王 京1,2，陈 伟1，高长元2，白 云3
(1.哈尔滨工程大学 经济管理学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.哈尔滨理工大学 经济与管理学院，黑龙江 哈尔滨 150040；3.黑龙江大学 新闻与传播学院，黑龙江 哈尔滨 150080)
摘要：云制造联盟创新生态系统不同于传统创新系统，其成员创新行为也不同于一般企业创新活动，强调动态开放性，并体现“制造即服务”的思想。在阐释云制造联盟内涵的基础上，借鉴创新生态系统理论，提出云制造联盟创新生态系统定义，详细描述其形成过程及特征变化，构建云制造联盟创新生态系统模型，分析其子系统组成及协同互动关系，探析云制造联盟创新生态系统演化机理，为云制造产业发展提供了崭新的研究视角，具有重要的理论意义及现实指导价值。
关键词：创新生态系统；云制造联盟；模型构建；演化机理
制造业是国民经济的基础产业，体现了一个国家的生产力发展水平，是发达国家区别于发展中国家的重要因素之一。由于全球化加剧推动了全球合作和分工网络的形成，越来越多的制造企业采用联盟形式，与不同地区的企业或相关机构合作，在多个工厂完成不同客户所需的生产任务。对于缺乏市场竞争力的企业来说，虽然加入制造联盟是寻求利益的有效途径之一，但如何提高共享资源利用效率，达到广义动态共享，实现制造目标的敏捷性、高性能和低成本是亟需解决的实际问题。云计算作为一种新的网络应用模式，通过构造计算服务中心和使用虚拟化技术进行大规模计算与存储，结合多个计算资源和信息作为一个强大的“云”，将云计算能力作为服务迅速而便捷地通过网络满足用户需求。云制造是基于云计算思想形成的制造模式，受到越来越多的关注。云制造面向产品全生命周期的制造业务，从分布式制造资源封装到云服务和集中管理提供了一个合适的解决方案，推动制造企业从面向生产制造到面向服务制造转变。云制造联盟由于具有云制造及联盟的双重属性，可以更快实现低成本资源共享和有效协调。云制造联盟利用云计算的核心技术、物联网、高性能计算等，将成员拥有的各种制造、模拟和计算资源及能力变换为制造服务，形成一个巨大的制造“云”，实现高效协作和动态服务组合等智能管理以满足用户需求。
生态系统概念可以追溯到1935年，生态系统科学的研究范围从有界的系统如水域延伸到空间复杂的景观，甚至地球本身。在不同时期，学者们关注其意义的不同方面。社会科学已经把经济作为一个生态系统，将全球经济视作一个实体，企业和消费者都是有机体。创新已成为当今社会的重要议题，政府、大学、企业采用创新行为以应对一系列经济和生态问题。从生态系统视角研究国家、区域、企业的创新活动，从而形成了创新生态系统理论。
本文从云制造企业创新需求出发，基于创新生态系统思想，提出云制造联盟创新生态系统内涵，从网络视角详细描述了其形成过程，并从创新性、系统性及生态性3个方面总结其特征。以技术创新生态系统、知识创新生态系统及服务创新生态系统为核心，构建云制造联盟创新生态系统模型并分析其演化机理，以期对我国云制造产业发展和升级有所裨益。
英国生态学家Tansley[1]最早对生态系统(ecosystem，缩写ECO)进行研究，将其定义为生物群落与无机环境构成的统一整体，动态性、层次性、自我调节能力是其主要特征。学者们对创新的内涵和外延进行了诸多定义，如经合组织[2]将创新定义为“一种新的或显著改进的产品或过程、一种新的营销方法、在商业实践或工作场所组织外部关系的一种新的组织方法等”。Utterback等[3]将创新定义为“技术的实际采用或首次应用”。创新生态系统的定义最早来源于Moore[4]在1993年提出的商业生态系统概念。理论界对创新生态系统界定的范围和细节也不尽相同，按照地域范围，创新生态系统可划分为区域创新生态系统、国家创新生态系统等，按照创新对象不同，创新生态系统可划分为知识创新生态系统、技术创新生态系统等[5]。Mercan[6]指出，创新生态系统包括经济主体、经济关系以及非经济部分，如技术、机构、社会互动和文化等。黄鲁成[7]是国内较早研究创新生态系统的学者，他将区域技术创新系统定义为一定地理范围内，技术创新组织和技术创新环境的复合系统，具有整体性、耗散性、层次性等特征。陈劲[8]提出了创新生态系统三层中心-外围框架，包括功能意念、创业、融资和投资、创新4种工作机制。
