制造业产业链企业协同创新的演化博弈分析

姚立洁，张廷海

(安徽财经大学 国际经济贸易学院，安徽 蚌埠 233000)

制造业产业链企业协同创新的演化博弈分析

姚立洁，张廷海

(安徽财经大学 国际经济贸易学院，安徽 蚌埠 233000)

制造业产业链企业面临“低端锁定”和创新不足等问题。受协同创新的知识溢出性影响，产业链合作企业通常会出现创新的“搭便车”现象。基于知识溢出视角的制造业产业链企业“智猪博弈”“囚徒困境”和“雪堆博弈”三个静态博弈模型和创新视角的制造业产业链上游企业及其核心企业的“演化博弈”分析，剖析影响制造业产业链企业协同创新联盟策略的产业链企业地位、知识溢出水平、政府对专利的保护、创新成本收益和协同创新收益分配比例等因素，最后给出制造业产业链企业协同创新的政策建议。

制造业产业链；知识溢出；协同创新；演化博弈

在产业新常态背景下，中国制造业产业链①核心制造企业面临着“低端锁定”②的困境，而外企撤资、制造业出口减退更深层次的原因在于创新不足，企业缺乏核心竞争力。在知识竞争时代，信息化使得产业链企业间由对抗型竞争转变为协同型竞争，而企业间协同创新策略则成为创新生态系统下各企业的最佳策略选择，因为产业链企业联盟的协同创新能够分散风险、降低成本、促进技术水平的提升和实现企业间资源要素的互补，但是在信息不对称和参与主体有限理性的假设前提下，联盟企业间的互惠主义和机会主义行为会产生道德风险，在此情况下，个体应该很难实现集体合作的理性选择，我国的制造业目前面临着转型与创新的困境，究竟是什么原因导致我国的制造业产业链系统出现附加值低下、创新力不足、长期处于微笑曲线底端的局面？一般而言，制造业产业链主要包含研发、加工制造、物流配送、销售服务等环节，其中加工制造环节处于产业链的中间环节。它的主要特点就是，在利益分配环节，其附加值最低。本文试着从一般静态博弈和动态演化博弈的角度去解释这个问题，并且给出了基于知识溢出与创新视角的制造业产业链上游企业与制造业核心企业的博弈分析过程。下面我们基于两人对称静态博弈模型和两人非对称演化博弈模型来研究制造业产业链企业协同创新。

一、文献综述

卢福财,胡平波(2008)[1]将博弈论引入全球价值链体系来解决本土企业该如何突破锁定的难题。基于产业链视角，刘志迎,李芹芹(2012)[2]23-32利用数理实证分析了链合创新能够实现帕累托改进，参与企业能够获取更强的市场竞争力，文章还通过对比产业链企业协同创新前后的利润来说明链合协同创新联盟确实可以实现最优化状态，企业间彼此达到双赢；而徐剑,刘宗秋(2012)[3]22-31构建了政府、制造企业、物流企业的三方博弈模型，实证分析了政府在制造业企业和物流产业的产业链融合过程中的最优策略抉择。基于静态博弈模型，马胜利等(2015)[4]36-42分析了知识溢出效应下不同实力情况下制造业企业之间协同创新的困境，其中资源丰富、规模大的制造业企业更愿意协同创新。基于动态博弈模型，张业圳,林翊(2015)[5]104-109通过构建高校、企业等协同创新的演化博弈模型，并给出了政府该怎样促进该联盟的策略建议。在文献中，很少有关于制造业产业链协同创新的博弈研究。因此，对于制造业产业链的“低端锁定”难题，我们可以试着从产业链和博弈论的新视角提出一些建议去解决制造业企业向“高端攀升”的问题。本文的着力点在于以下两个方面：(1)静态博弈视角，构建了基于知识溢出视角下制造业产业链核心制造企业的对称博弈模型。(2)动态演化博弈视角，通过构建创新视角下制造业产业链上下游企业与核心制造企业的演化博弈模型，深入分析了影响制造业产业链企业协同创新联盟策略的因素，最后据此得出帮助其走出“低端锁定”困境的政策建议。

