嵌入工业互联网平台的产业链融通创新演化分析

李 默，万 婕，孙小淇，董 华

(青岛科技大学经济与管理学院，山东青岛 266061)

1 研究背景

构建以创新链和价值链相互融合为特征的现代化产业链，是国家“十四五”规划的重要目标，也是确保国家经济安全、促进国民经济长远发展的关键。其中，如何促进产业链上下游企业之间的协同创新一直是业界与学界关注的问题。由于上下游企业之间的信息不对称、供需不匹配、决策不同步、利益不一致等问题，导致当前的产业链协同创新模式，“协”而不能“融”，“同”而不能“通”，出现合作创新不稳定、效果不够理想等问题［1-2］。

针对当前产业链协同创新、产学研合作创新等创新模式不理想的现实状况，我国政府提出支持科研院所、高校与企业的融通创新［3］。相对于协同创新模式，融通创新模式更加强调企业的主体地位，更加突出合作创新主体之间的动力融合、资源融合、要素畅通、决策畅通［4］。在融通创新系统中，产业链上下游的融通创新是最核心、最基础的子系统［3］，因此，如何促进产业链的融通创新至关重要。

促进产业链上下游企业之间开展融通创新，除了需要体制与机制的创新之外，还应该大力鼓励产业链采纳数字技术、嵌入工业互联网平台生态系统［5］。在第四次工业革命浪潮的推动下，作为信息化与工业化深度融合的产物，工业互联网平台快速发展，为解决产业链上下游协同创新的困局带来了契机，因此，各发达国家均在大力发展工业互联网。

依托物联网技术，工业互联网平台打破时空限制，将设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来［6］。依托云计算、移动互联技术和网络效应，工业互联网平台能有效汇聚关键资源，形成了包含物质资料、生产资料、工具软件等在内的资源池，实现制造业资源的精准对接与高效配置［7］。现有研究表明，工业互联网平台有助于提高产业链上下游协同创新的效率，可为缓解协同创新博弈困局提供支持。循此逻辑，当产业链嵌入工业互联网平台之后，上述工业互联网的诸多特征也极有可能推动产业链上下游企业的融通创新。因此，研究工业互联网平台赋能情境下产业链上下游企业合作创新博弈关系的变化，探讨产业链融通创新中博弈策略的优化，对促进产业链融通同创新，提升我国产业链现代化水平具有重要的现实意义。

在融通创新的概念提出之前，产业链上下游的协同创新问题一直是学界研究的热点［8-10］。产业链协同创新分为横向协同创新、纵向协同创新及产学研协同创新三种模式［11-13］。其中，纵向协同创新也叫链合创新，现有的研究可以分为三类。第一类研究关注了产业链上下游协同创新的作用，此类研究认为产业链上下游协同创新涉及企业间知识、技术、组织和制度的融合，最终会推动全产业链的调整、变革与升级［14-16］。第二类研究着重分析产业链上下游企业间的协同程度，相关研究发现当前产业链上下游各环节间协同创新关联程度较低［17-18］。第三类研究则对影响产业链上下游协同创新的因素进行了探讨，此类研究认为，链合创新的利润是影响产业链上下游协同创新的根本因素［19-20］。有效的利益分配机制是企业积极参与链合创新的保障［21-22］。非正式沟通和正式合同等战略承诺及惩罚机制有助维护协同创新稳定［23-24］。

通过文献梳理发现，关于链合创新的研究中，学者们对工业互联网的关注不足，已有研究尚未充分考虑工业互联网平台赋能背景下，链合创新的关系和策略的变化，以及其影响创新效率的作用机制。在协同创新的另外两种模式中，学者们开始对工业互联网的作用进行了比较深入的探讨。现有研究认为工业互联网平台打破了地域空间、产业及企业边界限制，让分布在不同地域的合作者通过互联网实现数据交互与分享，共同组成了松散网络，实现了跨部门、跨专业、跨地域的创新主体系统［25］；相关研究发现在工业互联网平台赋能下，开展协同创新主体的数量攀升，相互之间关系更加动态、开放，协同创新从线性模式转变为多层的网状模式［26］；相对于与传统的协同创新，基于工业互联网生态系统的协同创新的需求更为清晰，创新资源能快速且准确地对接，资源匹配效率提高，创新产品和服务的需求得以迅速补足［27-28］。