多种多样的生物群落构成了自然界的生态系统，创新生态系统也由不同的创新参与者构成。学界普遍认为，创新生态系统组成要素有任何类型的创新者(所有类型的实体及其社会和经济关系)、基础设施(物理、技术条件和支持创新生态系统发展的内部资源)、法律法规、流动的知识(现有理论基础、隐性、显性、正式的、非正式的知识及其生成的组织管理知识)、资本(金融资产等)、思想(激发整个生态系统创新行为的发明和发现)等[9,10]。文化被认为是构成创新生态系统的重要元素之一，因为其影响了创新参与者的表现和冲突解决方式[11]。经典的三螺旋理论也是分析创新生态系统构成的理论工具，强调大学、产业、政府合作创新作用，也有学者分别从大学、产业、政府角度，探讨其在创新生态系统中的重要作用[12,13,14]。同时，理论界将三螺旋模型进行扩展，加入用户、环境等形成四倍或五倍螺旋模型[15,16]。部分学者将创新生态系统看作由一些子系统组成的复杂系统，如朱迪[17]在研究硅谷案例时指出，研究、开发和应用三大群落构成了创新生态系统。Martha[18]从复杂性视角进行考察，识别商业世界网络中的地方创新生态系统以及创新集群等创新生态系统。
学者们针对创新生态系统演化的研究，主要关注演化机理、路径及动力等。Hwang等[10]指出，创新生态系统演化主要分为种子、培育、滋养3个阶段，并认为维持系统进化的关键是在正确的时间对每一个创新的正确处理。卡普兰[19]将创新生态系统演化视为连接、激励和转换阶段，并强调创建创新环境的重要性。Muthu[20]分析了以知识为基础的实践，回答了如何通过创新中介机构创造创新生态系统关系价值。孙冰等[21]基于MLP框架，将创新生态系统演化划分为技术保护期、市场选择期和竞争扩散期3个阶段。也有学者针对众创空间、新能源汽车等具体的创新生态系统演化进行研究[22,23]。
由以上分析可以看出，现有研究成果尚处在创新生态系统本质探讨阶段，对于创新生态系统的形成大多是简单的静态描述，针对制造业、尤其是云制造联盟创新生态系统的研究尚未广泛开展。云制造联盟是互联网背景下的新型制造模式和手段，是云计算理论在制造领域的应用。基于以上研究成果，针对云制造联盟创新生态系统进行研究具有重要的理论意义和实践价值。
在全球制造业范式中，制造联盟这一组织形式能够有效整合分布式制造资源，合理管理生产过程中产生的信息，通过促进成员企业的多方合作，缩短产品生产周期，从而快速应对市场变化，并及时有效地回应客户需求。
云制造联盟是由不同地域的制造企业、科研机构、互联网业态企业、生产性服务企业、软件服务商、检测服务提供方、金融机构及其它相关企业和机构组成的优势互补、利益共享、风险共担的新型组织。在联盟中，成员利用信息化制造技术、云计算、物联网、大数据等先进信息技术，基于互联网及云制造服务平台进行协同合作，将产品生命周期涉及的制造资源与能力构建成制造云，旨在随时随地为用户提供按需使用的各类制造活动服务。
基于云制造产业特点及创新生态系统定义，将云制造联盟创新生态系统界定为以制造企业为核心，联合生产性服务业的企事业单位、科研机构及其它相关社会团体，以创新驱动为指导，运用市场机制集聚制造资源，形成政产学研用相结合的创新体系。生态系统和云制造联盟创新生态系统的异同点如表1所示。云制造联盟创新生态系统以创新、合作、发展、共赢为原则，实现联盟成员战略层面的有效结合，从而提升联盟整体竞争实力。
许多学者强调，一个创新生态系统本质上依赖于不同的、独立的参与者之间的合作，从而形成一个类似网络的结构。由此，本文从网络视角探讨云制造联盟创新生态系统形成过程，如图1所示。
云制造联盟创新生态系统是随着联盟发展而逐步形成的，在联盟初始期，往往依据《中国制造2025》、《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》等相关政策与制度，由政府、行业协会或相关机构牵头，以市场需求为导向，联合少数制造企业，营造云制造基础环境，明确联盟战略和业务领域，如云制造创新战略联盟、云制造服务联盟等。根据联盟类型，制定联盟章程、服务条款，宣告云制造联盟正式成立。此时，只是联盟基本要素聚集、先锋物种定居阶段，成员间稳定的合作关系较少，云制造联盟处于萌芽状态，尚未形成创新生态系统。
云制造联盟成立后，有意愿加入联盟的企业、大学及相关机构提出正式书面申请，由联盟理事会或代表大会按照加入准则进行审议，签署契约后成为联盟正式成员，享受联盟权利并履行义务。除制造企业外，中介机构等辅助性成员的增加，丰富了联盟生态系统物种类别，此时后侵物种定居、先锋物种不断壮大，促使联盟生态化发展。联盟优惠政策和机制建设，鼓励成员协同创新，云制造联盟创新生态位逐步完善。知识、技术、资金等资源不断引入及优化配置，使联盟形成为一个系统整体。