二、博弈模型设定

1.知识溢出视角下制造业产业链企业对称博弈模型

产业链的内涵很丰富，它包含组织与生产、供应与物流、资金与信息、技术与人才、产品与价值等多方面内容。制造业产业链是指以制造业企业为核心企业所构成的产业链，与农业产业链相比，它具有范围广、门类多、产业关联度大、资本密集型等特点，因此制造业产业链的上下游企业容易形成纵向战略联盟，实现功能互补、利润共赢。关于制造业产业链的现状，卢福财,胡平波(2008)[6]311-314基于GVC(Global Value Chain)体系设定了处于 “低端锁定”状态的本国企业是否会选择突破锁定的演化博弈模型，最终得出中国的企业可以通过创新来突破锁定状态，但这仅靠企业自身的力量很难达到，这就需要处于产业链上的企业协同创新来突破这个瓶颈，以实现制造业的转型升级。刘维林(2013)[7]152-160基于案例认为突破本土制造业的低端锁定有两种可行的方法：即通过产品嵌入和功能嵌入价值链来解决锁定。张慧明，蔡银寅(2015)[8]52-65则基于产业面板数据的实证研究得出解除低端锁定的方法有政府政策、技术创新。假设制造业产业链中存在一个起领导和支配作用的核心企业与众多的协作企业，它们可以通过知识信息共享、协同创新联盟等机制利用知识溢出效应来实现成本最小化。由于知识具有公共性和溢出性，产业链企业在共享知识信息、构建协同创新联盟时，又不可避免地会出现一些“搭便车”现象，甚至会出现“囚徒困境”，那么该怎样解决这个问题？

由于企业资源有限，当位于产业链核心位置的制造业企业与其产业链上下游企业的资源一定时，假设博弈的参与者只有制造业企业和产业链协作企业，并且它们都遵循理性人的假定。因此，在投入创新要素时，博弈参与者不仅要考虑企业创新收益的大小，而且还要考虑其他参与企业的创新要素投入成本。当企业预期产业链其他企业的创新投入较多并且产业关联关系较强时，它最好的策略是选择“搭便车”，将企业有限的要素资源更大比例地投入生产过程以谋取较多利润。

(1)产业链内企业间协同创新的“智猪博弈”模型

假设制造业企业和产业链上下游企业的实力悬殊较大，制造业企业处于核心地位，投入的创新资源较多，属于大猪；产业链上下游企业看作一个整体，投入的创新资源较少，属于小猪。它们均有两个策略选择：合作创新和不合作创新，其得益矩阵如表1所示。根据划线法，最后得出制造业产业链内的企业智猪博弈模型的纳什均衡解为：处于核心和领导地位的制造业企业会选择创新，而处于弱势地位的协作企业则会选择“搭便车”，从而不用付出任何成本，就可以享受制造业企业所带来的创新外溢效应。

(2)产业链内企业间协同创新的“囚徒困境”模型

假设制造业企业和产业链上下游企业实力相当，其中制造业企业和产业链上下游企业的技术关联关系较弱、政府对于创新专利的保护较弱或者制造业产业链的创新溢出效应较强，其得益矩阵表示如表2所示。根据划线法，最后得出：在产业链内企业的“囚徒困境”模型下，不创新将成为博弈企业的最佳策略选择，那么合作创新将陷入参与者均选择背叛的尴尬局面。我们该如何避免这种最坏的情况发生？首先当制造业企业和产业链上下游企业的关联较弱的情况下，创新对这两个博弈参与者的利润效应有显著差别，技术的协同创新将对生产性质的制造业企业产生较高的利润促进作用，此时制造业企业应该将所获得的研发收益中的一部分让渡给其协作企业，带动其协同创新积极度，实现合作共赢。而当政府对于创新专利的保护较弱或者制造业产业链的创新溢出效应较强的情况下，协作企业更愿意采取研发服从的策略，即让制造业企业先研发，自己“搭便车”，制造业企业也因为研发投入的成本较大，收益较少而采取不创新的策略，从而陷入博弈双方都不创新的尴尬局面。此时，政府作为第三方参与者应该对这种情况加以协调，制定相关的规章制度保护创新成果，防止“囚徒困境”的形成。

综上，由两种不同情况下的静态博弈矩阵我们可以看出：当协同创新的收益较不合作创新时大的情况下，制造业企业的最佳选择是创新，而产业链上下游企业的最优选择一直都是不创新，因此若调节创新收益的分配影响博弈双方的策略选择。但目前来看，制造业产业链的现状不容乐观，在产业层面，不仅陷入“低端锁定”难以脱身，而且还面临创新动力缺失问题。基于这些，制造业产业还出现了能耗大、污染严重、产能过剩问题，限于文章篇幅，这里不做详述，下面我们基于演化博弈模型来讨论制造业企业和制造业产业链上游企业的协同创新问题，并思考制造业产业如何利用创新策略来摆脱“低端锁定”状态的问题。

