国家创新能力形成的系统动力学模型及应用_刘凤朝

第32卷第8期2011年8月科研管理Science Research Management Vol．32，No．8August ，2011收稿日期：2009－07－30；修回日期：2010－04－28．基金项目：国家自然科学基金项目“国家创新能力形成机理与中国路径选择”，编号（70973012），期限：2010．1－2012．12；国家自然科学基金项目“政府R＆D 投入绩效分析的理论模型及其应用研究”，编号（70773014），期限：2008．1－2010．12。

作者简介：刘凤朝（1954－），男，吉林通化人，教授，博士生导师，主要从事科技评价与科技政策研究。

冯婷婷（1984－），女，辽宁大连人，大连理工大学经济系硕士研究生，研究方向为创新体系分析。

文章编号：1000－2995（2011）08－009－0017国家创新能力形成的系统动力学模型及应用刘凤朝1，冯婷婷2（1.大连理工大学管理学院，辽宁大连116024；2.大连理工大学经济系，辽宁大连116024）摘要：本文从分析国家创新能力形成机理入手，建立基于过程导向的国家创新能力概念框架。

首先，通过将国家创新体系划分为载体、环境和成果三个子功能模块，绘制国家创新体系各要素间的一般因果关系图。

其次，运用径向基神经网络模型对各个功能模块之间关系的基本假设进行检验，并在此基础上建立以政府政策对创新成果影响为主线的系统动力学模型。

最后，通过向创新系统内输入延时、脉冲、阶跃函数，进一步探讨政府科技投入、人才培养、知识产权保护以及税收优惠等对国家创新体系产出的影响。

关键词：国家创新能力；神经网络；系统动力学中图分类号：F204文献标识码：A1引言国家创新能力是衡量创新型国家建设进程的核心指标，然而，与美国、日本等创新型国家比较，中国国家创新能力相对薄弱。

以OECD 为代表的国际组织测度结果显示，中国国家创新能力构成要素长期处于不均衡发展态势［1，2，3］，创新环境（体制、机制、基础设施等）建设滞后已成为制约中国国家创新能力提升的瓶颈。

包括中国在内的许多国家都已认识到，制度安排、战略调整、科技投入、基础设施建设等作为国家创新体系的构成要素是提升国家创新能力的关键所在，相关研究也已经积累了丰富的文献。

1.1国家创新能力综合测度研究国家创新能力综合测度研究是国家创新体系研究的重要分支，也是国家创新能力形成机理分析的理论生长点。

由于国家创新能力测度需要跨国数据的收集和综合比较，因此国际组织具有明显的研究优势。

1997年，OECD 出台了《科学、技术和工业：记分牌和指标1997》研究报告［1，2］，提供了一个对OECD 成员国科学、技术和产业活动绩效进行比较的分析框架。

2000年，欧盟创新政策研究中心制定了《欧洲创新记分牌》［3，4，5］，提供监测欧盟科技进步的指标体系。

此外，世界经济论坛（WEF ）的ICI 指数［6］，瑞士洛桑国际管理学院（IMD ）的CST 指数［7］，联合国开发计划署（UNDP ）的TAI指数［8］以及世界银行（WB ）的KEI 指数［9］，联合国工业发展组织（UNIDO ）的CIP 指数［10］等都从不同角度提出了国家创新能力测度方案。

阿齐布吉和和柯克（Daniele Archibugi ，Alber-to Coco ）［11］借鉴了UNDP 的TAI 指数和UNIDO 的CIP 指数，提出了用于区分发达国家和发展中国家创新能力差异的新指标。

阿齐布吉和柯克（Daniele Archibugi ，Alberto Coco ）［12］还将柯克与·18·科研管理2011年WEF、UNDP、UNIDO等测度方法及其结果进行了详细比较分析，结果表明不同的测度方案之间存在显著差异。

卡特里希（Fulvio Castellacci）［13］研究的重点不在于建立国家创新能力测度的指标体系，而是在国家创新能力测度基础上对结果进行深入的数量分析。

1.2国家创新能力理论模型研究20世纪90年代末，费尔曼、波特和斯特恩（FP＆S）（Jeffrey L.Furman，Michael E.Porter，Scott Stern）［14－16］基于国家创新能力的概念建立了一个全新的框架，运用该框架分析了国家层面创新强度的影响要素，检验了国际专利申请和国家创新能力其他相关变量之间的关系。

FP＆S的主要贡献是：第一，在创新能力理论、国家竞争优势理论和国家创新体系理论的基础上界定了国家创新能力的概念，强调对于国家而言其创新成果世界新颖（“new－to－the－world”）的重要性；第二，认为公共创新基础设施、集群环境以及两者之间的联系是影响国家创新能力的重要因素。

FP＆S的国家创新能力分析框架是对OECD研究成果的深化。

2005年胡和马休斯（Mei－Chih Hu，John A. Mathews）［17］以东亚5个后发国家为样本重新整理了FP＆S方法，收集了可比的时间序列数据，研究结果和FP＆S的发现具有相似之处。

2007年M＆J［18］重点研究了台湾的大学和研究机构对台湾地区创新能力的影响。

胡和马休斯的工作是在波特等人基础上的深化和拓展，并且提出了不同的观点。

2005年M＆J 提出国家创新能力是国家持续创新活动的制度潜能，强调创新的持续性以及制度对创新能力形成的重要性。

2007年又对波特等人的概念进行了修正，认为衡量技术领先国家和技术落后国家的创新（能力）的标准应该存在差异，前者为世界新颖（“new－to－the－world”），后者为国家新颖（“new－to－the－country”）。

