Tot op heden is op deze webportaal de neoklassieke productie theorie er ietwat bekaaid van afgekomen. De huidige column brengt daarin verandering door de micro-economische theorie van productie-functies te beschrijven. Essentiële begrippen zoals de complementariteit en de substitutie van productie-factoren worden verklaard. De isoquant wordt geïntroduceerd, evenals het optreden van verschillende soorten schaal-effecten. Er wordt gewezen op de problemen met macro-economische productie-functies, zoals in het model van Solow. Hoewel de theorie in deze column het niveau van de inleiding niet overstijgt, legt zij een nuttig en zelfs onmisbaar fundament voor toekomstige columns over de technische ontwikkeling in de productie1.
Wanneer in een bedrijf een hoeveelheid Q van één of ander goed of van een dienst wordt voortgebracht (in de Engelse taal de output), dan zijn daarvoor productie-factoren nodig (in de Engelse taal de input). De productie-factoren zijn zeer divers, en variëren van de arbeid, de grondstoffen, de hulpstoffen en half-fabricaten tot aan de machines en de bedrijfs-panden. Stel dat er N van zulke factoren bestaan, waarvan de hoeveelheden zijn gegeven door de verzameling (q1, q2, ... , qN). Tezamen vormen de hoeveelheden een n-dimensionale vector q. Nu wordt de productie-functie gedefinieerd als de functie Q = f(q), die het verband weergeeft tussen de inputs en de outputs2.
De productie-functie is een typische vondst van de neoklassieke leer, die probeert om de economie te beschrijven op het micro-niveau van de bedrijven en de huishoudens. De functie is een abstracte representatie van een bepaald productie-proces of een bedrijf. Dat wil zeggen, zij staat symbool voor een bepaalde productie-techniek. De variabelen verwijzen naar de materiële situatie, en negeren de geldwaarde van de productie-factoren en van de producten. De keuze voor een productie-functie wordt gemaakt door de ondernemer zelf. In de gangbare theorie worden de organisatorische, bestuurlijke en administratieve regelingen niet expliciet benoemd bij het formuleren van de productie-functie3. Wel wordt erkend, dat de omgeving van de ondernemer mede bepalend is voor Q. Wegens de systeem-neutraliteit bestaat er ook voor Leninistische economen geen ideologisch beletsel om productie-functies te gebruiken..
Gewoonlijk wordt er aangenomen, dat f(q) een technisch efficiënte productie beschrijft. De hoeveelheden qi (met n=1, ..., N) worden volledig benut. Want hoewel in f(q) de waarde ontbreekt, eist de neoklassieke leer wel degelijk dat de kosten minimaal worden gemaakt. Aangezien zij bovendien verwacht dat de producten zo duur mogelijk worden verkocht, stelt zij de ondernemer voor de opgave4:
(1) maximaliseer voor de q-ruimte f(q) × p − Σn-1N qn × pn
In de formule 1 stelt p de productprijs voor, terwijl pn de factorprijs van input n weergeeft. Uiteraard is de productie enkel levens vatbaar, zolang het verschil van de baten en de lasten positief is. In de toestand van zuivere mededinging heeft de ondernemer geen invloed op de prijzen, waardoor hij een prijs-nemer wordt, alsmede een hoeveelheden aanpasser. De keuze voor een bepaald productie volume Q wordt gedicteerd door het gedrag van f(q). Gemaks halve gebruiken theoretici in hun model vaak zogenaamde homogene productie-functies van graad γ, die voldoen aan de relatie
(2) λγ × Q = λγ × f(q) = f(λ × q)
In de formule 2 is λ een reëel getal, waarmee het productie volume kan worden op- of neer-geschaald. Dit wordt de niveau variatie genoemd. Invullen van de formule 2 in de formule 1 leidt tot5
(3) maximaliseer voor de q-ruimte q1 × { q1γ-1 × f(q / q1) − (q / q1) · (p / p) }
In de formule 3 stelt de laatste term het wiskundige inproduct van de vectoren q/q1 en p/p voor. De formule 3 is zodanig geschreven dat q1 de rol van schaal factor speelt, terwijl de verhoudingen qn/q1 de techniek representeren.
