众包设计平台工作者关系网络构建与分析

王 震，欧阳啸，郭 伟,2+

(1.天津大学 天津市装备设计与制造技术重点实验室，天津 300350；2.天津仁爱学院 机械工程系，天津 301636)

1 问题的提出

“创新是引领发展的第一动力”[1]。随着新一轮科技革命和产业变革的加速演进，创新已成为当今时代的重大命题。制造业是生产力水平的直接体现，制造业之间的竞争本质是创新的竞争，创新决定了制造业未来发展的高度。然而，制造业传统的只依赖内部创新资源的产品开发模式无法满足用户大规模日益增长的个性化产品需求，从而导致传统制造业创新能力减弱、研发效率变低、开发成本渐高、投资回报率下降[2]。开放式创新模式作为一种跨企业组织边界、有目的地管理知识流动的新产品开发方法，积极引入外部智力资源，扩大制造业创新途径，弥补创新研发设计的不足[3]。随着信息社会和知识经济的发展，众包依托开放式创新理念，利用大规模互联网闲散智力资源来提供高质量的知识服务，实现闲置知识价值化和生产力转化[4]，为制造企业或设计平台发展提供新的设计模式和分布式问题解决方法[5-6]。

众包是指一个公司或机构把过去由员工执行的工作任务，以自由自愿的形式外包给非特定的(通常是大规模的)大众志愿者的做法[7]。众包设计作为一种新的“互联网+”创新设计模式[8]，拓宽了设计渠道和设计空间，激发了原创性解决方案，引发了设计变革，因其较低的创新成本以及提供更多创意来源等特点受到制造业的青睐。戴尔公司建立了IdeaStorm众包网站广泛收集大量用户意见来聆听真实的用户声音；宝洁公司于2007年建立的自有众包平台Connect+Develop(C+D)为其创造了巨大的利润[9-10，12]。作为一个开放、自由、平等、协作、共赢的众包设计平台，大量具有自主性的工作者或被金钱奖励吸引，或因增长技能，亦或是出于利他主义等不同原因参与众包活动[11]，但工作者在能力、时间等方面的多样性、合作模式的松散性和不确定性在合作过程中没有有效的引导机制[13-14]，易导致众包设计平台创新力难以提高，阻碍平台进一步发展。

众包设计平台中主要存在平台方、发包方和工作者3类众包主体[15]。众包平台3类主体为了共同的利益和目标，基于众包服务平台的特定规则形成具有一定规模的众包主体集合，并且3类主体之间存在一定相互关系：①发包方—平台方：两者之间互利互惠，合作共赢；②平台方—工作者：平台方采用金钱、荣誉等不同的激励方法刺激工作者积极参与设计任务，两者之间是组织协调关系；③发包方—工作者：双方是供需关系，前者提供个性化需求，后者基于不同类型的设计任务，或自主选择或被平台主体推荐参与活动。工作者作为众包设计平台的关键性主体，在解决平台发布的设计创新问题中扮演着重要角色。

BLOHM等[16]从平台贡献者的贡献同质性和贡献整体性两个维度将众包平台划分成微任务平台、信息集成平台、广播搜寻方案平台、开放协作平台4类；王乾宇[17]基于复杂系统理论建立了众包社区的多主体模型，用于对众包设计社区进行科学管理；夏恩君等[18]从动机和体验角度得出工作者参与众包的主要因素及关键路径。平台管理员与工作者构建了稳定的协同激励机制，同时根据参与者层次利用不同的激励方法逐渐完善，两者之间的关系从单向促进到双向互补，最终达到协同共生[19]。

