电子信息产业集群创新的系统动力学分析

董坤祥　侯文华　甄杰　王萍萍

摘要：在分析电子信息产业集群特征基础上，建立了电子信息产业集群创新的因果关系图和系统动力学模型，并用Vensim PLE对所构建模型进行仿真。采用中国电子信息产业统计年鉴发布的数据对模型有效性进行了验证，结果表明系统动力学模型能够有效模拟电子信息产业集群规模和创新的发展。对模型的调控变量进行灵敏度分析，提出了扩大集群规模和加强集群创新的政策建议。

关键词：电子信息产业；产业集群创新；产业集群规模；系统动力学

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2016.09.02

中图分类号：F062.9；F276.4

文献标识码：A

文章编号：1001-8409（2016）09-0005-06

引言

电子信息产业作为高新技术产业和新兴产业的代表，在拉动国家经济增长、调整产业结构、转变发展方式和保障国家信息安全等方面具有重要作用，已成为衡量国家和地区竞争力及发展水平的重要标志。国务院印发《中国制造2025》，强调要加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，促进我国制造业转型升级，尤其要突出集成电路及专用装备、信息通信设备、操作系统及工业软件等电子信息产业在传统产业升级中的重要作用。

2014年，我国电子信息产品进出口总额达13237亿美元，占全国外贸总额的30.8%。我国是全球重要的消费电子生产基地，多个消费电子产品的产销量位居世界第一，因此我国发展电子信息产业聚集基地具有良好的市场前景。全国各地区已建立的电子科技产业园、高科技产业园等产业集群为发展电子信息产业提供了基础支撑。产业集群作为一种有效的创新组织形式，能够促进集群内电子信息企业之间的竞争与合作，促进集群内企业的创新能力，促使集群产业及相关产业的专业化，加速集群产业的技术进步和创新体系的建立。

电子信息产业作为先导性、战略性和基础性产业，已成为近年来产业发展领域最受关注的热点课题之一。目前，对电子信息产业集群的研究主要集中在电子信息产业集群的演化路径与演化机制、外资、地区环境要素、产业关联等影响集群发展的因素，电子信息产业集群的竞争力，以及创新特征、知识共享和吸收、产学研协同、技术标准化、社会网络等因素对电子信息产业集群创新的影响。这些研究表明，电子信息产业集群的创新已成为产业集群经济和技术经济等领域的重要研究主题。在电子信息产业集群化进程中，各企业通过知识共享、协作研发和技术标准合作组成复杂的集群网络系统。系统动力学从系统整体出发，在系统内部有效地寻找和研究相关影响因素。因此，系统动力学方法适合研究电子信息产业集群的创新及其发展趋势的预测。

综上所述，现有电子信息产业集群创新主要从知识、产学研协同和网络等视角进行实证研究，少量从系统动力学角度分析电子信息产业集群创新的文献也仅从人才与资本、知识共享与转移和产学研协同等角度分析，而鲜有文献探讨知识生成、集群内企业数量、集群营收与集群创新绩效之间的关系。本文与已有电子信息产业集群创新文献的不同之处是：在研究内容上，与描述性分析和实证检验的文献相比，本文在深入分析电子信息产业集群特征基础上，运用系统动力学方法探讨了知识生成、集群内企业数量、集群营收与集群创新绩效之间的关系；在模型仿真上，与系统动力学文献中简单的假设参数模拟不同，本文使用2010～2014年我国电子信息产业统计年鉴的数据对模型有效性进行了检验，并对未来电子信息产业规模进行了科学预测。

1.电子信息产业集群的特征分析

1.1电子信息产业集群的特征

电子信息产业集群是电子信息产业的企业、R&D机构、中介机构和客户通过价值链集群在一起所形成的电子信息产业网络集群。国际上发展比较成熟的电子信息产业集群模式有硅谷模式、班加罗尔模式、中国台湾新竹模式等。我国的集群模式有东莞和昆山电子产业集群，苏州和深圳电子产业集群，以及北京、天津和青岛电子产业集群。电子信息产业集群的特征是：技术创新能力强，资源优势互补；政府在集群发展中具有引导作用；具有规模经济效应和规模报酬递增等特征。在电子信息产业集群中，技术和知识的密集度越高，集群的发展就越快，知识经济就越容易形成与发展。

1.2电子信息产业集群创新的特征

电子信息产业集群创新是在专业化分工和协作的基础上，电子信息产业或相关产业的企业通过地理位置上的集中產生创新集群效应，并获得创新优势的一种创新形式。通过产业集群的形式，电子信息企业之间可以建立长期、稳定的创新协作关系，即在专业化分工和协作的前提下，强调集群中企业间的协同与互动。创新主体包括集群内所有企业、R&D机构和中介机构；电子信息企业通过自组织形式形成地理位置上的集中；通过协同创新获得创新优势。其具有互惠共生、优势互补、互相促进、协同竞争、资源共享以及地理临近等特点。2电子信息产业集群创新的系统动力学模型