Formule 3 betekent niet vanzelf, dat q1 zo groot mogelijk moet worden. Dat hangt mede af van de waarde van de term Ψ(q1, q/q1) = q1γ-1 × f(q / q1) − (q / q1) · (p / p). Een bijzonder geval treedt op in het geval γ=1, omdat dan Ψ enkel afhangt van de techniek, maar niet van q1. Merk op dat er in deze situatie zal gelden Ψ=0 6. Kennelijk is voor γ=1 de maximalisatie onafhankelijk van de schaal van het productie-proces (in de Engelse taal constant returns to scale). Dit type productie-functie met γ=1 wordt lineair-homogeen genoemd.
Anderzijds zijn er positieve schaal effecten (in de Engelse taal increasing returns to scale), wanneer geldt γ>1 (boven-lineariteit). Immers bij een gegeven techniek q/q1 is dan Ψ positief bij een stijgende q1, wegens de groeiende term q1γ-1 × f(q / q1). Een dergelijke situatie bevordert de vorming van monopolies, waardoor de zuivere mededinging zal worden ondermijnd. In het geval γ<1 (onder-lineair) zijn er negatieve schaal effecten. Zoals blijkt uit de formule 3 zal in dit geval een stijgende productie schaal tenslotte leiden tot een negatieve Ψ en daarmee tot een verlies lijdende onderneming. Hier moet de ondernemer zoeken naar het optimale productie volume Q = Qopt. De figuur 1 toont grafisch het gedrag van het productie volume als functie van de schaal factor λ, voor de drie regimes van γ.
Het basis model van de neoklassieke leer gaat uit van zuivere mededinging, en kiest daarom voor een lineair-homogene f(q). Helaas is dat weinig realistisch. Trouwens, de figuur 1 doet al vermoeden, dat ieder van de homogene productie-functies niet universeel toepasbaar is (ook niet met γ<1 of γ>1). De realiteit is meestal een mengvorm. Met name bij een klein productie volume is een schaal vergroting vaak gunstig wegens de afnemende kosten per eenheid product, omdat sommige productie factoren ondeelbaar zijn. Denk vooral aan de "vaste" kosten, zoals de administratie, die gemaakt moeten worden zelfs bij Q=0. Daar en tegen is de dienst-verlening het voorbeeld van een sector, waar vaak een neutrale schaling wordt aangetroffen. Er zijn weinig vaste kosten.
Omgekeerd kan een tè grote schaal leiden tot een starre en uitdijende bureaucratie, die remmend werkt op de efficiëntie. Overigens kan de neoklassieke leer dit laatste verschijnsel moeilijk verklaren. In haar perspectief speelt de belangenstrijd in de organisatie geen rol van betekenis. Er zijn geen doel-conflicten. Voorts zullen wegens uitputting ook allerlei vormen van mijnbouw en ontginning bij een te grote schaal vaak lijden onder afnemende meer-opbrengsten. Hoe dan ook, dit laat zien dat in de werkelijke productie-functie de schaal effecten kunnen wisselen, afhankelijk van het productie volume. Sterker nog, in de realiteit zal schaal vergroting soms gepaard gaan met de keuze voor een totaal andere productie-functie.
Wanneer het gedrag van productie-functies wordt onderzocht, dan zijn de isoquanten een nuttig hulpmiddel. Zij zijn gedefinieerd door de vergelijking Q0 = f(q), waarin Q0 een constante waarde voorstelt. Een boeiende vraag is of de functie het toestaat om de hoeveelheid Q0 voort te brengen met verschillende vectoren q, bijvoorbeeld met q1 en q2. Als dat niet mogelijk is, dan liggen kennelijk de verhoudingen qn/qm bij voorbaat vast. Productie-factoren met dit gedrag worden complementair genoemd. De factor-intensiteiten qn/qm zijn onveranderlijk, en dus ook de productie-coëfficiënten qn/Q0. De isoquant is simpelweg een punt in de q-ruimte. Men spreekt hier van limitationele productie-functies of Leontief productie-functies7.