云制造联盟发展到一定规模后，成员之间的有序紧密连接成为联盟创新生态系统成长的关键。在联盟中，核心企业选择与自己生态位分离的供应商、服务提供商或合作伙伴形成创新生态系统。作为一个利益共同体，各成员通过合作竞争降低创新风险和成本，以维护生态系统平衡。一般来说，核心企业设计、研究和开发产品，供应商提供必要的技术平台支持，服务提供商提供相关服务，生态位分离的不同成员，没有竞争关系，从而形成一个相对稳定的云制造联盟创新生态系统。
表1生态系统与云制造联盟创新生态系统异同点
图1云制造联盟创新生态系统形成过程
云制造联盟创新生态系统既具有一般创新系统的创新性和系统性，更具有协同演化、自组织网络化等生态特征。
(1)创新性。持续不断的创新是云制造联盟得以生存和发展的重要保证。
第一，泛边界性：云制造联盟成员借助先进的互联网技术，依托云制造服务平台进行交流与合作，其成员定位并不局限于同一地理区域，跨越省际甚至全球范围内的云制造企业及相关机构均可加入，因此联盟边界不固定。
第二，复杂多样性：云制造联盟成员类型多样，既有以技术创新为主的云制造企业，又有以知识创新为主的高校及科研院所，成员既可以独立创新，又可以合作创新。联盟在形成初期创新性不强，可采取跟随创新策略，在具一定实力之后可采取突破性创新策略。同时，云制造联盟最终输出的是产品与服务，因此产品创新与服务创新是联盟创新的根本性目标。
(2)系统性。由于创新集聚效应，越来越多的云制造相关企业加入到联盟中来，成员间既分工又合作，逐渐形成云制造联盟创新系统。
第一，整体涌现性：云制造联盟成立的宗旨是服务全体成员，云制造联盟创新活动不是单个成员创新行为的简单加和，而是成员间非线性相互作用、与环境之间相互影响等所呈现出的整体现象，创新程度与频次远高于单个成员。
第二，竞合性：竞争是生物进化的根本驱动力，合作是生物个体为生存抵御外敌的策略选择。云制造联盟成员间的关系以合作竞争为主，联盟内多是中小企业，不同类型企业通过组成虚拟企业等合作形式进行优势互补的联合研发，同时与实力较强企业在资源、市场等方面展开竞争。
(3)生态性。随着市场范围不断扩大，为打造并延长云制造联盟创新产业链，联盟不断与外界环境进行能量、信息等物质交换，积极构建稳定长效的云制造联盟创新生态系统。
第一，协同演化性：生态系统内存在多个物种与种群，生物之间存在寄生、共生、竞争等关系，随着生物的出生、成长和死亡，生态系统经历生命周期的不同阶段。云制造联盟创新生态系统也遵循生态学中适者生存、优胜劣汰等定律，在成员及其关系不断变化的情况下，达到互惠共生、协同演化的目的。
第二，自组织网络化：在生态系统中，生物以亲缘关系形成不同群落以适应环境变化，是自组织的适应性复杂系统。云制造联盟成员间以协同分工为主要联结纽带，不断建立与更新合作创新关系，形成并深化了成员间的网络化性质。成员作为网络节点，大量不同类型成员的进入，使云制造联盟创新生态系统在时空累积上呈现出自组织的复杂网络形态，并且不断扩张，从而形成联盟整体创新优势。
第三，环境交互性：生态系统是生物体与自然环境交互形成的复杂系统，云制造联盟创新生态系统也强调，联盟在发展过程中不断适应外界变化，调整联盟创新目标、资源和结构等，使联盟具有自组织、自适应、自我调节与反馈等功能，在一定时期内，云制造联盟创新达到生态平衡状态，并不断向更高层次跃迁。
在云制造联盟创新生态系统中成员关系的建立必须基于信任、合作、共赢，信息共享使它们之间保持一致性。各成员充分利用系统资源和信息，通过分工与合作共同设计、开发、生产和销售产品或服务，最终获得共同利益，实现互利共生。云制造联盟创新生态系统模型如图2所示。
图2云制造联盟创新生态系统模型
云制造联盟创新生态系统可由一系列不同的实体组成，以实现联盟经济和社会运作的战略目标。在联盟中创新可以是任何类型的，可以由任何子过程触发，或由任何参与者类型领导。例如，大量产品创新由云制造企业完成,大学研究设计新的云制造商业模式,金融机构为更好地支持成员加入提供新的服务等。因此，本文将云制造联盟创新生态系统划分为3个子系统，即知识创新生态系统、技术创新生态系统与服务创新生态系统。表2总结了云制造联盟创新生态系统子系统之间的差异。知识创新生态系统关注的是新知识生产，研究机构则作为主要创新者；技术创新生态系统关注于新产品开发，云制造企业是关键参与者，在生态系统中扮演着核心角色；服务创新生态系统以提升客户满意度为目标，培训机构、网络营销服务机构、创新政策制定者、资助机构(如风险资本家或公共资助机构)等是服务创新生态系统的重要参与者。
云制造联盟创新生态系统中竞争与合作并存，创新物种不断进行着选择和适应，子系统内部和子系统之间维持一个特定水平的创新养分交换，从而保持系统的生态平衡。云制造联盟知识创新生态系统为联盟内外部的知识分享提供支撑，利用专业知识与制造企业联合攻关，与服务性机构进行科技合作、决策咨询。云制造联盟技术创新生态系统致力于产品研发，为云制造企业升级提供保障。云制造联盟创新生态系统服务于云制造产业链全过程，为生产型制造向服务型制造转型提供支持。
