第三节 基于自组织理论的区域创新系统理论

自组织理论是研究客观世界中自组织现象的产生、演化等的理论，也称为非平衡系统理论。它以新的科学理论和方法对复杂系统的规律性进行研究，从研究非生命的物理现象、化学现象、天体现象、黑洞宇观现象到研究有生命的生物进化、社会经济的进化等，都在不同程度上得到了一些新的结果，从而引起了广泛的关注。人们将德国物理学家I.Prigogine(1986)等的“耗散结构”理论(Dissipative Structure Theory)、德国物理学家H.Hakan(1977)等的“协同”理论(Synergetics Theory)、美国数学家Thom(1972)的“突变论”数学理论(Catastrophe Theory)等都纳入自组织理论。

自组织理论中的开放性原理、非线性原理、非平衡性原理、不稳定性原理、反馈原理、涨落原理、支配原理、环境适应性原理等，都是一系列关于研究自组织系统或自组织过程的基本原理。这些原理的应用可以对系统的自组织性或自组织过程进行判定，完整地给出了系统自组织条件、机制、途径等判别的方法和依据。其方法论要点主要表现为：(1)通过开放系统创造条件，加强物质、能量与信息输入从而产生自组织过程；(2)通过循环耦合，突变、渐变途径，使系统得以维持自组织并且发展演化的多样性，增强有序程度和关联程度；(3)激励系统内部子系统的非线性相互作用，通过竞争、合作推动系统产生整体新的模式和功能；(4)通过自相似构建和寻求混沌临界点或阈，将系统的演化推进到最大的复杂性可能空间，创造演化有序发展的机会。

区域创新系统是一个同时具有自组织与他组织特征的系统，存在着一定的复杂性。如果没有企业的自发行为，很难在短时期内形成众多的企业集群；如果没有政府和非营利组织的组织作用，系统内各个局部协同行为的产生将是缓慢的，有限资源的配置也可能是低效率的。

1．耗散结构论

耗散结构论主要研究一个系统从无序向有序、从低序向高序转化的机理、条件和规律。这一理论指出，一个远离平衡态的非线性的开放系统通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量才能维持，并保持一定的稳定性，不因外界的微小波动而消失。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定结构因此被称为“耗散结构”。这一理论的要点可以概括为四个方面：(1)耗散结构必须是开放系统。正是因为开放系统能与外界进行熵的交换开放，所以系统才能形成耗散结构，所谓熵法即是物质系统的一种状态函数，表示系统的紊乱程度。(2)非平衡是有序之源。这是因为这种非平衡态能使系统具备与外界进行能量、物质和信息交换的需求和势能。(3)非线性作用是有序的动力。相干效应和临界效应在非线性作用在耗散结构形成和演进过程中产生，是推动系统向有序发展的内部动力，是耗散结构形成的重要机理和必要条件。(4)随机涨落是有序形成的契机。系统的某个变量或某种行为对平均值的偏离被称为“涨落”。当系统处于远离平衡态时，随机的小涨落可以通过非线性的相干作用和连锁效应被迅速放大，形成宏观整体上的“巨涨落”，使系统发生突变，形成一种新的有序状态。在远离非平衡态时，涨落对耗散结构的形成起到触发和激化作用，是耗散结构形成的“催化器”。

2．协同理论

协同理论是关于多组分系统如何通过子系统的协同行动而导致结构有序演化的自组织理论，是由20世纪70年代初联邦德国理论物理学家哈肯首先提出的，后来逐步发展为自组织理论中的另一个颇具特色的学派，即哈肯学派。哈肯认为系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中，没有外界的特定干预，按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结构，就可将该系统称为自组织。

协同是指在系统内各部分进行协同工作。相变是合作效应，是微观系统组成部分的共同运动。协同理论包括不稳定性原理、支配原理和序参量原理三个原理。协同理论认为，支配原理是该理论的核心，同时不稳定性的存在对系统有着积极意义，而小的序参量是决定系统自组织的基础。“涨落”的作用在协同理论中被认为是结构有序演化过程中的关键。而这三个原理共同发挥作用的最后结果是形成协同效应。所谓协同效应，是指系统从资源配置和经营范围的决策中所能寻求的各种共同努力的效果，换言之，分力之和大于各分力简单相加的结果，即1+1＞2效应。协同作用是决定系统效率最重要的因素之一。