文献[20]基于领先用户理论和社会网络关系理论识别领先用户特征，从内容信息和客观行为数据两方面建立领先用户识别指标体系，提出了3种基于聚类算法的领先用户识别模型。为了研究顾客参与对企业创新绩效的影响，姚山季等[21]构建了一个可调节的资源协同中介效应模型，通过众包平台数据实证检验显示，资源协同对企业创新绩效有显著的正向影响，并在顾客参与影响企业创新绩效的过程中起到中介作用；孙艳等[22]对开放式创新模式的设计结果进行分析评估，显示开放式协作创新模式具有社会网络的一般特性，有助于激发参与者的创新潜力。为了在工程设计中有效地利用众包，了解众包竞赛结果如何受到赞助商相关、竞赛相关、问题相关和个人相关因素的影响，文献[23]利用现有的博弈模型、实证研究和现场数据进行研究分析，以协同的方式使用因果推理理论表明，较高的任务复杂性和较低的赞助者声誉会对参与者参与决策产生负面影响；接着，该团队通过建立设计众包参与者与设计竞赛之间的双向网络模型来研究设计众包中的参与行为，发现4组影响设计众包参与者行为的因素，包括设计师相关因素、竞赛相关因素、激励相关因素和决策相互依赖相关因素[24]。

以上研究主要集中在对众包平台的宏观组织、管理策略、参与者动机与激励机制以及影响参与者相关因素的研究，但尚未对平台的众包组织模式进行归纳，对其内部主体关系的定性和定量分析存在不足。基于此，本文在前人研究的基础上概括了众包设计平台组织模式，结合复杂网络理论对众包设计平台主体关系进行建模，对其内部主体间的拓扑结构及其网络特征进行分析研究，为探究众包设计平台运行机理提供可借鉴的研究思路(如图1)。

2 众包设计模式分析

以简单众包设计模式而言，发包方在平台上提出个性化设计需求，平台中活跃的工作者可以主动对处于待完成状态的需求发起处理请求，与发包方展开合作。此时，多位工作者竞争同一需求，以获取经济价值，工作者与设计需求之间是捕食关系。简单设计任务具有一定的排他性，金钱奖励较少，因此竞争同一需求的工作者之间仅有竞争关系。相比简单众包设计模式，复杂众包设计模式中设计任务难度较大，且复杂任务执行过程常涉及多个领域的专业技术和知识，往往需要大量具备不同知识水平的活跃工作者进行长期投入。为确保设计任务顺利进行，此类任务的执行过程还需平台方不断地引导和规范。同时，此类任务奖金丰厚，能够引起更多工作者“捕食”的欲望，工作者若要获得发包方提供的经济奖励，需要在平台上发布创意，通过平台方和发包方共同筛选才算成功，于是此时的工作者之间存在竞争关系。同时，工作者会通过浏览、评论等方式进行交流学习，该过程可以为工作者带来更多灵感，提高了设计效率，此时工作者之间存在一定的协作关系。因此，复杂众包设计模式中同时存在竞争与协作关系。

根据众包平台内的不同设计任务的复杂程度、供需关系以及工作者关系，将众包平台划分为简单众包设计模式和复杂众包设计模式两类，模式特征如表1所示。两类模式下各主体间的关联结构如图2所示。

表1 两类众包设计模式对比分析

3 众包设计平台工作者关系网络模型构建

如上述两类众包设计模式关联结构所示，工作者作为众包平台的关键角色，无论是与需求产生直接联系还是通过发表创意与需求产生间接联系，其复杂的关联网络都能反映两类众包设计模式的不同特征。本文定义只包含一种连结关系的网络为单模式网络(如图3)，含有多种连结关系的网络为多模式网络(如图4)。

研究多模式网络时，往往需要将其向单模式网络投射，如两名工作者都在竞争同一需求时，通过映射形成两名工作者之间的竞争关系。本文在研究众包设计平台关系网络时，将多模式网络向单模式网络投射，形成众包设计平台工作者网络竞争(合作)网络。当工作者共同竞争同一需求时，形成的是工作者竞争关系网络，且工作者竞争关系网络中的边是无向的(或是双向的)。在复杂众包设计平台中，除了工作者之间的竞争关系，还包含工作者之间的合作关系。将工作者在他人发布的创意下的浏览、评论等行为视为两者之间的合作关系，因此工作者间的合作关系是由浏览、评论工作者指向创意发布者的单向边。

复杂网络是由许多节点及其连边构成的有机整体。节点代表真实系统中不同个体，而边则表示个体之间的关系。通常，以两个节点之间具有某种特定的关系时连一条边，反之则不连边。经过众多学者多年的深入研究，复杂网络已被应用到生物、交通、军事、经济学等诸多领域[26-27]。

