国家创新能力形成的系统动力学模型及应用_刘凤朝

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
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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
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 Figure 1 the basic assumptions of formation mechanism of National Innovative Capacity
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”） 。
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。
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。
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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
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
2. 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。在系统动力学模型构建之前， 首先针对 研 究 问 题 选 取 变 量，并 运 用 径 向 基 神 经网络方 法 对 环 境 模 块、创 新 活 动 的 载 体 模 块 中的要素与创新成果模块表征要素之间关系的 假设进行检验。
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。Leabharlann Baidu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，Alberto 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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
第 32 卷 第 8 期 2011 年 8 月
科研管理 Science Research Management
文章编号：1000 － 2995（2011）08 － 009 － 0017
Vol． 32，No． 8 August， 2011
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）
中图分类号： F204
文献标识码：A
1 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
（ 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。