工业系统知识体系和耦合特征的研究评述

1、工业系统知识体系和耦合特征的研究评述    摘要知识系统及耦合特征是产业技术经济和组织管理领域的学者关注的重要概念，国外相关研究成果十分丰富。有关模块化、系统集成的概念、范围和相互关系，仍然存在很大争议。文章从知识分类的视角出发，评述相关问题的论争，归纳总结已有研究的缺陷和未来的改进方向。 关键词大型技术系统；知识体系；模块化；建构创新 近年来，我国从国外引进高速铁路机车、第三代核电站AP1000等大型技术装备，希望通过购买或外包核心部件模块的设计、研发与生产的方式，自己把握集成创新来推进重大技术装备的国产化、自主化。对于通过这种方式，投入巨额资金引进技

2、术设备，最终是否能够获得自主知识产权，业界和学界存在较大争议。这个问题对应重大的理论命题，即什么是模块化、模块化和系统集成的关系如何、是否所有产品包括复杂的大型技术系统都能够被模块化。针对这一问题，国外学者已经有一系列较为深入的理论研究。梳理模块化、系统建构和系统集成等相关概念的起源、变，对于深入辨析技术引进与自主创新的关系，大有裨益。 一、从知识分类的视角理解模块化和建构创新 在研究技术创新和竞争优势的已有文献当中，知识是最基本的概念工具之一。知识具有哪些根本性质，如何对知识进行分类，这与学者所关心的中心问题和基本假设密切相关。 对技术知识分类最具开创性贡献的是Henderson和Clark

3、等学者。他们指出技术创新不仅有快慢之分，还有性质上的差异，轰轰烈烈的新产品发明固然可能主导产业的发展，但是很多时候看不见的、细微的技术变迁更可能给整个产业发展带来灾变性的影响。为了将这两种创新从本质上区分开，他们定义了部件知识（component knowledge）和建构知识（architecture knowledge）。它们区分创新的两个维度是核心概念被强化（或被颠覆）、核心概念与部件之间的连接变化（或不变化），这两个维度有时被等同于部件知识变化（或不变化）、建构知识变化（或不变化）。这种“等同于”的理解只有在正确理解部件知识和建构知识的情况下才能够成立。部件知识指的是每一核心设计概念以

4、及它们得以实现的方式，核心概念指的是设计原理，它的实现方式是核心部件。核心部件的某些关键尺寸、结构和作用方式直接关系原理的实现，这些都属于部件知识，因为更改它们就等于颠覆核心概念。与此不同，建构知识指的是能够把所有部件整合、连接成一个紧密结合体的方式，它的功能是接口，实际就是一组实现部件有序排列的工艺部件。虽然它们不直接体现原理，但是没有它们原理同样无法实现。可见，改变某些部件的尺寸与作用方式，改变它和其它部件之间的接口，实际上是通过改变表达方式而在既定方向上强化原有的核心概念，这就是建构创新。与此不同，原理和工艺都不变是渐进创新、改变原理但工艺不变是模块创新（如更换半导体介质但蒙板不变）、原

5、理和工艺都彻底变化是激进创新。 建构创新这一概念的界定，更进一步补充了主导产品周期理论（A-U模型），能够有力地解释新进入者或赶超者竞争优势的来源，以及在为者或者说领先者的产品所面临的被颠覆的威胁。但是，Henderson和Clark对于部件知识和建构知识的划分是一种抽象的、概念性的划分，现实中核心概念及其表现形式（即建构）两个分类维度之间具有相关性，对于绝大多数工业和产品而言，原理部件与工艺部件都很难完全区分开。事实上，几乎所有产品的建构创新与模块创新之间都有着千丝万缕的联系，并不存在纯粹的建构创新或纯粹的模块创新（见表1）。 模块化最初是由产品工程师发明的一种设计战略，即为了提高零部件的通

6、用性以方便大批量生产、提高规模经济，而在零部件之中定义一个标准的接口集合（Prencipe, 1997）。早在20世纪70年代80年代，西方工业界就开始尝试通过模块化来改善规模经济，可是直到20世纪90年代中期以后模块化才被学术界公认为是一种技术创新的独特类型，并开始有大量文献探讨模块化的机制以及它们对企业竞争优势、市场竞争格局的塑造。但是，随着模块化在若干工业、若干国家的广泛成功，模块化的效应被不断夸大，有一些战略管理和工业经济的学者开始用模块化这个概念来分析组织设计、企业内部关系和知识动态性。他们认为随着产品的模块化，企业组织、战略联盟，甚至是技术知识本身都将被模块化，并认为产品模块化的程

