。产学研内部各子系统的各催化循环在功能上耦合起来，在自复制的同时又提供相互的催化支持，从而形成产学研的超循环。

图6中，I1、I2、I3、I4……In表示n个产学研的催化循环，n个催化循环又构成了一个产学研超循环。若用O表示产学研的超循环，那么可得产学研的超循环的表达式：O= I1+I2+I3+I4+……+In。

6结论

根据自组织理论，可以将产学研协同创新的协同演化过程概括为：在开放的条件下，产学研各主体、内部各要素及其与环境之间的非线性作用为动力，同时受到内外涨落的随机影响，支配着产学研各子系统的竞争和协同，使系统走入循环、超循环，经历多种突变、渐变从无序跃变为有序，从低级有序走向高级有序，从而形成一个新的稳定结构。其中，开放与非平衡态是产学研协同演化的前提条件，非线性相互作用是产学研协同演化的动力，随机涨落是产学研协同演化的诱因，相变与分叉是产学研协同演化的路径，超循环是产学研协同演化的形式。因此，基于自组织理论，可以清晰地描绘出产学研协同演化的过程，揭示产学研协同创新的协同演化机理，并以此为动力，逐步实现产学研协同创新的协同效应。

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（责任编辑：李映果）