首先，基于复杂网络理论构建简单/复杂众包设计平台工作者竞争网络。

假设有一个由n个节点及其边所构成的网络G1，则竞争邻接矩阵A1可以表示为：

(1)

式中aij(i,j=1,2,…,n)表示工作者i和j之间的竞争次数，因为竞争关系之间是无向的，所以aij=aji。当两工作者间不存在竞争关系时，aij=0，反之为实际竞争次数，此时网络G1是无向加权网络。若不考虑两工作者间的多次竞争关系，aij=0或1，此时网络G1是无向无权网络。

其次，构建复杂众包设计平台工作者合作网络。

假设有一个由n个节点及其边所构成的网络G2，则合作邻接矩阵A2可以表示为：

(2)

式中a′ij(i,j=1,2,…,n)表示工作者i向j提供的合作次数，因为合作关系之间是有向的，所以a′ij不一定等于a′ji。当两工作者间不存在合作关系时a′ij=0；反之为实际合作次数，此时网络G2是有向加权网络。若不考虑两工作者间的多次合作关系，a′ij=0或1，此时网络G2是有向无权网络。

4 众包设计平台关系网络模型特征分析

在众包设计平台工作者关系网络模型的基础上，利用复杂网络理论进一步研究众包设计平台关系网络的拓扑结构及其网络特征。在复杂网络的研究中，一般以度及其分布、平均路径长度、网络直径和集群系数等特征进行研究[28]。在此基础上，增加模块度和社区数量用以刻画工作者群落分布情况,如表2所示。

表2 各网络特征的具体含义

4.1 度及其分布

度定义为与某节点连接的其他节点数量。度数刻画了一个节点与其他节点发展交往的能力，一个节点的节点度数越大，则该节点的度数中心性越高，该节点在网络中就越重要。网络中节点度的分布常用累积分布函数Pc(k)来描述，即度不小于k的节点的概率分布，如式(3)所示。另外，对网络进行节点度数的累积分布函数绘制也是一种常用方法。

(3)

4.2 平均路径长度和网络直径

网络中，连接节点i和j的最短路径上的边数称为这两个节点之间的距离，用Lij表示。网络的平均路径长度L定义为Lij的平均值，即任意两节点之间的平均值计算公式如下：

(4)

式中N表示网络节点数。

对于一个具有N个节点的网络系统而言，若其平均路径长度L不大于lnN，则可认为该网络系统具有小世界特性，表示复杂网络的规模很大，网络的平均路径长度却很小，且具有较高的集群系数。网络直径定义为网络中任意节点间的距离Lij的最大值，即在网络中从一个节点到达另外一个节点所需经过的最大步数。在工作者竞争网络中，平均路径长度和网络直径表示的是任意两工作者之间的平均竞争关系数量，距离越短，则工作者竞争网络中存在越多同时竞争多个需求的工作者；而在工作者合作网络中，平均路径长度和网络直径表示的是任意两工作者之间的平均合作关系数量，距离越短，则两工作者合作的可能性越高。

4.3 集群系数

集群系数体现了网络的群落特征，即网络节点与其相邻节点的密集程度。在N个节点的网络中，若节点v与该网络中的其他kv个节点相连，则这些节点之间最多可能有kv(kv-1)/2条边。若它们之间实际只存在Ev条边，则这kv个节点之间的实际边数与最多可能存在的边数之比就定义为节点v的集群系数Cv，即

(5)

整个复杂网络的集群系数C即为所有节点的集群系数的平均值，有

(6)

式中v表示节点序号。由式(6)可知，0≤C≤1。若网络中所有的节点之间都不存在边，则这些节点被称为孤立节点，C=0；反之，若网络中所有节点之间都存在边时，则复杂网络是全连接网络，C=1。

4.4 模块度和社区数量

在工作者关系网络中：模块度表示工作者群落的稳定程度，社区数量表示网络可划分的模块度最大的群落数量。模块度也称为模块化度量值，最早由NEWMAN[29]提出，是当前衡量网络社区/平台结构强度的一种常用方法。模块度的数学表达为：