现有关于产业链上下游协同创新的研究中，虽然已经对影响协同创新效果的因素进行了比较详实的分析，但尚未考虑工业互联网平台赋能对产业链上下游协同创新的影响。而关于工业互联网平台对不同主体间协同创新影响的相关研究，却又忽视了工业互联网平台对上下游企业之间动力、资源、能力、决策之间的融通作用，而且很多研究主要以案例研究和定性研究为主［29-31］，缺乏更加深入的探讨。

基于上述现实需求及理论局限，本文聚焦嵌入工业互联网平台的产业链融通创新模式，重点回答如下问题：第一，工业互联网平台如何影响产业链上下游企业融通创新行为。第二，嵌入工业互联网平台的产业链融通创新的博弈行为如何演化。第三，在工业互联网平台环境下，影响产业链上下游融通创新的因素如何发挥作用，其作用效果受到工业互联网平台的何种影响。为此，本文构建演化博弈模型，利用MATLAB 软件对模型进行模拟仿真，运用博弈理论深入分析嵌入工业互联网平台的产业链上下游融通创新演化博弈的过程、影响因素及作用机制，以期完善和补充工业互联网平台相关理论，为提升我国产业链创新能力、加快产业链现代化进程提供决策建议。

2 基本假设与模型建立

工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化、个性化需求而构建的开放化、数据化的专业服务平台［32］，是新一代信息技术与工业化思维、能力、方法和模式深度融合的体现［33］。它通过融合信息化制造、云计算、物联网技术等新兴技术，构建基于云平台的海量数据采集、汇聚、分析服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给与高效配置。

令嵌入工业互联网平台生态的某产业链由上下游两个企业构成，每个企业的决策空间由“参与”与“不参与”产业链融通创新两个策略构成。在此情境下做出如下的假设：

（1）下游企业A 为制造商，为融通创新的需求方。依托工业互联网平台，A 企业可以敏捷准确地获取市场信息和用户个性化需求，提出协同创新需求，选择协同创新伙伴。上游企业B 为供应商，为融通创新的合作方。借助工业互联网平台，B 企业可以响应多个融通创新需求信息，并依据实际情况，做出最佳策略选择。

（2）企业A 选择企业B 为融通创新合作伙伴的概率为x(0 ≤x≤1)，选择与产业链以外的企业开展融通创新的概率为1-x。企业B 响应A 的创新需求，与A 开展融通创新的概率为y(0 ≤y≤1)，与产业链以外的企业开展融通创新的概率为1-y。由此，博弈主体A 和B 对应选择策略的比例组合为{x，1-x；y，1-y}。

（3）工业互联网平台作为信息、资源汇聚的场域，一方面有利于产业链上下游企业之间的充分融通，从而提高各自的创新效率、降低创新成本，另一方面也为某产业链上的企业与其他非产业链上的企业开展合作提供了机会，进而降低了产业链上下游企业之间的黏性，不利于开展产业链的融通创新。即工业互联网在一定程度上对产业链的内部的融通创新具有双刃剑的作用，令工业互联网平台的信息与资源赋能的效应系数为β(0 ≤β≤1)，1+β反映工业互联网平台对产业链融通创新的正向赋能系数，1-β反映工业互联网平台对产业链融通创新的负向赋能系数。对于该嵌入工业互联网平台生态的产业链融通创新模型可以用图1 进行表示。

图1 嵌入工业互联网平台的产业链融通创新

（4）企业A 与企业B 不开展融通创新时，独立创新净收益分别为RA和RB；开展融通创新时，会产生协作创新的超额收益ΔR。超额收益不仅仅受到工业互联网平台赋能系数β的影响，还会受到协同创新成功概率p、A 和B 的利润分配比率l与1-l的影响。随着双方成功合作次数的增多，双方会产生合作黏性，彼此间信任度和默契度都有所增加，进而有利于融通创新超额收益的增加。因此，初始合作黏性u和成功合作的次数n也是影响超额收益的重要因素。如果两个企业选择与非产业链上的企业合作时，产生的机会收益为EA和EB。

（5）产业链融通创新的成本为C，创新成本应由双方共同承担，承担的比例与利益分配比率一致。为了与工业互联网平台对接，双方还需付出工业互联网平台应用成本，分别为和。此外，为限制违约行为带来的利益侵害，当融通创新开展后，一方单独做出背离策略时，需要向另一方支付违约金，违约金系数用h表示。