表2云制造联盟创新生态系统构成分析
云制造联盟创新生态子系统的交互和相互依赖是多维的，系统目标将创新参与者紧密地联系在一起，并通过一组复杂的共生和互惠关系，实现共存、协作和共同进化，从而构成一个更大的云制造联盟创新生态系统。3个子系统在云制造联盟创新生态系统中扮演互补角色，去除任何一个子系统都可能引起整个生态系统的连锁反应，生态系统参与者之间的交互增强了它们之间的依赖性。
云制造联盟创新生态系统是通过创新参与者之间的相互作用而动态进化的，通过这些相互连接的角色和平台，尤其是3个子系统之间相互作用、螺旋化发展，不断促进云制造联盟创新生态系统演化和升级。因此，将云制造联盟创新生态系统演化划分为螺旋交互、开放创新和价值共创三阶段。
(1)螺旋交互。云制造联盟创新生态系统演化是一个动态、非线性过程，知识创新、技术创新、服务创新三重螺旋之间的安排是驱动联盟创新和可持续发展的关键。云制造联盟能够促进创新生态系统中科学研究、生产制造和决策服务活动之间的沟通与合作，3个子系统逐渐显现重叠区域，使创新不仅发生在子系统内部，而且更多发生在三者的交集空间中，混合组织得以大量产生并积极参与创新过程。
(2)开放创新。在开放式创新模式下，充分利用整合内外部知识与资源，降低创新技术和市场的不确定性，努力提高成员知识创新、技术创新、服务创新能力。通过不断拓展和增强的合作伙伴关系，汇聚制造资源、模型、工艺及人才等，为联盟成员提供研发设计、协同制造、产品营销等全方位的制造云服务。同时，为云制造落地提供政策咨询、金融服务、物流服务等“一站式”配套服务，提高科技成果转化效率。
(3)价值共创。云制造联盟创新生态系统各参与者在一致的价值目标导向下实现集体创新，尽管它们之间在组织使命、文化等方面存在差异，但均会基于共同利益，进行价值创造活动。尤其随着开放性程度不断加大，将一切需求方视为用户，云制造联盟创新生态系统与用户基于云制造平台获取双向信息。用户可发布制造资源、服务能力、产品信息及技术经验等到云端，积极开展营销推广并创建社交圈，从而与创新生态系统中其他参与者实现价值共创。
在不同的生态系统中，参与者具有不同的行动逻辑，同一个参与者可以参与并扮演不同角色。从单个参与者角度看，生态系统类型及其关系的相互作用域是不同的。因此，高度移动的参与者、平台所有者或核心企业是促进生态系统类型相互作用的主要因素。云制造联盟创新生态系统得以持续运行，不仅需要激发知识创新生态系统、技术创新生态系统和服务创新生态系统自身内部的创新行为，更要关注这3个子系统之间的高效融合与协作。云制造联盟创新生态系统演化是技术、知识、服务相互促进、相互增强的演进过程，为打造云制造知识创造、生产管理与行业服务相结合的协作平台提供必要条件。
随着云制造联盟需要创新生态系统的不断发展与成熟，联盟需要对创新资源进行标准化管理并逐步提高创新资源参与效率。云制造联盟创新生态系统演化机理模型，如图3所示。云制造联盟创新生态系统使用户、供应商和合作者参与到云制造设计和开发过程，形成开放式创新。成员企业在开放环境中形成联盟伙伴关系并进行协同研发，缩短产品生产周期，降低运营成本，突破核心、关键技术瓶颈，推动云制造联盟创新生态系统实现价值共创，最终实现制造智能化、集成化发展。
图3云制造联盟创新生态系统演化机理模型
本文通过综述创新生态系统的研究现状，结合云制造联盟实际运行情况，提出云制造联盟创新生态系统内涵，并详细分析其形成过程与特征变化。基于知识创新生态子系统、技术创新生态子系统和服务创新生态子系统，构建云制造联盟创新生态系统模型，并阐释三者关系。从螺旋交互、开放创新和价值共创三阶段，描述云制造联盟创新生态系统演化路径，并进一步剖析其演化机理，从而为实现《中国制造2025》所确定的战略目标、制定生态化创新政策及实现云制造联盟创新的有序组织提供借鉴与参考。由此，提出以下策略，旨在实现云制造联盟创新生态系统的良性发展。
(1)云制造联盟创新生态系统平台建设是坚实的基础。以服务平台为依托，云制造联盟创新生态系统能有效充分利用各成员的资源优势，将制造资源虚拟化，形成创新资源池，实现虚拟资源科学分类、按需匹配及实例化操作，通过分析和划分用户请求并自动搜索合适的信息，为成员提供生产设备、计算资源等软硬件相关资源，智能化集成服务并提供给用户。
