考虑政府监管的农机装备产学研协同创新演化博弈研究

史 欢, 李洪波

(1.湖南工业大学 经济与贸易学院,湖南 株洲 412007; 2.江苏大学 中国农业装备产业发展研究院,江苏 镇江 212013)

0 引言

习近平总书记指出要“大力推进农业机械化、智能化,给农业现代化插上科技的翅膀”,为农机装备创新指明了方向。近年来,贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备转型升级的指导意见》等,我国农机装备科技创新取得了显著进展和成效,农机化和农机装备产业转型升级、高质量发展加速推进,有力支撑和引领现代农业。与此同时,国家通过制度建设和出台相关政策,推动了农机装备产学研联盟的形成[1]。农机装备领域产学研的协同创新是引导各方资源共同促进先进适用农机技术转化推广和扩散普及的重要手段。然而,当下农机装备领域产学研协同创新机制存在着明显的短板,暴露了如农机装备共性基础研究不足、政府监管匮乏、农机装备产学研用人才需求对接薄弱等问题,如何充分发挥政策引导作用,为中国农机装备产业体系自主创新升级提供源动力成为亟待解决的问题。因此,开展国家农机装备产学研协同创新研究具有一定的现实意义。

目前学者对于协同创新的研究主要聚焦于协同创新的影响因素、机制、演化过程等三个方面。(1)影响因素方面,吴君民等[2]研究了协同创新意愿对主体创新策略选择的影响;李柏洲等[3]、GE等[4]聚焦于政府监管力度和政策支撑对产业向协同创新方向演化的影响;郭建杰和谢富纪则探讨了影响组织间协同创新的内生因素和外生因素[5];ZHANG等[6]指出知识的黏性直接影响协同创新的效率。(2)在对协同创新的机制研究方面,吕璞和马可心研究发现基于相对风险分担的分配机制能够增强企业参与协同创新的意愿[7];ZHOU和REN[8]建立了一种基于空间公共物品博弈的低碳技术合作创新进化博弈模型,以有效解决研发中的搭便车问题;张成和唐方成[9]采用组织协同理论分析了创客组织的协同创新机制,并基于此机制进行了系统动力学仿真。(3)协同创新过程方面,吕丹和王等[10]发现创新网络随着时间的推移,整体网络的创新联系不断增加,并且满足小世界特性;王海军等[11]构建了基于平台模块化的产学研用协同创新系统模型;蒋开东和詹国彬[12]从共生理论出发探讨了高校协同创新的实践演化逻辑。

通过检索发现,同时以农机和创新为主题的研究尚不多见,但农机装备创新的重要性得到了学者的肯定。罗锡文[13]指出农机科技创新是农业机械化发展的第一动力;LI等[14]以中国农业数据为样本,采用结构方程模型证实了农机装备产业创新与农机普及化、农业现代化之间具有正相关关系;薛洲等[15]研究发现定额补贴模式对农机装备制造企业创新具有偏离效应和扭曲效应;芦千文和高鸣[16]探讨了农业生产性服务业支持政策的演变;童洪志和刘伟[17]研究发现政府干预有利于刺激BOP群体对农机装备的采纳。

基于此,本文以国家农机装备产学研协同创新为主题,采用演化博弈的方法,首先构建以农机装备企业、学研方和政府为主体的三方协同创新演化博弈模型,通过模型求解与参数讨论进行各主体渐进稳定性分析,最后利用Matlab软件进行数值仿真与分析,以期为促进国家农机装备发展以及政府制定有针对性的农机政策提供参考。