3．突变论

法国数学家R．托姆最早提出突变论，并于1972年在专著《结构稳定与形态发生》中对突变论进行了系统阐述。突变论运用拓扑学、奇点理论和结构稳定性等先进数学工具，研究自然界和社会各种非连续性的突然变化现象，通过形象而精确的数学模型，直观描述了系统怎样随着外部条件的连续变化而引起结构突然的飞跃式变化。突变论与耗散结构论、协同论在有序与无序的转化机制上，把系统的形成、结构和发展联系起来，推动了系统科学的发展。

突变理论着眼于量的角度研究各事物的不连续变化，认为稳定态和非稳定态存在于自然界或人类社会任何一种运动状态中，在微小的偶然扰动因素影响下，稳定态仍然能够保持原来状态，非稳定态则会迅速离开原来状态。突变论认为稳定态与非稳定态是相互交错的。系统从一种稳定状态进入不稳定状态，随参数的再变化，系统状态会发生突变，又使不稳定状态进入另一种稳定状态。在严格控制条件的情况下，如果质变中经历的中间过渡态是稳定的，那么它就是一个渐变过程。控制条件的不同，会使实现质变的转化呈飞跃式或渐变式状态。即使在同一领域中，由于条件不同，既可以通过突变式飞跃实现质变，也可以通过非突变式飞跃实现质变。突变论特别适用于研究内部作用尚属未知但已观察到有不连续现象的系统。任何高度优化的设计都可能有许多不理想的性质，因为结构上最优，常常关联着对缺陷的高度敏感性，就会产生特别难以对付的“灾变”。

4．区域内部的自组织结构

整个区域创新系统是一个与外界发生物质、能量和信息交换的开放系统，它由大量的主体(政府、企业、大学、科研机构以及其他非营利性组织等)构成，从环境吸取人才、资金、信息、技术等维持区内企业的生存与发展，由组织、运营、支撑三大系统构成大系统(见图2-2)。其中，组织系统是指区域内具有决策、执行、咨询、监控等职能的管理机构和从事研发、生产、营销活动的业务机构，以及它们之间的相互关系。运营系统是指区域内其各个部门和创新企业的运转方式和运作机制，特别是区内创新—开发—生产—营销体系的运转方式和运作机制。支撑系统是指区域内基础设施建设，以及内部的工商、税务、金融、保险、孵化器等社会综合服务体系。在这种结构中，形成了相应的区域规范和秩序。随着区域的经济发展，区域内结构与功能日趋多样化和复杂化，区域内的规范和秩序也日臻完善。

经济区域内最基本的活动就是“投入—产出”活动，即投入一定的生产要素通过区内三大子系统各自功能的发挥最终形成一定的产出，与区外系统进行着物质、能量和信息的交换；与此同时，区内各个子系统之间也通过各自的运行方式不断地进行着物质、能量和信息的交换。总之，区域内各组成部分不断地与外界交换着资源，从而使其由原来的无序或低序向有序或更高的有序发展。显然，这样的区域就是一个典型的耗散结构。

根据耗散结构论，对于开放系统必须考虑系统与外界交换物质和能量(产品、技术、信息、资金等)所引起的熵流des 以及系统内部由于不可逆过程产生的熵dis，即对外开放系统有ds=des+dis, des 是系统与外界交换物质和能量而引起的熵变，是使系统趋于协同的外在根源，它阻止该系统趋于混沌，这个量可正可负；dis 是系统内部发生不可逆过程引起的熵变，是使系统趋于混沌的内在根源，这个量总是正的。若外界提供足够的负熵流des＜0，且|des|＞dis，则可做到ds＜0，这就是说在不违反热力学第二定律的条件下，远离平衡的非线性系统可以通过负熵流来减少总熵，从而使系统从无序态变为有序态即耗散结构状态。