FP＆S和M＆J为后来的国家创新能力研究提供了理论模型，并被学者们［19，20，21］广泛应用。

1.3当前研究存在的主要问题（1）国家创新能力的概念框架是构建国家创新能力测度指标体系的基础，也是国家创新能力形成机理分析的理论前提。

然而，现有的国家创新能力概念框架是通过要素罗列的方式建立起来的，国家的体制、政策乃至经费和人力投入等作为国家创新能力的驱动要素，其作用已体现在论文和专利产出的变化之中，但在指标叠加的测度范式下，它们却被作为独立要素纳入到计算结果之中。

将这一概念框架移植到国家创新能力形成机理分析研究领域时，便陷入了“用能力解释能力”的困境。

因此，需要在现有国家创新能力测度研究的基础上，根据国家创新能力形成机理研究的特点，提出具有普遍意义的国家创新能力概念框架，以便为国家创新能力测度和形成机理分析提供科学的概念基础。

（2）尽管包括中国在内的许多国家都已认识到，制度安排、战略调整、科技投入、基础设施建设等作为国家创新体系的构成要素是提升国家创新能力的关键所在，但是这些不同的作用要素哪些是决定创新体系运行的关键因素？它们在创新体系运行中呈现何种动态关系？各自的作用效果如何？学术界并未给出明确的答案。

然而，这些问题的解决对于中国国家创新能力提升的战略与对策设计却具有极为重要的现实意义。

有鉴于此，本文首先建立过程导向的国家创新能力概念框架，并以此为基础结合动态分析方法和计算机仿真技术，验证投入要素中哪些是决定创新体系运行的关键变量，它们之间是如何相互促进或者牵制等问题。

既从微观层次上探讨各个要素的作用情况，又从宏观角度揭示国家创新能力的内在机理，实现该研究从静态测度向动态分析的跨越，为中国建设创新型国家的实践提供有力的理论支撑。

2分析方法与模型构建2.1分析方法国家创新体系作为国家创新能力形成的载体是由各种要素通过多重因果反馈构成的复杂网络，这种结构和运行关系决定了一般的数学工具难以处理此类问题。

国家创新体系的某些驱动要素在现实研究中很难找到与其匹配的系统数据，因此，必须将其作为过程变量，纳入到模型体系之中，通过其对输入变量功能的传递效应影响系统的输出。

第8期刘凤朝，冯婷婷：国家创新能力形成的系统动力学模型及应用·19·系统动力学主要研究的是社会系统，其又可分为人口、资源、能源、环境、经济、管理等子系统。

本文所研究的国家创新体系属于科技系统，而科技系统是经济管理系统的一个子系统，属于系统动力学可研究对象之列。

社会系统和一般系统的区别在于社会系统中政策环境起到决定性作用，由于政策改变导致原因要素改变作用方向和力度，或者造成作用延迟。

因此，决定了系统的非线性特征，从而导致了从数量关系上看，原因对于结果的作用不明显。

这种不明显主要体现在结果要素对于原因要素在时间上的滞后性、非线性、结果出现的无规律性。

这种滞后性、非线性、结果出现无规律性特征同样也存在于国家创新体系中，而系统动力学正是解决这种系统非线性特征来自要素间相互作用及多重反馈问题的有效途径。

2.2模型构建2.2.1国家创新能力形成机理分析的概念框架绘制国家创新体系运行因果关系图是建立系统动力学模型的重要环节，要理清国家创新体系运行的因果关系，必须对其构成要素进行功能划分。

笔者在分析国家创新体系运行关系的基础上，将其构成要素划分为载体、环境和成果三个功能模块：载体模块包括创新人员、研发经费和创新的社会组织；环境模块是创新活动的社会支持；产出模块是指创新活动成果。

2.2.2基本假设与一般因果关系的确立在概念模型构建的基础上，对各功能模块之间的关系以及功能模块内部结构要素之间的作用关系进行初步分析，提出国家创新能力形成机理的两组基本假设（如图1所示），第一组是关于功能模块间作用关系的假设，即国家创新体系的环境模块、创新活动的载体模块以及创新成果模块之间作用关系的假设；第二组是关于要素间作用关系的假设，即环境、载体两个功能模块的构成要素对创新成果要素影响的假设。

若要验证假设的真实性，必须运用数据和一些统计方法，然而脱离系统特点的测算往往缺乏可信性。

因此，笔者根据国家创新能力形成机理分析的概念框架，建立国家创新体系运行的一般因果关系图，如图2所示。

然后根据一般因果关系图、中国国家创新体系的特点以及所要研究的问题，选取指标，运用径向基神经网络方法对部分假设进行检验，确定合适指标，绘制反映中国国家创新体系运行的系统动力学流图。

图1国家创新能力形成机理的基本假设Figure1the basic assumptions of formation mechanism of Na-tional Innovative Capacity2.2.3基本假设检验以及流图的构建系统动力学建模原理强调一个“明确”和三个“面向”，即明确目的、面向问题、面向过程、面向应用。

由于研究目的不同，针对同一个系统构建的系统动力学模型可能不同。

国家创新体系的本质是社会基本经济制度创新，政府是制度创新的推进主体。

因此，笔者构建的系统动力学模型拟以政府的制度构建对创新成果的影响为主线展开，观察政府科技资金投入、人才培养和知识产权保护、税收优惠等方面政策法规的实施对创新产出的影响。