任軍號，鞏歲平

(西北工業(yè)大學自動化學院，西安710072)

1 引言

產業(yè)集群是一個經濟、社會、文化等多層面的區(qū)域復合體，其優(yōu)勢不僅體現在降低產業(yè)成本、提高生產效率等經濟層面，還體現在合作、誠信、創(chuàng)新等社會資本和文化層面。產業(yè)集群在增強地方產業(yè)競爭優(yōu)勢和拉動社會經濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，有利于資源優(yōu)化配置、推動產業(yè)升級，拉動地方經濟增長，實現區(qū)域協(xié)調發(fā)展。無論美國硅谷電子產業(yè)集群、德國圖特林根的外科器械產業(yè)集群、印度班加羅爾信息產業(yè)集群等高科技產業(yè)群集，還是“第三意大利”中小企業(yè)集群、加利福尼亞葡萄酒產業(yè)集群等傳統(tǒng)勞動密集型產業(yè)集群，以及國內中關村電子產業(yè)集群，浙江的大唐襪業(yè)、永康小五金、海寧皮革皮件等制造業(yè)集群都表現出極強的競爭力和旺盛的生命力，在當地及國家的經濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。正如波特描述的一樣:“當今世界經濟地圖上布滿了被稱為集群的區(qū)域”［1］。

作為現代社會經濟發(fā)展的重要組織形式，產業(yè)集群的演化是復雜的、動態(tài)的和非均衡的。隨著市場競爭的加劇，作為產業(yè)集群核心主體的企業(yè)經營環(huán)境在不斷變化，企業(yè)面臨的不確定因素在急劇增加，給產業(yè)集群的發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。由于缺乏對產業(yè)集群演化的系統(tǒng)認識，產業(yè)集群原有的優(yōu)勢不斷變弱，利潤急劇下降，有些集群甚至面臨生存危機。因此，此文從復雜自適應系統(tǒng)(Complex Adaptive System，CAS)的理論視角分析產業(yè)集群演化，建立產業(yè)集群的動態(tài)演化模型，為進一步研究產業(yè)集群演化特征，還提出產業(yè)集群發(fā)展的對策建議，不僅具有理論意義，而且也具有重要的現實意義。

2 產業(yè)集群

產業(yè)集群(industrial cluster)是一個在學術界廣泛應用的概念，它是一群相互聯系的企業(yè)和機構在某個地理區(qū)域緊密集聚在一起的現象［2］。結合國內外學者研究成果［2-5］，作者認為，產業(yè)集群是指一組在地理上靠近的相互聯系的相當規(guī)模的企業(yè)和橫向、縱向相關聯的機構，在特定的產業(yè)領域及空間范圍內，按照一定的經濟聯系、以一定的集聚速度、在一定的時間尺度內集中在一起，形成一個類似生物有機體的集聚體群落。此定義用公式(1)表示:

公式(1)中f(x)是空間范圍的函數，v1是產業(yè)集群在橫向(政府、科研機構、金融機構等)合作上集聚的速度函數，v2是產業(yè)集群在縱向(產業(yè)鏈、供應鏈等)合作上集聚的速度函數，v3是產業(yè)集群與環(huán)境(市場等)交互的速度函數，產業(yè)集群演化進程就是產業(yè)集群主體在時間和空間范圍內的積分過程。

產業(yè)集群系統(tǒng)屬于復雜自適應系統(tǒng)范疇，具有主動適應性、多層次、開放性、協(xié)同性以及共同演化等復雜特性。產業(yè)集群一定是個開放的系統(tǒng)。經驗數據表明，產業(yè)集群不但能夠產生穩(wěn)定的、平衡的動態(tài)行為，而且還產生不確定的混沌行為［7］。產業(yè)集群的開放性和動態(tài)性是產業(yè)集群復雜性的重要基礎。

3 CAS理論模型

CAS理論提出兩個模型:個體演化的基本行為模型和整體演化的ECHO模型。這兩個模型不僅建立了微觀與宏觀之間的聯系，而且較好地解釋了事物從簡單到復雜的演化過程以及復雜系統(tǒng)的演化機制。

3.1 主體演化的行為模型

主體的基本行為模型［6-8］對個體的適應和學習過程進行了描述。其核心是執(zhí)行系統(tǒng)(Performance system)，說明了主體在某個時刻對環(huán)境的反應能力。執(zhí)行系統(tǒng)包括三個部分:一個探測器(Detector)，一個效應器(Effector)和一組If/Then規(guī)則集合，如圖1所示。

圖1 主體基本行為模型

探測器用來接收和處理外部輸入信息，代表了主體從環(huán)境中接收信息的能力，它是主體存在的條件。響應器用來輸出消息，按給定控制產生輸出并更新內部狀態(tài)，代表了作用于環(huán)境的能力，是主體的功能所在。