区域首先是一个开放系统，这个系统既从外界吸收一定的投入，同时又有一定的产出；既有需求，又有供给，是一个远离平衡态的系统。从产业聚集区域产生起，区域内系统就不断地把区域与外界进行交换所获得的人才、资金、技术和信息转换为区域所产出的产品并推向市场。它通过外界对其进行的投入生产出一系列相关的产品，同时又将自己的产出通过投入的形式与其他经济系统进行交换。在这种大进大出的物质、能量交换过程中，吸收负熵流des，使|des|＞dis，从而减少总熵的量，降低经济系统的混乱无序度，提高有序度，形成新的耗散结构。

具体而言，从交换内容来看，如果des＜0，即负熵流，则表示促进区域内系统有效运转的信息可以被区内的行为主体从系统外有效吸收，同时这些吸收到的外部物质与能量还能够通过区域的运行机制创造出更多的产出，促进了区内各行为主体有序发展，实现了经济可持续发展。如果des＞0，即正熵流，则表示区内各行为主体存在角色错位，政府对企业进行的干预过多，市场化运营模式受阻，这不但影响了区域经济的发展和社会的进步，还可能会使经济和社会向无序的方向发展。因此，在强调提高系统开放的同时，还要对系统与外部环境的交流内容进行分析。按照自组织原理，一方面要使系统开放，大力引进能促使系统进步的“负熵流”；另一方面，又要加强控制，尽量杜绝或减少有害的“正熵流”流入。换言之，在这个复杂大系统中，政府和其他非营利性组织发挥公共治理主角作用为区内企业提供各项公共服务时，要注意量的限度和质的保证，比如区内企业的用地、用水及用电等公共资源的提供并不是越多越好。一方面质不好、量不足或过量的负熵流并不足以抵消系统内熵的增加，另一方面与系统需求不对路的、输入时机不适宜的、超出系统稳定态临界值的熵流，就可能不是负熵流而是正熵流。因此，区域内要以企业为微观经济活动的主角，公共部门则做好为企业服务的配角工作，从而使这个复杂大系统吸收尽可能多的负熵流，减少正熵流，从而兼顾经济效益与社会效益，实现经济与社会的可持续发展。

在区域系统内部，充满了各种个人、企业、非营利组织、政府之间的协同—竞争关系。企业之间的协同—竞争关系形成了区内的企业集群，企业集群、非营利组织和政府之间的协同—竞争关系最终构成了一个完整的大系统。企业集群利用群内的资源、资金、信息等要素进行着优势互补，群体的效益大于联合前各个成员企业的个别效益之和，即实现了1+1＞2的协同效应。这样使集群内每个成员都受益。成员企业利用以运行网络为纽带形成的资源、信息等优势可以增加集群的竞争力，在市场竞争中占据优势地位，在整体效益提高的同时，个体效益也得到一定的提高。而这一协同效应的实现很大程度上离不开管理机构尤其是政府提供的各项公共资源和公共服务，亦和政府公共治理效率的发挥密切相关。如果政府的公共治理效率较高，能够为区内的企业集群提供所需的适宜的各种公共资源，包括土地、水、电等公共资源，使获得公共资源的企业不仅能够实现自己的经济利益，并在一定程度上体现社会效益，那么这个系统就实现了1+1＞2的协同效应。否则，即使政府或者企业集群中的某一方实现了利益，也并不意味着区域系统内资源的最佳配置和效率的最优化。而要想实现区域系统的协同效应，关键在于处理好微观经济主体——企业利润最大化目标与治理多元主体之一——政府社会福利最大化目标之间的关系。

就区域这个具有自组织特征的系统而言，随着自身生命周期的演变和内外条件的变化，其往往在稳定态和不稳定态之间变动。区域内部要创造有利于系统实现突变的条件，促进区域整体升级。总体上看，区域内的各子系统可在功能上耦合，相互提供支持，形成一个生态系统。系统能够有效开展其内部各子系统之间及与环境之间的相互作用，充分利用各种有利的内外因素促使生命系统进行演化和变异，按照生命周期系统的演变特征进行选择评价，形成各子系统之间既竞争又协同的局面，通过选择和进化，促进区域的淘汰、延续和演化。