基于耗散理论的区域创新系统熵变研究

　　【论文摘要】区域创新系统是一个复杂自组织系统，形成耗散结构是其可持续发展的关键。本文在梳理国内外相关研究的基础上，从复杂系统耗散结构理论视角出发，对区域创新系统进行创新性研究。本文首先分析了区域创新系统耗散结构特征，探讨了其形成耗散结构的熵变过程；其次构建了区域创新系统熵值参量及耗散结构熵变模型；最后提出了促进区域创新系统形成耗散结构的具体措施。

　　【关键词】区域创新耗散结构熵变模型复杂系统

　　区域创新系统是一个复杂、开放、自组织系统，系统内部各个要素间相互作用、相互制约，组成了一个非线性层次网络结构。区域创新系统的创新运行的绩效和持续发展是系统自组织作用和系统与环境的相互作用共同决定的。复杂自组织系统的熵变理论研究是目前国内外关于系统效能评价的较前沿的研究，其动态地反映了系统的演化过程及发展趋势，其中熵增理论揭示了封闭系统内部各要素相互作用而导致系统的无序及效率递减的规律，耗散理论则揭示了开放系统在与外部环境进行能量、物质交换过程中，由混乱无序的初始状态向稳定有序的组织结构进行演化的过程及系统效率递增的规律。

　　区域创新系统耗散结构特征

　　耗散理论是由比利时物理学家普利高津提出的。普利高津认为孤立封闭的系统是一个熵增加的过程，在一个孤立封闭系统中，由于组织自身的复杂性和环境的复杂性，使其演化充满不确定性和混沌，从而导致有效能量递减，无效能量递增，系统从有序向无序发展，从而使系统效能不断降低。系统熵增使封闭的系统绩效逐步降低并最终走向衰亡。耗散结构是指一个远离平衡状态的开放系统，它与外界环境不断地交换物质和能量，当这一外界条件达到阈值时，系统能从原有的混乱无序状态转变为一种在时间、空间或功能上的有序状态，这种在远离平衡态所形成的新的有序结构称作耗散结构。耗散结构是一个负熵不断增加的过程，是系统不断从周围环境引入能量、物质以抵消系统内部熵增的过程。一个系统从无序到有序形成耗散结构需满足以下几个条件：系统必须开放；远离平衡态；系统各要素间非线性相互作用；涨落现象。

　　区域创新系统是一个开放、动态的非线性复杂系统（廖杰、顾新，2009），客观上存在着依靠与外界环境不断进行物质、信息和能量交换，才能保持有序性的非平衡结构，具有形成耗散结构的条件和特征。

　　（一）区域创新系统是一个开放的系统

　　为了保持区域创新系统的有序演进，满足系统自身生存与发展的需要，系统必须开放。区域创新系统在发展与演化进程中内部各组成要素之间围绕学习机制和利益驱动机制彼此间进行知识、资金和人才的交流，而且整个系统会基于创新的需求，不断扩大与外部的创新连接，从而获得远距离的知识和互补性的资源、资产和人才，这些元素的不断输入，在系统内部会形成正效应，使系统进行结构重组，形成一个新的有序结构，同时，系统也不断向周围环境输出新技术、新产品，主动地同化外部环境，使自己不断适应外部环境的变化。在有选择地输入输出过程中，区域创新系统与环境不断相互作用，从外界环境不断引入负熵以抵消系统内部相互作用产生的熵增，取得创新绩效的不断提高和实现可持续性创新。

　　（二）区域创新系统是远离平衡态的系统

　　区域创新是一个动态的演化过程，系统本身要经历雏形阶段、成长阶段、成熟阶段等生命周期，在每一个阶段，系统都会在内部和外部各种影响因素的作用下打破原来平衡状态，向更高层级发展。此外，区域创新系统是一个利益共同体，其各组成要素拥有自身特定优势，也存在着自身的不足，彼此在资源、信息和技术力量上往往处于不平衡状态，而且创新要素流动过程中，创新主体会发生各种利益的冲突和行为的错位，加之外界环境带来的各种压力和影响，使系统很难维持平衡状态。