7、度越高，企业组织和技术知识模块化的程度就越高（Sanchez and Mahoney,1996）；另一方面，也有很多学者质疑这种对模块化概念的盲目推，Brusoni和Prencipe（2001）认为产品模块化与组织模块化、知识模块化具有完全不同的动态性，不可能用一种简单的逻辑或趋势解释清楚。他们还指出“企业内部的协调不可能完全被市场契约关系所替代，组织协调、知识积累需要有见地的系统集成商企业有意识地执行”（p181）。有关模块化的这种争论，所涉及的基本问题是，究竟什么是模块化，模块化的范围和程度究竟有多大，模块化与产品、组织、知识、建构之间到底是一种什么样的关系。 二、模块化与系统建构关系的进

8、一步修正研究 Ulrich（1995）修正了Henderson和Clark提出的建构概念，针对模块化与建构的关系提出了更加具体的理解。他将产品建构定义成“把产品功能分配到每个物理部件的一种安排”。他认为所有的产品建构一般都包括三个层次，一是功能要素按照一定优先顺序排列；二是执行特定功能的物理部件；三是物理部件接口的规格控制。在Ulrich的分析框架内，“建构”不只是承担管理接口的责任，它本身就是产品概念与设计原则的一部分，比“模块”的概念高出了一个逻辑层次。Ulrich将建构分成两类：模块化建构与集成建构，前者指的是物理部件和功能要素之间一一对应的关系，某一物理部件很容易被具有相同功能的其它部

9、件所替代；后者指的是物理部件和功能要素之间的对应关系十分复杂，经常存在多重嵌套的关系，特定系统与部件之间是相互锁定的关系。Ulrich指出可以根据部件之间接口和界面的性质来区分建构的类型，接口或界面是非耦合的就是模块化建构，接口或界面是耦合的就是集成建构。 在Henderson和Clark、Ulrich基础上，发展出“基于建构的产业理论”的是藤本隆宏（2001）等日本学者。他们进一步用模块化/集成化、开放式/封闭式两组维度研究产品系统的建构特征并区分工业类型（见表2）。他们同样是用接口性质定义概念，模块化（组合式）是“每个部件发挥独立的一种功能，部件标准化，不需要复杂的沟通接口”；集成化（擦合

10、式、统合型）是“部件和技能之间的关系错综复杂，并非一一对应”。作为商务建构的两面战略，模块化和集成能力一定是尺有所长、寸有所短，特定国家、特定企业要相机决策、扬长避短。相对而言，美国企业的模块化战略更为出色，日本企业的集成能力较强。模块化战略指的是针对系统复杂性的来源制定相应的削减复杂度的产品策略。构成要素的数量越多、要素关系种类越多则系统越复杂，可以通过层次性设计或接口的集约化设计来削减复杂度；各成要素间的相互依存性越强则系统越复杂，那么要通过固定化、规范化接口来削减复杂度。 将部件、功能与接口关系简单地划分成耦合或非耦合（Ulrich）、开放或不开放、规范或不规范（Fujimoto），这种

11、划分过于机械。在现实中，“完全耦合”（接口不开放、不规范）和“完全不耦合”（接口开放、规范）都不存在，耦合很多时候是一种程度，一种处于完全耦合或完全不耦合的中间状态。因此，其他学者用更加复杂的维度区分了耦合的类型。Orton和WEick（1990）用特殊性/专业化（distinctiveness/specialization）、响应性/集成性（responsiveness/integration）双重维度来区分耦合类型，既不是专业化也没有被集成的部件是非耦合（noncoupled）系统，专业化但没有被集成的部件是“解耦合”或“去耦合”（decoupled）系统，被集成但并非专业化部件的是高度（

12、tightly）耦合系统，既是专业化又被集成的部件是轻度（loosely）耦合系统。部件专业化的程度越低与产品系统耦合的程度就越高，相反，部件集成的程度越高与产品系统耦合的程度就越高。Prencipe等人在这种分类的基础上，结合具体工业和产品的性质，从产品系统相互依赖（product systemic interdependencies）与技术发展的不平衡性（technological imbalances）两个维度出发，进一步解释了不同产品在部件层次的耦合类型以及相应的协调机制（如表3）。 Ulrich提到的模块化建构，如计算机工业，部件之间的接口和界面不是耦合的，部件分工明确、彼此不相关，

13、主要由市场契约关系来协调。Ulrich提到的集成建构，如电信设备，部件之间的接口和界面是完全耦合或紧密耦合的，部件之间的分工并不明确，经常需要很多部件集成在一起才能够实现一种功能，需要通过大企业内部垂直一体化的组织机制来协调。除此之外，像汽车和硬盘驱动器等产品，虽然部件之间的分工是明确的，但是部件之间接口和界面是轻度耦合的，同样都需要通过系统集成机制来协调。产品系统内部各种部件技术发展的不平衡性可能会使得没有耦合关系的部件产生耦合关系，比如硬盘驱动器工业。不同产品系统内部的相互依赖关系有的可以预见、有的不可预见，越是不可预见部件之间的耦合程度越高，如汽车工业。 通过这种分类，可以发现模块化对于