相关的参数说明如表1 所示。按照上述假设条件，该产业链的融通创新一共存在4 种策略组合：{x，y}、{x，1-y}、{1-x，y}、{1-x，1-y}，各决策主体的收益矩阵如表2 所示。

表1 模型符号及含义

表2 工业互联网平台赋能产业链上下游融通创新博弈收益矩阵

3 产业链融通创新的均衡策略分析

3.1 收益期望函数构建

依据表2 可知，作为下游企业的制造商A 参与、不参与产业链融通创新时的期望收益及平均收益分别为，如式（1）（2）（3）所示。

3.2 复制动态方程的稳定求解

根据上述收益期望函数，发出融通创新邀请的企业A 的演化博弈复制动态方程如式（7）所示，响应融通创新邀请的企业B 的演化博弈复制动态方程如式（8）所示。在此基础上，构建Jacobian 矩阵如式（9）所示。

3.3 策略均衡的稳定性分析

将均衡点P1(1,1)、P2(0,0)、P3(0,1)、P4(1,0)分别带入Jacobian 矩阵，可以求得各均衡点的特征值，如表3 所示。

表3 系统均衡点对应的特征值

依据演化博弈稳定性条件要求，detJ＞0,且trJ＜0，上述均衡点全部特征值为负值时，该均衡点处于演化稳定点(ESS)。

表4 不同情形下系统稳定点及稳定条件分析

该情形说明，对于产业链上下游的两个企业而言，当链内融通创新的收益减去成本，大于自身的其他机会收益和可能付出的违约金之和时，双方更愿意选择链内合作创新，从而促进了产业链的融通创新。由此可知，在实际中，在违约金系数和其他机会收益一定的情况下，若想促使产业链融通创新，可通过提高链内融通创新收益、节约创新成本来实现。根据现有研究可知，嵌入工业互联网平台有助于增加融通创新收益和成本节约具有重要作用。

该情形说明，当融通创新的成本过高，或者中途退出融通创新的违约成本过低，又或者其他机会收益较高可以补偿违约成本时，链内融通创新难以成功。若想打破这一僵局，除了提高违约金之外，更重要的是要有效的降低融通创新成本，提高融通创新成功后的利润，以促进产业链融通创新。

该情形说明，下游企业A 参与链内融通创新的净收益小于其参与链外合作创新的机会收益减去违约成本，即较强的外部机会使其放弃链内融通创新。而上游企业B 的外部机会相对较少，愿意继续留在链内与下游企业合作。此时，若希望推动产业链融通创新，可参考情形1 中的方法，需要通过采取其他措施提高协同创新收益、节约创新成本来推动上下游企业的合作。

这一情形是情形3 的对称情况，其内在原因与处理的措施与情形3 类似，不再赘述。

上述4 种情形的分析表明，只有产业链融通创新对上下游企业而言有利可图，且链内融通创新比其他创新方式更有效时，企业才会选择参与链内融通创新。其中不难发现，影响的变量主要有工业互联网赋能系数，链内融通创新的增加收益，融通创新的成本等。

4 产业链融通创新数值仿真

参考臧欣昱等［34］、薛丽等［35］的参数赋值方法，并根据本文的基本假设及稳定性分析进行模型相关参数的赋值范围及初始值设定，初始赋值情况如表5 所示。同时设定产业链内上下游企业A 与B 初始融通创新的意愿为中立状态，x=0.5，y=0.5。

表5 工业互联网平台赋能下参数初始值设定

根据仿真结果绘制演化示意图，其中横轴坐标表示时间t，纵轴坐标P介于0 至1 之间，表示博弈主体策略选择概率。为了分析比较嵌入工业互联网平台前后，产业链融通创新的演化行为，我们分别考虑有工业互联网平台与无工业互联网平台两种情况。在对没有工业互联网平台赋能情况进行仿真时，工业互联网平台相关参数、、的取值均为0。

4.1 工业互联网平台对链内融通创新的总影响

图2 反映的是工业互联网平台赋能系数 值取0.2、0.4 和0.6 时上下游企业融通创新策略的演化仿真结果。

图2 工业互联网平台赋能系数β 对协同创新的影响

4.2 工业互联网平台通过驱动因素的影响机制

如图3 所示，当产业链嵌入工业互联网平台之后，产业链融通创新主体随着融通创新成功后的超额收益值的增加，合作意愿逐渐强烈，并最终收敛于均衡点(1,1)，实现融通创新。相对而言越大（图中最大值为18），收敛速度越快。