(3)产业链内企业间协同创新的“雪堆博弈”模型

假设制造业产业链核心制造企业和产业链上下游企业在协同创新时的收益均为b；而合作创新必须付出总成本为c。当合作参与双方均选择合作时，其成本均分为c/2；当合作的双方有一方背叛时，背叛的那方享受到搭便车的好处，只收益而无付出。很显然，只有当b-c>0时，即合作的总收益大于总成本时，合作才是可能的，具体的得益矩阵见表3。从中，我们可以看出，在别人选择合作的时候，只要我们选择背叛，总能保证自己的收益最大化，博弈的最终结果是选择与对手相反的策略，因此合作创新总是受到抑制的。此时博弈存在两个纳什均衡，但是相较于囚徒困境模型，合作在此种情况下更易产生，当我们在模型中加入额外回报因子w(即当参与双方均选择合作时，都得到了w/2的额外回报)；只要w>c,就能保证合作创新的稳定性。其中，额外回报因子可以是国家的专利奖励，政府的创新补贴，知识的隐形收入，时间的机会成本节约等。

2.创新视角下的基因复制动态演化博弈模型

(1)基于产业链的协同创新动态博弈模型设定

假设制造业产业链的核心企业在面临激烈的市场竞争时有两种创新策略选择：一种是加大对创新的投入，与产业链的上游企业共同投资，协同研发属于自己的产品品牌并拥有自主知识产权；另外一种是重视对新产品的研发，独资研发新的产品或技术，不与产业链上游的企业合作。下面我们就这两种方式构建一个2×2非对称博弈模型，见表1。假设博弈的参与人都是有限理性的，制造业企业选择合作协同创新的概率为Px，选择不合作创新的概率为1-Px，而产业链的上游企业选择合作协同创新的概率Py，选择不合作创新的概率为1-Py。并且概率值Px、Py随时间的变化而不断变化。构成博弈的要素有：制造业企业和制造业产业链上游企业在不合作创新的情况下所得到的收益分别为rA，rB；因为处在产业链不同位置的企业所面临的风险不同，所以假设制造业企业在创新过程中投入的研发成本为CA，协作创新时的成本较不合作创新节约UA；制造业产业链上游企业在创新过程中投入的研发成本为CB，协作创新时的成本较不合作创新节约UB；而当制造业企业和其产业链上游企业进行协同创新时所获得收益为R，满足R>max(rA，rB),系数α为收益分配系数，其中制造业企业所获得的分配比例为α，而其产业链上游企业所获得的分配比例为1-α。由上述说明，可以给出下面的得益矩阵，见表4。

当制造业产业链上游企业选择不同的创新策略时，制造业企业选择协同创新的战略联盟所得到的期望收益为：

π1A=Py(αR-CA+UA)+(1-Py)(rA-CA+UA)

(1)

制造业企业选择不合作创新的期望收益为：

π2A=Py(rA-CA)+(1-Py)(rA-CA)=rA-CA

(2)

所以，制造业企业的平均期望收益为：

(3)

同理，制造业产业链的上游企业所获得的期望收益为：

(4)

(2)群体演化稳定策略

由基因复制等式的含义,我们可以分别得出制造业企业和其产业链上游企业的基因复制动态方程组:

(5)

综上所述，我们可以把制造业企业和其产业链上游企业选择创新策略的群体比例变化复制动态关系用一个坐标图表示，如下图2所示。

由上述的模型，我们可以得出以下的启示，若我国想将制造业产业链企业协同创新联盟作为制造业企业转型升级并且向价值链高端攀升的起点，我们必须在企业创建联盟时考虑影响成本与收益的因素、企业之间的产业关联度等因素，促进参与者实施长期协同创新策略，通过完善相应的政府政策,如可以通过财政补贴，建立法律保护制度和惩罚制度等激励协同创新；由于创新收益分配系数将影响到博弈双方的协同创新联盟策略，因此基于产业关联程度的不同，采取合作策略的博弈方应该遵循使产业链整体利益最大化的原则，制定合理的利益分配方案，让合作创新成为参与企业的共同最佳选择。

三、 促进协同创新战略联盟形成的政策建议

1.制定合理的协同创新联盟政策

政府自上而下的指导政策将对企业的协同创新联盟产生不可估量的影响，因此政府应该完善相应的财政政策对企业组建与加入创新联盟的行为进行激励，指导其构建合理的协同创新联盟制度，在强调公平的情况下，降低企业间发生的各种成本，这样不仅能让协同创新联盟保持长期稳定，而且还能吸引更多联盟外的企业加入；政府与联盟组织都需要制定合理的违约处罚制度，加大对“逆向选择”行为的企业实施相应处罚，以监督企业间协同创新联盟的运行风险；对协同创新联盟组织进行工作流程，如联盟的运营、企业间研发和利润分配环节的有效引导；完善相关的法律制度，以约束创新联盟的主体。