De neoklassieke leer ziet weinig in complementaire productie-functies. Immers zij beschrijft het ondernemers gedrag door de formule 3. De ondernemer zoekt naar de productie-factoren met de laagste prijzen pn. In de neoklassieke beleving is hij altijd voldoende inventief om nieuwe productie-technieken te bedenken, met gunstigere factor-intensiteiten. Met andere woorden, de factoren zijn substitutief, en zijn in de neoklassieke leer zelfs volledig uitwisselbaar (met de beperking, dat bijvoorbeeld de hoeveelheden van de factor arbeid L en van bepaalde cruciale kapitaal-goederen K nooit helemaal nul kunnen worden). De isoquant is nu een curve in de q-ruimte. De figuur 2 geeft een illustratie.
Wanneer men langs de isoquant beweegt, dan voltrekt zich een voortdurende substitutie van de productie-factoren. De marginale substitutie verhouding tussen twee productie-factoren n en m is gedefinieerd als MSVnm = -dqm / dqn. Het min-teken maakt de MSV positief. Aldus voldoet de MSV langs de isoquant aan8
(4) MSVnm = (∂Q / ∂qn) / (∂Q / ∂qm)
Een term van de gedaante ∂Q / ∂qn wordt de grens productiviteit van de productie-factor n genoemd.
Tot nu toe is voorbij gegaan aan de ontwikkeling van Q in de tijd. Echter deze column wil de dynamiek van de technische ontwikkeling bestuderen. Nieuwe technieken zullen de productiviteit van de productie factoren verhogen. Daartoe moet de tijd worden opgenomen in de productie functie, die dan Q(t) = F(q, t) wordt. Ten einde de theorie niet tè complex te maken, zullen voortaan slechts twee productie factoren worden beschouwd, te weten de arbeid L en een kapitaal goed K. De bekende econoom J.R. Hicks heeft voorgesteld om de technische ontwikkeling te modelleren met productie functies van de vorm
(5) Q(t) = A(t) × F(K, L)
De factor A(t) is een maat voor het niveau van de technologie op het tijdstip t, en wordt de totale factor-productiviteit genoemd. Men noemt de door de formule 5 beschreven technische vooruitgang Hicks-neutraal. Merk op, dat de hoeveelheden van de productie-factoren K en L weliswaar kunnen veranderen met de tijd, maar dat des ondanks hun functionele gedrag F(K, L) bewaard blijft. Waarschijnlijk verklaart dat de benaming "neutraal" voor deze vorm van vooruitgang. Men kan zonder verlies aan algemeenheid definiëren A(0) = 1. Aangezien bij vooruitgang de productiviteit toeneemt, moet er gelden dat A(t) > 1 voor t>0.
De technische ontwikkeling onder Hicks-neutrale condities kan aanschouwelijk worden gemaakt aan de hand van de isoquant Q(t) = Q(0) = Q0. Immers bij een constante Q0 en een stijgende productiviteit zullen de hoeveelheden van K en L mogen afnemen. Op de isoquant wordt de stijging van A(t) gecompenseerd door de daling van K en L. Als de functie F(K. L) lineair-homogeen is, zoals de neoklassieke leer standaard veronderstelt, dan geldt er Q0 = F(K × A(t), L × A(t)). Als men zich op t=0 bevindt in een punt (K, L) van de isoquant met kapitaal-intensiteit k=K/L, dan zal op een later tijdstip t>0 dat punt naar de oorsprong bewegen zonder k te wijzigen. De figuur 3 illustreert dit tijds gedrag van isoquanten onder Hicks neutrale omstandigheden9.