　　（三）区域创新系统各要素间的非线性作用且系统存在涨落现象

　　区域创新系统是若干要素组成的复杂系统，各组分间是不同质、创新能力和创新资源的分布也是不均衡的。因此，区域创新系统各要素与系统之间，系统与环境之间以及各要素之间围绕着交互学习进行创新交流的过程中，它们之间的联系不是孤立和简单线性的，而是存在着有机的相互联系和相互作用的正反馈的倍增效应及负反馈的饱和效应等非线性关系，在此过程中，各子系统的人才、技术、知识、资金等要素的数量与质量不断的发生变化，存在着多种随机“小涨落”，当涨落影响的程度达到一定的结果时，系统会围绕着创新目标，通过组织与自组织、催化与自催化等方式产生非线性协同放大作用，发生突变，各种资源、要素之间进行新的组合，形成“巨涨落”，从当前状态跃升到更加有序的状态，形成新的耗散结构。

　　区域创新系统耗散结构熵变过程

　　根据耗散理论，区域创新系统的发展趋势是区域内各主体要素间相互作用及系统本身与外部环境相互作用的结果，如果系统之间的作用形成了“有序”，则系统内部正熵减少，负熵增加，最后形成耗散结构，形成耗散结构是区域创新系统可持续发展的关键。

　　区域创新系统演化的过程中，各主体要素间创新需求和供给情况各不相同，在需求机制的驱动下，创新要素会通过合作研发、非正式交流、技术扩散、人员流动等渠道流动，系统形成一个个初级“小涨落”。但是随着时间的推移，由于系统自身的复杂性，各创新主体间在技术、知识、制度、服务等方面发展不协调，从而导致主体行为的错位，对创新产生强大的阻碍作用，加之外界不可控因素持续输入，系统很难围绕目标进行控制，在功能上表现出某种程度的紊乱，系统形成了瓶颈效应，进入一种无效、无序的混乱状态，具体表现为创新资源枯竭、管理落后、系统创新效能低下等。

　　但是，由于任何客观存在的系统不可能是绝对封闭的系统，区域创新系统会基于创新的需求，不断与周围环境进行物质、能量交流，当外部环境发生变化，如相邻区域创新需求发生变化、政府相关创新政策出台、创新基础设施的改变、新的知识技术的产生等因素的作用下，系统不断从周围环境引入新的知识、资源，区域内各创新主体会通过交互学习加速系统瓶颈的更新，形成强大的创新场，抵消系统内部产生的混乱状态，此时系统又进入一个有序的状态，形成耗散结构。该结构一旦形成，系统内的一个随机扰动就会通过相关作用放大，发展成一个整体、宏观的巨大涨落，使组织进入不平衡状态，达到一定阈值后又通过自组织作用再上升到一个新的稳定的有序状态，形成一种高效能的组织结构。

　　区域创新系统的耗散结构熵变模型

　　熵起源于经典热力学理论，是描述复杂系统混乱、无序程度的概念。整个系统的熵是组成它的各部分熵的总和。根据耗散理论，系统形成耗散结构数学公式为：

　　其中，DS表示系统的总熵，dsi表示系统内部各影响要素无规则作用而产生的熵增，dse表示系统与外界进行物质、能力交换引起的负熵，当Ds大于等于0时，说明系统处于混乱状态，系统能效较低，当Ds小于0时，说明系统越有序。因此，只要这个负熵流足够强，在抵消了系统的熵增加之后，才能够使系统的总墒Ds减少，使系统进入相对有序的状态，形成耗散结构。

　　区域创新系统熵值是由系统内部因素和外部环境因素的影响共同决定的，其中主要因素包括区域创新系统的知识、技术转移的质量、数量及效率；区域创新系统各组成要素的发展水平及相互作用；区域创新系统外部的制度环境、资源环境及社会环境等，我们分别用结构熵、功能熵、环境熵、资源熵来代表子系统熵值，系统总熵值是这些影响因素熵值的加总，如表1所示。

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