演化博弈视域下的高科技产品合作研发策略研究*
2020-09-29韩明丹张晓文
韩明丹，张晓文
(1.武汉理工大学 创业学院，湖北 武汉430070；2.武汉理工文学 学工部，湖北 武汉430070)
一、引 言
随着市场经济的发展，企业间竞争日益加剧，许多企业为了保持自身的发展优势，追求技术创新，积极拓求市场。当前，许多企业利用自身的资金优势，将金融投资目光转向与科研院所的合作上，利用科研院所的产品研发优势，为自己开发具有市场核心竞争力的高科技创新产品。企业与科研院所之间的合作研发模式实现了双方优势的整合，不仅促进了企业的发展，也提高了科研院所的专业研发能力。例如，华为技术有限公司与相关研究院所合作，成功研发了多项技术专利，促使了华为在市场中取得技术领先地位。尽管这种企业与科研院所合作共赢的事例比比皆是，但是，这种优势互补性的投资合作在某些环境制约下可能出现阻碍。很多时候，企业与科研院所之间难以达成意见一致，而导致合作失败。因此，本文主要对企业与科研院所之间的合作研发行为进行剖析，分析制约双方合作的关键因素，冀能为推动二者进行高科技产品合作提供一定的参考。
当前，有关企业与科研院所合作研发的研究较为丰富，如张克英、李仰东采用了结构方程模型对243家企业进行调研分析，研究了知识产权风险对合作研发行为的影响[1]。李宇雨、赵世海通过建模对一条供应链上的上下游企业的合作研发机制进行了研究，结果发现，在存在外部性的环境条件下，企业偏好于采用完全合作的方式开发高网络外部性产品[2]。张杰军、张赤东分析了中外科技企业合作研发的发展趋势以及现状，解析了合作研发对我国自主创新的影响[3]。马亮、马颖采用共生理论探讨了共性技术合作研发的可行性及问题，并针对合作研发的障碍提出了针对性建议[4]。戚湧、孟小燕等采用Malmquist指数研究了创新团队之间合作研发的绩效问题，指出了影响创新团队合作研发绩效的相关因素[5]。徐朋辉、赵喜仓采用了空间误差模型与空间滞后模型对我国31个省的制造业企业新产品创新能力进行了实证分析，结果发现当前我国制造业的合作研发对制造业产品创新影响并不显著[6]。易余胤、肖条军等采用演化博弈模型对企业间的合作演化机会主义行为进行了研究，结果发现，如果企业间能够彼此了解，那么企业间将不会存在机会主义，相反，如果企业间不了解或者了解不深入，那么企业间的合作研发可能会存在机会主义[7]。总的来看，尽管有关合作研发的研究涉及的面非常广，采用的方法也很多，但是，当前很少有学者利用演化博弈模型针对企业与科研院所之间的合作研发演化机理进行研究。基于此，本文采用演化博弈模型，揭示企业与科研院所之间的合作研发行为，探讨两者之间的合作演化机理，以期发现其中的问题，并针对性地提出问题的解决对策，从而促进双方合作。
二、企业与科研单位合作研发的演化博弈模型构建
(一)理论简介与博弈基础
演化博弈的思想起源于Fisher、Hamilton等一些生态学家，他们在用博弈模型分析动、植物之间的竞争与合作行为关系时发现，在许多情形下，该博弈的演化结果与不依赖任何理性假设前提下得出的博弈结果相似。之后，Smith和Price于1973年首次提出了演化稳定策略的概念，标志着演化博弈理论诞生[8]。1978年，生态学家Taylor和Jonker提出了基本动态概念——模仿者动态，这个概念的提出将演化博弈理论推向了一个全新的高度[9]。1992年，康奈尔大学召开了演化博弈理论发展国际学术会议标志着演化博弈理论在经济学中的地位正式确立。此后，该理论便受到了学术界的普遍关注，并被应用于各种研究领域。演化博弈理论整合了理性经济学与演化生物学的思想，它不再将人假设成完全理性的博弈主体，而认为人类的博弈均衡通常是通过试错的方式而产生的，因此，该思想与将人假设成完全理性的传统博弈模型相比，更加符合现实规律[10]。
对于企业来说，其优势在于资金与市场，企业往往拥有雄厚的流动资金，且比较注重产品销售与市场推广、能将研发成果转化为利润，但大多数企业往往对于高科技产品的研发能力不足。而科研机构的优势在于科研能力，科研院所更加注重科研能力的培养，但往往缺乏将科研成果转化为市场利润的能力。因此，对企业与科研院所来说，在不同的情况下，如何选择与对方合作，才对自己更加有利，这个问题值得深究与探讨。而这个现实也构成了企业与科研机构之间博弈的基础。
(二)基础条件假设