De bekende econoom R.F. Harrod was niet bijster tevreden met de formule 5 voor de technische ontwikkeling, omdat hij problemen voorziet bij het empirisch bepalen van de hoeveelheid K van het kapitaal goed. Hij denkt dat het eenvoudiger is om situaties van gelijke K te beschouwen, en uitsluitend te kijken naar de verbetering van de arbeids-productiviteit Q/L. Dat leidt tot productie functies van de vorm
(6) Q(t) = F(K, A(t) × L)
Men noemt de door de formule 6 beschreven technische vooruitgang Harrod-neutraal. Ook hier blijft het functionele gedrag bewaard, mits men rekent met F(K, Λ(t)) en Λ(t) = A(t) × L. Neem gemaks halve opnieuw A(0) = 1, dan is Λ(0) = L. Voor t>0 neemt Λ toe, niet omdat er gedurende meer uren arbeid zou worden verricht, maar omdat de productiviteit van de hoeveelheid arbeid L stijgt10. Ook onder Harrod-neutrale condities kan de technische ontwikkeling aanschouwelijk worden gemaakt aan de hand van de isoquant Q(t) = Q(0) = Q0. De stijging van A(t) moet op de isoquant worden gecompenseerd met een evenredige daling van L. Als men zich op t=0 bevindt in een punt (K, L) van de isoquant met kapitaal-coëfficiënt κ=K/Q, dan zal op een later tijdstip t>0 dat punt naar de K-as bewegen zonder κ te wijzigen. De figuur 4 illustreert dit tijds gedrag van isoquanten onder Harrod neutrale omstandigheden11.
Ten slotte moet bij dit micro-economische betoog nog aandacht worden besteed aan een veel gebruikte wiskundige formule voor de productie-functie. Aan deze functie zijn de namen van de Noord-Amerikanen Cobb en Douglas verbonden, die haar populair hebben gemaakt. Zij luidt12
(7) Q = A × Kβ × Lα
Aangezien deze functie meestal wordt gebruikt in statische situaties, is de variabele t weggelaten. De constanten α en β zijn positief. Zoals steeds zijn K en L volkomen substitueerbaar. De formule 7 is erg handig in het gebruik. Bijvoorbeeld is de formule 7 te herschrijven tot K = (Q / A)1/β / Lα/β, zodat kennelijk de isoquanten zich gedragen als hyperbolen in het (L, K) vlak.
De lezer kan makkelijk nagaan dat de Cobb-Douglas functie homogeen is van graad α+β. Daarom is in het populaire lineair-homogene geval β gelijk aan 1-α. En de grens-productiviteiten zijn ∂Q / ∂K = β × Q/K en ∂Q / ∂L = α × Q/L. Indien α en β kleiner zijn dan 1, wat een veel voorkomende aanname is, dan is kennelijk de grens-productiviteit van een factor kleiner dan de gemiddelde productiviteit (te weten Q/K en Q/L). Hieruit volgt direct, dat de grens-productiviteit van een factor afneemt, naarmate hij overvloediger aanwezig is. Blijkens de formule 4 is een andere aardige eigenschap van de Cobb-Douglas functie, dat de marginale subtitutie verhouding MSVLK gelijk is aan k × α/β. Langs een lijn van constante kapitaal-intensiteit blijft MSVLK ongewijzigd.
Cobb en Douglas hebben vooral naam gemaakt, doordat zij de functie van de formule 7 hebben toegepast op het macro niveau. De natie-staat wordt als het ware voorgesteld als een enorme onderneming. Het spreekt wel vanzelf, dat er grote practische bezwaren kleven aan deze benadering13. Immers het is een onmogelijke opgave om alle productie-factoren van de staat te verenigen in één productie-functie. Het zijn er tè veel. Wellicht zal de trouwe lezer tegenwerpen, dat althans voor het geval van complementaire productie-factoren de theorie van Sraffa uitkomst biedt. Maar zelfs die eenvoudige formules zijn enkel practisch toegepast met een uitsplitsing naar de economische sectoren, en niet naar het niveau van de afzonderlijke ondernemingen.
Echter de studies op het sectorale niveau moeten noodgedwongen al gebruik maken van aggregatie. De afzonderlijke kapitaal goederen worden samen gevoegd tot een beperkt aantal categorieën. De aggregatie van heterogene goederen is enkel mogelijk via hun waarde in geld. In de Cobb-Douglas functie gebeurt dat zeer rigoreus, omdat er slechts één kapitaal-factor K overblijft. Hetzelfde gebeurt in het bekende groeimodel van de econoom R.M. Solow. Er ontstaan problemen bij het gebruik van waarde-grootheden in de productie-functies. Immers de productie functies representeren een bepaalde techniek. Zodra er waarden in worden opgenomen, werken ook maatschappelijke grootheden zoals het loonpeil en de rentevoet er in door.
