集群網(wǎng)絡(luò)與智能制造技術(shù)擴(kuò)散的協(xié)同機(jī)制研究

王 雷，丁鵬飛

(杭州電子科技大學(xué) 管理學(xué)院，浙江 杭州 310018)

浙江正處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、新舊動能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時期，以制造業(yè)為主的塊狀經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為支撐浙江區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)組織形態(tài)。但是，產(chǎn)業(yè)集群長期發(fā)展過程中累積的一些結(jié)構(gòu)性矛盾，尤其是創(chuàng)新能力不足、產(chǎn)業(yè)層次低下、同質(zhì)性競爭明顯等問題也逐漸顯現(xiàn)，塊狀經(jīng)濟(jì)面臨轉(zhuǎn)型升級的迫切需要。當(dāng)前，人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用推動智能制造日益成熟，并在塊狀經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中起到越來越大的作用。因此，文章結(jié)合理論研究與仿真分析，重點(diǎn)探究智能制造技術(shù)在集群網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散模式，分析影響智能制造技術(shù)擴(kuò)散的主要因素，并提出在產(chǎn)業(yè)集群中發(fā)展智能制造的對策建議，為浙江省推動制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考。

一、相關(guān)文獻(xiàn)回顧

技術(shù)擴(kuò)散是一個復(fù)雜的技術(shù)與市場、經(jīng)濟(jì)相融合的過程[1]。技術(shù)擴(kuò)散的傳播過程觀點(diǎn)認(rèn)為技術(shù)創(chuàng)新供給方的出現(xiàn)是擴(kuò)散起始點(diǎn)，隨后，新技術(shù)逐漸被采用，新的采用者會對潛在采用者產(chǎn)生溝通交流，隨后技術(shù)采用者逐漸增多，直至數(shù)量穩(wěn)定[2-3]。

目前，技術(shù)擴(kuò)散模型的研究主要分為兩類：宏觀擴(kuò)散與微觀擴(kuò)散[4]。宏觀擴(kuò)散模型幾乎都是對Bass模型、SIR模型等進(jìn)行不同程度的修改進(jìn)行的。如Lee和Cho對韓國移動通信產(chǎn)品擴(kuò)散的研究[5]；Turk T.和Trkman P.通過bass模型來評估寬帶技術(shù)創(chuàng)新和模仿的速度[6]。夏明、鄧向榮基于bass模型，求出政府最優(yōu)力度達(dá)到最大化技術(shù)擴(kuò)散速度[7]。田世海、孫美琪等基于改進(jìn)的SIR模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)輿情情緒演變的研究[8]。微觀擴(kuò)散模型從個體出發(fā)，強(qiáng)調(diào)個體的學(xué)習(xí)、互動來改變決策的動態(tài)過程。萬謙、董景榮等將博弈模型應(yīng)用到微觀技術(shù)擴(kuò)散研究中[9]。Zhang June和Moura Jose M F.也聚焦創(chuàng)新主體的選擇偏好構(gòu)建了微觀機(jī)制下的傳染病模型[10]。張清輝、陳云偉建立創(chuàng)新企業(yè)與競爭企業(yè)之間的博弈模型來研究新能源汽車企業(yè)間的創(chuàng)新擴(kuò)散[11]。

近年來，許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，技術(shù)擴(kuò)散活動呈現(xiàn)出明顯的網(wǎng)絡(luò)特征[12]，以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)探究技術(shù)擴(kuò)散成為了研究熱點(diǎn)。黃瑋強(qiáng)、姚爽等發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)對擴(kuò)散影響較大，已經(jīng)實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新個體的經(jīng)驗和感受會通過擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)在個體間傳播，影響擴(kuò)散的速度和深度[13]。曹霞、張路蓬等提出社會網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的不斷變化, 創(chuàng)新擴(kuò)散會受到其影響隨之變化，社會網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越規(guī)則, 創(chuàng)新擴(kuò)散效率越高[14]。Moore和Newman最早對小世界網(wǎng)絡(luò)上的擴(kuò)散行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)小世界效應(yīng)可以加速擴(kuò)散[15]。

通過文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn)，技術(shù)擴(kuò)散的本質(zhì)是在一段時期內(nèi)，企業(yè)對新技術(shù)的采納和吸收，其擴(kuò)散過程會受到宏觀因素、微觀因素以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等多方面的綜合影響，但現(xiàn)研究往往偏重于從宏觀或微觀角度分析技術(shù)擴(kuò)散的機(jī)制，應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論系統(tǒng)化研究集群網(wǎng)絡(luò)與智能制造技術(shù)擴(kuò)散的協(xié)同機(jī)制的成果比較稀缺。