(7)

其中网络社区划分数量C决定了模块度Q值的大小，模块度Q表示网络社区划分情况，定量衡量网络平台划分质量。在本文的研究案例中，Q的值越趋近于1，则网络划分的社区结构强度越高，即划分质量越好。因此，可以通过最大化模块度Q值来达到最优的网络社区划分结果。

5 平台实例分析

本文以国内最大的综合性众包设计平台猪八戒网(zbj.com)设计版块和国外知名的交通工具设计制造公司Local Motors旗下的LaunchForth平台(launchforth.io)为众包设计平台的典型实例研究对象。前者以解决简单设计任务为主，属于简单众包设计模式；以复杂设计任务为主的LaunchForth平台则属于复杂众包设计模式。研究数据来自互联网爬虫抓取和猪八戒(ZBJ)网络公司提供的数据样本，具体情况如表3所示。

表3 两个众包平台数据采集情况

由于网站之间的数据结构不同，前台显示数据的完整性不同，搜集到的数据样本在数据量、数据维度方面也有所不同。表4和表5分别展示了两个平台的相关数据维度，其中部分数据条目在后期实验计算过程中会被筛选掉。

表4 LaunchForth数据的样本特征

本文采用的网络分析工具为Gephi。Gephi是一款基于Java虚拟机的复杂网络分析及可视化开源软件，它集成了一系列快速有效的布局算法和过滤工具，用于分析复杂网络的拓扑结构，包括平均度、平均路径长度、集群系数等一系列网络节点和边的属性。

5.1 简单/复杂众包设计平台工作者竞争网络分析

表6给出了简单/复杂众包设计平台工作者竞争网络的节点数、边数、平均度、平均路径长度、网络直径、集群系数、社区数量和模块度的数据统计情况。

表6 简单/复杂众包设计平台工作者竞争网络指标统计

图5和图6分别展示了2015年～2019年猪八戒网设计版块工作者竞争网络和LaunchForth平台工作者竞争网络。众包设计平台工作者竞争网络描述的是众包工作者个体竞争行为在整体竞争网络上的表现情况。

5.1.1 度及其分布

众包设计平台工作者竞争网络度分布描述了众包设计平台的竞争关系情况。图7和图8分别绘制了两个众包设计平台工作者竞争网络节点累计度分布曲线。由图7和图8可知，虽然每年的竞争规模有较大差异，但无论是猪八戒网设计版块还是LaunchForth平台，每年的竞争网络节点累计度分布曲线都具有很强的相似性。

将2015年的猪八戒网设计版块工作者竞争网络数据和LaunchForth平台工作者竞争网络数据与同规模(即节点数相同且边数近似)的ER(Erdos-Renyi)网络节点累计度分布曲线图和BA(Barabasi-Albert)网络节点累计度分布曲线图进行对比，如图9和图10所示。根据复杂网络的度分布规律，ER网络的度分布符合泊松分布，BA网络的度分布符合幂律分布。结果显示，ZBJ设计版块工作者竞争网络的度分布曲线与BA网络的度分布曲线相似，可以认为猪八戒网设计版块工作者竞争网络度分布服从幂律分布，即猪八戒网设计版块工作者竞争网络属于无标度网络。而LaunchForth平台工作者竞争网络是一个介于ER网络和BA网络之间，由若干全连通网络和若干节点连接而成的团簇状复杂网络，具有部分幂律特性。

具体分析而言，猪八戒网设计版块工作者之间的竞争关系是少部分工作者参与大量需求的竞争过程，而大部分工作者的需求竞争程度并没有过于激烈。参与竞争的工作者向发包方提供可行的解决方案，必然需要消耗其时间和精力，对于实力并不强大的工作者而言，其会衡量时间成本以及考虑能力允许范围内的竞争要求。相较而言，LaunchForth平台工作者的竞争关系虽然激烈，但参与人数较少，且竞争程度稍弱的参与人数还较为均匀。因为LaunchForth是一个开放的设计平台，多个项目同时进行，每个项目持续周期较长，设置的奖项数量通常有3～10个不等，且每个奖项涉及的领域不同，除一、二、三等奖之外还包括最佳创意奖、最佳手绘奖等，所以工作者倾向于同时参与多个项目来实现利益最大化。

