公共产品技术创新两阶段研发竞赛机制设计

王 露

(江苏海洋大学 商学院,江苏 连云港 222005)

一、引言

党的十九大报告明确指出“我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段”。推动高质量发展是当今的发展思路,而创新是引领发展的第一动力,是推动高质量发展的关键驱动力。当前,科学技术迅猛发展,技术创新不仅是企业增强竞争力的关键手段,也是公共部门在国防、基础设施建设、公共医疗卫生、环保等公共领域提升公共服务水平的重要途径。因此,技术创新不仅有服务于私人产品的企业技术创新,还有围绕公共产品的公共产品技术创新。公共产品技术创新,即指公共部门(包含政府和政府直属单位)根据社会公共需求,研发和应用各种新知识和先进技术,开发新的公共产品,以更高的效率、更低的消耗提供更优质的公共服务,产生良好社会效益[1]。例如,疫苗研发、载人航天、青藏铁路、北斗卫星导航、歼20战斗机等重大科技创新工程均属于公共产品技术创新范畴。

公共部门是公共产品的供给者,也是公共产品技术创新主体,但是在公共产品技术创新的过程中,公共部门可以采购企业拥有的各种技术,或者委托有实力的企业进行研发[2],积极利用企业的研发力量,这不仅有利于缩短公共产品的技术研发周期,提高公共产品的技术创新水平及公共服务水平,还可以提升企业技术研发能力。例如,在武器装备等国防产品的研发和生产过程中,充分利用了企业拥有的技术及研发力量,实现军民融合,既提升了国防产品的技术创新水平,又增强了企业的技术创新能力。

对于某项公共产品技术创新研发项目,公共部门委托企业进行研发,由于研发成果的不确定性,企业的资源投入和努力水平难以观察,尤其是知识、技术、人力资本等知识性资源具有无形性和难以度量性等,企业会产生降低努力程度、研发投入不足的道德风险问题,公共部门需要设计激励机制来解决企业研发投入不足的道德风险问题。如果研发成果是可以验证的,上述道德风险问题可以在激励理论的标准委托—代理框架中分析和解决。而当研发成果具有不可验证性时,委托代理契约就是不完全的,单独的委托机制则是帕累托无效的,需要引入竞争机制来解决该问题,主要形式是研发竞赛[3],研发竞赛作为一种有效的技术获取方式,在公共产品技术创新中得到了较多应用。例如,美国国防部为研发“联合攻击战斗机”(JSF)而在各大飞机制造企业之间举办研发竞赛。

目前关于研发竞赛的研究主要集中在两个方面:一是竞赛奖励的分配和支付;二是竞赛者数量的优化。研发竞赛的奖励可以分为预先固定奖金和竞价奖励两种。Fullerton等[4]、Che等[5]认为,竞价奖励可以减少信息租金,并且增加了竞争激烈程度,因此竞价奖励优于预先固定奖金。Schottner[6]考虑了创新的不确定性,研究认为竞价奖励会给获胜企业高额租金,所以研发竞赛的组织者应该选择固定奖金竞赛。与预先固定奖金竞赛相比,竞价奖励竞赛的周期更长、操作复杂、实用性较差,所以固定奖金竞赛是在开放式创新实践中采用最多的奖励机制[7]。关于竞赛者数量的优化,Taylor[8]指出,随着研发竞赛参赛者数量的增加,参赛者的获胜概率会减少,因此会减少投入或者降低努力程度。但Boudreau等[9]研究认为,对于高度不确定性的创新问题,研发竞赛组织者可以通过增加参赛者数量来提高研发成果的多样化。Andreoni等[10]考虑了研发竞赛中参赛者的能力差异,研究表明随着参赛者数量的增加,低能力参赛者的努力会降低,而高能力参赛者的努力则会增加,这可以增加研发竞赛的激励程度,但也会增加竞赛组织者的组织成本。由此可见,参赛者数量对于研发竞赛的绩效有很大影响,进而将会影响公共部门技术获取的研发竞赛机制设计。

同时,公共部门作为社会管理者,还需要考虑整个社会的福利剩余,即要追求社会福利最大化[11],由于研发努力为沉没成本,如果参赛企业很多时,会造成社会资源的浪费、社会福利的损失,为了避免过度竞争带来的无效率,需要限制参赛者数量,从众多企业中挑选出少量研发能力强的企业参赛。然而,企业的研发能力是其私人信息,存在信息不对称,某些研发能力弱、履约能力差的企业存在谎报自己能力的可能。对公共部门而言,这就会产生如何挑选合适研发企业参加研发竞赛的逆向选择问题。

