工業機器人進口對中國制造業生產率提升的機理及實證研究
2018-8-23 來源：江蘇大學財經學院; 中南財經政法大學 作者：李丫丫 潘 安
內容提要 文章基于工業機器人進口貿易促進中國制造業生產率提升的理論假設，運用 2001 ～ 2014年面板數據回歸模型實證檢驗了工業機器人進口貿易對中國制造業生產率提升的機理與影響程度。研究表明: 工業機器人進口貿易通過技術溢出效應促進了中國制造業生產率提升，且工業機器人進口與制造業吸收能力存在交互作用; 不同工業機器人及制造業分類的影響效果具有顯著差異性。在全球新一輪工業革命和“中國制造 2025”戰略的背景下，提升中國制造業競爭優勢需注重工業機器人的進口與消化吸收，不斷拓寬工業機器人的應用領域，全面提升中國制造業生產率。
關 鍵 詞 工業機器人 進口貿易 制造業 生產率
一、引言及文獻綜述
制造業是工業體系的靈魂，是經濟增長的發動機，其生產率的變動將直接影響中國經濟發展的質量和速度以及中國競爭優勢的提升。制造業生產率的提高是實現制造業發展由“量”到“質”轉變的核心，而這又離不開工業機器人在制造業中的應用，即“智能制造”的實現。從美國的制造業復興計劃到德國的“工業 4． 0 戰略”，再到我國的戰略性新興產業和“中國制造 2025 計劃”，工業機器人都是其中的重要內容。工業機器人是面向制造業領域的多關節機械手或多自由度機器人，是先進制造業不可或缺的自動化裝備(陳小莉，2016)。然而，中國工業機器人產品大部分依賴進口，國產機器人市場比重不足三成(呂鐵和李瑋，2016)。隨著中國加入 WTO，中國工業機器人進口規模呈不斷增長態勢，2009 年中國進口工業機器人 3． 2 萬臺，到 2014 年達到 12 萬臺，近五年平均增長率為 36% ①，超越日本成為全球第一大機器人市場。那么，中國上述工業機器人進口貿易是否對中國制造業生產率產生了顯著影響? 若回答是肯定的，其內在的影響機理及其影響作用又如何? 對此，本文將基于相關理論與實證分析對上述問題進行回答。隨著機器人產業重要地位的日益凸顯，國內外學者逐漸開展機器人產業的相關研究，主要包括產業地位及發展現狀、專利與技術、出口貿易、勞動替代效應、產業演化等方面。在產業發展現狀方面，賈根良(2013)認為中國工業機器人產業的發展模式無法承擔起迎接第三次工業革命的重任;在機器人產業技術與專利方面，龔惠群等(2014)認為機器人技術是現代科學交叉和綜合的體現，部分學者探討了機器人產業知識產權的發展以及相關的技術情報(王友發等，2015;黃超等，2012);在工業機器人出口貿易方面，董桂才(2015，2016)關注中國工業機器人出口貿易及其影響因素，實證了進口國工業增加值、工資水平對中國工業機器人出口具有顯著的正影響;在機器人勞動替代效應方面，馬嵐(2015) 認為中國極有可能出現機器人對人工的規模替代;在機器人產業演化方面，Lechevalier(2014)認為技術多樣性與內部創業是機器人產業發展的驅動力，Yun 等(2016)指出技術突破、商業模式創新是機器人產業發展的推動力。
此外，有部分學者還關注到了進口與生產率關系的相關研究。雖然衡量方法和具體數值存在一定差異，但多數研究均認為進口與生產率之間存在正向關系。具體而言，李小平等(2008) 認為進口貿易顯著促進了工業行業生產率的增長;Amiti 和 Konings(2007) 指出進口關稅的下降提高了企業生產率;Halpern(2011) 發現匈牙利生產率提升三分之一受益于進口投入品;錢學鋒(2011) 論證了進口種類的增加對中國制造業全要素生產率的提高具有顯著的促進作用;張杰等(2015)指出中間品進口規模和資本品進口規模與企業生產率之間均呈現顯著正相關;高凌云和王洛林(2010)強調進口貿易主要通過“溢出效應”和“競爭效應”影響進口國生產率;余淼杰(2015)認為進口競爭效應對于同質性行業更為重要，而進口技術外溢效應對于差異化程度大的產業更為重要。