14、Prencipe等研究系统集成的学者而言，仅仅是不同工业和产品之间不同的耦合程度而已。Brusoni和Prencipe（2001）指出Ulrich定义的只是理论上的概念，“现实中不存在全模块或全集成的建构形式，模块化仅是一种建构程度”（p180）。他们进一步强调，判断模块化的程度要看是在哪一个产品层次上分析问题。产品可以被分解为不同的层次：“子系统（如控制系统）、次系统（如燃料测量单元）、部件（如阀门）和子部件（如弹簧）”，“模块化只是某一个产品层面的特点或某几个层面的特点而已”（p183）。在哪一个层面或哪几个层面上实施模块化完全是可以控制的，这种能够控制模块化程度和方式的力量正是模块化能力

15、的来源，它属于系统集成企业。对于PC机等工业，即使产品模块化的程度很高（90%以上的零部件都依赖对外采购），仍然要求系统集成的角色，需要把握总体参数和性能，统一控制采购件的质量。所以，对于任何工业而言都是系统集成商控制模块化而不是模块化控制它们。事实上，模块化包括两种相辅相成的逻辑，一方面是强调部件通用的标准化分工；另一方面是企业之间在知识和组织层面上的协调与互动。虽然专业化分工很容易观察到，但决定模块化成败的根本在于后者。理论上探讨的“物理部件分工和嵌入了部件知识的组织分工是一一对应的”（Henderson and Clark，1990）只能解释很少一部分工业的某些特定产品。对于更多工业、更

16、多产品而言，组织分工的界面不完全对应物理部件的分工，尤其是复杂产品系统很多时候需要灵活分工和较高的互动性。表面上产品的模块化分工越复杂，实际上产品背后的组织能力与技术知识结合就越紧密。因此，Pavitt（1998）判断“脱离系统集成的模块化建构只能协调单个模块内部的变化，不能解决不同模块之间、不同发展速度的协调问题”。 三、实践中不同层次模块化与系统集成的关系 有一种思维定式需要被打破：认为只有某类工业和产品能够模块化，有一类产品和工业永远不会被模块化。事实上，所有产品和工业在不同层次和程度上都存在模块化和相应的集成问题，模块化工业与集成工业、模块化产品与集成产品、模块化创新与集成创新等等过于

17、机械的二分法是有问题的。 在产品层次，存在完全被模块化的产品（接口和界面全部非耦合），如PC机等等，同种功能、参数的零部件不管是哪个厂家的都完全可以通用，这种模块化显著扩大了主导厂商的安装基础（installed base），保障了他们的市场份额。这种消费电子类产品，从产品概念和总体设计开始贯彻模块化原则，最终目的就是为了追求规模经济。集成商不断提高完全开放的通用接口和界面的设计水平，为的是在零部件的通用性、接口的标准化、软硬件的兼容性方面精益求精，这是这类产品优化过程中最主要的工作。这种模式实际上是为了控制和协调模块化的系统集成，不可以被简单地称作模块化工业或模块化创新。与此不同，复杂产品系

18、统的总体设计是为了通过多层次部件实现多层次的功能，除非有必要否则不会刻意追求部件和接口的通用性与兼容性。当然不排除在亚产品层次以下的部件层次，为了追求同类产品部件的规模经济而采取模块化设计，比如直流输电换流阀的模块化设计等等，这类模块化设计通过同类组件的叠加和并联能够满足更大功能参数的要求，并显著减低一体化设备工艺实现的难度。简言之，主要是为了方便系统设计，其次才是追求规模经济。虽然复杂产品某些部件的模块化设计也能够带来规模经济并降低成本，但是这种效应不如一般消费品工业那么明显，所以也并非集成商刻意追求的目标。上述两种模块化的性质和方式不一样，前者是把主要功能和实现功能的部件一一对应封装到模块内部，后者是把复杂系统划分成若干组同样复杂的子系统（“麻雀虽小、五脏俱全”），为了是在现有工艺水平的前提下，尽可能地实现更高的性能（当然模块使用达到一定数量也会有规模经济）。 在企业层次，Prencipe等学者认为无论产品模块化的程度有多大，组织和知识都不可能被模块化（Brusoni and Prencipe，2001）。表面上看，这种分析“不适合”一类特殊的企业，即没有研发能力的模块代工和来图组装企业，它们的产品、组织、知识乃至市场都可能被模块化。集成商控制了产品研发和整条产业链，对于集成商而言它们的价值只是模块的生产工具而已。但换个角度思考，Prencipe等学者的观点仍然是成立的，因