产学研协同模式下关键核心技术创新演化与驱动研究

许学国，吴鑫涛

（上海大学管理学院，上海 200444）

关键核心技术是技术系统中制约众多技术突破的核心技术和工艺，在促进产业转型升级和抢占科技竞争制高点上发挥着无可替代的作用［1］。在新发展格局下，产学研协同创新和深度融合突破关键核心技术已经成为推动经济高质量发展的重要途径。然而，我国产、学、研各类创新资源较为分散，缺乏长期稳定合作，协同效应不显著，且关键核心技术创新面临极大不确定性，存在研发周期长、投入成本高以及知识复杂性等特点［2］，容易陷入“研发失灵”和“政府干预失灵”的困境［3］。因此，研究产学研协同模式下关键核心技术创新的演化动态及其驱动机制，对于更好促进企业和学研机构发挥各自的能力和资源优势，在“卡脖子”关键核心技术领域协同创新、集智攻关具有重要意义。

1 文献回顾

关键核心技术创新突破问题是近年来的研究热点，现有相关文献主要触及以下3 个方面：其一，对关键核心技术创新的特征、内涵和意义的分析。研究普遍认为关键核心技术创新具有高壁垒性、高投入性、长期性、研发外部性等特征，并从产业层面和国家层面分别对关键核心技术的内涵进行解读。例如，仲伟俊等［4］认为关键核心技术是重要产业发展必须、对产业技术性能改善至关重要的技术；陈峰［5］则强调关键核心技术是影响国家经济科技竞争优势和安全的战略高技术。其二，对关键核心技术创新存在的障碍与对策的分析，如余江等［6］的研究；还有研究指出基础研究薄弱、体制机制不健全、知识产权保护不够、科技成果转化率低是我国关键核心技术创新面临的突出问题［7］；有研究提出我国应加强产学研用协同创新，防止科技与经济“两张皮”现象［8］。其三，对关键核心技术创新路径的初步探索，如白京羽等［9］的研究；武建龙等［10］和贺俊等［11］基于我国不同战略性新兴产业的优秀案例，分别从模块化和微观主体激励结构的视角分析了关键核心技术突破的演化路径；柳卸林等［12］探究了非营利性科研机构在构建面向关键核心技术突破的创新生态系统中发挥的核心作用；黄欣荣等［13］提出关键核心技术攻关的新型举国体制，为促进关键核心技术创新突破提供了理论指导。

产学研各方都属于有限理性人，具有趋利特性和投机心理［14］，当内外部因素发生变化时，其合作的稳定性便会受到影响［15］。学者从博弈视角对产学研协同创新的关键影响因素进行了广泛的研究，如陈劲等［16］较早将协同创新引入产学研合作演化博弈中，发现降低“搭便车”收益并提升协同创新净收益，产学研合作才能走出“囚徒困境”；彭莹等［17］认为政府激励、创新费用和技术突破概率是影响核心技术突破的主要因素；张华［18］的研究指出增加知识溢出有助于提高产学研双方的协同创新效率和稳定性；盛永祥等［19］考察技术因素对产学研合作创新意愿的影响，发现双方的合作意愿随着技术成熟度和技术创新度的变化而呈现出不同的变化特点；张根明等［20］认为超额利益分配比例、惩罚机制和知识产权保护等因素与产学研创新联盟的稳定性密切相关。此外，还有部分研究关注政府政策因素对产学研技术研发合作的影响，如马永红等［21］研究发现研发补贴和产品补贴均可有效促进产学研协同创新；Cano-Kollmann 等［22］则认为与金融支持相比，政府的非金融支持更能激励企业的开放式创新。

