基于服务化的装备制造业价值链整合过程及仿真分析

綦良群，周凌玥

(哈尔滨理工大学经济与管理学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

0 引言

自20世纪90年代欧美国家依托服务化实现产业升级以来，服务化在产业发展中的重要作用日益凸显，全球经济呈现从工业型经济向服务型经济转变的趋势[1]，服务与制造出现了明显的融合和相互增强作用，服务化普遍被认为是实现产业升级的有效途径[2-3]。作为国民经济的支柱型产业，我国装备制造业通过全球价值链低端嵌入实现的规模上的快速扩张并没有带来质的转变和竞争力的持续增强，而受限于劳动力工资成本增加、发达国家技术封锁等因素，我国装备制造业面临着价值链高端升级被锁定、低端市场竞争激烈、生产成本上涨的多重困境[4]。因此，借鉴发达国家产业升级经验，通过服务化重新整合及优化产业价值逻辑、提高产业价值增值能力是我国装备制造业实现产业升级的重要途径。

国内外学者针对服务化的研究多集中于以下几个方面：第一，服务化机理及演进路径。服务化被认为是以产品为中心的企业所采取的重大变革策略[5]，企业通过将服务整合而非简单附加来获取和稳固其竞争优势[6]。以此为基础，学者们从价值链延伸、产品服务化、服务化战略升级等多个角度分析了服务化的演化规律及路径[7-10]。第二，服务化的影响因素。基于不同的对象及视角，学者们围绕服务化影响因素进行了大量研究。如綦良群以装备制造业为研究对象，通过实证分析得出服务化过程主要受环境、组织两种因素作用[11]；黄群慧基于全球化角度，提出服务业相对生产率、创新能力等对制造业服务化产出具有明显推动作用，制造业附加值率、投入服务化强度等因素对服务化有一定抑制作用[12]。肖挺从服务创新视角出发，实证分析了人力资本投资、良好的客户关系等对服务创新的促进作用及作用机制[13]。第三，服务化绩效。国内外学者普遍认为服务化能够不同程度地提高企业或产业的绩效水平。Neely认为采取服务化的制造企业营利性整体上优于仅从事制造活动的企业[14]。陈启斐利用投入产出表测算了我国制造业逆向服务外包指数，提出逆向服务外包可以显著促进制造业价值链提升[15]。杨慧、姜铸分别通过制造企业数据的实证研究得出服务型制造模式、服务化与服务创新对企业绩效的促进作用[16-17]。

综合已有研究发现，在服务化演进规律、影响因素等研究日趋成熟的基础上，大量实证研究表明服务化对产业价值链升级具有促进作用，然而，针对服务化如何引发产业价值逻辑变化，以及如何促进服务化过程中产业价值增值能力提升的问题，国内外学者尚未给予系统性、合理化的解释，以装备制造业这一战略性产业为对象的相关研究更为少见。基于此，本文以装备制造产业为研究对象，在分析基于服务化的价值链整合过程的基础上，提出研究假设，构建研究模型，进行数据仿真研究，从而探讨装备制造业如何通过服务化实现产业价值逻辑的重新整合及优化，揭示这一过程中装备制造业产业价值增值能力的变化规律及关键影响因素。

1 基于服务化的装备制造业价值链整合过程理论分析

1.1 基于服务化的装备制造业价值链整合过程

基于服务化的装备制造业价值链整合是装备制造业通过服务化重构、优化产业价值逻辑的过程，在这一过程中，装备制造企业与生产性服务企业、大学、科研院所等组织构成的产业网络是装备制造业基于服务化的价值链整合的外部环境。从微观视角上看，这一活动的实质是装备制造业与产业网络内节点发生交互，以知识学习的方式获取产业网络内的服务要素，并将其转化为自身价值增值能力的过程，装备制造企业获取并转化的知识越多，其产业价值增值能力越强。这一过程既包括了价值链整合主体与产业网络的知识交互，也包括了服务化相关知识在价值系统内的学习、吸收和再创造。因此，本文将这一过程分为服务要素获取、服务要素嵌入与吸收、服务创新三个阶段。