1 模型描述与基本假设

1.1 模型描述

形成产学研深度融合的农机装备创新机制和成果转化推广机制,是积极融入国家“双循环”新格局,服务国家乡村振兴、粮食安全战略,为我国“三农”发展和农机装备提质增效的关键。构建国家农机装备产学研协同创新三方演化博弈主体之间的逻辑关系如图1所示。具体来说,本文的农机装备企业指国内农机装备行业规模企业,具备一定的资本和能力牵头组建产学研创新平台,开展具有信息获取、智能决策和精准作业能力的高端农机产品及其制造技术的研究与产业孵化活动,迎合国家农机所需。学研方指包括研究型高校、职业型高校、科研院所等多种类型的学研合作伙伴,通过给企业提供异质性知识资源、输送具有农机专业技能的员工、带来行业关键和共性技术,构成产学研协同创新体系。当前国内农机工业与欧美农机强国存在较大差距,技术水平和生产效率偏低,创新能力薄弱,中国情境下的农机企业发展离不开政府的政策引导,通过给予农机装备企业研发补贴,可以降低创新风险和成本,提升产学研协同创新意愿。因此,为强调和探讨政府监管在农机装备产学研协同创新中的引导作用,将政府部门纳入博弈主体之一开展讨论。

图1 三方演化博弈主体逻辑关系图

1.2 基本假设

假设1在农机装备产学研协同创新过程中,主要涉及农机装备企业(I)、学研方(U)以及政府部门(G)三大主体。在协同创新过程中,主体间为达到深度融合需要经过多次反复学习与调整,农机装备企业和学研方均有两种行为决策,分别是{积极参与,消极参与},政府部门的行为策略集为{监管,放任}。

假设2在协同创新过程中,农机装备企业和学研方选择积极参与的概率分别为x和y,则1-x,1-y分别表示其不参与协同创新的概率;政府部门选择监管行为的概率为z,则1-z表示政府部门选择放任行为的概率,x,y,z∈[0,1]。

假设3参与协同创新的主体可能存在机会主义行为,如为谋求自身的利益,获取所需资源后退出产学研协同创新[27]。农机装备企业消极合作的固有收益为R1,学研方消极合作的固有收益为R2;此时,农机装备企业和学研方的投机收益分别为S1和S2;政府监管下,农机装备企业和学研方投机行为受到的如减少政策倾斜力度等惩罚分别为F1和F2,F1>F2。

假设4当农机装备企业和学研方选择积极参与时,农机装备企业积极整合行业创新资源,所需额外付出的关键技术攻关等成本为C1,学研方所需额外付出的包括科研组织模式创新、农机高校相关学科建设、构建产学研合作协同育人项目实施体系等成本为C2。农机装备企业和学研方协同创新,组成产学研联合体开展协同攻关,会获得协同创新收益ΔR,其中农机装备企业的协同创新收益分配比例为λ,即农机装备企业的协同创新收益为λΔR,学研方的协同创新收益为(1-λ)ΔR,λΔR-S1>0,(1-λ)ΔR-S2>0。

假设5当政府选择监管行为时,需付出监管成本C3,额外的激励成本C4,包括创新补助资金、农机产业专项支持政策、人才培养和引进激励政策等,F1+F2-C3>0。其中,农机装备企业获得激励资金比例为μ,学研方获得激励资金比例则为1-μ,μC4>F1。此时,若农机装备企业和学研方均积极合作,能够有效服务国家所需、协助政府政策制定、提升政府效能,政府可获得额外收益M1;当仅有一方积极参与协同创新,政府收益为M2,M1>M2>F1>F2。当政府选择放任行为时,无法获知农机装备企业和学研方的行为选择信息,政府部门不设奖惩。

2 模型求解与演化稳定性分析

2.1 均衡条件设定

2.1.1 农机装备企业均衡条件

(1)

农机装备企业策略选择的复制动态方程为:

F(x)=dx/dt=x(1-x)(yλΔR-C1+zF1-yS1)

(2)

2.1.2 学研方均衡条件

(3)

学研方策略选择的复制动态方程为:

F(y)=dy/dt=y(1-y)[x(1-λ)ΔR-xS2-C2+zF2]

(4)