综上，虽然现有相关研究从不同层面对关键核心技术创新问题进行了剖析，但多以定性分析为主，忽视了创新过程的动态性特点；其次，对产学研协同模式下关键核心技术创新关键因素的分析尚不全面，比如在政府支持因素方面仅局限于研发补贴，而对政府采购、服务支持等方面的作用关注较少；最后，缺乏对关键核心技术协同创新驱动机制的深入探讨。演化博弈论结合了进化生态学和系统论的思想，适用于对两群体行为的动态调整过程进行微观建模，能够有效揭示群体行为的形成机制。据此，本研究基于有限理性假设，尝试构建产学研协同模式下关键核心技术创新演化博弈模型，探讨影响企业与学研机构协同创新策略选择的关键因素及其驱动机制，并通过数值仿真分析不同因素变动下博弈双方的策略演化轨迹，以阐释关键核心技术协同创新的要素特征和演化机制，为政府科学施策、精准施策，推动解决关键核心技术“卡脖子”问题提供实践参考。

2 关键核心技术创新演化建模

2.1 创新主体分析

关键核心技术协同创新的核心主体主要包括企业和学研机构。企业具有资金、场地、成果转化方面的资源优势和对技术创新方向的敏感性，而学研机构是协同创新的主要技术力量，双方基于优势互补、收益共享的原则开展技术研发合作，但也可能由于内外部情况的变化选择中途背叛［23］。根据有限理性人假设，产-学研双方总会在收益和成本的反复权衡中选择最佳的合作策略。首先，除去基本收益外，企业和学研机构通过对关键核心技术进行原始创新和产业化，从而产生额外的协同创新收益；同时，双方合作也会产生相应的创新成本，如人员、设备、差旅费和沟通成本等。现实中，协同创新收益和成本的大小往往与技术开发的难度和创新的深度高度关联［17］。其次，关键核心技术创新不确定强、投入成本高，在协同创新过程中，合作双方为减少自身的风险可能会采取投机行为以获得“搭便车”收益，而双方维持协同创新的行为则与企业对学研机构的研发资助、违约金的数额大小和违约后的前景损失以及利益分配机制等因素有关［20］。最后，政府作为关键核心技术创新的推动者［24］，可以通过研发成本补贴、公共采购和服务支持（基础设施建设、创新平台构建、知识产权保护等）等支持政策参与和引导创新资源的分配，促进产学研共同面向关键核心技术合作创新的意愿［25］。因此，在关键核心技术创新领域，企业和学研机构之间存在着紧密的利益关系，不同创新主体的策略选择都会对协同创新系统的演化造成影响。

2.2 基本假设与变量设置

假设1：协同创新过程中，产-学研双方会根据情况变化不断调整其创新策略，直至达到系统均衡。各博弈主体均有两种选择策略：企业的策略集合为（协同创新，中途背叛）；学研机构的策略集合为（协同创新，中途背叛）。

假设2：企业和学研机构都是有限理性个体，都以自身利益最大化为行为决策标准，且双方的信息掌握程度具有不完全对称性。企业和学研机构选择协同创新策略的概率分别为x、y，且均为时间t的函数。

假设4：违约惩罚。协同创新过程中，企业与学研机构会签订合作契约，中途背叛的一方需要向另一方支付违约金F。企业选择中途背叛获得“搭便车”收益E1，但存在机会损失C4，即其他企业关键核心技术创新取得突破导致其市场份额下降。学研机构中途背叛获得“搭便车”收益E2，但会产生声誉损失及今后承接项目数减少的潜在损失，记为C5。