图3 工业互联网平台赋能下 值演化结果

图4 无工业互联网平台赋能下 值演化结果

同理，本文仿真了在有无工业互联网平台参与的情况下，不同的链内融通创新成功的次数、链内融通创新的初始黏性系数、违约金系数对上下游企业选择融通创新行为的影响。仿真结果均显示，这些驱动因素有助于推动产业链的融通创新，而且嵌入工业互联网平台之后比嵌入工业互联网平台之前，这些驱动因素发挥的作用更加明显。综上，工业互联网平台作为驱动因素的“催化剂”，当产业链嵌入工业互联网平台生态之后，更有利于这些促进产业链融通创新的驱动因素发挥作用。

4.3 工业互联网平台通过阻滞因素的影响机制

图5 工业互联网平台赋能下 值演化结果

图6 无工业互联网平台赋能下 值演化结果

4.4 工业互联网平台通过调节因素的影响机制

图7 表示的是工业互联网平台赋能下，利益分配比例l值的改变对融通创新策略组合的仿真结果。l的取值分别为0.6，0.7 和0.8。当有工业互联网平台赋能时，产业链上下游企业的策略选择最终趋近于均衡点(1,1)。但由于l值的增加意味着企业A 的获益增加，企业B 的获益减少，因此在融通创新过程中，随着l的增加，下游企业参与融通创新的意愿逐步增强，上游企业参与融通创新的意愿逐步减弱。

图7 工业互联网平台赋能下 值演化结果

图8表示的是无工业互联网平台参与的情况下，利益比例l值的改变对融通创新策略组合的仿真结果。可见，当l取值为0.6 时，双方均选择了不参与融通创新。当l取值为0.7 和0.8 时，虽然双方在时间区间1～3 内收敛于均衡点(1,1)，但相对于有工业互联网平台参与，双方的选择收敛于均衡点(1,1)的速度明显降低。

图8 无工业互联网平台赋能下 值演化结果

由于利益分配比例也关系到成本分担，随着l的增加，尽管上游企业B 的利益有所下降，但其分担的成本也在降低，因此在一定范围内，上调利益分配比例l，企业B 仍愿意选择参与融通创新，但参与的意愿在逐渐减弱。如图8 所示，在工业互联网平台的加持下，产业链融通创新成本降低，而超额收益却增加了，相同阈值范围内，双方能在更短的时间内达成融通创新合作，即使分配比例较少，上游企业B 仍有利可图，因此双方选择协同创新策略的利益分配比阈值被扩大。

综上分析，产业链嵌入工业互联网平台之后，促使利益分配比在更大的阈值范围内均能实现产业链的融通创新，且在合适阈值内双方选择融通创新策略的速率增强，对推动产业链上下游融通创新的正向影响更为明显。

5 结论与启示

5.1 主要结论

本文构建了嵌入工业互联网平台的产业链上下游企业融通创新演化博弈模型，探讨了工业互联网平台对产业链融通创新的赋能机制。主要研究结论如下：

（1）研究结果验证了工业互联网平台可赋能融通创新，嵌入工业互联网平台有利于推动产业链上下游企业参与融通创新。工业互联网平台嵌入汇聚和贯通了设计、生产及使用的经验数据，实现了网络化协同、资源共享与配置优化，提高了融通创新的效率和成功几率，进而促进融通创新收益的增加和成本的降低，有力推动产业链融通创新，是增强产业链韧性、实现产业链现代化的有效手段。

（2）融通创新超额收益、链内融通创新初始黏性以及违约成本是促进产业链融通创新的驱动因素，并且随着工业互联网平台嵌入程度的增加，驱动因素对产业链融通创新的促进效果会得到不断放大。由于嵌入工业互联网平台能为融通创新的主体提供更多与链外企业合作的机会和可能，资源信息更加透明，合作主体间信息不对称大大降低，融通创新效率得以提升，超额收益有所增加，违约成本也有所提高，从而创新主体会更倾向于选择参与协同。此外，融通创新双方合作前在技术、资金、业务等方面的依赖关系，以及成功合作的经验，对协同意愿也具有重要影响，工业互联网平台嵌入后，双方合作的成功几率和合作频率不断提升，有利于增加合作伙伴间黏性。因此，工业互联网平台嵌入促使驱动因素的作用不断得到增强。