因此,公共部门在公共产品技术创新的技术获取过程中,同时存在逆向选择和道德风险问题,关于研发竞赛机制的研究,通常分别考虑其筛选或者激励功能,分别解决逆向选择或者道德风险问题,而很少将这两种功能结合起来。本文旨在优化一种两阶段的研发竞赛机制,以期望能够同时解决上述逆向选择和道德风险问题,并且在达到公共部门期望收益最大化的同时,尽可能减少社会成本,实现社会福利最大化。

二、机制设计和模型假设

首先,分析企业的研发能力是其私有信息的逆向选择问题。因为高能力的研发企业可以以相同的研发成本得到更高质量的研发成果或者以更小的研发成本得到相同的研发成果和竞赛奖金,所以当公共部门宣布一个公共产品技术创新研发项目时,高能力的研发企业对项目的估价会高于低能力研发企业对项目的估价,因此可以考虑通过参赛费预选拍卖机制选出能力最高的研发企业参与研发。根据拍卖理论的基本原理,当投标者是风险中性,满足对称、独立的私人估价(SIPV)假设时,投标者的均衡投标函数会随着其估价的递增而递增[12]。因此,挑选高能力研发企业的逆向选择问题可以通过一个第一价格密封拍卖机制、第二价格(统一价格)密封拍卖机制或者是全支付拍卖机制来解决,其中统一价格密封拍卖机制最易实施和操作,故本文考虑该拍卖机制。

接下来,考虑企业研发努力不可观察的道德风险问题。通过参赛费预选拍卖机制选拔出高能力研发企业参与研发后,由于仍然存在道德风险问题,需要再次引入竞争。因此,在第一阶段预选拍卖阶段,应该选出两个或两个以上的研发企业来参与研发。被选出的企业参与第二阶段公共部门组织的研发竞赛,公共部门选出提交最高质量研发成果的研发企业作为最后的胜利者,由于竞争的存在,参赛企业会选择最优的研发努力,从而解决了道德风险问题。

为解决逆向选择问题和道德风险问题,设计两阶段的研发竞赛机制,作如下假设。

假设1：有N个企业参与第一阶段的参赛费预选拍卖,其中前n高竞价的企业进入第二阶段的研发竞赛。

假设2：企业i第一阶段的参赛费报价为Bi,i=1,2,…,N,令B1>B2>…>BN,即B1为N个报价中最高报价,依次类推。统一价格参赛费预选拍卖中,报价前n高的企业进入研发竞赛,参赛企业交纳参赛费Bn+1。

假设3：如果企业进入第二阶段的研发竞赛,付出非负的努力xi时,研发成果质量水平为h(xi)=θlnxi[8],其中,θ为企业研发努力的效用系数,h′>0,h″<0。

假设5：公共部门提供固定奖金P。

两阶段研发竞赛机制的具体步骤为:

第一步,公共部门宣布公共产品技术创新研发项目,确定技术研发目标和固定奖金P;

第二步,采用统一价格拍卖的方式对参赛费进行竞价,公共部门根据企业的竞价从N个企业中,选出前n高竞价的企业进入研发竞赛,参赛企业交纳第n+1高竞价的参赛费;

第三步,进入研发竞赛的n个企业选择自身最优的研发努力水平进行研发;

第四步,研发成果实现,公共部门从所有研发主体提交的成果中选择最大效用的研发主体作为最后的胜利者。其中,第一步和第二步解决的是逆向选择的问题,第三步和第四步解决的是道德风险和成果不可验证的问题。

三、企业的均衡决策

(一) 研发竞赛阶段的均衡

采用逆向归纳法,假设企业i进入第二阶段的研发竞赛,则他需要决策努力水平xi,以最大化自己的期望利润,其决策问题可以表示为

(1)

假设除企业i外,所有竞赛企业均采用对称的努力函数g(t),g(t)是严格递增可微函数,即能力越高的企业,努力水平越高,g(t)存在反函数g-1(·)，即

Pr{h(xi)>h(xj),j=1,…,i-1,i+1,…,n}
=Pr{h(g(tj))=Fn-1(g-1(xi))

(2)

研发竞赛阶段企业i的均衡研发努力为

(3)