本文依据企业的实际情况进行情景假设。若企业没有单独研发能力，其主要优势是资金优势。公司可以利用自身资金优势获取科技产品的途径有两种：一是与科研院所合作研发，二是直接从科研院所购买。对于科研院所来说，其研发的产品技术类型包括两种：一种是高技术产品，另一种为低技术产品。高技术产品研发难度较大，成功几率较低，技术产品小，并且投入较大；同时高技术产品的市场价值也较大。企业具有选择合作与否的权利，如果企业选择与科研院所合作研发，则两者将按一定的比例分配研发费用与产品市场收益。如果企业选择购买产品技术，则研发经费由科研院所承担，市场收益由企业一方全部获得。科研院所具有选择研发高技术产品还是低技术产品的权利。
(三)博弈模型构建
基于以上情景假设，则企业与科研院所之间的具体博弈模型如下：
其中，P1M1r1-r1C1、P2M2r2-r2C2为两种情况下企业收益，P1M1(1-r1)-(1-r1)C1、P2M2(1-r2)-(1-r2)C2P1为两种情形下科研院所收益；P1、P2分别为和研发高技术产品与低技术产品成功的概率(P1
其中，M1、M2表示两种技术产品分别获取的市场收益(M1>M2)；T1、T2表示企业购买两种技术分别付出的成本(T1>T2)；P3、P4表示科研院所单独进行两种技术研发获得成功的概率；C1、C2分别表示研发两种技术产品所需投入的成本(C1>C2)。
基于以上分析与假设，可建立企业与科研院所合作研发的博弈收益矩阵如下：H′、L′分别表示科研院所研发高、低技术产品两种策略；H、L分别表示企业合作与购买两种策略。q表示科研院所研发高技术产品的概率，p表示企业购买高技术产品的概率。
表1 产品技术合作博弈收益矩阵
三、博弈演化动态过程分析
为简化运算，令a=P1M1r1-r1C1，b=P2M2r2-r2C2，c=P3(M1-T1)，d=P4(M2-T2)；e=P1M1(1-r1)-(1-r1)C1，f=P2M2(1-r2)-(1-r2)C2，g=P3T1-C1，h=P4T2-C2。下面就两个博弈主体分别讨论其演化稳定策略。
(一)企业的演化稳定策略
(1)
(2)
(3)
根据式(1)(2)(3)可得企业选择合作研发策略的复制动态方程F(p)为：
由F(p)=0得到该复制动态方程存在的两个可能未定状态为：p1=0，与p2=1，而该博弈达到稳定状态还需满足：F′(p)=(1-2p)[(a-c+d-b)*q+(b-d)]<0。
对于企业而言，如果q=(d-b)/(a-c+d-b)，则F(p)恒等于0，因此p无论取值如何都是稳定状态。而当q≠(d-b)/(a-c+d-b)时则：
1.当q>(d-b)/(a-c+d-b)时，为满足F′(p)<0则p=1是稳定状态，即企业会选择与科研院所合作研发。
2.当q<(d-b)/(a-c+d-b)时，为满足F′(p)<0，则p=0是稳定状态，即企业会选择直接购买科研院所技术。
三种情况下的动态趋势以及稳定性如下图1所示：
(a)q=(d-b)/(a-c+d-b) (b)q>(d-b)/(a-c+d-b) (c)q<(d-b)/(a-c+d-b)
(二)科研院所演化稳定策略
(4)
(5)
(6)
根据式(4)(5)(6)可得科研院所选择合作研发高技术产品策略的复制动态方程V(q)为：
V′(q)=(1-2q)[(e-g+h-f)*p+(g-h)]
对于科研院所也存在稳定状态如下：
当p=(h-g)/(e-g+h-f)时，V(q)恒等于0，因此q无论取值如何都是稳定状态；
当p>(h-g)/(e-g+h-f)时，满足V′(q)<0的q=1是稳定状态策略；
当p<(h-g)/(e-g+h-f)时，满足V′(q)<0的q=0是稳定状态策略。
三种情况下的动态趋势以及稳定性如下图2所示：
(三)系统稳定性分析
由上文分析可知，该博弈模型的动态复制系统可表示为：
根据企业与科研院所分别求演化稳定策略，可得该复制动态系统的五个局部均衡点：(0,0)，(0,1)，(1,0)，(1,1)，((d-b)/(a-c+d-b),(h-g)/(e-g+h-f))，这五个点分别对应一个演化均衡，根据Friedman提出的思想，系统局部均衡点的稳定性可有该系统的雅克比矩阵的局部稳定性分析得到，若平衡点对应矩阵的行列式大于0，且轨迹小于0，则为演化稳定策略(ESS)，若某平衡点的矩阵轨迹为零时，则平衡点为鞍点[11]。该博弈系统的雅克比矩阵为：
计算五个局部均衡点的雅克比矩阵对应行列式及其轨迹，分析局部均衡点的稳定性如下表2所示：
表2 演化系统平衡点稳定分析结果
由上表可知该博弈动态演化系统具有两个稳定点(0,0)与(1,1)即(合作研发，高技术产品)与(技术购买，低技术产品)，而(1,0)与(0,1)两个局部均衡点不稳定，E为鞍点。根据该结论，可以得出企业与科研院所合作研发博弈动态演化情况，如图4所示。