可見，現有研究已關注到機器人出口貿易，對于機器人進口貿易則相對忽視;而在研究進口與生產率方面較少關注機器人進口與制造業生產率的關系。為此，本文嘗試將有關機器人產業的研究與進口及生產率關系研究結合，對現有研究進行以下幾個方面的拓展:(1)將工業機器人進口和中國制造業生產率相聯系，分析機器人進口貿易對制造業生產率的作用機理;(2) 考慮行業與技術的異質性，進一步細分研究工業機器人進口對高技術制造業以及中低技術制造業生產率的差異性影響，高技術復雜度工業機器人、傳統工業機器人對中國制造業生產率的差異性影響;(3)分時段地考察工業機器人進口貿易對中國制造業生產率的差異性影響。
二、理論分析及研究假設
進口貿易是影響全要素生產率變動的主要因素之一(高凌云和王洛林，2010)。具體來看，進口貿易主要通過技術溢出效應和進口競爭效應影響進口國生產率，而進口競爭效應對于同質性行業更為重要，進口技術外溢效應對于差異化程度大的產業更為重要。進口的工業機器人在中國制造企業應用中實現了技術的替代與互補，更多體現為技術溢出效應。中國制造企業通過“進口中學”，一方面使用更高技術水平的工業機器人設備來獲得更強的生產能力，進而提升生產率;另一方面在引進工業機器人設備后，通過對先進技術的模仿和吸收學習，增強制造企業的創新能力，帶動企業相關生產技術的革新，進而提高制造業生產率。此外，進口貿易技術溢出的強度取決于進口國的研發水平，更取決于進口國對出口國技術溢出的吸收能力，進口國人力資本投入及研發資本投入是影響技術外溢吸收能力的兩個關鍵因素(高靜和黃繁華，2013)。工業機器人進口與制造業吸收能力的交互作用對中國制造業生產率的提升具有重要的促進作用。據此，我們提出以下理論假設。
假設 1:工業機器人進口通過技術溢出效應提高制造業生產率。
假設 2:工業機器人進口與制造業吸收能力的交互作用對制造業生產率的提升具有積極影響。
目前工業機器人主要分為四大類產品:多功能機器人、激光焊接機器人、電弧焊接機器人、電阻焊接機器人(董桂才，2015)。電阻焊接和電弧焊接機器人可稱為傳統的中低技術復雜度工業機器人，而多功能機器人和激光焊接機器人是相對技術復雜度高的工業機器人。不同技術結構條件下，工業機器人產品對制造業生產率的影響不同。本文假設高技術復雜度的工業機器人更能提高制造業生產率，相比之下，中低技術復雜度的傳統工業機器人對制造業生產率提升的影響相對較弱。故提出理論假設。
假設 3:高技術復雜度工業機器人進口相對于傳統工業機器人進口更能提升制造業生產率。
雖然進口貿易作為技術擴散渠道得到了認可，但事實上，不同產業在不同時間段對進口貿易溢出的吸收卻存在很大差異，這意味著溢出可能受到多種因素的影響。根據國民經濟行業分類標準，制造業具體包括 28 個細分行業，可分為高技術制造業以及中低技術制造業。高技術制造業如汽車制造業和電子信息制造業是工業機器人應用最廣泛的領域，隨著工業機器人產品不斷拓寬，種類和功能不斷增加，食品和非金屬礦物制造等中低技術制造業也開始使用工業機器人輔助生產。然而，高技術制造業相對于中低技術制造業，工業機器人使用密度更高，且高技術制造業擁有更強的技術消化吸收能力，工業機器人進口提升其生產率的效應更佳。由此提出理論假設。
假設 4:工業機器人進口對高技術制造業生產率的提升比中低技術制造業生產率的提升更顯著。
綜上所述，本文認為，工業機器人進口對中國制造業生產率提升的作用機制主要表現為技術溢出效應，而吸收能力、進口工業機器人技術類別、進口制造業類別都會對技術溢出的效果產生直接或間接的影響。對以上機理的描述如圖 1 所示。