If/Then規(guī)則集合實際上就是一個刺激——反應模型(內部模型)，規(guī)定了對刺激實時響應，它代表了處理探測器所接收到信息的能力。這三種元素都是抽象的，所以可應用于不同種類的主體。

其中，激勵是主體對環(huán)境信息的感知，響應是主體對激勵的輸出，規(guī)則是激勵到響應的映射。因此，執(zhí)行系統(tǒng)的模型可以用如下數學模式來表示［8］:

設主體 M的輸入(條件集)為 XM={x1，x2，...，xn}(由探測器決定)，輸出(功能集)為 YM={y1，y2，...，ym}(它由響應器決定)，輸入和輸出的關系可表示成式(2):

FM表示從XM到YM的映射，實際上就是主體的If/Then規(guī)則。這里很多規(guī)則同時起作用并不斷更新，共同描述了復雜系統(tǒng)的決策行為。

3.2 整體演化的ECHO模型

在微觀個體演化的基本行為模型基礎上，加上“資源”和“位置”的概念和若干演化機制，形成了整體演化ECHO模型。下面先介紹ECHO模型的兩個基礎概念:資源(Resource)和位置(Sites)。

資源是指影響主體生存與發(fā)展的任何環(huán)境物質。資源可以是生物界的土地、水分、空氣、食物和養(yǎng)料，也可以是經濟系統(tǒng)中的資金、原材料、能源、技術人力和信息等，也可以是社會系統(tǒng)的文化、社會合作競爭關系等。資源是系統(tǒng)演化的基礎。位置是復雜適應系統(tǒng)中主體活動的“空間場所”，如經濟系統(tǒng)中某個城市、某個市場等。ECHO模型的“地理環(huán)境”由一組相互連接的位置規(guī)定，對于不同的位置，資源的充裕程度不同，相鄰位置主體的特征不同，主體的發(fā)展空間不同。

在ECHO模型中，主體具有三個基本部分:進攻標識、防御標識和資源庫。是系統(tǒng)之間交互以及系統(tǒng)內主體之間交互的規(guī)則。ECHO模型按如下模式運行:整個系統(tǒng)包含若干位置，每個位置上分布著不同的資源并存在若干主體，主體在位置間移動，主體間進行交互，交換資源和信息［9］，如圖2所示。

圖2 ECHO模型示意圖

4 CAS理論視角下的產業(yè)集群構架

4.1 系統(tǒng)分析邏輯

在系統(tǒng)科學中，任何一個存在的系統(tǒng)都必須包含三個方面［10］，即系統(tǒng)結構(系統(tǒng)的諸元素及其屬性)、系統(tǒng)環(huán)境及其界限、系統(tǒng)行為(系統(tǒng)的輸入和輸出)，如圖3所示。

圖3 CAS理論視角下系統(tǒng)分析邏輯

(1)系統(tǒng)結構是元素及元素之間關聯方式的總和。一般認為系統(tǒng)結構決定系統(tǒng)功能，系統(tǒng)功能是系統(tǒng)對外部作用的響應，即系統(tǒng)行為引起環(huán)境中的某些變化。系統(tǒng)結構是其功能的內在基礎，功能是結構的外在表現。

(2)系統(tǒng)環(huán)境及其界限是指系統(tǒng)運行的特定外界環(huán)境條件。系統(tǒng)受到環(huán)境的影響，同時也對環(huán)境施加影響。在一定意義上，抽象系統(tǒng)界限的劃分和確定主要取決于分析人員或決策者。

(3)系統(tǒng)行為是系統(tǒng)與環(huán)境的交互產生的輸入和輸出。外界環(huán)境給系統(tǒng)一個輸入，通過系統(tǒng)的變換與處理，必然會產生一個輸出，再反作用到外界環(huán)境。

4.2 產業(yè)集群系統(tǒng)構架

結合產業(yè)集群的概念及特征，以CAS理論的個體行為演化模型和ECHO模型為基礎，提出產業(yè)集群系統(tǒng)構架，如圖4所示。

下面對產業(yè)集群系統(tǒng)構架進行解析。

1)集群系統(tǒng)

在此從三個層面對產業(yè)集群系統(tǒng)主體進行分析，包括:組織機構系統(tǒng)、流通系統(tǒng)和產業(yè)鏈系統(tǒng)。三個層面之間并不獨立，而是相互交織形成產業(yè)網絡。除了系統(tǒng)主體外，集群系統(tǒng)還包括集群資源、探測器，響應器以及集群演化的規(guī)則集。

(1)組織機構系統(tǒng):從組織角度來看，產業(yè)集群主體構成組織機構系統(tǒng)。產業(yè)集群是網絡化的組織機構，主要包括企業(yè)、政府、科研機構、行會、金融機構等等。它們之間有密切的關系，是由相關產業(yè)的企業(yè)和機構構成的空間集聚體。

