基于多重螺旋协同创新理论的DEA评价模型.docx

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基于多重螺旋协同创新理论的DEA评价模型

基于多重螺旋协同创新理论的DEA评价模型

——以皖江城市带为例

摘要：

根据三螺旋模型的基本框架、产学研理论和系统动力学构建I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型，其次基于该模型内嵌两阶段链DEA模型和多重螺旋协同创新评价指标体系，并以皖江城市带为例，进行科技创新能力评价的实证分析。

实证结果为：

I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型的测度结果较好；皖江城市带存在显著的科技梯度现象，科技创新没能实现承续性以及存在各要素投入存在不合理等现象。

从区域内科技创新来看，皖江城市带内部科技创新效率差异大；从分阶段科技创新来看，皖江城市带将科技创新成果转化为经济产出的效率明显高于将科技创新所需资源利用并转化为科技创新成果的效率。

关键词：

多重螺旋；协同创新模型；两阶段链；DEA模型；皖江城市带

TheDEAevaluationmodelbasedonthetheoryofthemultiplespiralcollaborativeinnovation

Abstract：

Accordingtothebasicframeworkoftriplehelixmodel,studytheoryandsystemdynamicstobuildtheI-U-G-R-Uspiralcollaborativeinnovationmodel,thenbasedonthismodelembeddedtwo-stagechainDEAmodelandmultiplespiralcollaborativeinnovationevaluationindexsystem,inthecaseofwanjiangcitybelt,anempiricalanalysisofthetechnologicalinnovationabilityevaluation.Theresultsasfollows:

I-U-G-R-Umorespiralcollaborativeinnovationmodelofmeasureresultisbetter;Asignificantroleinwanjiangcitybeltgradientphenomenonofscienceandtechnology,scienceandtechnologyinnovationcan'tbearthesexandeachfactorinputssuchasunreasonablephenomenon.Fromthepointofregionscienceandtechnologyinnovation,wanjiangcitybeltinsidelargedifferenceofscienceandtechnologyinnovationefficiency;Fromthepointofscientificandtechnologicalinnovationinstages,wanjiangcitybeltthetransformationofscientificandtechnologicalinnovationfortheefficiencyofeconomicoutputwasobviouslyhigherthanthatoftheresourcesrequiredtousescienceandtechnologyinnovationandtranslatedintotheefficiencyofscientificandtechnologicalinnovationachievement.

Keywords：

Multiplescrew;Collaborativeinnovationmodel;Atwo-stagechain;DEAmodel;Wanjiangcitybelt

伴随知识经济的快速发展和科技变革速度的加快，协同创新（CollaborativeInnovation）作为整合创新资源、提高创新效率的有效途径，已成为促进中国经济转变发展方式、实现产业机构优化升级以及实现跨越式发展的重要手段。

2011年，教育部制定了“2011计划”，2014年，教育部又进行组织填报第二批“2011协同创新中心”的计划。

十八大报告也进一步指出坚持科学发展观要以加快转变经济发展方式为主线，着力增强创新驱动发展新动力，着力构建现代产业发展新体系。

表现出协同创新作为大跨度整合创新组织模式在把握世界前沿科技发展趋势，加强创新主体功能、提高创新要素协同效应，优化创新资源配置的重要意义。

同时研究国家和区域的协同创新机制也成为当前和下一阶段我国实现经济发展方式转变和跨越式发展的重要理论来源（洪银兴,2011;任保平,郭晗,2012,2013）[1]-[3]。

一、文献综述

关于技术创新或科技创新的理论溯源学者们大都追溯到马克思的《德意志意识形态》和《资本论》（洪银兴,2010,2013;杨继瑞等,2013）[4]-[6]。

对于在经济学中提出具体创新概念的学者则是熊彼特[7]，克里斯托夫·弗里曼对熊彼特的创新内涵进一步概括为新发明、新产品、新工艺、新方法或新制度在经济中的新尝试[8]。

其后，创新的概念和理论经历了Solow、G.Lyn、J.M.Utterback等人的丰富和发展，目前将创新定义为一个新的事物或方法，即创新是在原始的、相关的、有价值的新产品、新过程或服务的实施方案中引入、组合或综合新的知识的过程（Luecke&Katz,2003;Davilaetal,2006;DavidCroslin,2010）[9]-[11]。