由上述分析可知，电子信息产业集群创新具有系统性和非线性等特征。因此，系统动力学是模拟电子信息产业集群创新的有效工具之一。本部分首先对电子信息产业集群中的集群规模（企业数量和集群营收）、集群知识和集群创新的因果关系进行分析，然后构建电子信息产业集群创新的系统动力学流图。

2.1电子信息产业集群的因果关系

本文根据系统动力学理论，结合Jan等、Dangelico等和吴传荣等的系统动力学模型，构建了电子信息产业集群中集群规模、集群知识和集群创新的系统动力学模型。电子信息产业集群中企业规模、集群营收、集群知识和集群创新绩效的因果关系分析如图1。

图1描述了电子信息产业中集群企业数量的因果关系。集群中企业数量是衡量集群规模的重要参数，是形成规模效应的前提条件。在电子信息产业集群中存在正负两个反馈环。其中，正向反馈环显示，集群的基础设施建设和政府政策吸引集群所需的人力资源；人力资源的增加提高了集群创新水平，扩大了市场规模；市场规模的扩大有助于吸引更多企业加入集群，形成良性循环。负向反馈环表明，大量企业的涌入导致集群内竞争加剧，使得企业收益减少，而缩减企业的创新投入。最终，创新不足的企业将被淘汰。当正向反馈的影响较大时，集群内企业数量会逐渐增加，反之则逐渐减少；当正负反馈影响相当时，集群内企业数量则会出现增长极限的情形。

图2描述了集群营收的因果关系。电子信息产业集群的集群营收是衡量产业集群规模的另一个重要指标，不仅是创新效益的晴雨表，还是衡量集群可持续发展的指标。集群营收的因果关系是一个正向反馈环，集群营收规模越大，企业的研发投入越多，从而提高了集群的创新绩效；较高的创新绩效可以增加产品的竞争力，可扩大市场规模，促进集群营收。但是，在市场推动集群发展的同时，由于内外部资源的有限性约束了集群规模和集群营收的增加。因此，在内外资源的约束下，集群R&D投资驱动的市场规模和集群营收不会急剧增加，而是缓慢增加。

图3描述了集群网络知识生成的因果关系。在集群发展演化过程中，集群知识的共享、溢出和积累促进了集群创新绩效。集群网络中的知识量由集群中企业和R&D机构共同贡献。其中，集群知识量主要取决于企业和R&D机构的知识共享量。集群内的关系资本和网络环境促进了企业和R&D机构的共享意愿，并提高了企业和R&D机构知识的共享量；企业和R&D机构的知识吸收能力、学习能力不仅增加了企业和R&D机构的知识存量，还进一步增加了企业和R&D机构的知识共享量。同时，集群知识累积过程中还伴随着知识的遗忘与知识的重复生成。

创新绩效是衡量电子信息产业集群创新的主要指标，创新绩效不仅包括专利数量，还包括创新水平、创新收益等。电子信息产业集群创新绩效的因果关系（见图4）亦存在正负两个反馈环。在正向反馈环中，创新绩效的增加扩大了市场规模，增加了企业收益，促进了企业研发投入。此外，企业研发投入和政府政策有助于吸引高质量的创新人才，提高了创新水平和创新绩效。在负向反馈环中，创新绩效的提升增加了市场模仿者或跟随者的数量，使得产品市场竞争加剧，致使企业收益和研发投入减少，迫使一些创新不足的小型企业或研发机构退出市场，降低了集群内企业绩效和创新水平。集群创新绩效和集群营收之间相互促进又互相制约。随着集群营收的增加，集群内企业数量和研发投入增加，进而促进了集群创新绩效和集群知识量。同时，集群营收的增加会不断吸引相关企业进入，并促进集群规模的持续增长。

3.模型仿真与结果分析

本部分首先利用电子信息产业统计年鉴的数据对模型的有效性进行验证，然后应用Vensim PLE软件对电子信息产业集群创新系统进行仿真及灵敏度分析。

3.1历史依据检验

本文使用2010～2014年中国电子信息产业统计年鉴的规模以上电子信息产业制造业数据对模型有效性进行验证，并预测我国电子信息产业的发展趋势。使用计算模拟值与真实值的相对误差来衡量模型的有效性，即ei=（yi-yi）/yi，其中ei为相对误差，yi为模拟值，yi为真实值。通过模拟值和真实值对比，得到2010～2014年我国电子信息产业集群制造业企业数量和营收的仿真结果，如表1所示。