圖 1 工業機器人進口貿易提升制造業生產率的作用機理
三、實證設計、數據及變量說明
1． 模型設定
在現有考察提升制造業生產率影響因素的實證研究中，模型設定主要包括 FDI、研發、企業規模、生產性服務業貿易、出口等變量(孫少勤，2011;孫曉華等，2014;邱愛蓮等，2014;張杰等，2009;孫曉華和王昀，2014;陳啟斐和劉志彪，2014)。本文借鑒陳啟斐和劉志彪(2014)研究生產性服務業進口對中國制造業技術進步的實證模型，設定工業機器人進口貿易影響中國制造業生產率的實證模型如下:
其中，i 和 t 分別表示第 i 個產業和第 t 年，tfp 表示中國制造業生產的綜合效率，rb 是中國工業機器人進口貿易額，fdi 表示行業內外商直接投資金額，rd 代表行業研發支出，rdp 表示行業研發人員，scale 表示行業規模因素，ε 是隨機誤差項。為了消除異方差的影響，將各變量取對數處理。
此外，為分析工業機器人進口與制造業吸收能力的交互作用對制造業生產率的提升具有重要的促進作用，本文將基本實證模型擴展得到模型(2)，即增加了機器人進口與代表吸收能力的研發資本投入(rd)的交互項。
2． 變量選取與說明
(1)被解釋變量:準確地測算出制造業生產率是本文能否得出無偏估計結果的關鍵。對此，本文考察的制造業生產率主要為全要素生產率，而其主要是衡量源于效率的改善、技術進步、規模效應的生產效率指標②。目前關于全要素生產率(tfp)的測算一般有兩種方法:一種是索羅余值法，另一種是數據包絡分析 DEA 非參數估計 － CCＲ、BBC、Malmquist 指數法③。本文擬測算制造業的綜合生產效率，不區分技術進步、純技術效率以及規模效率變化，采用最基本的 CCＲ 模型來測算制造業各產業的綜合生產效率。為了保證數據的可得性和一致性，選擇制造業的工業銷售總產值(億元)、固定資產合計(億元)、制造業從業人員年平均數(萬人)作為 DEA 方法所要求的產出和投入指標。其中，對工業銷售總產值以2001 年為基期的工業生產者出廠價格指數進行調整，對固定資產合計以 2001 年為基期的固定資產投資價格指數進行平減。
(2)核心解釋變量:本文的核心解釋變量是中國工業機器人的進口貿易，具體用工業機器人的進口貿易額(rb) 表示。工業機器人在 HS2002 六位數編碼體系中主要包括 851531 ( 電弧焊接機器人)、847950( 多功能機器人) 、851521( 電阻焊接機器人) 、851580 ( 激光焊接機器人) 。本文研究的工業機器人數據包括上述四大類六位數編碼商品，數據來源于聯合國貿發數據庫(UNCTAD)。根據高靜和黃繁華(2013)的研究，進口貿易技術溢出的強度取決于進口國的吸收能力。因此，本文設計工業機器人進口與制造業吸收能力的交互項以檢驗吸收能力的調節作用。(3)主要控制變量:外商直接投資(fdi)。現有的研究表明外商直接投資是技術溢出的重要途徑，為了分析 fdi 是否能促進中國制造業的生產率，本文使用當年行業實際使用的外商直接投資金額來分析fdi 對中國制造業生產率的促進作用。研發資本投入(rd) 與研發人員投入( rdp) 。研發行為有利于提高行業的生產率及產品的差異性，我們采用細分制造業的研發經費內部支出與研發人員投入來衡量該因素。規模因素( scale)，規模的大小意味著通過進口貿易的技術提升能力，具體參照徐毅和張二震(2008)的處理方法，用各個產業每家企業的平均人數來表示。
3． 數據來源