螺旋创新模式（SpiralInnovationModel）是技术创新或科技创新从20世纪90年代末至今以来创新理论发展的新的阶段。

Etzkowitz&Leydesdorff（1995,1998）最早提出并完善三螺旋理论（TripleHelixModel,TH）模型[12][13]，随着三螺旋模型的不断发展，学者们将其运用为直接测量知识与技术发展之间联系的工具（Parketal,2005;ShinJungCheol,2012）[14]-[15]。

对于三螺旋理论在实证方面的应用较晚，但之后三螺旋理论的发展也主要集中于实证层面，即定量研究国家层面（主要为发达国家）的合作网、三边关系的测量，三螺旋互信息量测度，知识生产与技术发展关系测度等方面（Leydesdorff&Guoping.,Z,2001;Leydesdorff,2003,2009;Park,H.W.&Leydesdorff.L.,2010;Kwonetal,2012）[16]-[20]。

三螺旋理论进入21世纪后还在另一方面获得重大发展，即提出了合作网络（CollaborativeNetworks）的概念，包括现实中存在的技术网络、社会网络、生物网络和信息网络（Newman,2003;Zhaoetal,2011,2012）[21]-[23]，Newman（2010）在此基础上将合作网络进一步扩展到权重合作网络（CooperationNetworkWeights）[24]。

国内关于三螺旋理论的研究主要集中于理论方面，王成军（2006）、周春彦（2006,2008）等较早的研究了三螺旋理论在中国的应用[25]-[27]。

很多学者集中于研究三螺旋理论研究的机制与路径、内涵及概念框架、研究进展与模型结构等方面（许强,杨艳,2010;王成军,王正利,2011;邹波,郭峰等,2013）[28]-[30]。

在三螺旋与其他学科交叉研究方面也有大量成果，基于产学研的视角，王建华（2010）以福建省LED为例分析了大学-产业-政府在合作中需要注意的问题[31]；基于管理学的视角，徐珏、于丽英（2010）还通过具体案例分析了产业集群成长中三螺旋关系的演变[32]；基于共生理论视角，刁叔钧（2012）还进行了产学合作教育联盟尝试[33]。

关于三螺旋理论在协同创新模型中的应用也越来越成为学界的热点，王向华（2012）研究了三螺旋理论与区域智力资本相结合的协同创新机制[34]，吴姮,于丽英（2013）基于多重螺旋理论探索了“官产学研用”协同创新途径[35]，孔祥浩,张研（2013）分析了我国面向行业的科技创新情况和产学研合作现状、特点及存在的问题，并进一步构建了面向行业的三螺旋协同创新模型以期完善协同创新理论[36]。

由文献梳理可知，我国关于三螺旋理论（TripleHelixModel,TH）主要应用于理论探讨，实证文献不足；且该理论虽然可以从创新主体、创新模式以及创新机制等方面弥补传统“产学研”协同创新理论的缺陷与不足，然而现有三螺旋理论也存在由于创新主体差异化（或创新主体无法满足新的需要）、三螺旋模型框架以及计算方法单一、协同创新合作路径选择不合理等问题。

基于此，本文根据三螺旋模型的基本框架、产学研理论和系统动力学构建多螺旋协同创新模型（SpiralCollaborativeInnovationModel）的基本框架，其次基于该基本框架内嵌两阶段链式模型和多螺旋协同创新评价指标体系，构建完整的I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型。

最后以皖江城市带为例，运用多螺旋协同创新模型基本框架下的内嵌两阶段链式模型与指标评价体系进行科技创新能力的实证研究。

二、多螺旋协同创新模型的基本框架

本文将协同创新理论模式、传统产学研理论与传统三螺旋模型相融合，并根据系统动力学和中国科技创新和产业优化升级的实际将传统三螺旋模型扩展到多螺旋协同创新模型，并建立基本框架。

（一）协同创新理论模式

创新的概念和协同的概念最初并没有结合到一起，这一点我们在熊彼特在经济学中提出创新概念中就可以看出。

传统产学研理论与协同创新理论模式相结合的观点为：

在协同体系中各协同方以创新资源共享、创新优势互补为前提，在创新的过程中实行共同参与、共享成果、共担风险的准则，从而达到各协同方期许的创新收益。

本文认为协同创新理论模式在协同机制方面主要包括合作动力协同、合作路径协同以及知识管理协同三个方面，同时归属于产学研过程中的三个层次，即目标层、评价层和行为层，且动力协同、合作路径协同以及知识管理协同在行为层发挥主要作用和功能（如图1）。