Op het micro niveau, voor de afzonderlijke onderneming, zijn de product prijzen en de factor-prijzen een gegeven, althans zolang de markt wordt gekenmerkt door zuivere mededinging. Maar deze bewering gaat niet meer op voor het geaggregeerde macro niveau, want daar zijn de prijzen onderling gerelateerd. Bijvoorbeeld zodra er productie-factoren worden gesubstitueerd, veranderen de prijzen en de daaruit berekende geaggregeerde waarde-grootheden. Aldus kan het totale product Q veranderen van waarde, zelfs wanneer het materieel helemaal niet verandert. Dit geeft aanleiding tot ogenschijnlijk, en zeker voor de neoklassieke theoretici, vreemde verschijnselen zoals de terugkeer van eerder verworpen productie technieken (in de Engelse taal reswitching).
Het verschil tussen het micro en macro niveau kan ook goed worden toegelicht aan het verband tussen de grens-productiviteiten en de factor-prijzen. Zoals blijkt uit de formule 1 probeert de ondernemer op het micro niveau zijn opbrengst zo groot mogelijk te maken, en zijn onkosten zo klein mogelijk. Zijn methode wordt grafisch weergegeven in de figuur 2. De productie kosten bedragen TC = K × pK + L × pL. Dit is de groene rechte lijn in het (L, K)-vlak, die de budget lijn wordt genoemd. In hetzelfde vlak zijn de isoquanten getekend, die behoren bij zijn productie-functie f(K, L).
De ondernemer probeert nu de hoogste isoquant te bereiken, die binnen zijn reikwijdte ligt. Dat bereik wordt beperkt door het bedrag TC, dat hij tot zijn beschikking heeft. Het optimum van de ondernemer is het punt van de budget lijn, dat juist raakt aan een isoquant. Een hoger gelegen isoquant is niet bereikbaar. In het optimum is de helling van de budget lijn (die -pL/pK bedraagt) juist gelijk aan de helling van de isoquant aldaar (die gelijk is aan de MSVLK, en dus voldoet aan de formule 4). In formule is dit14
(8) (∂Q / ∂L) / pL = 1/π = (∂Q / ∂K) / pK
In de formule 8 is π een constante, waarvan de waarde kan worden bepaald door een eenvoudige redenatie. Namelijk in verreweg de meeste omstandigheden zal de grens-productiviteit ∂Q / ∂L een weliswaar positieve maar toch dalende functie van L zijn15. Een ondernemer zal personeel blijven aannemen totdat de waarde van de marginale grens-productiviteit van de werkers is gedaald tot het loonpeil. Dat eindpunt voldoet aan pL = ∂(p × Q) / ∂L = p × ∂Q / ∂L. Dit is precies de formule 8, waarin π=p. Een geheel analoge redenatie kan worden gehouden voor de factor kapitaal.
Is de relatie pn = p × ∂Q / ∂qn ook geldig op het macro niveau? Zelfs tegenwoordig beweren sommige leerboeken nog schaamteloos van wèl16. Maar dat klopt niet, want op het macro niveau worden de product-prijzen p en de factor-prijzen pn zèlf variabel, en een functie van Q en qn. Het micro-economische betoog is niet overdraagbaar naar de macro-economie.
Afsluitend wordt nog eens gememoreerd dat de zo-even geformuleerde kritiek op de macro-economische toepassing evenzeer van toepassing is op het groei-model van Solow. Immers ook dat model aggregeert de fysieke producten in geldsommen, te weten de factor kapitaal K(t) en het netto product N(t). De waarden van die geldsommen zullen variëren al naar gelang van de toegepaste productie-techniek. In feite heeft de productie-functie bij Solow weinig meer van doen met technieken17.