(1)服务要素获取阶段。服务要素获取阶段可分为服务要素盘点和服务要素选择两个环节：服务要素盘点即通过对装备制造业及产业网络内其他节点进行价值流程和知识存量盘点，确定目标服务要素集合的过程；服务要素选择环节则是围绕服务要素盘点得到的目标服务要素集合进行信息收集，以价值增量最大化为原则选择服务要素来源的过程。如果将基于服务化的装备制造业价值链整合行为限定在一定范围的产业网络内，那么服务要素在产业网络内的分布可以量化为各网络节点的服务知识存量，服务要素获取则是装备制造业遵循某种准则在产业网络内寻找并选择目标服务知识的过程。这一阶段，装备制造业频繁的与产业网络内的节点建立连接并发生交互，为价值链整合提供知识流通的渠道[18]，若装备制造业与产业网络内节点连接的疏密程度用连接密度表示，则连接密度越大，装备制造业与其它节点的交互效率越高，越能提高企业内知识的流量和流速，进而加速知识的积累和转化[19]，促进装备制造企业价值增值能力的提升。由此提出假设1：连接密度增加能够促进装备制造产业价值增值能力提升。

(2)服务要素嵌入与吸收阶段。服务要素嵌入与吸收阶段主要是将服务要素获取阶段得到的目标服务要素以某种方式纳入原有的价值流程，使其匹配、融入价值流程并转化为价值增量的过程。本文从两个环节界定：服务要素嵌入环节和服务要素吸收环节。服务要素嵌入环节是装备制造业价值链与服务要素来源建立连接并将服务知识嵌入的过程，基于服务化方式不同，可以将服务要素的嵌入分为投入端嵌入和产出端嵌入两种方式，投入端嵌入是将服务作为与资本、劳动等要素相同的一种投入要素，增加其在投入要素中的比重，产出端嵌入则是增加服务要素在产出物中的比重。服务要素吸收环节是在嵌入价值流程之后，服务要素被应用到价值创造过程中，实现价值增值并成为价值增值能力的有机组成部分。在服务要素嵌入环节，投入端嵌入能够增加投入要素中无形要素所占比重，优化投入要素结构，提高工业生产率，实现价值创造过程的重组[20-21]，产出端嵌入则通过改变供给侧价值主张，实现企业的商业模式创新，改变价值的获取途径[17]。二者均能够提高装备制造业产业价值增值能力，但作用机制及作用效果存在显著差异。由此提出假设2：服务要素的不同嵌入方式对装备制造产业价值增值能力的影响效果不同。

(3)服务要素创新阶段。服务价值的获取是以顾客价值实现为最终环节的，这要求装备制造业在服务要素吸收的基础上，根据顾客反馈对服务活动做出适应性调整、改进和再创造，这一过程可看作装备制造业价值链整合的服务创新阶段，其实质是装备制造企业异质性知识学习和积累引发的知识创新，而知识创新过程往往伴随着短时间内大量知识的产生，这使企业内部知识获取量迅速增加，价值增值能力提高，由此可知，服务创新能够促进装备制造业价值增值能力提升。服务创新包括以下三条路径：一是服务要素吸收引发服务改进进而引发服务创新，二是服务要素吸收引发服务改进但未引发服务创新，三是服务要素吸收直接引发服务创新。可见，服务要素嵌入与吸收可能但不必然引发服务创新，服务创新是一个离散过程[22]，需要以知识存量和知识吸收量达到特定阈值为前提，而知识存量和知识吸收量与整合过程中的知识吸收能力有关[23]，因此，知识吸收能力的提高能够促进服务创新的发生。由此提出假设3：知识吸收能力提高能够促进服务创新的发生，进而提高装备制造业的价值增值能力。