2.3 博弈模型的构建

根据上述研究假设，得到关键核心技术协同创新博弈支付矩阵，如表1 所示。

表1 关键核心技术产学研协同创新博弈矩阵

企业的复制动态方程为：

学研机构的复制动态方程为：

3 关键核心技术创新演化驱动机制

3.1 系统稳定性分析

式（9）中：

表2 关键核心技术产学研协同创新博弈系统局部均衡点的稳定性分析

3.2 关键因素与驱动机制分析

3.2.1 政策激励类因素对系统演化的影响

命题1：政府的研发成本补贴力度越大，企业和学研机构选择协同创新的概率越大。

命题2：政府采购资金总额的增加能够提升企业和学研机构选择协同创新的概率。

命题3：政府的服务支持力度越大，企业和学研机构选择协同创新的概率越大。

3.2.2 成本与收益类因素对系统演化的影响

命题4：协同创新投入成本的增加会降低博弈双方选择协同创新策略的概率。

命题6：企业和学研机构中途背叛获得的“搭便车”收益越大，双方选择协同创新的概率就越小。

3.2.3 技术类因素对系统演化的影响

命题8：关键核心技术创新的深度越深，企业和学研机构选择协同创新的概率越小。

3.2.4 奖惩与利益分配类因素对系统演化的影响

命题9：企业对学研机构的研发资助越多，双方选择协同创新策略的概率越高。

命题10：违约金、机会损失和声誉损失等中途背叛惩罚因素带来的损失越高，企业和学研机构越趋向于选择协同创新的策略。

综上所述，在关键核心技术协同创新的过程中，企业和学研机构选择协同创新策略的意愿主要受政策激励、成本与收益、技术、奖惩与利益分配等4类关键因素的影响，且不同类型因素对系统的驱动机制存在差异性。具体而言，政策激励类因素是关键核心技术协同创新的外部牵引力，通过直接的资金支持和间接的服务保障，为产学研合作注入强大动力；成本与收益类因素是关键核心技术协同创新的内在原动力，企业和学研机构对更高的技术收益或者更突出的办学绩效的追求，以及降低研发成本和分散研发风险的考量，使得双方理性地选择了协同创新；技术类因素是关键核心技术协同创新的首要影响力，直接决定了创新的难度和成本规模，极易导致协同创新的破裂；奖惩和利益分配类因素是关键核心技术创新的重要推动力，有效保障 了双方的合作积极性，推动协同创新行稳致远。

4 演化驱动验证

4.1 参数设置

在对关键核心技术协同创新系统稳定性和驱动机制分析的基础上，为了能够更加直观地 展现企业和学研机构协同创新策略选择的演化轨迹，运用MATLAB 软件对博弈系统进行动态仿真。仿真参数主要通过咨询笔者所在课题组老师，并参考已有相关文献以及本研究情境下博弈模型的约束条件进行设置，尽量做到合理可靠，能够反映实际情况。参数的数值不代表实际的金额，仅表示各参数之间的相对大小。具体设置为：C1=22，C2=20，C3=2，C4=2，C5=1，F=4；ΔR1=8，ΔR2=6；E1=2，E2=1；α=0.4，β=0.6，γ=0.4，λ=0.6，ω=0.8；G=6；S1=2，S2=2。同时，假设初始阶段企业和学研机构选择协同创新的概率都为0.5，即初始状态(x,y)=(0.5,0.5)。

4.2 仿真分析

基于MATLAB 平台进行数值仿真分析，重点讨论成本补贴力度系数、采购资金总额、服务支持力度系数、研发成功率、企业对学研机构的研发资助、违约金等因素对博弈系统的影响。

（1）成本补贴力度系数对协同创新演化结果的影响。根据约束条件式（14）（15），可求得分别取0.30、0.35、0.40、0.50，从而得到成本补贴力度系数对企业和学研机构策略选择的影响，分别如图2 和图3 所示。结果显示，成本补贴力度系数在0.35～0.40 之间存在阈值，只有当成本补贴力度系数大于阈值时，企业和学研机构才会选择协同创新的策略，且该系数越大，双方选择协同创新的演化速度越快。同时，相对于学研机构，企业对成本补贴力度系数的敏感性更弱，只有在较高的成本补贴力度下才会表现出强烈的协同创新意愿；这是由于企业投入的成本规模更大、承担的失败风险更高，只有在成本补贴水平较高时才能有效缓解企业的成本压力、减轻其顾虑，从而促进产学研双方的合作意愿提高。