第二阶段企业i的均衡利润为

结论1：在研发竞赛阶段,研发能力越强的企业付出的均衡研发努力水平越高,从而研发成果质量水平越高,因此获胜的概率越大;同时,企业研发能力越强则其单位研发努力成本越低,从而研发能力越强的企业,获得的均衡期望利润也就越高。

结论1是第一阶段通过参赛费预选拍卖机制能有效挑选出研发能力最强的企业的前提和基础,接下来设计第一阶段的预选拍卖机制并分析其有效性。

(二) 预选拍卖阶段的均衡

第一阶段,采用统一价格参赛费预选拍卖从N个企业中挑选出n个企业参加研发竞赛,即,报价最高的前n个企业获得参赛资格,其须支付第n+1高的企业报价作为参赛费,即交纳参赛费Bn+1。

假设有N个企业参加参赛费竞价拍卖,则该阶段企业i的期望利润为

四、公共部门的均衡决策

公共部门以社会福利最大化为目标来做出研发竞赛的相关决策,社会福利函数为

(4)

车站的防水质量问题主要体现在以下方面：（1）车站主体结构渗漏，主要体现在车站的侧墙、顶板位置的结构混凝土表面有渗漏现象，会出现水珠；（2）车站施工缝处存在渗漏现象，洪运路站施工缝渗漏主要体现在车站侧墙的底部以及顶部、顶板，分二次进行浇筑，因此，施工期间产生的施工缝易产生严重的泄露；（3）车站变形缝处渗漏。洪运路站变形缝是为了引导结构变形设置的施工缝，此处是洪运路站主要渗漏部位，也是最易出现渗漏的部位，即整个车站主体结构和“三缝”易发生渗漏现象。

(5)

其中，E[h(x)max]为获得的研发成果最高质量水平,FN(t)为所有N个企业中,具有最强研发能力企业的能力参数分布函数。

将(3)式和(5)式代入(4)式,可得社会福利函数的具体表达式为

(6)

公共部门以社会福利最大化为目标,根据一阶条件,以(6)式对P求导,可以得到公共部门的均衡决策P*,即公共部门提供的最优奖金额;以(6)式对n求导,可以得到公共部门的均衡决策n*,即在第一阶段预选拍卖阶段挑选出来参加第二阶段研发竞赛阶段的企业数。

由于该模型的复杂性,分析抽象函数下的企业和公共部门的均衡决策比较困难,难以发现管理意义。因此,通过算例分析,把企业能力分布函数形式具体化,便于分析。

五、算例分析

(7)

由(7)式,得

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

将(11)式和(12)式代入社会福利函数，可得

(13)

由(13)式P*对θ和n求偏导,可得

(14)

(15)

由(14)式可得,研发竞赛中公共部门的最优奖励与企业研发努力的效用系数成正比,研发努力的效用系数越大,边际研发努力水平对提高研发成果质量水平的作用越大,则越应该增加奖金额度以激励企业提高努力水平从而获得更高质量水平的研发成果。由(15)式可得,公共部门的最优奖励与进入第二阶段研发竞赛参赛企业数成反比,进入第二阶段研发竞赛的企业越少,最优奖金额越高,且上文分析中指出参赛企业的均衡研发努力水平与研发竞赛的奖金数额成正比,所以进入第二阶段研发竞赛的企业越少,奖金数额也就越大,从而参赛企业的均衡研发努力水平也越大,相应的研发成果质量水平也就越高。

由此,可以得到有关公共部门均衡决策的结论3。

通过分析可知,本文设计的两阶段研发竞赛机制如下。

第二阶段,研发能力最强和次强的两家企业开展研发竞赛,由于仍然保持竞争性,因此可以解决道德风险问题,两家企业投入最优研发努力,获得最优研发成果,同时由于已优化了参赛者数量并已选出合适的参赛企业,则最小化了社会资源浪费,最大化了社会福利。所以,该两阶段研发竞赛机制是有效的。

六、案例:美国国防采办的研发竞赛机制

为规范管理美国国防采办,美国国防部于1971年制定了第一个国防采办指令性文件DoDD5000.01,随后又不断依据国防采办的实践和技术进步进行修改,至今一共公布了九个修订版本,最新版本DoDI5000.02于2017年公布。依据DoDI5000.02文件,美国国防采办的设计竞争模式大致流程可概括为[15-16]:第一阶段,美国国防部根据国防采办计划,定期向社会发布国防采办项目,有意愿参加国防采办项目的公司,或单独、或联合向美国国防部提交体现自身水平的竞争方案参与国防采办计划，美国国防部对各个厂家所提交的竞争方案进行详细评估,并依据方案质量进行定级,然后从中挑选出两个评估得分最高的厂家进入下一阶段;第二阶段,两家被挑选出的企业按照竞争方案,在美国国防部的支持下开展创新研发和试生产,美国国防部根据创新研发装备的性能选出最终的优胜企业,与其签订生产合同进行装备量产、备件采购、维修服务和人员培训等。