二、智能制造技術(shù)擴(kuò)散模型構(gòu)建

(一)集群網(wǎng)絡(luò)的描述

隨著網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)存在著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大、連接解雇復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)演化過程復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，稱之為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。產(chǎn)業(yè)集群本質(zhì)上是一個動態(tài)、競爭、演化、博弈的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，更符合無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的一般特征。因此，文章將以無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)作為智能制造技術(shù)擴(kuò)散的載體。

基于以上分析，構(gòu)建智能制造技術(shù)擴(kuò)散的初始網(wǎng)絡(luò)G(V,E)，其中V表示網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的集合，代表集群中的所有企業(yè)；E代表企業(yè)之間的聯(lián)系，包括企業(yè)之間的合作關(guān)系以及人際關(guān)系等等。假設(shè)在初始網(wǎng)絡(luò)中有m0個企業(yè)個體，新加入n個企業(yè)按照概率p與其它企業(yè)主體連接，直至擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不再增加形成擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)，其中概率p的表達(dá)式為：

(1)

(二)概念模型構(gòu)建

發(fā)展智能制造需要企業(yè)自身具有較強(qiáng)的資金保障、技術(shù)能力等。但是，產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)中小企業(yè)占到了絕大多數(shù)，往往存在自有資金不足、融資能力較弱、技術(shù)人才缺乏、企業(yè)家對智能制造理解不深入等問題，因此中小企業(yè)進(jìn)行智能化改造不僅依靠自身的資源能力，還需要借助集群內(nèi)、外多方因素推動下進(jìn)行。集群內(nèi)部企業(yè)間的影響因素主要指試點(diǎn)企業(yè)的示范效應(yīng)，而示范效應(yīng)主要受到同質(zhì)性影響[16]。集群外部的影響因素主要是指政府、科研院所等機(jī)構(gòu)的影響作用。政府的專項扶持政策能夠直接降低企業(yè)智能化改造成本，鼓勵企業(yè)實(shí)施智能化改造，促進(jìn)智能制造技術(shù)的擴(kuò)散[17]。

1.企業(yè)個體基本屬性

集群個體基本屬性是智能制造技術(shù)在集群中擴(kuò)散時，每個企業(yè)所具備的屬性，且隨時間推移保持不變，個體基本屬性具體含義和取值如表1所示。

表1 個體基本屬性表

2.個體更新屬性

集群個體更新屬性是智能制造技術(shù)在集群中擴(kuò)散時，每個企業(yè)隨時間、集群擴(kuò)散狀態(tài)變化的屬性狀態(tài)，包括對智能制造技術(shù)的評價、企業(yè)實(shí)施智能制造的預(yù)測收益和企業(yè)應(yīng)用智能制造的狀態(tài)。

(1)企業(yè)應(yīng)用智能智造技術(shù)收益評估(Ui)

企業(yè)會根據(jù)企業(yè)的基本屬性(企業(yè)的資金、技術(shù)、組織狀況等)對實(shí)施智能化改造后的收益進(jìn)行評估預(yù)測，并作為決策依據(jù)決定是否采納智能制造技術(shù)，如果企業(yè)處于等待選擇，將更新對技術(shù)的評價并在下一時期面臨相同的決策。由于集群中企業(yè)個體屬性差異較大，收益評估也會完全不同，每個企業(yè)個體的收益評估為

Ui=FSi*TSi*OSi*RPi

(2)

(2)企業(yè)對智能制造技術(shù)采納臨界值(CVi)

政府會推出智能制造技術(shù)應(yīng)用推廣的扶持政策，能夠直接影響到企業(yè)的采納臨界值。若政府補(bǔ)貼力度大，采納臨界值會相對降低；補(bǔ)貼力度小，采納臨界值也會相對提高。假定初始采納臨界值CVi服從正態(tài)分布，政府補(bǔ)貼下的采納臨界值表示如下：

(3)

(3)企業(yè)應(yīng)用智能制造技術(shù)狀態(tài)(Si)

企業(yè)完成對應(yīng)用智能制造技術(shù)的收益評估后，與采納臨界值(CVi′)進(jìn)行比較。如果評估值大于臨界值(Ui≥CVi′)，企業(yè)選擇實(shí)施(Si=1)，否則(Ui