1.2 基于服务化的装备制造业价值链整合的动态循环性

基于服务化的装备制造业价值链整合是一个循环的、动态的优化过程，如图1所示。

服务要素获取、服务要素嵌入与吸收、服务创新三个阶段构成了一个循环往复的过程，循环每运行一次都会在原有价值体系的基础上形成一个新的价值体系。这一循环过程促进装备制造业价值链要素结构不断优化和服务主导逻辑的持续强化，推动装备制造业价值链由低向高持续演进。在一般制造业从产品制造到服务附加再到服务主导演进规律的基础上[24-26]，这一演进过程遵循服务价值附加、服务产品融合、服务型价值网络构建三个演进阶段。

2 基于服务化的装备制造业价值链整合模型

为了便于将复杂的实际问题抽象为理论模型，假设在产业网络内，装备制造产业由若干个装备制造企业构成，每个装备制造企业都是整合行为的主体，且网络成员固定，不存在新旧节点的更替。依据前文分析结论，基于服务化的装备制造业价值链整合模型由服务要素获取规则、服务要素嵌入规则、服务创新规则三部分构成。

图1 基于服务化的装备制造业价值链整合演进过程

2.1 服务要素获取规则

由于装备制造业产品、生产流程、价值构成等方面的特性，使其对生产性服务要素的需求区别于一般制造业。结合赵霞、綦良群、楚明钦等人对装备制造业投入服务要素的研究[27-29]，在研发设计与其他技术服务、流通服务、金融服务等10类制造业生产性服务要素中，选取流通服务(tsp)、金融保险服务(fin)、信息服务(ics)、研发和技术服务(st)、租赁和商务服务(cs)构成装备制造业投入端服务要素子集合。根据Andy的研究[30]，制造企业提供的服务涉及设计和研发服务、系统解决方案、零售和分销服务等12个方面。结合装备制造业产业特征及生产实践，选取设计和研发服务(rd)、系统解决方案(ss)、维修和支持服务(ms)、安装和运行服务(mw)、金融服务(fs)、咨询服务(cso)、外包和经营服务(om)、租赁服务(rs)、运输服务(ts)构成装备制造业产出端服务要素子集合，则装备制造业服务要素集合为：

S={tsp，fin，ics，st，cs，rd，ss，ms，mw，fs，cso，om，rs，ts}

基于服务化的装备制造业价值链整合是以获取服务价值为目的的学习行为，因此，服务要素的获取并不是随机的，而是以某种规则为依据的搜索过程。在模型中，装备制造企业先将价值链中的价值增量与产业网络中同类型价值链作比较，判断价值增量是否为最大，若为最大，则保持目前服务要素构成不变，若非最大，则找到产业网络中价值增量最大的价值链，对比双方服务要素结构的异同，确定目标服务要素集合。然后在产业网络中依次搜索目标服务要素集合中的元素，得到服务要素来源。若装备制造企业与其他节点的联结强度为强(ls)、中(lm)、弱(lw)，则搜索顺序为：ls>lm>lw。为验证假设1是否成立，设N为产业网络规模，L表示装备制造企业j与其他节点的连接数目，d表示装备制造企业的连接密度，则有：

(1)

2.2 服务要素嵌入规则

根据Robin的模型[31]，若p1表示装备制造企业知识吸收能力，ki(t)表示服务要素来源i在t时刻的服务知识水平，那么获取知识要素后装备制造企业j知识水平为：

kj(t+1)=kj(t)+p1×(ki(t)-kj(t))

(2)

当装备制造企业j与某项服务知识来源在该领域的知识水平相近时，服务知识来源为保护核心知识及核心竞争力，将停止对装备制造企业j的服务知识嵌入，在模型中，设定服务知识嵌入的临界值为λ，即当装备制造企业与服务知识来源某项知识存量比值大于λ时，服务要素嵌入停止。为了验证假设2成立与否，设服务要素嵌入后装备制造企业j的服务价值增量为V1，知识转化系数为π，嵌入后服务价值增量取决于服务知识存量变化和企业的转化系数，则有服务要素嵌入后装备制造企业j的服务价值增量为：