5.1.2 平均路径长度和网络直径

在工作者竞争网络中，平均路径长度和网络直径表示任意两工作者之间的平均竞争关系数量，距离越短，则工作者竞争网络中存在越多同时竞争多个需求的工作者。由表6可知，猪八戒网设计版块工作者竞争网络的平均路径长度在1.947～2.633之间，网络直径在4～5之间，LaunchForth平台工作者竞争网络的平均路径长度在1.134～1.763之间，网络直径在2～3之间。结合图6显示结果，LaunchForth平台内单一需求工作者数量庞大，工作者与需求之间是多对多的关系，而猪八戒网设计版块虽然也存在许多工作者同时竞争多个需求的情况，但需求数量较多，工作者的竞争呈团簇状，因此平均路径长度和网络直径均比LaunchForth平台要大。

5.1.3 集群系数

从表6可以得出，无论是LaunchForth平台工作者竞争网络亦或猪八戒网设计版块工作者竞争网络，其集群系数都远大于N-1。结合平均路径长度与集群系数可以认为猪八戒网设计版块竞争网络和LaunchForth平台竞争网络都符合小世界特性，说明猪八戒网设计版块工作者竞争网络和LaunchForth平台工作者竞争网络中都存在激烈的竞争。值得注意的是，LaunchForth平台工作者竞争网络集群系数范围从0.898～0.993，非常接近全连通网络的聚集系数1，表示该平台工作者竞争程度比较激烈，作为一个利用群体智慧解决复杂设计任务的开放平台，能够吸引大规模群体参与并激励其提出创意对平台的发展而言是至关重要的。猪八戒网设计版块的任务属性决定其具有强烈的排他性，工作者竞争目标相同，竞争程度高，因此聚集系数也大。

5.1.4 模块度和社区数量

从表6可以得出，猪八戒网设计版块工作者竞争网络的群落数量范围在4～34之间，波动较大，模块度在0.152～0.322之间，表示群落的稳定程度偏弱。LaunchForth平台工作者竞争网络的群落数量范围在2～4之间，群落区分不太明显，模块度在0.023～0.484之间，表示群落的稳定程度一般。将两个网络的群落数量与实际项目数进行相关性分析，猪八戒网设计版块工作者竞争网络的群落数量与项目数量的相关性r=0.938(p<0.05)，LaunchForth平台工作者竞争网络的群落数量与项目数量的相关性r=0.959(p<0.05)，可见众包设计平台竞争网络的群落数量与众包设计平台内的项目数量具有很强的相关性。

简单众包设计平台工作者竞争网络是一个超大规模、周期自相似、具有小世界特性的无标度网络，竞争情况激烈。复杂众包设计平台工作者竞争网络是一个大规模、周期自相似、具有小世界特性且主要由若干全连接网络耦合形成的复杂网络，竞争情况较强。

5.2 复杂众包设计平台工作者合作网络分析

表7给出了2016年10月～2017年9月LaunchForth平台工作者竞争网络与合作网络的节点数、边数、平均度、平均路径长度、网络直径、集群系数、社区数量和模块度的数据统计情况。

表7 复杂众包设计平台工作者合作网络指标统计

众包设计平台工作者合作网络的基本特征反映的是工作者个体合作行为在整体网络上的情况。图11和图12分别展示的是2016年10月～2017年9月的LaunchForth平台工作者合作网络(有向)图以及同时期平台工作者竞争网络(无向)图。图11的合作网络图的边的方向是按顺时针方向从合作者指向被合作者。

5.2.1 度及其分布

众包设计平台工作者合作网络度分布描述了工作者合作的密切情况。图13绘制了LaunchForth平台工作者合作网络节点累计(出)度分布曲线与同规模的ER网络节点累计度分布曲线图和BA网络节点累计度分布曲线图。由于数据爬取只能统计前台记录行为，包括评论或者被评论的工作者，因此图中出度为0的工作者实质是入度不为0、出度为0的工作者，出度为0的工作者数量要远远大于图中数量。