2.1.3 政府部门均衡条件

(5)

政府部门策略选择的复制动态方程为:

(6)

2.2 模型求解与参数分析

2.2.1 农机装备企业策略稳定性分析

对农机装备企业策略选择的复制动态方程求一阶偏导数,根据式(2)可得

F′(x)=(1-2x)(yλΔR-C1+zF1-yS1)

(7)

图2 农机装备企业稳定性示意图

(8)

2.2.2 学研方策略稳定性分析

对学研方策略选择的复制动态方程求一阶偏导数,根据式(4)可得

F′(y)=(1-2y)[x(1-λ)ΔR-xS2-C2+zF2]

(9)

图3 学研方稳定性示意图

(10)

2.2.3 政府部门策略稳定性分析

对政府部门策略选择的复制动态方程求一阶偏导数,根据式(6)可得

(11)

图4 政府部门稳定性示意图

(12)

3 仿真分析

根据仿真分析结果,对博弈主体的初始意愿、政府监管力度以及协同创新收益分配比例对农机装备产学研协同创新行为的影响进行讨论。其中固定参数设定如下:ΔR=50,C1=13,C2=10,S1=4,S2=3,C4=3,M1=8,M2=3。

3.1 初始意愿对农机装备产学研协同创新演化的影响

图5是在其他参数不变的情况下,三者初始意愿变化对协同创新演化影响的仿真。假设初始意愿相同,取0.3,0.5,0.8分别对应初始意愿低、中、高三种情形。由图5可知,农机装备企业和学研方初始意愿x,y临界值处于0.3～0.5之间,当两者协同创新的初始意愿x,y低于该临界值时,系统最终平衡点趋向于(0,0,1),此时农机装备企业原始创新乏力,企业和学研方创新意愿疲软,无法形成农机装备产学研用深度融合的协同创新机制;当初始意愿x,y高于该临界值时,x,y,z均收敛于1,最终平衡点趋向于(1,1,1),此时在政府的监管下,农机装备企业和学研方之间积极深化合作,形成协同创新长效机制。此外,随着初始意愿x,y的增加,z收敛于1的速度逐渐加快,并且在三者意愿都较高时,y收敛于1的速度快于x,z。仿真结果表明,无论农机装备企业和学研方的意愿高低,政府始终积极发挥着引导作用,并且相较于农机装备企业,学研方更渴望开展协同创新,这可能是因为企业协同创新中需要担负农机装备巨额研发成本以及所面对的技术基础薄弱的现实,此外市场规模门槛造成预期收益和利润不足的判断亦是企业创新意愿不足的原因之一。

图5 初始意愿同时变化下三方博弈演化轨迹

图6是其他参数不变的情况下,农机装备企业初始意愿x变化对学研方协同创新策略和政府部门监管行为选择影响的仿真。此时y0=z0=0.5,农机装备企业初始意愿x的临界值位于0.3～0.5之间,当x小于该临界值时,系统平衡点最终趋向于(0,0,1)。仿真结果表明,当农机装备企业协同创新意愿较低时,尽管政府采取了一定的引导策略,系统仍无法形成产学研融合的共生局面,学研方的协同创新意愿更多受企业态度的影响,随着企业协同创新意愿的逐渐强烈,学研方亦更倾向于选择协同创新,并且政府也更乐意给予协同程度高的产学研联盟以政策和创新资金的支持。

图6 x变化下三方博弈演化轨迹

图7是在其他参数不变的情况下,学研方初始意愿y变化对农机装备企业协同创新策略和政府部门监管策略影响的仿真。此时,农机装备企业和政府的初始意愿始x,z终处于一个中等状态,即x0=z0=0.5,学研方初始意愿y的临界值处于0.3～0.5之间,当y小于该临界值时,x,y均收敛于0,y的收敛速度快于x,系统平衡点最终趋向于(0,0,1)。