本文的樣本區間選取 2001 ～ 2014 年，樣本期間中國行業分類標準有過調整，2012 年以后交通運輸設備制造業分類取消，分化為汽車制造業、鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業，故數據處理時2012 ～ 2013 年交通運輸設備制造業的數據由匯總統計得來。本文首先統計了制造業總體的變量數值，制造業具體可分為 28 個二級行業，本文選取其中 9 個為樣本制造業，并劃分為高技術制造業和中低技術制造業兩類。其中，交通設備制造業、計算機、通信和其他電子設備制造業、通用設備制造業為高技術制造業，非金屬礦物制品業、醫藥制造業、紡織業、家具制造業、專用設備制造業、食品制造業為中低技術制造業。涉及到各變量的數據主要選自 2001 ～ 2015 年《中國統計年鑒》、《中國科技統計年鑒》、聯合國貿發數據庫、《中國工業經濟統計年鑒》，具體見表 1。
表 1 數據來源說明
上述變量的描述性統計如表 2 所示。
表 2 各變量的描述性統計
四、估計結果分析及討論
1． 全樣本分析
本文從整體樣本層面考察工業機器人對中國制造業生產率提升的影響。面板數據最常用的估計方法是固定效應模型和隨機效應模型，Hausman 檢驗顯示在 1% 的顯著水平上拒絕原假設，表示方程應該采用固定效應模型。經檢驗，方程 1、2、3、5、6 采用固定效應模型，方程 4 不能拒絕原假設采用隨機效應模型，回歸結果見表 3。表 2 中方程 1、2 的回歸結果顯示，
工業機器人進口貿易通過技術外溢效應促進了中國制造業生產率的提升(lnrb 系數顯著為正)，且工業機器人進口與制造業吸收能力存在交互作用，能夠協同推進制造業生產率的提高(lnrb × lnrd 系數顯著為正)，這是對本文理論假設 1 和假設 2 的實證檢驗。方程 3、4 把時間因素考慮進來，實證結果顯示，伴隨著中國工業機器人進口貿易的快速增長，工業機器人進口對制造業生產率的提升隨著時間的推移不斷增加，2001 ～ 2007 年間工業機器人進口貿易每提高 1% ，可以幫助中國制造業生產率提升 0． 107% ，2008 ～ 2009 年工業機器人進口貿易每提高 1% ，可推動中國制造業生產率提高 0． 322% 。一方面，我們制造業累積了消化吸收工業機器人技術的能力，另一方面制造業對工業機器人需求越來越大，應用領域越來越廣，因此對制造業生產率提升的作用越來越顯著。
方程 5、6 的回歸結果顯示，工業機器人進口對高技術制造業生產率的提升比中低技術制造業生產率的提升顯著。工業機器人進口貿易每提高 1% ，可推動中國高技術制造業生產率提升 1． 599% ，而工業機器人進口貿易對中國中低技術制造業生產率提升尚未產生積極影響。這一結論也反映了目前中國工業機器人的應用領域大多集中在汽車、電子等高技術制造業，而在中低技術制造業中的應用不足。以上是對本文理論假設 4的實證檢驗。至于其他控制變量，就制造業研發投入變量而言，方程 1、3、5 的回歸估計結果表明，其系數估計值大小雖有所變化，但顯著性及方向并未出現實質性改變，即制造業行業研發投入對于中國制造業生產率提高具有積極的促成作用，本文的研究結論與現有文獻具有內在的一致性(孫曉華等，2014)。就行業規模變量而言，方程 1 ～ 3 的回歸估計結果表明，其系數估計值同樣為負，正如陳啟斐(2014)的研究所顯示的，隨著制造企業規模的擴張，機構臃腫，管理成本上升，最終會阻礙制造業的技術進步和生產率的提升。就 fdi 變量而言，方程 4、6 的回歸結果表明，與張艷(2013)的研究所得結論一致，外商直接投資通過示范效應、競爭效應等機制促進引進國生產率提升。
表 3 工業機器人進口對制造業生產率提升的實證結果
2． 細分工業機器人進口貿易的擴展研究