V1=π×(ki(t)-kj(t))

(3)

2.3 服务创新规则

服务创新来源于装备制造业与产业网络各节点连接过程中的知识学习与积累，服务要素嵌入发生后，装备制造企业服务知识水平发生变化，根据前文过程分析可知，服务创新需要以知识存量和知识吸收量达到特定阈值为前提。因此，设定当服务知识存量与知识获取量分别超过m1、m2时，服务创新发生。装备制造企业j发生服务创新后服务知识存量变化为：

(4)

(5)

2.4 模型仿真流程与参数设定

根据上述规则设计仿真流程，如图2所示。

图2 模型仿真流程

(1)设定网络密度、网络中服务要素分布结构、各节点服务价值。

(2)判断自身是否为服务价值最大节点，若是则退出仿真；若否则找到服务价值最大节点，根据该节点与j服务要素结构的异同，确定第一轮整合的目标服务要素集S*。

(5)判断j的知识水平和服务知识增量是否同时大于m1、m2，若否，服务创新不能发生，则将步骤4中的知识水平带入步骤6；若是，则计算服务创新后j的服务知识水平和服务价值增量，并将结果带入步骤6。

(7)重新开始进入步骤2，开始下一轮整合。

在与项目组合作的装备制造企业中随机选取5家作为观察对象，结合现有知识转移仿真研究中对知识转移过程中临界值的设定[32]，将产业网络中的节点数设为276，服务知识嵌入临界值、服务创新知识存量临界值、服务创新知识获取量临界值分别设为0.95、0.70和0.20，见表1。

表1 模型参数设定

3 基于服务化的装备制造业价值链整合仿真

3.1 产业连接密度对装备制造业价值增值能力的影响

为了验证假设1中连接密度对价值增值能力的作用关系，我们设定仿真情景下的连接密度分别为0.03，0.05，0.07，0.09，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9。为了避免随机性，每个连接密度取值进行30次仿真试验并记录仿真结果，如图3所示。虽然每组实验的数据存在波动，但都呈现出相对规则的分布状态。

取30组试验数据在每个连接密度下的均值，并根据均值得出服务价值增量对连接密度的回归曲线如图4所示。图4结果表明随着产业连接密度的增大，服务价值增量呈现出总体上升的趋势，假设1成立。此外，从图中可知，在连接密度处于极低水平时，装备制造业服务价值增量较低；在一定范围内(0～0.25)，服务价值增量随产业连接密度的提高迅速增加，但当产业连接密度超过某一阈值(0.25)，服务价值增量的增长速度迅速降低。可见，产业连接密度的增加对装备制造业价值增值能力的提升存在促进作用，且在初期时影响显著，随后减弱。

3.2 嵌入方式对装备制造业价值增值能力的影响

根据前文假设，为了验证不同嵌入方式对装备制造业价值增值能力的影响效果是否相同，需要构建装备制造业价值链整合的投入端嵌入及产出端嵌入模型。

图3 不同连接密度下装备制造业服务价值增量分布

图4 装备制造业服务价值增量对连接密度回归曲线

(1)投入端嵌入对价值链整合的影响。根据Arnold、宣烨、冯泰文等人的研究[33-35]，服务要素中间投入通过降低交易成本、技术外溢、高品质资本流入等作用提升产业生产效率，进而提高产业增值能力。以此为基础，本文通过装备制造业投入端服务化程度与产业效率之间的关系分析服务要素投入端嵌入对装备制造业价值整合的影响，将单位装备制造业产品的成本作为产业效率的代理变量，单位成本下降表示装备制造业效率提高，价值增值能力上升，反之表示装备制造业效率降低，价值增值能力下降。

一般情况下，装备制造业生产函数为柯布-道格拉斯函数，借鉴周念利等人的研究[36]，考虑到资本要素并不是本文分析的主要内容，我们假设单位最终产品生产所需的资本数给定，只考虑劳动和服务要素两种投入，因此，装备制造业企业的生产函数为：