协同创新理论与产学研理论运用评价

图1协同创新理论模式

Figure1collaborativeinnovationtheorymodel

由图1知，知识创造协同、知识传递协同、知识应用协同共同构成了协同创新理论模式的目标层，即在协同创新的过程中，三个协同目标也是各种协同活动的活动原则和重要组成部分，或者可以说是产学研协同创新活动的期望结果。

评价层则是对协同创新理论或协同创新活动的评价，然而传统产学研理论或协同创新理论对评价层的评述、理论研究或实证测度较少，从而无法在评价层获得改善科技协同创新的正反馈效应。

（二）三螺旋模型扩展到多螺旋模型

传统三螺旋（TripleHelixModel,TH）模型如图1行为层中的产（Industry）——学（University）——研（Research）三个圆环。

传统三螺旋模型包含三个部门，且每个部门对自己部门或其他部门都有互动自反效应（InteractiveReflexiveEffects），同时产生的接口组织可以进一步促进创新资源、知识信息、人员流动、制度安排等方面的交流与共享，从而加快科技创新的速度和提高创新效率。

图1中有4个接口组织，分别为3个双边接口组织（iu,ir,ur）和一个三边接口组织（X），双边接口组织（iu,ir,ur）中的任意双边接口组织承担的是两个主体区域内的功能，如iu承担的是产和学的重叠功能，三边接口组织虽然只有一个X，但是其承接的是合作三方的重叠功能，即合作网络（CollaborativeNetworks）中的混生组织。

因此在三螺旋模型中双边接口组织尤或三边接口组织越多，其科技创新的速度、效率、投入产出比越优。

因此，我们可以发现传统三螺旋模型中参与创新主体只有三个，显然无法满足处在改革深水期中国科技创新的现实需要，具体表现为：

第一，在中国特色社会主体市场经济中，创新主体明显不止三个，创新主体过少（或过于单一）；第二，传统三螺旋模型还存在创新主体差异化或创新主体不统一的现象。

其次，传统三螺旋模型存在国家社会主义模式、自由放任模式、重叠模式等模式导致在评价中国科技创新协同度和能力时不统一。

再次，还存在由于协同创新合作路径选择不合理等导致无法很好从实证层面分析测度等问题。

基于此，本文认为由三螺旋模型扩展到多螺旋模型，并且重新设计合作路径以及内嵌其他交叉学科的科技创新测度模型是有必要的。

基于此，本文建立I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型（如图2）。

在I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型中，主要螺旋变量有5个，分别为产（Industry）、学（University）、政（Government）、研（Researcher）、用（User）五个变量。

次要影响变量有3个，次要影响变量是指除了伴随协同创新螺旋上升的5个主要螺旋变量外，协同创新过程中还要受到来自人（Talent）、文（Culture）、资（Capital）三个变量的影响（如图2）。

本文建立I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型与传统三螺旋（TripleHelixModel,TH）模型的改进之处主要体现在三个方面：

第一，主要螺旋变量增至5个。

传统三螺旋模型的缺陷有充分证据表明单一“产——学——研”或“政——产——学”的三螺旋模型已明显满足不了现实科技创新协同机制的诉求。

多螺旋协同创新模型首先细分传统三螺旋模型的所有参与变量，同时融合了传统变量即政——产——学——研。

其次，构建多螺旋模型更加需要解决协同创新理论模式中评价层这一薄弱环节，因此加入“用（User）”变量即更加重视用户对科技创新过程、结果的反馈作用。

第二，传统三螺旋没有次要影响变量，而在多螺旋模型中增至3个。

首先分析“人（Talent）”，即R&D人员或其他人才。

洪银兴（2013）认为创新更为重要的是依靠知识资、人力资本和激励创新制度等无形要素来实现[40]。

PCAST（2004）、CouncilonCompetitiveness（2004）以及美国竞争力委员会（NationalInnovationInitiativeInterimReport）等机构同样把人才对于协同创新的影响放在重要位置[41][42]。