(三)企業(yè)演化規(guī)則

1.收益評估更新(Ui)

在實(shí)施期t內(nèi)，企業(yè)會更新對應(yīng)用智能制造技術(shù)的收益評估(Ui)，企業(yè)的收益評估會受到集群企業(yè)同質(zhì)性的影響，這里的同質(zhì)性主要是指同類型企業(yè)生產(chǎn)流程工藝的相似性。隨著集群中智能制造技術(shù)應(yīng)用的推廣，實(shí)施企業(yè)數(shù)量逐漸增多，與實(shí)施企業(yè)有聯(lián)系的未實(shí)施企業(yè)會受到影響，影響程度與同質(zhì)性有關(guān)。若關(guān)鍵的生產(chǎn)制造技術(shù)相同，智能制造技術(shù)的可復(fù)制程度高，企業(yè)將在下一時期提高收益評估值，從而增加實(shí)施概率，更新的評估收益用表示如下：

(4)

其中β是同質(zhì)性系數(shù)，表示企業(yè)個體與集群中其它企業(yè)生產(chǎn)工藝流程的相似程度，k表示該企業(yè)聯(lián)結(jié)企業(yè)總數(shù)，w表示k中已經(jīng)實(shí)施智能制造的企業(yè)數(shù)量。

2.演化狀態(tài)更新

技術(shù)擴(kuò)散的演化過程用實(shí)施智能制造技術(shù)的企業(yè)比例表示，當(dāng)該實(shí)施企業(yè)占企業(yè)總數(shù)的比例不隨周期t改變，擴(kuò)散達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。將每個采納周期t實(shí)施企業(yè)個數(shù)累加得到累積實(shí)施企業(yè)數(shù)，從而總體的實(shí)施比例為：

(5)

其中T為總的實(shí)施周期。

(四)仿真流程

根據(jù)基于距離的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建智能制造技術(shù)擴(kuò)散模型，結(jié)合上文描述的演化模型在該網(wǎng)絡(luò)上模擬仿真實(shí)驗。主要探究以下幾個因素對智能制造在企業(yè)間擴(kuò)散的作用：(1)集群規(guī)模，一個區(qū)域中企業(yè)個體的數(shù)量對擴(kuò)散過程產(chǎn)生影響，用N表示；(2)政府出臺扶持政策對智能化改造的補(bǔ)貼，會對技術(shù)擴(kuò)散產(chǎn)生的影響，用η表示；(3)集群企業(yè)同質(zhì)性，集群內(nèi)同類型企業(yè)產(chǎn)品以及生產(chǎn)流程工藝的相似性對智能制造技術(shù)擴(kuò)散的影響，用β表示。利用MATLAB仿真軟件對智能制造技術(shù)擴(kuò)散模型進(jìn)行仿真，通過調(diào)整相關(guān)系數(shù)探究集群規(guī)模、外部因素、集群規(guī)范壓力、同質(zhì)性等因素對智能制造技術(shù)擴(kuò)散的影響。

三、仿真結(jié)果

(一)集群規(guī)模影響

實(shí)驗參數(shù)設(shè)定：N從100至1 000之間變化，η=0.5，β=0.5。通過改變網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)個數(shù)探究集群規(guī)模對智能制造技術(shù)擴(kuò)散的影響，選取集群中企業(yè)個數(shù)(網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個數(shù))為100至1 000。從圖1可以看出，不同規(guī)模下實(shí)施企業(yè)達(dá)到擴(kuò)散穩(wěn)定狀態(tài)時間沒有明顯的差別。隨著集群規(guī)模的增大，平衡狀態(tài)時采納比例呈現(xiàn)不規(guī)則波動的特征，整體處于0.62-0.68之間，說明集群規(guī)模的單向變化并不必然引起最終實(shí)施企業(yè)比例的單向變化。

(二)政府扶持力度影響

實(shí)驗參數(shù)設(shè)定：N=1000，η從0.1至1之間變化，β=0.5。通過改變采納智能制造技術(shù)的臨界值(改造成本)探究政府扶持力度對智能制造技術(shù)擴(kuò)散的影響，選取扶持力度為0.1至1。圖2是不同政府扶持力度下實(shí)施企業(yè)比例-時間關(guān)系圖，從中可以看出，在固定的時間內(nèi)，隨著扶持力度增加實(shí)施企業(yè)比例呈現(xiàn)單調(diào)增加的特征，但是實(shí)施企業(yè)達(dá)到擴(kuò)散穩(wěn)定狀態(tài)時間沒有明顯的差別，扶持力度不影響智能制造技術(shù)擴(kuò)散的速度。