美国国防部于1995年开始开展的JSF(Joint Strike Fighter 联合攻击战斗机)计划,成为美国国防采购史上最大的一笔订单[17]。JSF计划从项目开始便采用研发竞赛机制。

第一阶段,美国国防部于1995年12月发布关于开展JSF项目的计划方案征询书,并于1996年3月公布正式方案。该方案吸引了洛克希德马丁公司、波音公司等众多厂商的参与,他们依据项目计划和自身研发能力提出各自的竞争方案。美国国防部对各厂商的竞争方案进行评估,经过一系列的方案评比与试验,最终挑选出洛克希德·马丁公司和波音公司作为优胜企业。美国国防部分别支付两家优胜企业6.6亿美元用于开展前期研发工作,至此JSF计划进入方案验证阶段。

该阶段相当于本文设计的两阶段研发竞赛机制中的第一阶段,各厂商根据项目计划和自身研发能力提出的竞争方案相当于本文设计机制中的参赛费报价,通过对竞争方案的评估,挑选出研发能力最强和次强的两家企业,从而解决逆向选择问题,挑选出合适的企业进入下一阶段的研发竞赛。

第二阶段,洛克希德马丁公司联合诺斯罗普格鲁门公司和英国航宇公司，波音公司联合麦道公司分别开展装备研发和样机试制。两家企业分别制造了两架验证机型(一架为常规起降机型，另一架为短距起飞/垂直降落机型),验证机型经过51个月的方案验证竞争,洛克希德马丁公司的X-35机型战胜波音公司的X-32机型,成为美国国防部JSF计划最终机型F-35。至此,洛克希德马丁公司作为最终的优胜企业,顺利成为JSF计划的主合同商。2001年10月开始,F-35战机进入工程和制造发展阶段。

该阶段相当于本文设计的两阶段研发竞赛机制中的第二阶段,研发能力最强和次强的两家企业(或者企业联合体)开展研发竞赛,由于保持竞争性,两家企业均投入最优研发努力,获得最优研发成果,以期能赢得研发竞赛,从而解决了投入不足的道德风险问题。

从JSF项目计划发布开始到F-35战机确定机型投产,整个过程与本文所设计的两阶段研发竞赛机制相符,从而验证了本文两阶段研发竞赛机制在公共产品技术创新领域的可行性和优越性。

七、结语

公共产品技术创新的技术获取过程中,由于研发成果的不确定性,企业研发投入行为的难以观察性等,企业会产生研发投入不足的道德风险问题,而当研发成果具有不可验证性时,一般的委托代理契约是不完全的,这时需要引入竞争机制来解决该问题,主要形式是研发竞赛。同时,公共部门作为社会管理者,还需要考虑整个社会的福利剩余,即要追求社会福利最大化,由于研发努力为沉没成本,如果参赛企业很多时,会造成社会资源的浪费,为避免过度竞争带来的无效率,需要限制参赛者数量,挑选出高能力的研发企业参赛。当研发企业的研发能力是企业的私人信息时,对公共部门而言就会产生如何挑选合适研发企业参赛的逆向选择问题。因此,公共部门在公共产品技术创新的技术获取过程中,同时存在逆向选择和道德风险问题。本文设计了一种两阶段研发竞赛机制,第一阶段,公共部门宣布研发竞赛奖金额,同时宣布将选择两家企业参加第二阶段的研发竞赛,通过统一价格参赛费预选拍卖,参赛费报价最高的两家企业胜出,而这两家企业正是所有企业中研发能力最强和次强的两家企业,说明统一价格参赛费预选拍卖机制可以解决逆向选择问题,挑选出合适的参赛企业;第二阶段,研发能力最强和次强的两家企业开展研发竞赛,由于仍然保持竞争性,两家参赛企业均会投入最优研发努力,获得最优研发成果,以期能赢得研发竞赛,从而解决了投入不足的道德风险问题。因此,该两阶段研发竞赛机制可以解决逆向选择和道德风险问题,同时由于优化了参赛者数量并已选出合适的参赛企业,则最小化了社会资源浪费,最大化了社会福利。