图1 企业和学研机构开展关键核心技术协同创新的演化博弈相位

图2 成本补贴力度系数对企业开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

图3 成本补贴力度系数对学研机构开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

（2）采购资金总额对协同创新演化结果的影响。根据约束条件式（14）（15）可求得令G分别取2、4、6、8，仿真得到G 的变化对系统演化结果的影响，分别如图4 和图5 所示。仿真结果显示，政府采购资金总额G也存在阈值，在4～6 之间，若政府采购的数额太小，并不能促进企业和学研机构选择协同创新策略；同时可以看到，随着采购资金总额逐渐变大，二者协同演化轨迹的斜率越来越大，系统向协同创新策略演化的速度也越快。关键核心技术在初期不够成熟，难以获得消费者的认可，而政府采购可以为关键核心技术提供最初始的客户和宝贵的试错机会，使关键核心技术创新形成“研发投入—市场收益实现—研发投入”的良性循环。当政府采购资金总额较低时，企业的预期收益会降低，关键核心技术创新风险增大，因此企业不愿意进行关键核心技术创新。此时，虽然学研机构具有一定的创新意愿，但没有企业的研发支持和配合，也难以实现关键核心技术突破。因而，学研机构最终也会向中途背叛的策略演化。随着政府采购资金总额的提高，双方协同创新的意愿显著增强。

图4 采购资金总额对企业开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

图5 采购资金总额对学研机构开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

（3）服务支持力度系数对协同创新演化结果的影响。结合式（14）（15）可求得令分别取0.2、0.3、0.4、0.5，仿真得到的变化对系统演化结果的影响，分别如图6 和图7 所示。从仿真结果看，政府服务支持力度的阈值在0.3～0.4 之间，且服务支持力度越大，系统向协同创新策略演化的速度越快。同政府补贴和政府采购相比，政府服务支持力度的激励作用更具有长期性，但是在实施初期的效果不够明显，在研发成本补贴和政府采购资金总额作用下的系统收敛速度要快于政府服务支持力度系数。因此，政府应该综合使用这3 种政策措施，以达到较好的激励效果。

图6 服务支持力度系数对企业开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

图7 服务支持力度系数对学研机构开展关键核心技术

（4）关键核心技术研发成功率对协同创新演化结果的影响。根据约束条件式（14）（15）可求得令分别取0.3、0.5、0.7、0.9，仿真得到的变化对系统演化结果的影响，分别如图8和图9 所示。由仿真结果可知，研发成功率与系统向协同创新方向演化成正向相关关系，研发成功率越高，双方越趋向于选择协同创新策略。同时可以看出，研发成功率的阈值在0.5～0.7 之间，当低于阈值时，企业为了避免更大的损失而趋向于选择“中途背叛”策略；而学研机构虽然对研发失败具有更高的容忍度，但随着企业选择“中途背叛”，学研机构利益受损，因而最终也会选择“中途背叛”策略。因此，产学研双方在合作初始就应基于实际条件确定合理的创新目标和创新策略，使得协同创新的目的更可能达到，从而降低后期由于研发不顺利、成本大幅上升导致合作破裂。

图8 关键核心技术研发成功率对企业开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

图9 关键核心技术研发成功率对学研机构开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

（5）企业对学研机构的研发资助对协同创新演化结果的影响。同样计算方法，可求得令C3分别取1.0、1.5、2.0、3.0，仿真得到C3的变化对系统演化结果的影响，分别如图10和图11所示。根据仿真结果，企业对学研机构的研发资助C3能够促使双方向选择协同创新的策略演化，且研发资助越高，系统向协同创新演化的速度就越快；相对于企业而言，学研机构对研发成本的承受能力较差。因此，企业应在合理评估自身资金压力的情况下给予学研机构一定的研发资助，以分担学研机构的研发成本压力，增加其合作的积极性，从而有效提升协同创新的效率。