Q(L，M)=LM1-α

(6)

其中，L、M分别表示劳动和服务两种要素，工业品生产率用单位产品所需劳动量α表示，装备制造产品对服务要素的偏好用单位产品所需服务量1-α表示。单位最终产品的成本由劳动者工资w和服务要素投入成本P构成，则有装备制造业企业实现利润最大化的条件为：

MinC(w，P)=wL+PM

(7)

s.t.Q(L，M)=LαM1-α=Q

(8)

可得装备制造业企业利润最大化条件下的成本函数见式(9)。则装备制造业价值增值能力与投入端服务化整合程度的关系可表示为单位产品生产成本的倒数与服务要素投入量1-α的关系。

(9)

运用Matlab进行仿真分析，基本参数在理论可行范围内随机取值，仿真结果如图5所示。

图5 价值增值能力与投入端服务化整合程度关系曲线

在一定范围内，装备制造业价值增值能力随投入端服务化整合程度的提高而增加，但超过某一阈值时，投入端服务化整合程度继续提高反而导致价值增值能力降低。在价值链整合过程中，服务要素的过度投入会挤占生产设备、劳动等其他要素的投入，抑制生产效率的提高，进而导致价值增值能力降低。可见，投入端服务化整合程度提高会通过促进产业生产效率提高装备制造业价值增值能力，但是当投入端服务化整合程度超过最优水平时，会对装备制造业价值增值能力产生负面效应，二者呈现先升高后降低的非线性关系。

(2)产出端嵌入对价值链整合的影响。在价值链的产出端，满足顾客多样化需求是价值创造的主要逻辑，因此，本文采用装备制造业因满足顾客服务需求产生的收益表征产出服务化的价值增值能力。假设市场服务需求总量为D，市场中存在通过系统集成提供服务的装备制造业企业和直接提供服务的服务业企业两种服务提供者，且顾客在进行购买决策时遵循效用最大化原则，则顾客选择装备制造业企业和服务业企业获得的效用分别为：

(10)

(11)

其中u表示顾客的基准效用，θm、θs分别表示顾客对装备制造业企业和服务业企业服务水平的敏感系数，服从[0，1]的均匀分布，Sm、SS分别表示装备制造业企业和服务业企业的服务水平，p表示服务的销售价格。顾客选择购买服务的条件为：Um≥0或Us≥0，即θm≤Sm(u-p)或θs≤Ss(u-p)，如图6中的A、B、C、D区域，在此基础上，顾客选择购买装备制造业企业服务的条件为Um≥Us，即θm≤θs×Sm/Ss，如图6中的C、D区域，因此，选择装备制造业企业的顾客需求比例为C、D区域组成的梯形面积，见式(12)。

图6 顾客服务需求

(12)

装备制造业的实际服务需求为：

(13)

根据许明辉等的研究[37]，服务成本是服务水平的凸函数，见式(14)，其中，C为装备制造业产出端服务化成本，ε为产出端服务成本系数。

(14)

装备制造业通过满足顾客服务需求得到的收益如式(15)。即装备制造业价值增值能力与产出端服务化整合程度的关系可表示为服务收益Rm与装备制造业产出端服务水平Sm的关系。

(15)

根据式(15)及顾客选择购买服务且购买装备制造业服务的条件可得Ss、u-p的取值范围为：

SS

(16)

(17)

运用Matlab进行仿真分析，其他基本参数在理论可行范围内随机取值，得到装备制造业收益与产出端服务整合程度的关系仿真结果，如图7所示。

图7 价值增值能力与产出端服务化整合程度关系曲线

从图中可知，装备制造业价值增值能力随产出端服务化整合程度的提高呈现总体上升的趋势，但变化速度逐渐减慢，符合边际效应递减原则。可见，产出端服务要素嵌入能够促进装备制造业价值增值能力提升，但随着整合程度的提高，促进作用逐渐减弱。