由结果可知大部分数据的误差在10%以内，个别年份较大的误差是因部分数据缺失和估算精度造成，说明所构建的系统动力学模型能准确反映我国电子信息产业集群的发展情况。根据表1的数据和公式F=[y2015×（1-e），y2015×（1+e）]，其中F是预测值的范围，；是预测误差的均值，对2015年我国规模以上电子信息产业制造业的企业数量和营收进行预测，得到：2015年我国规模以上电子信息产业制造业企业数量的范围是[23243，24662]家；规模以上电子信息产业制造业营收范围是[14.24，14.72]万亿元。由表1可知，虽然企业数量同比增长速度放缓，但是营收的同比增长速度加快，说明我国电子信息产业的内部升级改造效果显现。

3.2灵敏度分析

根据电子信息产业集群创新系统动力学模型，将政府投入、政府政策和外部资本投入三个变量作为调控变量，并设置不同的参数值，分析其对电子信息产业集群规模和创新的影响。希望通过对调控变量的灵敏度分析，为扩大电子信息产业集群规模、提高电子信息产业创新能力提供有效的决策支持和参考。

由图6可知，政府加大基础设施投入能够激励更多的企业加入产业集群。虽然政府发布利好政策以及增加外部资本投入也有助于增加产业集群中企业数量，但是均没有政府直接投入的作用明显。增加外部资本投入能显著减少企业的淘汰率，并且外部资本投入的增加以及政府的利好政策均有助于提高集群营收。此外，政府利好政策对集群营收增加率有显著推动作用，但政府投入却加速了集群营收的减少率，说明政府政策有助于开拓市场规模，但政府投入加剧了市场竞争。长期看来，政府发布利好政策以及外部资本的投入均有助于扩大市场规模。因此，为了增加电子信息产业集群的营收和企业数量，政府应适时发布相关支持政策，并引导外部资本投入集群，激励企业和R&D机构的创新及新市场的开拓，促进电子信息产业集群的发展。

图7显示，虽然增加外部资本的投入对集群创新的绩效没有影响，但增加政府投入和政府利好政策均有助于提高集群的创新绩效，并且政府利好政策对集群创新绩效增加率有显著的推动作用。此外，政府发布利好政策和投入外部资本均可增加集群的创新水平。因此，政府在发布利好政策的同时，应积极投入资金促进电子信息产业的发展。同时，在“一带一路”政策下，电子信息产业在引入外部资本时，应平衡西部落后地区电子信息产业集群的创新和发展水平，优化西部地区政府投入和外部资本投入结构，提高西部电子信息产业集群的创新绩效。

综上所述，相比其他变量，政府利好政策虽然短期内影响不显著；但是从长期来看，政府政策对推动集群创新和增加集群规模有显著作用，且更具有可持續性。由电子信息产业的特点可知，R&D机构是电子信息产业集群创新及知识的主要来源，故探讨R&D机构数量是如何影响电子信息产业集群规模及其创新，结果如图8所示。

由图8可知，增加R&D机构数量时，除集群中企业数量变化与政府发布利好政策无差异外，电子信息产业集群的集群营收、创新绩效和创新水平均大于政府发布利好政策。说明R&D机构是整个电子信息产业集群规模和创新的源动力，比政府利好政策具有更显著的推动作用和可持续性。总结上述分析可以得到：（1）对于我国电子信息产业集群规模与创新，政府发布相关利好政策要比直接投资具有更好的效果；吸引外部投资也是推动电子信息产业创新及扩大规模的手段之一。（2）在发展电子信息产业集群时，应增加R&D机构的数量，R&D机构数量越多，集群创新水平和创新绩效越高，越能吸引更多的相关企业进驻产业集群。

4.结束语

本文构建了电子信息产业集群创新系统动力学模型，希望通过定性与定量相结合的方式，发现电子信息产业集群创新的发展动力，并在此基础上提出扩大电子信息产业集群规模、提高电子信息产业集群创新绩效的政策建议。结合分析结果，针对我国电子信息产业集群现状提出以下政策建议：（1）增加政策性支持和政府投入。政府增加固定资产的投资有助于集群内企业数量的增加；而政府发布利好政策要比政府增加投资更能刺激产业集群各项指标的增长。尤其从长远来看，政府政策支持更能体现其在扩大集群规模、提高创新绩效上的作用。因此，《中国制造2025》等政策文件必将促进我国电子信息产业集群新一轮的发展。（2）优化政府投入与外部资本投入结构。政府投入和外部资本投入均能提高电子信息产业集群的指标。然而，如何优化投入结构、最大化产业集群规模和创新绩效已成为关键问题。据2014年统计，内资企业完成投资9986亿元，外资投资情况仍不稳定。因此，要积极引导政府投入和外部资本投入的流向，同时兼顾东西部协同发展。（3）增加电子信息产业集群中R&D机构数量。良好的集群创新环境可吸引R&D机构入驻，易形成R&D机构之间的创新联盟。创新联盟的增长不仅能提高集群创新绩效，还能促进整个产业集群的快速发展。