工業機器人種類繁多，不同性質的工業機器人進口對生產率的提升存在異質性影響。為了分析不同類型工業機器人進口的作用，本小節將分別考察高技術復雜度工業機器人和傳統工業機器人進口對中國制造業生產率提高的影響。采用和前文相同的方法，方程 7、8、9、11、12 采用固定效應模型，方程 10不能拒絕原假設采用隨機效應模型，回歸結果見表 4。
表 4 中方程的實證結果顯示，
高技術復雜度工業機器人與傳統工業機器人相比，其進口貿易并沒有更好地提升中國制造業生產率，原假設 3 并未得到驗證。相反，傳統工業機器人進口貿易每提高 1% ，可推動中國制造業生產率提升 0． 175% ，而高技術復雜度機器人進口貿易的貢獻度為 0． 165% ，略低于傳統工業機器人。實際上，以電阻焊接和電弧焊接機器人為代表的傳統工業機器人在中國制造業中應用廣泛，相反，多功能工業機器人和激光焊接機器人在 2008 年以后才得以迅速擴展應用。以上實證結果也表明，高技術復雜度機器人對中國制造業生產率提升的作用尚未充分發揮，再加上中國對高技術復雜度工業機器人的吸收能力不足，這也降低了進口貿易的技術溢出效應。中國工業機器人進口貿易在加入 WTO 以后呈緩慢增長態勢，直到 2008 年開始呈現出爆發式增長趨勢。鑒于此，本文利用方程 9 ～ 12，考察不同階段、不同類型的工業機器人進口貿易對制造業生產率提升的影響。結果顯示，傳統工業機器人進口貿易對制造業生產率的影響在 2001 ～ 2007 年第一階段更顯著，而高技術復雜度工業機器人進口貿易對制造業生產率的影響在 2008 ～ 2014 年第二階段更為顯著。這一結論與中國工業機器人進口貿易技術結構態勢相一致，即傳統工業機器人先于高技術復雜度工業機器人應用到中國制造業中，隨著高技術復雜度工業機器人進口貿易的增加，其對中國制造業生產率的影響也越發明顯。
表 4不同類型工業機器人進口對制造業生產率提升的實證結果
為了檢驗前文回歸估計結果的可靠性，本文以工業機器人進口臺數作為工業機器人進口貿易額的替代變量，以企業數作為行業規模的替代變量，并利用總體樣本做進一步的穩健性分析，所得結果與以上兩表回歸結果基本一致，驗證了回歸結果的穩健性。
3． 小結與進一步討論
根據上述基本模型回歸的估計結果，本文得到工業機器人進口貿易通過技術溢出效應提升了中國制造業生產率，且工業機器人進口與制造業吸收能力存在交互作用;不同工業機器人及制造業分類的影響效果具有顯著差異性(見圖 2)。值得注意的是，工業機器人進口貿易并沒有提升中低技術制造業的生產率。這與工業機器人在中國應用領域大多集中在汽車、電子等高技術制造業而中低技術制造業中應用不足的現實密切相關，這進一步反映出所建模型及得到的主要結論的可靠性和合理性。工業機器人具有很強的關聯帶動作用，從全球發展趨勢來看，其應用領域不斷向傳統制造業滲透，未來能否提升中低技術制造業生產率有待進一步考察。此外，本文研究發現高技術復雜度工業機器人進口貿易與傳統工業機器人進口貿易相比，其對中國制造業生產率的提升作用并不具有顯著優勢，這與原研究假設不一致。進一步把時間因素考慮進來發現，傳統工業機器人先于高技術復雜度工業機器人應用到中國制造業中，再加上中國對高技術復雜度工業機器人的吸收能力不足降低了其進口貿易的技術溢出效應。然而，未來高技術復雜度工業機器人能否超越傳統工業機器人進口貿易實現對中國制造業生產率的顯著提升呢? 對此，需要結合中國制造業的吸收能力以及未來工業機器人進口貿易態勢進行拓展研究。除全要素生產率外，有關對制造業勞動生產率的影響也逐漸受到關注(金春雨和程浩，2015)，因而考察工業機器人進口對中國制造業勞動生產率的影響將是未來值得關注的另一研究主題，它能使我們更加全面地考察工業機器人進口對中國制造業生產率提升的機理，進而對比分析機器人對全要素生產率和勞動生產率可能存在的異質性影響.