图10 企业对学研机构的研发资助对企业开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

图11 企业对学研机构的研发资助对学研机构开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

图12 违约金对企业开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

图13 违约金对学研机构开展关键核心技术协同创新演化结果的影响

5 结论与讨论

5.1 研究结论

本研究运用演化博 弈的理论和方法，探索性构建了产学研协同模式下关键核心技术协同创新的动态演化模型，对企业与学研机构双方博弈过程中系统的稳定性进行分析，重点讨论了影响双方协同创新策略选择的关键因素及其驱动机制，并利用MATLAB 软件进行了仿真验证，得到如下结论：

（1）政府政策支持是关键核心技术协同创新的外部牵引力。政府的成本补贴力度系数、采购资金总额和服务支持力度系数对系统向协同创新演化均呈现出正向作用，但3 种政策措施的影响效果具有差异，成本补贴力度系数和采购资金总额的作用更为直接，可短期内见效，而服务支持力度系数的作用则更具长期性。

（2）成本和收益类因素是关键核心技术协同创新的内在原动力。企业与学研机构的协同创新成本、“搭便车”收益的增加不利于产学研双方的合作，而协同创新收益增量越大，系统越容易往协同创新的方向演化。

（3）技术类因素是关键核心技术协同创新的首要影响力。关键核心技术的研发成功率越大越有利于产学研双方协同创新，而较大的创新深度阻碍博弈双方选择协同创新。

（4）奖惩和利益分配类因素是关键核心技术协同创新的重要推动力。企业对学研机构较高的研发资助能够促进双方的协同创新；较高的违约金、机会损失和声誉损失等因素可以增加双方的违约成本，从而降低发生中途背叛情况的概率；而公平的利益分配机制能够使合作双方都能获得满意的收益，有力保障协同创新系统稳定运行。

5.2 管理启示

基于上述研究结论，得到如下管理启示：

（1）政府作为关键核心技术创新的引导者和支持者，应积极发挥推动关键核心技术协同创新的激励作用，优化政策组合。采取研发成本补贴和政府采购为主、服务支持为辅，多种激励措施相结合的模式，从而充分发挥不同政策手段的激励特性；同时，要注意合理设置激励强度，使其能够达到促进企业和学研机构选择协同创新策略的系统阈值，而又不会让两者对政府支持产生长期依赖。

（2）强化企业创新主体地位，大力支持企业整合科研院所、高等院校力量，牵头组建创新联合体。企业应积极搭建开放式协同创新平台，努力增强创新资源整合效率和创新成果转化水平，从而有效降低产学研协同创新的成本，提高协同创新的收益增量，推动实现互利共赢。此外，企业和学研机构应在共同商议的基础上合理设置创新目标，尽可能增大关键核心技术的研发成功率，避免因研发受阻、成本大幅上升导致协同创新的破裂；若某项技术的攻关难度过大，可以划分多个阶段目标，降低失败风险。

（3）完善关键核心技术协同创新过程中的体制机制设计。应鼓励企业对学研机构的研究活动给予资助和提供场地服务等方面的支持；双方创新主体应在公平的前提下共同制定合理的违约惩罚机制和利益分配机制，以约束双方的非合作行为，满足各创新主体的利益诉求，同时政府应对中途背叛的一方实施额外的惩罚，增加违约的前景损失，如通报批评、将其纳入失信名单并限制其 申请新的政府科研项目等。

5.3 研究不足与展望

目前，关键核心技术创新演化与驱动机制的相关研究较少，本研究进行了尝试性探索，但仍不可避免地存在一些局限：首先，关键核心技术协同创新系统是一个复杂的社会系统，本研究在构建博弈模型的时候，虽然尽可能将所有涉及的相关因素都纳入模型中，但还是可能会有一定程度的遗漏，未来可加强向相关科技企业调研，了解企业在关键核心技术协同创新实践中存在的顾虑和遇到的困难，对模型进一步完善；其次，本研究通过数值仿真方法进一步分析了要素变动下系统的演化机制，并力图使仿真参数的设置合理可靠、能够反映系统的趋势变化，后续研究可使用真实的案例数据进行验证，从而使结论更加具有客观性和科学性。