综合投入端、产出端服务要素嵌入对装备制造业价值增值能力影响的仿真分析，验证了假设2，即服务要素不同嵌入方式对装备制造产业价值增值能力的影响效果不同，投入端服务要素嵌入的作用呈现先促进后抑制的关系，而产出端服务要素嵌入的促进作用呈减速增长的非线性关系。

3.3 知识吸收能力、服务创新对装备制造业价值增值能力的影响

根据假设3，需对知识吸收能力与服务创新、服务创新与价值增值能力两种关系情境进行仿真分析。首先对服务创新与价值增值能力之间的关系进行仿真分析。运用Matlab对图2过程进行仿真，得到存在服务创新过程时服务价值曲线如图8实线所示，在图2过程中剔除服务创新过程并进行仿真，得到不存在服务创新过程时服务价值曲线如图8虚线所示。对比两条曲线可知，在价值链整合初期，两种情况下的装备制造业服务价值并无明显差异，但超出某一步长范围后，存在服务创新活动的服务价值增加量要高于剔除服务创新活动的服务价值增加量，且这一差值呈现逐步扩大的趋势。可见，服务创新能够提高装备制造业产业价值增值能力。

图8 整合过程中装备制造业服务价值增量

对知识吸收能力与服务创新之间的关系进行仿真分析。设定仿真情景下装备制造业的知识吸收能力分别为0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9。整合过程中服务创新次数与服务嵌入次数的比值表示服务创新的频率。每个知识吸收能力取值进行30次仿真试验并取实验结果的平均值，得出知识吸收能力与服务创新回归线如图9所示。从图中可知，当知识吸收能力处于较低水平时，服务创新发生的次数为零，随着知识吸收能力的增加，装备制造业整合过程中服务创新的频率也逐渐增加，即知识吸收能力提高能促进服务创新活动的发生。结合服务创新与装备制造业价值增值能力之间的关系、知识吸收能力与服务创新之间的关系两部分的分析结果，验证了假设3，即知识吸收能力提升能够促进服务创新的发生，进而提高装备制造业的价值增值能力。

图9 知识吸收能力与服务创新频率关系

4 结论及建议

本文以装备制造业为研究对象，探究其通过服务化重构、优化产业价值逻辑的过程机理，构建了基于服务化的装备制造业价值链整合过程模型。针对基于服务化的价值链整合过程中装备制造业价值增值能力的影响因素提出理论假设，运用Matlab进行仿真分析，得出以下结论：

(1)基于服务化的价值链整合过程分为服务要素获取、服务要素嵌入与吸收、服务创新三个阶段，三个阶段循环往复构成了推动装备制造业由传统装备制造的低端状态向服务型装备制造的高端状态持续演进的基本循环。

(2)当装备制造业产业网络中节点的连接较为稀疏时，连接密度的增加能够迅速提高装备制造业价值增值能力，但当连接密度超过一定阈值继续增加时，对装备制造业价值增值能力的促进作用减弱。

(3)投入端和产出端服务要素嵌入均能够影响装备制造业价值增值能力，但二者的作用效果不同。投入端服务要素嵌入在一定范围内提升对价值增值能力具有促进作用，超出某一阈值后继续提高则会抑制价值增值能力的进一步提升。产出端服务要素嵌入能够促进装备制造业价值增值能力的提升，但随着嵌入程度的提高，促进作用逐渐减弱。

(4)相同条件下，装备制造业知识吸收能力越强，服务创新发生的概率及频次越高，越能促进装备制造业价值增值能力的提升。

根据上述研究结论，得到如下启示：第一，在基于服务化的产业价值链整合过程中，装备制造业应注重与产业网络节点的关系管理，适当的维护和拓展与节点之间的连接，提高产业网络内服务要素的转移效率；第二，控制服务要素在投入要素中的比重，适当调整产出端服务要素的嵌入，提高装备制造业价值增值能力的同时，避免投入端过度服务化导致的装备制造业“空心化”；第三，应充分认识到产业网络中知识扩散、知识学习的重要性，加强服务创新，促进价值增值能力的提升。