其次，分析“文（Culture）”，即社会文化环境或社会创新氛围。

朱迪.埃斯特琳（2010）、ThomasWallner（2010）以及美国国家科技与经济会议办公室等在扩展创新生态系统框架时将社会系统水平、创新文化等认为是创新生态系统的重要组成部分[43]-[45]。

由于这一指标在当今中国创新体系中也是十分重要的变量，因此本文借鉴该指标纳入多螺旋模型。

再次分析“资（Capital）”这一变量，即资本（包括固定和流动资本）在多螺旋模型中的作用。

CommitteeonComparativeNationalInnovationPolicies（2011）、刘志彪（2012）、曾国屏，苟尤钊（2013）等都认为资本在创新上大量投入可以促进经济增长与繁荣，且在美国公共和私人的风险性投资以及鼓励研究者创办公司构成了美国创新生态体系的主要特征[46]-[48]。

因此，本文认为应该且有必要将“资（Capital）”这一变量纳入多螺旋模型中。

同时，这三个变量都在从整体上间接影响多螺旋协同创新机制。

最后，由于增加了主要螺旋变量与次要影响变量，在现有多螺旋协同模型下，接口组织不仅在量上有提高，在借口组织层次上也有提高（如图2）。

即在多螺旋协同模型中存在10个双边接口组织、10个三边接口组织、5个四边接口组织、1个五边接口组织以及3个五边影响组织（如图2）。

综上所述，由三螺旋模型扩展到多螺旋模型不仅在螺旋变量、影响变量、协同借口组织上有很大优化，而且可以从根本上提高协同创新联盟的管理和运转效率，提高科技研发创造、共享、传递、运用等方面的作用，从而在最大程度上促进经济发展的转型和优化。

螺旋变量

图2：

I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型

Figure2:

I-U-G-R-Umorespiralcollaborativeinnovationmodel

三、内嵌于I-U-G-R-U模型的两阶段链DEA模型

基于本文构建的I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型的基本框架，进一步构建内嵌于I-U-G-R-U模型的两阶段链DEA模型。

不论是单一的多螺旋协同创新模型还是传统两阶段链DEA模型都没有将完整的协同创新体系纳入其中，若单一使用仅有的Leydesdorff的三螺旋算法（TripleHelixModel,TH）会产生测度缺陷，若单一使用传统两阶段链DEA模型则无法在测度投入产出效率全面考虑协同创新模型中的所有因素。

因此，本文进一步构建内嵌于I-U-G-R-U模型的两阶段链DEA系统模型。

（一）研究方法

本文沿用RichardHarris（2009）、冯锋等（2011a，2011b）等提出并应用于实践的数据包络分析法（DataEnvelopmentAnalysis,DEA）[49]-[51]，建立多要素投入（Multi-IngredientInputs）科技创新效率评价模型（两阶段链DEA模型）。

数据包络分析法（DEA）是由A.Charnes,W.W.Cooper&E.Rhodes（1978）首先提出，通过涵盖一定的多种要素投入和多种产出之间的联系，从而比较提供相似或相同服务和产品的多个生产和服务单位之间的投入产出效率。

因此，本文建立评价决策单元内部有效性网络（InternalValidityNetwork），构造较为完善的两阶段链多要素投入DEA系统模型。

模型结构如图3所示：

I12

子决策单元M11

图3：

两阶段链多要素投入DEA系统模型

Figure3:

two-stageDEAmodelchainmultipleinputs

其中，第一阶段，I11表示子决策单元S11在第一种要素投入时的输入向量，O11为子决策单元S11的输出向量；第二阶段，O11在作为为子决策单元S11的输出向量的同时还是子决策单元M11的输入向量，且I21表示子决策单元M11在第一种要素投入时的输入向量，O21为两阶段链式多要素投入DEA系统模型的决策输出变量。

其中，各投入与产出向量满足条件：

（1）

（2）

（3）

（4）

同时，假定该链式系统（DEA）每个子决策单元（S1i；M1i）均满足规模报酬不变，可以利用CCR（C2R）模型评价每个子决策单元的投入与产出效率，且每个子决策单元（S1i；M1i）在生产前沿面上都存在相应的锥性投影。