(2)流通系統(tǒng):從產品流通角度看，產業(yè)集群系統(tǒng)由處于不同階段的產品流通相關部門構成，主要包括供應系統(tǒng)、生產系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等。

(3)產業(yè)鏈系統(tǒng):從產業(yè)鏈角度來看，產業(yè)集群系統(tǒng)是以主導產業(yè)鏈為核心，以產業(yè)鏈的縱向和橫向延伸為目的，這也是產業(yè)集群最感官的體現。

(4)探測器:探測器是產業(yè)集群內各個主體感知系統(tǒng)內外環(huán)境激勵信號，并把信號迅速傳輸給集群系統(tǒng)主體。探測器是集群系統(tǒng)主體與環(huán)境交互的核心機制之一。

(5)響應器:響應器是產業(yè)集群內各個主體把集群內系統(tǒng)處理過的信號傳輸給環(huán)境。也是系統(tǒng)主體與環(huán)境交互的核心機制之一。

(6)規(guī)則集:規(guī)則集是產業(yè)集群系統(tǒng)內主體對激勵信號加工處理、轉化的規(guī)則機制，是產業(yè)集群系統(tǒng)的大腦，規(guī)則集的更新是產業(yè)集群系統(tǒng)演化的核心機制。

圖4 CAS理論視角下產業(yè)集群系統(tǒng)構架

2)環(huán)境系統(tǒng)

在此將與集群系統(tǒng)的存在、演化有關的各種外在事物和條件的集合，稱為環(huán)境系統(tǒng)。集群環(huán)境系統(tǒng)不是孤立存在的，環(huán)境系統(tǒng)的構成要素是多方面的，既具有自然的，又具有社會的;既具有經濟的，又具有文化的、技術的，而且各種系統(tǒng)交叉影響、相互制約。環(huán)境系統(tǒng)是集群系統(tǒng)演化的重要外部影響因素，在此將其歸納為自然環(huán)境、社會環(huán)境以及經濟環(huán)境。

(1)自然環(huán)境:自然環(huán)境，通常是指環(huán)繞集群的自然界，由地理位置、自然界資源，人文和交通基礎設施等等要素組成。

(2)社會環(huán)境:社會環(huán)境包括的范圍很廣，包括政治環(huán)境、人文環(huán)境、科技環(huán)境、社會物質環(huán)境、社會形態(tài)等等。

(3)經濟環(huán)境:經濟環(huán)境主要包括行業(yè)環(huán)境、市場環(huán)境、投資環(huán)境、金融環(huán)境、國內外經濟環(huán)境等等。

5 產業(yè)集群系統(tǒng)演化模型

產業(yè)集群系統(tǒng)的演化，既是一種過程，也是一種結果。作為過程的集群系統(tǒng)演化包含集群對系統(tǒng)外部環(huán)境激勵的感知、解析、響應等，作為結果的集群系統(tǒng)演化表現為其系統(tǒng)結構、功能、集群效益、運行機制、集群特定性知識等涌現的變化。

集群系統(tǒng)演化是一種適應性智能活動。在混沌的經濟環(huán)境中，集群系統(tǒng)主體感知環(huán)境的變化，對變化因素進行綜合解析，并采取智能行動，因此對導致系統(tǒng)的分岔、突變和涌現行為，系統(tǒng)采取了適應環(huán)境的變化行動［9］，從而使系統(tǒng)進入相對穩(wěn)定狀態(tài)，其中適應性學習、分岔和突變是產業(yè)集群演化的核心機制。集群系統(tǒng)動態(tài)演化模型，如圖5所示。

1)混沌的環(huán)境:集群的形成過程很復雜，是混沌經濟社會內各要素經過長時間的自組織、自適應交互的結果。這里混沌的環(huán)境是集群系統(tǒng)萌芽形成的基礎。集群的產生是混沌經濟社會系統(tǒng)某局部出現了隨機有序，其目標是追逐效益，且功能上能夠進行自組織、自適應和自進化，這種隨機有序產物的產生便體現為集群萌芽。

2)環(huán)境感知與解析:集群萌芽在混沌經濟社會環(huán)境中，集群系統(tǒng)與環(huán)境不斷進行著能量、物質、信息的交換。整個演化模型中系統(tǒng)對環(huán)境的感知與解析每時每刻都在進行。

3)適應性學習:集群為了將來更好地發(fā)展，便開始積聚資源，并向外界學習。利用外部環(huán)境和自身現有資源，復制自身有效規(guī)則、模仿消費者和競爭者的成功經驗。其中信用分派和規(guī)則更新是適應性學習的核心機制。集群內主體則初步開發(fā)與尋求合作，反復實踐和利用有限多元化，以及擴大產業(yè)縱橫向合作以提供更多的產品和服務。適應性學習在產業(yè)集群形成期起到關鍵作用，它是集群探索發(fā)展的必經之路。