2.完善协同创新联盟的信息沟通机制

政府应建立完善的协同创新联盟信息沟通机制，企业之间可以通过信息交流创新、链接平台加强合作，通过对制造业产业链企业之间的产业关联关系的考察，我们可以基于这种联系推进各创新参与者之间的合作和融合，促进地方的高等院校、技术研究中心和企业这三者之间的产学研一体化，加大对研发的要素投入，突破技术障碍，形成自主品牌，这是增加中国制造业在利润分配环节话语权的关键，这将有助于提升产业链企业的竞争力。

3.维持协同创新联盟成员的竞争与合作

协同创新联盟成员之间需要保持适度的竞争，避免因垄断带来效率损失，但又需要企业之间相互合作创新，制定适度的企业进入与退出规则。但随着信息技术的发展，互联网给制造业带来的技术冲击也可以利用到协同创新联盟方面，它可以更好地促进联盟企业的信息交流，为产业链的创新整合资源。由于制造业产业中含有较多产能过剩的产业，因此政府需要引导这些产业顺利地实现转型升级，但也只有产品或技术形式的创新才能帮助这些产业实现这一目标，同时也摆脱制造业锁定于利润底层的魔咒。

注释

①产业链：关于产业链的定义目前还没有确定的说法，产业链是介于微观和宏观之间的概念，属于中观的范畴。主要是指建立在产业内部分工和供需关系之上，各产业部门基于一定的技术经济联系形成的链条式关联关系。产业链可以分为产品链(各环节以产品为主要线索)和产业价值链(指以某一项核心技术或工艺为基础,企业内外部根据消费需要或生产产品、提供服务所经历的采购、制造、销售、物流与服务等让附加值增加的活动。

②低端锁定状态：制造业企业只是通过参与加工组装环节来嵌入全球价值链体系，长期处于价值链利润分配的最底端，而利润最高的研发销售环节却在国外。

[1]谢识予.经济博弈论[M].上海：复旦大学出版社,2002.

[2]卢福财,胡平波.全球价值网络下中国企业低端锁定的博弈分析[J].中国工业经济,2008(10).

[3]张业圳,林翊.产业技术创新联盟协同创新的演化博弈分析[J].福建师范大学学报,2015(2).

[4]刘志迎,李芹芹.产业链上下游链合创新联盟的博弈分析[J].科学学与科学技术管理,2012(6).

[5]马胜利,王伟光,姜博.装备制造产业集群中的知识溢出悖论——基于静态博弈的一种分析[J].技术经济与管理研究,2015(7).

[6]徐剑,刘宗秋.物流产业融合、制造业产业链升级及政府策略[J].沈阳工业大学学报,2012(5).

[7]刘维林.产品架构与功能架构的双重嵌入——本土制造业突破GVC低端锁定的攀升途径[J].中国工业经济,2012(1).

[8]张慧明,蔡银寅.中国制造业如何走出“低端锁定”——基于面板数据的实证研究[J]. 国际经贸探索,2015(1).

[9]丁宋涛,刘厚俊.垂直分工演变、价值链重构与“低端锁定”突破——基于全球价值链治理的视角[J].审计与经济研究,2013(5).

[10]康健,胡祖光.战略性新兴产业与生产性服务业协同创新研究：演化博弈推演及协同度测度[J].科技管理研究,2015(4).

Class No.:F062.9 Document Mark：A

(责任编辑：宋瑞斌)

Evolutionary Game on Collaborative Innovation of Manufacturing Industry Chain Enterprises

Yao Lijie, Zhang Tinghai

(Industrial Economics Department, Anhui University of Finance and Economics, Bengbu, Anhui 233000，China)

The manufacturing industry chain enterprises are facing with the problem of "low end locked" and innovation inefficient . Based on the knowledge spillovers and innovation , the paper put forward a symmetrical game model and an evolutionary game model of the manufacturing industry chain enterprises. We found that the co-innovation alliance strategy of manufacturing industry chain enterprises, including the status of chain enterprise, the level of knowledge spillovers, the patents protection，the cost-benefit analysis and the income distribution ratio of collaborative innovation are the three important factors affected the manufacturing enterprises to make their decisions to innovate.

manufacturing industry chain; knowledge spillovers; collaborative innovation; evolutionary game

姚立洁，在读硕士，安徽财经大学国际经济贸易学院。研究方向：产业经济。 张廷海，经济学博士，硕士生导师，副教授，爱尔兰科克大学研究学者，安徽财经大学国际经济贸易学院。研究方向：产业经济、城市与区域经济。

安徽财经大学研究生科研创新基金项目“制造业产业链协同创新的演化博弈研究”(编号：ACYC2015023)；安徽省自然科学基金面上项目“城市产业结构与城镇化融合演进机制及其空间匹配性研究”；安徽财经大学研究生科研基金项目。

1672-6758(2017)03-0043-7

F062.9

A