图7 y变化下三方博弈演化轨迹

图8是在其他参数不变的情况下,政府选择监管行为的初始意愿z变化对农机装备企业和学研方积极参与协同创新策略影响的仿真。为探讨政府监管行为对产学研协同创新意愿是否具有引导作用,设立x,y始终处于一个较低水平。仿真结果表明,政府监管意愿的上升对于农机装备企业和学研方消极参与协同创新的行为具有一定的改善作用。

图8 z变化下三方博弈演化轨迹

图9当政府监管的初始意愿z分别处于高水平和低水平的情况下,x,y同时变化对三方策略选择影响的仿真。当x,y均处于一个较高水平时,即使政府的监管意愿z很低,系统平衡点最终仍会趋向于(1,1,1);而当农机装备企业和学研方积极参与协同创新的意愿x,y均很低时,x和y仍收敛于0,并且x收敛于0的速度快于y,系统平衡点最终趋于(0,0,1)。仿真结果表明,农机装备企业和学研方受彼此协同创新意愿的影响明显大于政府监管对双方合作行为选择的影响。

图9 初始意愿x,y同时变化下三方博弈演化轨迹

3.2 政府激励政策和惩罚力度对农机装备产学研协同创新演化的影响

图10是在其他参数不变的情况下,C4的改变对三方策略选择影响的仿真。为探究政府政策的激励作用,设立三者的初始意愿相同并均处于较低水平。政府激励成本C4存在两个临界值,分别处于1～6和11～16之间。(1)当C4小于1～6之间的临界值时,农机装备企业和学研方会暂时选择消极策略,但最终系统平衡点会趋向于(1,1,1),其中x的收敛速度快于y;(2)当C4处于6～11之间时,农机装备企业和学研方选择积极参与协同创新的意愿x,y收敛于0,z收敛于1,y的收敛速度快于x,系统平衡点最终倾向于(0,0,1);(3)当C4大于6～11之间的临界值时,随着C4的增加,z趋向于1的概率逐渐降低,并最终趋向于0 ,此时系统平衡点最终趋向于(0,0,0)。仿真结果表明,尽管农机装备企业和学研方的协同创新意愿不高,适度的政府补贴仍能够最终影响两者的策略选择;由于政府补贴的影响效果在时间维度上具有滞后性特征,农机装备企业和学研方在选择时会存在一定的观望期,但双方最终会选择积极参与协同创新;农机装备企业对于激励政策较之学研方更为敏感,当有足够的补贴力度,农机装备企业比学研方更渴望建立协同创新关系。此外,仿真出现了与预期不同的结果,当补贴力度较大时,政府投入对农机装备产学研协同创新的作用出现了“挤出效应”和“偏离效应”,可能的原因有以下几点:(1)企业会以政府补贴代替自身的创新投入,积极参与协同创新意愿降低;(2)农机装备企业在付出巨额成本研发出新产品后,新产品价格会相应提高,但是由于类似定额补贴这类政策的存在,创新产品不能以更高的价格售出,企业协同创新的意愿受到遏制;(3)产学研主体之间为争取政府补贴,出现了恶性竞争,导致重复科研和资源浪费,创新效率大大降低。

图10 政府补贴C4变化下三方博弈演化轨迹

图11是在其他参数不变的情况下,F1和F2的改变对三方策略选择影响的仿真。F1和F2的临界值分别位于6～10和4～6之间,当F1和F2均小于临界值时,农机装备企业和学研方的初始意愿x和y收敛于0,系统平衡点最终倾向于(0,0,1);当F1和F2大于临界值时,x,y,z均收敛于1,系统平衡点最终趋向于(1,1,1)。仿真结果表明,政府惩罚力度的增加会影响农机装备企业和学研方的策略选择,在惩罚力度很低的情况下,农机装备企业和学研方均毫不犹豫的选择消极协同的行为。随着惩罚力度的增强,尽管仍有企业和学研方在初期选择投机取巧,但随着时间的推移,最终双方选择积极参与协同创新。