4)分岔與突變:所謂分岔就是系統(tǒng)的控制參量改變而引起動態(tài)系統(tǒng)定性性質的改變。當系統(tǒng)達到一種狀態(tài)向另外一種狀態(tài)轉變的臨界點時，系統(tǒng)總是面臨多種可能的狀態(tài)選擇［8］。因此說，系統(tǒng)的分岔是系統(tǒng)演化、層次提升的重要前提和基本機制。分岔是產業(yè)集群專業(yè)化分工的核心機制，突變是集群創(chuàng)新的核心機制。

5)涌現:涌現是在系統(tǒng)微觀主體演化的基礎上，宏觀系統(tǒng)在性能和結構上的突變，促使集群系統(tǒng)得到質的飛躍和提高，并生成新的、原有集群系統(tǒng)所不具備的、更高層次的系統(tǒng)特征的過程。集群系統(tǒng)演化的過程，在本質上就是系統(tǒng)新特征不斷涌現的結果。涌現機制是集群走向成熟期的關鍵，系統(tǒng)在這個階段特定性知識集聚增加，系統(tǒng)主體之間的聯系更加緊密，系統(tǒng)運營成本降低、系統(tǒng)效率明顯提高，集群的競爭力集中涌現，是集群走向相對穩(wěn)定期的過渡階段。

圖5 產業(yè)集群系統(tǒng)動態(tài)演化模型

6)系統(tǒng)相對穩(wěn)定:系統(tǒng)經過上述一系列的演化過程后，逐漸達到相對穩(wěn)定狀態(tài)。但是集群系統(tǒng)所在環(huán)境的不斷變化、競爭的不斷加劇，使得系統(tǒng)要不斷感知環(huán)境的變化，對變化因素進行綜合解析，并采取行動。因此，集群系統(tǒng)演化是螺旋上升的、相對循環(huán)的動態(tài)過程。

7)在集群系統(tǒng)演化的每個動態(tài)階段，如果采用了不適應環(huán)境的規(guī)則或者外界環(huán)境突發(fā)變動，將會導致集群系統(tǒng)消亡。

6 結束語

從傳統(tǒng)經濟學角度研究產業(yè)集群方法的不足以及產業(yè)集群的復雜性，考慮到復雜性系統(tǒng)理論研究此問題的優(yōu)越性，在此以CAS理論為視角，把產業(yè)集群的概念拓展并結合個體行為演化模型和ECHO模型提出產業(yè)集群系統(tǒng)構架，在此基礎上提出產業(yè)集群演化動態(tài)模型。該模型把產業(yè)集群演化的生命周期特性和復雜系統(tǒng)的演化識別過程結合起來，以復雜系統(tǒng)的演化機制為依據，提出產業(yè)集群誕生于混沌經濟環(huán)境，經過系統(tǒng)對環(huán)境的自適應學習，自身的分岔與突變，系統(tǒng)整體的涌現，達到系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的循環(huán)過程，是一個螺旋上升的循環(huán)過程。其中自適應機制主要體現在以產業(yè)集群系統(tǒng)主體之間、主體與環(huán)境的交互，分岔與突變機制主要體現在產業(yè)集群內主體的特定性知識增加為核心的規(guī)則集更新，其外在表現為以物質流、信息流、能量流的更新為主的系統(tǒng)創(chuàng)新。

［1］ Porter M E.Local Clusters in a Global Economy［J］.Economic Development Qarterly，2000:15-34.

［2］ 馬建會.產業(yè)集群成長機理研究［M］.北京:中國社會科學出版社，2007.

［3］ 陳莞.產業(yè)集群結構分析及其演化的元胞自動機模擬［D］.福州:福州大學，2005.

［4］ Bergman，E dward，M.Industrial and Regional Clusters.Concepts and Comparative Applications［J］.University of West Virginia，Morgantown，1999，5(25):126-145.

［5］ Michael S.Dahl and Christian.Knowledge flows through informal contacts in industrial clusters:myth or reality［J］.Research Policy，2004，26(23):289-297.

［6］ 許國志.系統(tǒng)科學［M］.上海:上?？萍冀逃霭嫔?，2000.

［7］ 黃春萍.基于CAS理論的企業(yè)系統(tǒng)演化機制研究［D］.天津:河北工業(yè)大學，2007.

［8］ Holland J H，著.隱秩序——適應性造就復雜性［M］.周曉牧，譯.上海:上海科技教育出版社，2000.

［9］ 任錦鸞.基于復雜性理論的創(chuàng)新系統(tǒng)理論及應用研究［D］.天津:天津大學，2002.

［10］ 顧培亮.系統(tǒng)分析與協(xié)調［M］.天津:天津大學出版社，1998.