(2)面向全产业链的云制造创新链条打造是重要保障。云制造联盟面向产品全生命周期涉及的所有活动，包括产品设计、生产、制造、测试、维护和其它所有阶段的制造活动。协作、创新、服务和可持续性是云制造联盟创新生态系统竞争优势的重要来源，联盟可以从设计云、知识云、管理云、物联云、数据云等方面为成员的研发、生产、销售、管理及售后活动提供服务，从而推动制造业转型升级。
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Wang Jing1,2,Chen Wei1,Gao Changyuan2,Bai Yun3
(1.School of Economics and Management,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China; 2.School of Economics and Management,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150040,China; 3.School of Journalism and Communication,Heilongjiang University,Harbin 150080,China)
Abstract：Innovation ecosystem of cloud manufacturing alliance emphasizes the dynamic openness and reflects the thought of "manufacturing as a service" which is different from the traditional innovation system and innovation behavior of the members is different from general enterprise's innovation activities.Based on the interpretation of cloud manufacturing alliance connotation,innovation ecosystem theory for reference,the definition of cloud manufacturing alliance innovation ecosystem is put forward,the forming process and characteristics is described detailed.The innovation ecosystem model of cloud manufacturing alliance is built,the system composition and collaborative interaction is analyzed,and evolution mechanism is discussed.A new research angle of view for the development of cloud manufacturing industry is provided and it has important theoretical and practical significance.
KeyWords:Innovation Ecosystem; Cloud Manufacturing Alliance; Model Building; Evolution Mechanism
文章编号：1001-7348(2018)19-0053-06
文献标识码：A
中图分类号：F403.6
DOI：10.6049/kjjbydc.2018030350
作者简介：王京(1984-)，女，河北五强人，博士，哈尔滨工程大学经济管理学院博士后，哈尔滨理工大学经济与管理学院讲师，研究方向为创新生态系统；陈伟(1957-)，男，黑龙江哈尔滨人，博士，哈尔滨工程大学经济管理学院教授、博士生导师，研究方向为创新管理；高长元(1960-)，男，黑龙江鸡西人，博士，哈尔滨理工大学经济与管理学院教授、博士生导师，研究方向为产业联盟；白云(1981-)，男，吉林长春人，黑龙江大学新闻与传播学院讲师，研究方向为信息生态。本文通讯作者：白云。
基金项目：国家自然科学基金项目(71804035、71402041)；教育部人文社会科学基金项目(18YJC630177)；黑龙江省哲学社会科学基金项目(16GLC07)；黑龙江省博士后基金项目(LBH-Z15048)；黑龙江省本科高校青年创新人才培养计划项目(UNPYSCT-2017101)
收稿日期：2018-05-28
(责任编辑：张 悦)