图11 政府惩罚力度F变化下三方博弈演化轨迹

3.3 协同创新收益分配比例对农机装备产学研协同创新演化的影响

图12a和图12b是在其他参数不变的情况下,协同创新收益分配比例λ的改变对农机装备企业和学研方策略选择影响的仿真。为不失一般性,假设三个主体初始意愿相同并均处于中等水平,即x=y=z=0.5,协同创新收益分配比例λ存在两个临界值,分别处于0.25～0.35和0.75～0.85之间。分三个阶段进行分析:(1)当协同创新收益分配比例λ小于0.25～0.35之间的临界值时,x和y收敛于0,即农机装备企业和学研方均会选择消极参与行为;(2)当协同创新收益分配比例λ处于0.35～0.75之间时,x和y收敛于1。其中,当0.35<λ<0.55时,y收敛于1的速度快于x,当0.55≤λ≤0.75时,x收敛于1的速度快于y;(3)当协同创新收益分配比例λ大于0.75～0.85之间的临界值时,x和y均收敛于0,并且y收敛于0的速度明显快于x。

图12a λ变化下三方博弈演化轨迹

图12b λ变化下三方博弈演化轨迹

仿真结果表明,协同创新收益分配比例λ变化会影响主体的策略选择,并最终影响演化方向;在协同创新过程中,收益分配比例越公平,农机装备企业和学研方也越倾向于选择积极参与;值得注意的是,稍显偏颇的分配比例并不会改变学研方积极参与协同创新的选择,可能的解释是协同创新过程中,农机装备企业作为供给方需要付出更多的资金支出和技术积累,而学研方更关注人才的引育、技术和平台的共享机会等方面,因此农机装备企业对收益分配比例更加敏感;当收益分配比例严重失调时,学研方出于对风险的感知和收益的评估果断选择消极参与行为,随着时间的推移,最终双方均会采取消极行为。

4 研究结论与政策建议

4.1 研究结论

第一,农机装备产学研协同创新的过程是一个包括农机装备企业、学研方、政府部门等多主体的复杂系统过程,政府在协同创新的任一阶段均发挥积极作用,但单靠政府的力量无法改变系统演化的方向,农机装备企业和学研方受彼此协同创新意愿的影响大于政府引导的作用;第二,尽管政策促进在农机装备产学研协同创新过程中存在滞后性,政府规制仍能够有效制约协同创新过程中的投机行为,农机装备企业对于补贴政策较之学研方更为敏感。与此同时,农机装备产学研协同创新过程中,政府补贴存在“挤出效应”和“偏离效应”;第三,合理的协同创新收益比例有利于系统达到最优状态,农机装备企业对于收益分配比例的感知更为敏感,预期收益和利润不足会影响农机装备企业协同创新意愿,收益分配比例严重失调时,学研方会果断选择消极行为。

4.2 政策建议

首先,针对农机主体协同创新意愿不高的问题,政府可以系统性地跨区域整合具有相似农作条件、相似服务、相似农作物的市场需求,从而扩大市场规模以提高农机装备企业研发创新意愿;其次,为有效落实政府奖惩政策,建议政府部门支持农机行业协会开展企业诚信自律和质量提升行动,抵制恶性竞争、重复研发套取政府补贴、制售假冒伪劣认证等行为,不断提升农机装备产学研协同创新监管能力。可适度鼓励加大农机装备企业技术研发投入的配套财税支持政策,建议设立高端农机人才培养专项基金,引导学研方面向农业机械化、农机装备产业转型升级发展,切实提高协同联动创新效率;最后,公平合理的收益分配机制能够保证产学研协同创新系统可持续发展,可组建专门的协调管理部门,明确协同创新收益分配导向,逐步建立“资源共享、使用公平、转化高效、利益激励充分”的农机装备产学研协同创新体系。