圖 2 工業機器人進口貿易提升制造業生產率效果
五、主要結論及啟示
面對發達國家積極提出“工業 4． 0”戰略和實施“再工業化”戰略，中國需要以工業機器人進口貿易為契機，提高制造業生產率及智能制造水平，有效實現“中國制造 2025”戰略目標。本文研究結果表明:第一，工業機器人進口可以促進中國制造業生產率的提升，這說明工業機器人進口貿易有很強的技術外溢效應，能有效提升中國制造業生產率，而且工業機器人進口與制造業吸收能力存在交互作用，能夠協同推進制造業生產率的提高。第二，在不同類型的工業機器人進口研究中，高技術復雜度機器人對中國制造業生產率提升的作用尚未充分發揮，相對而言，傳統工業機器人對中國制造業生產率的促進作用更顯著。第三，中國工業機器人的應用領域大多集中在汽車、電子等高技術制造業，在中低技術制造業中的應用不足，這導致工業機器人進口對高技術制造業生產率的提升比中低技術制造業生產率的提升更顯著。第四，伴隨著中國工業機器人進口貿易的快速增長，工業機器人進口對制造業生產率的提升隨著時間的推移不斷增加，制造業不斷累積消化吸收工業機器人技術的能力，同時對工業機器人需求越來越大。
上述實證研究為中國制造業生產率提升及智能轉型管理決策提供了有益的啟示:第一，通過工業機器人進口貿易提升中國制造業生產率。加大對工業機器人進口貿易的扶持力度，放松貿易限制，鼓勵多類型工業機器人進口。在制造業領域，對工業機器人的應用要求已經不只局限于簡單的動作重復，對于復雜作業需求，工業機器人的智能化、群體協調作業成為解決問題的關鍵，因此，無論是高技術復雜度工業機器人還是傳統工業機器人，都需要針對不斷增長的需求加大進口力度。第二，提高制造業的工業機器人技術吸收能力，加大研發資金及人員投入力度，實現工業機器人進口與吸收能力協同促進生產率提升。研究表明，由于中國制造業技術吸收能力的不足，高技術復雜度工業機器人的技術溢出效應尚未充分發揮，這就要求制造業在“進口中學”，提高工業機器人技術的吸收能力，進而充分發揮工業機器人對制造業生產率的促進作用。
第三，拓展工業機器人進口產品的應用領域。中國工業機器人廣泛運用于汽車及電子制造業等領域，而工業機器人涉及到機械、電子、控制、人工智能、傳感器、通信等多個學科領域，是一種通用的新興技術，然而在中國卻很少應用到其他制造業中，比如食品加工、醫藥制造等領域。只有不斷擴展工業機器人的應用領域，才能全面帶動中國制造業的智能轉型和升級，無論是高技術制造業還是中低技術制造業都能享受工業機器人帶來的革命成效。第四，在工業機器人進口貿易的基礎上，實現從引進、消化吸收到自主創新的目標。從長遠來看，若想通過工業機器人實現制造業的轉型升級，不能長期依靠進口貿易。更重要的是在引進、消化吸收國外先進技術的基礎上實現工業機器人技術的自主創新，尤其是工業機器人伺服機電系統等核心技術領域的突破。
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