由图13可知，LaunchForth平台工作者合作网络节点累计(出)度分布曲线与BA网络的度分布曲线相似，可以认为LaunchForth平台工作者合作网络节点累计(出)度分布服从幂律分布，即LaunchForth平台工作者合作网络也属于无标度网络。

5.2.2 平均路径长度和网络直径

在工作者合作网络中，平均路径长度和网络直径表示的是任意两工作者之间的平均合作关系，距离越短，说明工作者合作范围越广，侧面反映了LaunchForth平台工作者合作网络中存在多学科领域知识的工作者。从表7可以得出，LaunchForth平台工作者合作网络的平均路径长度为2.163，网络直径为4，同时期的工作者竞争网络的平均路径长度为1.292，网络直径为3，相比较之下可以认为LaunchForth平台内工作者合作的积极性要远低于竞争的积极性。

5.2.3 集群系数

从表7可以得出，LaunchForth平台工作者合作网络集群系数远大于N-1，符合小世界特性，但合作者之间仅存在少量的互助行为，大部分的合作都是单向且分散的。

5.2.4 模块度和社区数量

结合图11与表7可以得出，LaunchForth平台工作者合作网络的群落数量为6，群落区分程度一般，模块度为0.460，表示大部分的合作行为仅是单个需求内的合作，工作者间的合作关系主要依靠工作者参与的需求内部，当新需求产生时，工作者间会增加新的合作关系。

综上可知，复杂众包设计平台内的工作者合作网络是一个较小规模、具有小世界特性的无标度网络，且更多为单向协作。

5.3 众包设计平台工作者关系网络机理分析与发展启示

根据BA网络的构造机制，增长和择优连接在其演化过程中扮演关键角色[30]。在简单众包设计平台，工作者竞争网络的运作演化机理是用户增长和最大竞争。用户增长是保障平台可持续发展的关键，而最大竞争是异质性工作者通过竞争增大自身收益率，两者缺一不可。

在复杂众包设计平台中，工作者竞争网络并不符合目前已有的网络模型，通过对实际工作者竞争网络的观察，可以认为复杂众包设计平台的工作者竞争网络是由若干全连通网络及其节点构成的复杂网络，其形成机理在于局部全连通网络形成和跨网络节点增长，而工作者合作网络的演化机理是用户增长和最大合作。合作网络中的用户增长既可以从平台中尚未发出协助的工作者存量中来，也可以从平台潜在用户中去挖掘，另一方面异质性工作者择优合作是为了通过多项目合作提高自身知识水平，以此提高未来竞争过程中创意的新颖性。

众包设计平台是一个面向用户需求，以工作者为主体，以知识服务为核心，以跨边网络效应为特征，以知识网络、金融系统、专业机构、社会组织、政府职能部门等机构为支撑，通过不同的激励措施或组织方式以及价格策略向产品或服务供需双方提供设计服务，促成交易并获取收益的共生竞合、动态演化的开放式创新设计平台。不论是对于类似猪八戒网等此类简单模式的众包设计平台，仅出现工作者之间的竞争关系而言，还是类似LaunchForth平台等复杂模式的同时出现工作者竞争与合作关系的众包设计平台，都具备小世界特征，在这样的网络系统中，改变少量连接，就有可能剧烈改变网络的性能，可以预见少数连接的稳定对于平台网络系统可持续发展的重要性，同时也表明该网络系统的脆弱性，识别关系网络中对网络系统具有重要影响的连接，对众包设计平台而言具有重要意义，这也是本文未来的研究方向。

6 结束语

本文基于复杂网络理论对众包设计平台参与主体的关系进行了定性和定量分析，结合实际案例分析将众包设计平台定性分为单模式网络的简单众包设计平台和多模式网络的复杂众包设计平台两种类型，并对两类设计平台内的工作者关系网络展开定量研究，通过若干网络特征阐释不同众包设计平台特性及其工作者关系网络特征。本文所选的两个众包设计平台较为典型，特征较为明显，文中所用方法还需在更多众包设计平台中展开实验分析。后续将进一步扩大平台研究范围，完善众包设计平台的分类并探究工作者关系网络的演化机理。