（3）融通创新成本和不参与链内融通创新所获得的机会收益是影响产业链上下游融通创新的阻滞因素，融通创新过程中，创新主体所付出的融通创新成本越高，越不利于协同。工业互联网平台嵌入能有效打破信息沟通屏障，提高资源配置效率，降低融通创新成本，削弱机会收益的负向干扰，进而推动融通创新。此外，尽管工业互联网平台嵌入后，企业融通创新的机会收益会增加，但其在降低创新成本、提高资源配置效率等方面的优势明显，当创新成本下降明显高于机会收益增加时，其对融通创新的阻滞作也将大大降低。因此，工业互联网平台嵌入促使阻滞因素的影响不断降低。

（4）合作主体间利益分配比例具有双向调节作用，嵌入工业互联网平台之后，利益分配比例的调节作用敏感性增强，调节因素发挥积极作用的阈值范围扩大。只有当利益分配比例控制在合适阈值范围内，才能保证协同双方参与融通创新均有利可图，充分调动各方参与协同创新的积极性。由于利益分配比例对协同双方的融通创新超额收益具有调节效应，而嵌入工业互联网平台之后，随着嵌入程度的加深，调节效应得到不断放大，并促使利益分配比例在更大的阈值范围内发挥积极作用。

5.2 管理启示

以上研究也为产业链融通创新管理实践带来一定启示。

（1）政府应重视工业互联网平台对产业链融通创新的积极影响，积极推进工业互联网平台体系建设。一方面，通过系统制定工业互联网平台建设政策，为工业互联网平台建设提供人才、资金、监管和技术等方面的支持和保障；另一方面，通过加大工业互联网平台建设财政补贴力度，鼓励引导产业链龙头企业积极搭平台、建平台，带动吸引链内其他企业上平台、用平台，提升工业互联网平台整体应用水平。

（2）充分发挥政府与平台企业在提高融通创新收益、降低融通创新成本的作用，积极打造健康、共赢、安全、繁荣的工业互联网平台生态。一方面，平台企业应加大服务创新和宣传力度，通过网络外部性吸附各类创新资源和创新主体，共同打造繁荣的生态环境，使得参与主体融通创新的超额收益和初始黏性大大提升。另一方面，不仅要加快工业互联网平台数据安全技术研发，加快企业信息安全和数据安全保障制度的建设，消除企业信息安全顾虑；还要加快供需匹配能力、数字契约技术的建设力度，降低供需双方合作创新的机会成本和合作双方发生机会主义、出现违约行为的概率。此外，政府可积极与平台企业开展合作共建，为企业汇聚更多资源，加快实现各类工业数据贯通，打破“信息孤岛”，为企业提供全方位的综合服务，吸引更多的企业嵌入工业互联网平台，增加融通创新收益和企业合作黏性，形成良好的平台生态，带动产业链企业共同发展，增强产业链韧性，加快实现产业链现代化。

（3）嵌入工业互联网平台的各主体企业，要建立共生、共创和共赢思维，探索科学合理的利益分配机制，确保融通创新超额收益的实现。工业互联网平台的主要功能是集聚众多主体、吸附海量资源，进而提升主体间合作的机会，增加不同资源的相互融合，通过融通创新实现价值共创共赢。平台运营方和参与企业在融通创新过程中，要通过一定的制度设计和契约规范，保证各参与主体的合理利益诉求，在各方利益帕累托改善的基础上，实现利益的公平与合理分配。只有确保利益分配机制的科学有效，才能实现可持续的融通创新。

5.3 理论贡献与局限

本文的理论贡献在于，已有研究大多围绕技术、功能及特性等探讨工业互联网平台的内涵［29-30］以及体制机制对融通创新的影响［3,36］，较少考虑将工业互联网平台与产业链融通创新相结合［37］并研究其对产业链上下游融通创新的作用。本文基于博弈理论，通过建立模型对工业互联网平台赋能的内在逻辑及对产业链融通创新的积极作用进行了探讨和验证，丰富了相关研究，为政府政策制定和企业决策提供理论依据。

本文的研究仍将工业互联网平台作为外部环境要素来探讨，然而在产业链融通创新过程中，工业互联网平台除了作为融通创新的载体，也会通过投入相关技术和资金，作为创新主体参与到融通创新中。后续研究将进一步探讨产业链融通创新过程中，工业互联网平台作为参与者与其他技术创新主体间的相互作用和影响。