(三)同質(zhì)性影響

實(shí)驗參數(shù)設(shè)定：N=1000，η=0.5，β從0.1至1之間變化。通過改變集群企業(yè)的收益評估(受已實(shí)施企業(yè)的影響)探究企業(yè)同質(zhì)性對智能制造技術(shù)擴(kuò)散的影響，選取同質(zhì)性變化為0.1至1。圖3是不同企業(yè)同質(zhì)性下實(shí)施企業(yè)比例-時間關(guān)系圖，從圖中可以看出，在固定的時間內(nèi)，隨著企業(yè)同質(zhì)性增加實(shí)施企業(yè)比例呈現(xiàn)單調(diào)增加的特征，實(shí)施企業(yè)達(dá)到擴(kuò)散穩(wěn)定狀態(tài)時間也存在差別，同質(zhì)性越大擴(kuò)散達(dá)到穩(wěn)態(tài)時間越快。

圖1 不同集群規(guī)模下的擴(kuò)散過程

圖2 不同政府扶持力度下的擴(kuò)散過程

圖3 不同企業(yè)同質(zhì)性下的擴(kuò)散過程

四、主要結(jié)論

本文構(gòu)建了智能制造技術(shù)擴(kuò)散的無標(biāo)度企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，并通過設(shè)定企業(yè)個體屬性和演化規(guī)則進(jìn)行建模，利用仿真實(shí)驗探究集群規(guī)模、政府扶持力度、同質(zhì)性等因素對擴(kuò)散的影響作用，得出如下結(jié)論：

首先，集群規(guī)模在1 000以內(nèi)變化時，規(guī)模大小與智能制造技術(shù)擴(kuò)散的速度和深度沒有相關(guān)性。與本文研究成果不同，其他學(xué)者在研究專利技術(shù)擴(kuò)散、創(chuàng)新產(chǎn)品技術(shù)擴(kuò)散時，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模一般在2 500-5 000之間變化，發(fā)現(xiàn)規(guī)模越小擴(kuò)散效果越好。

其次，政府扶持政策會對智能制造技術(shù)擴(kuò)散有正向促進(jìn)作用。與本文研究成果相似，其他學(xué)者在研究農(nóng)業(yè)技術(shù)擴(kuò)散、低碳技術(shù)擴(kuò)散等擴(kuò)散行為時，也發(fā)現(xiàn)扶持政策會促進(jìn)技術(shù)擴(kuò)散。扶持政策能夠降低改造成本、提高企業(yè)智能化改造積極性，推動智能制造在集群企業(yè)間快速擴(kuò)散。一方面，在技術(shù)擴(kuò)散的初始階段，政府應(yīng)該加快出臺智能制造相關(guān)扶持政策以消除企業(yè)對采納智能制造技術(shù)的顧慮，讓企業(yè)獲取信息快速轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛趯?shí)施企業(yè)；另一方面，對采納技術(shù)的補(bǔ)貼太少也不能起到較大的激勵作用，對示范試點(diǎn)企業(yè)的期扶持力度在50%左右能夠起到較好的推廣作用。

最后，同質(zhì)性能加大技術(shù)擴(kuò)散的速度與深度。與本文研究成果相似，其他學(xué)者在研究產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)擴(kuò)散行為時，也發(fā)現(xiàn)企業(yè)同質(zhì)性越高擴(kuò)散效果越好。潛在實(shí)施企業(yè)更傾向于從同質(zhì)性個體獲取技術(shù)評價信息，同質(zhì)性越大，表示集群企業(yè)間的生產(chǎn)流程工藝相似度越高，會導(dǎo)致智能制造技術(shù)擴(kuò)散的速度越快，擴(kuò)散的深度也加大。因此，一方面，在推動集群企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型時，要從行業(yè)企業(yè)存在的共性問題出發(fā)，形成共性問題解決方案，這樣能夠最大程度上激發(fā)企業(yè)采納技術(shù)的積極性；另一方面，產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)企業(yè)大多為中小企業(yè)，智能制造示范試點(diǎn)項目應(yīng)該選取中小企業(yè)進(jìn)行，這樣能夠充分發(fā)揮智能化改造試點(diǎn)企業(yè)的示范效應(yīng)。