（二）模型构建

本文试图建立的两阶段链多要素投入DEA系统模型虽然是基于两阶段链式数据包络分析法（DEA）系统模型而建立的，但是这里需要指出的是，目前所构建的两阶段链式DEA系统模型只是一个基本框架，其中具体多个输入与输出指标的确定需根据I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型确定，即内嵌于I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型的两阶段链多要素投入DEA系统模型可以进一步细分（如图4）。

科技研发投入

科技研究开发

科技研究应用改造

科技研究产出

第二阶段产出

第二阶段投入

第一阶段产出

第一阶段投入

第二阶段科技应用与改造

第一阶段科技研究与开发

图4：

两阶段科技创新效率过程与评价模型

Fig.4Twostageefficiencyoftechnologicalinnovationprocessandevaluationmodel

经典链式系统如果看作是解决多个输入（输入越小越好）和多个输出（输出越大越好）之间多个目标决策有效解的话，则在两阶段链多要素投入DEA系统模型中需要达到的效果是：

第一阶段科技创新的输出向量（O1i）不变而输入向量（I1i）尽可能的小；第二阶段科技创新的中间向量（即输出向量O1i）不变而输出向量尽可能大，即输出向量或中间向量（O1i）始终保持不变。

因此，我们可以得到基于两阶段链式DEA系统模型的投入——产出可能集，两阶段表达式为：

（5）

（6）

其中，T1、T2表示第一阶段和第二阶段的模型产出可能集；N表示决策单元数（S1i；M1i）；

表示投入（I1i/I2i）或产出（O1i/O2i）的权系数，即对第i种类型输入或者输出向量的一种度量，

表示CCR（C2R）的效率值。

我们可以知道，当且仅当T1、T2的目标值

＝1时，也就是说用线性规划的最优解来判定决策单元（S1i；M1i）有效性的话对于整个链式系统是有效率的，即皖江城市带中某些城市的科技创新效率相对于其他城市或皖江城市带而言是有效率的。

因此，本文根据线性最优化理论，将两阶段链多要素投入DEA系统模型的产出可能集概括为：

（7）

其中，STIEM为产出可能集，H0为目标函数值，V、U分别是投入向量和产出向量的权重系数。

（三）指标体系构建

本文根据I-U-G-R-U多螺旋协同创新模型的5个主要螺旋变量和3个影响变量确定了多螺旋协同创新指标，根据两阶段链多要素投入DEA系统模型确定了在第一阶段和第二阶段的投入与产出指标（如表1）。

表1：

多重螺旋协同创新评价指标体系

Table1Multiplespiralcollaborativeinnovationevaluationindexsystem

第一阶段投入指标

第二阶段投入指标

第二阶段产出指标

指标类型

指标对象

指标名称

第一阶段

产出指标

第二阶段投入指标

指标名称

人

社会人才

普通高等学校和中等专业学校毕业学生数

专利授权数量

发表科技论文数量

出版著作数量

/

形成国家标准行业企业数

拥有注册商标数

新产品销售收入

各市R&D人员折合全时当量

文

文化环境

普通小学、中学在校学生数

获取职业技能鉴定证书人数

职业技能鉴定考核机构数

职业技能鉴定考核人数

政

政府扶持

政府文社医财政支出

高新技术减免税额

政府对R&D项目活动支出

科研仪器采购经费

产

产业与企业

有R&D活动企业数

技术改造经费

R&D项目经费支出

三种专利授权数

学

高等学校

三种专利申请数

三种专利授权数

R&D项目经费支出

研

研究机构

三种专利申请数

三种专利授权数

R&D项目经费支出

资

资本支撑

/

固定资产净值年平均余额

技术引进及消化吸收经费

用

用户体验

各市城镇居民家庭年人均现金支出

/

注：

1.三种专利申请分别指外观与设计专利、实用新型专利和发明专利。

2.资本支撑中“R&D经费国内资本支出”是指国内资本科学技术投入经费，即政府、企业、学校和研究机构R&D经费中国内资本支出总额。

3.《安徽统计年鉴2013》中把技术改造经费、技术引进及消化吸收经费等都统计到其他技术活动经费中，本文所建立的指标体系将他们加以区别。

在本文构建的多螺旋协同创新指标体系中，与多螺旋协同创新模型一样分为8类，即产（Industry）、学（University）、政（Government）、研（R