图4 合作研发博弈的动态系统演化
如图4所示，图中箭头表示该点博弈策略演化的方向，图中存在两个不稳定的局部均衡点(0,1)与(1，0)，而由这两个点以及鞍点E构成的折线右上方的部分会在系统演化之后收敛于(1,1)即均衡策略(合作研发、高技术产品)，而折线左下方部分会在系统演化之后收敛于(0,0)即均衡策略(技术购买，低技术产品)，但是整个系统的演化是个重复博弈，慢慢进化的过程，因此，系统在进化过程中会存在多种策略组合共存的状态。从现实情况看，该博弈的最终结果与现实比较情况吻合，由于企业与科研院所之间可能会缺乏信任，并且研发高附加技术的成本较高，这些原因都可能会导致企业购买低技术产品的博弈结果形成。
四、结果与讨论
由图4可知，鞍点E的位置直接决定了系统内策略集合向不同均衡点收敛的概率。从现实情况来看，合作研发高技术产品，对于企业与科研院所来说都是有利的。首先，企业通过投资获取高技术产品不仅能够在市场中获取高额利润，还能提升自身的核心竞争力。研制高技术产品对于科研院所来说，是其实力的体现，成功之后也可以提升其竞争力和市场声望。其次，低技术产品可能在激烈的市场竞争中会面临快速淘汰的问题，其获利机会与获利空间可能不足，这对企业的发展可能会产生不利的影响。因此，如何增加系统向(合作研发、高技术技术产品)策略集演化的概率，值得深入探讨。
根据上式整理结果，对其参数进行分析如下：
1.令其他参数值不变，对成本C进行讨论，当C1减小时横纵坐标值均会减小，而当C2减小时，E点横纵坐标的值则会增大。由此可知，研发高技术产品的成本越低，研发低技术产品成本越高时，达成(合作研发，高技术产品)的市场稳定状态概率会增加。
2.对于参数M来说，如果其他参数值不变，M1增加，则E点背横、纵坐标值会减小，而M2增加则E点横、纵坐标值会增大。因此，如果高技术产品的市场收益越大，并且低技术产品的市场收益越小，则两者更容易达成合作研发高技术产品的策略。
3.对于参数P来说，如果其他参数值不变，P1增大，P2减小，会使得E点横坐标数值减小，而P3、P2数值减小也会促使E点纵坐标的减小。因此对于研发概率来说，合作研发高技术产品的成功率越高，科研院所独自研发两种产品的成功概率越低，也会促使两者达成合作研发高技术产品的均衡策略集。
4.对于企业购买技术的成本来说，如果T1增大，则E点横、纵坐标值均会减小；而当T2增大时，E点横坐标会增大而纵坐标会减小。因此T2的变化对E点横、纵坐标的影响效果相反，最终影响效果无法判断。可见，如果企业购买高技术产品成本越高，企业选择与科研院所合作研发的概率也越高。
5.对于分配比例r而言，r1减小会使E点横坐标变小，纵坐标变大，因此r值的变化对E点坐标的最终影响也无法判断。而对于r2来说，r2增大会使E点横、纵坐标同时减小，因此如果在合作研发中，增加企业在低技术产品中获得的市场收益比例，也同样会促使科研院所与企业合作研发高技术产品。
五、对策与建议
从现实情况来看，系统达成(合作研发、高技术产品)的稳定策略，对企业与科研院所的发展都是有利的。而当系统达成(技术购买、低技术产品)的稳定策略时，这对于企业的发展可能会造成不利影响。因此，如何促进双方达成合作研发高技术产品的稳定策略对于企业来说非常重要。而根据以上模型结果与参数分析可知，科研院所的研发能力、企业购买技术的成本、合作研发产品的市场收益等因素都会影响双方合作的形成。因此，通过改变这些影响双方合作的关键因素，可有效促进双方合作的达成，促使系统向最佳策略集合演化。具体而言，企业可从以下几点入手：
第一，加强与科研院所间的合作与交流。企业可加通过与科研院所合作与交流，加强自身人员科研素质的培养，掌握当前技术动态，加大对技术研发的投入与分成，激励高技术产品的研发工作。充分发挥企业自身的人力资源、资金等资源优势，与科研院所合作，制定合理的研发考核制度，共同开发高技术附加产品，并将其转化为市场收益。
第二，加强企业间的技术投资、合作与交流。积极学习国内外先进的技术与经验，并建立完善的知识与实践经验的内部共享机制，提升企业人员的技术水平与创新意识，建立积极的企业文化，提升企业工作效率，从而减小技术研发成本，促进核心技术的开发与形成。
第三，招收科研单位研发人员，投资打造属于企业自身的精英研发团队。企业拥有属于自己的研发团队后，一方面可以促进与科研院所间形成科研交流与合作，提高高技术产品研发成功的概率，另一方面，企业自身的研发团队也可以促使企业自己研发出低技术附加的产品，从而无需购买科研院所技术，这也促进了科研院所与企业合作来研发高技术产品的动力。
