工业机器人进口对中国制造业生产率提升的机理及实证研究
2018-8-23 来源：江苏大学财经学院; 中南财经政法大学 作者：李丫丫 潘 安
内容提要 文章基于工业机器人进口贸易促进中国制造业生产率提升的理论假设，运用 2001 ～ 2014年面板数据回归模型实证检验了工业机器人进口贸易对中国制造业生产率提升的机理与影响程度。研究表明: 工业机器人进口贸易通过技术溢出效应促进了中国制造业生产率提升，且工业机器人进口与制造业吸收能力存在交互作用; 不同工业机器人及制造业分类的影响效果具有显著差异性。在全球新一轮工业革命和“中国制造 2025”战略的背景下，提升中国制造业竞争优势需注重工业机器人的进口与消化吸收，不断拓宽工业机器人的应用领域，全面提升中国制造业生产率。
关 键 词 工业机器人 进口贸易 制造业 生产率
一、引言及文献综述
制造业是工业体系的灵魂，是经济增长的发动机，其生产率的变动将直接影响中国经济发展的质量和速度以及中国竞争优势的提升。制造业生产率的提高是实现制造业发展由“量”到“质”转变的核心，而这又离不开工业机器人在制造业中的应用，即“智能制造”的实现。从美国的制造业复兴计划到德国的“工业 4． 0 战略”，再到我国的战略性新兴产业和“中国制造 2025 计划”，工业机器人都是其中的重要内容。工业机器人是面向制造业领域的多关节机械手或多自由度机器人，是先进制造业不可或缺的自动化装备(陈小莉，2016)。然而，中国工业机器人产品大部分依赖进口，国产机器人市场比重不足三成(吕铁和李玮，2016)。随着中国加入 WTO，中国工业机器人进口规模呈不断增长态势，2009 年中国进口工业机器人 3． 2 万台，到 2014 年达到 12 万台，近五年平均增长率为 36% ①，超越日本成为全球第一大机器人市场。那么，中国上述工业机器人进口贸易是否对中国制造业生产率产生了显著影响? 若回答是肯定的，其内在的影响机理及其影响作用又如何? 对此，本文将基于相关理论与实证分析对上述问题进行回答。随着机器人产业重要地位的日益凸显，国内外学者逐渐开展机器人产业的相关研究，主要包括产业地位及发展现状、专利与技术、出口贸易、劳动替代效应、产业演化等方面。在产业发展现状方面，贾根良(2013)认为中国工业机器人产业的发展模式无法承担起迎接第三次工业革命的重任;在机器人产业技术与专利方面，龚惠群等(2014)认为机器人技术是现代科学交叉和综合的体现，部分学者探讨了机器人产业知识产权的发展以及相关的技术情报(王友发等，2015;黄超等，2012);在工业机器人出口贸易方面，董桂才(2015，2016)关注中国工业机器人出口贸易及其影响因素，实证了进口国工业增加值、工资水平对中国工业机器人出口具有显著的正影响;在机器人劳动替代效应方面，马岚(2015) 认为中国极有可能出现机器人对人工的规模替代;在机器人产业演化方面，Lechevalier(2014)认为技术多样性与内部创业是机器人产业发展的驱动力，Yun 等(2016)指出技术突破、商业模式创新是机器人产业发展的推动力。
此外，有部分学者还关注到了进口与生产率关系的相关研究。虽然衡量方法和具体数值存在一定差异，但多数研究均认为进口与生产率之间存在正向关系。具体而言，李小平等(2008) 认为进口贸易显著促进了工业行业生产率的增长;Amiti 和 Konings(2007) 指出进口关税的下降提高了企业生产率;Halpern(2011) 发现匈牙利生产率提升三分之一受益于进口投入品;钱学锋(2011) 论证了进口种类的增加对中国制造业全要素生产率的提高具有显著的促进作用;张杰等(2015)指出中间品进口规模和资本品进口规模与企业生产率之间均呈现显著正相关;高凌云和王洛林(2010)强调进口贸易主要通过“溢出效应”和“竞争效应”影响进口国生产率;余淼杰(2015)认为进口竞争效应对于同质性行业更为重要，而进口技术外溢效应对于差异化程度大的产业更为重要。可见，现有研究已关注到机器人出口贸易，对于机器人进口贸易则相对忽视;而在研究进口与生产率方面较少关注机器人进口与制造业生产率的关系。为此，本文尝试将有关机器人产业的研究与进口及生产率关系研究结合，对现有研究进行以下几个方面的拓展:(1)将工业机器人进口和中国制造业生产率相联系，分析机器人进口贸易对制造业生产率的作用机理;(2) 考虑行业与技术的异质性，进一步细分研究工业机器人进口对高技术制造业以及中低技术制造业生产率的差异性影响，高技术复杂度工业机器人、传统工业机器人对中国制造业生产率的差异性影响;(3)分时段地考察工业机器人进口贸易对中国制造业生产率的差异性影响。
二、理论分析及研究假设
进口贸易是影响全要素生产率变动的主要因素之一(高凌云和王洛林，2010)。具体来看，进口贸易主要通过技术溢出效应和进口竞争效应影响进口国生产率，而进口竞争效应对于同质性行业更为重要，进口技术外溢效应对于差异化程度大的产业更为重要。进口的工业机器人在中国制造企业应用中实现了技术的替代与互补，更多体现为技术溢出效应。中国制造企业通过“进口中学”，一方面使用更高技术水平的工业机器人设备来获得更强的生产能力，进而提升生产率;另一方面在引进工业机器人设备后，通过对先进技术的模仿和吸收学习，增强制造企业的创新能力，带动企业相关生产技术的革新，进而提高制造业生产率。此外，进口贸易技术溢出的强度取决于进口国的研发水平，更取决于进口国对出口国技术溢出的吸收能力，进口国人力资本投入及研发资本投入是影响技术外溢吸收能力的两个关键因素(高静和黄繁华，2013)。工业机器人进口与制造业吸收能力的交互作用对中国制造业生产率的提升具有重要的促进作用。据此，我们提出以下理论假设。
假设 1:工业机器人进口通过技术溢出效应提高制造业生产率。
假设 2:工业机器人进口与制造业吸收能力的交互作用对制造业生产率的提升具有积极影响。
目前工业机器人主要分为四大类产品:多功能机器人、激光焊接机器人、电弧焊接机器人、电阻焊接机器人(董桂才，2015)。电阻焊接和电弧焊接机器人可称为传统的中低技术复杂度工业机器人，而多功能机器人和激光焊接机器人是相对技术复杂度高的工业机器人。不同技术结构条件下，工业机器人产品对制造业生产率的影响不同。本文假设高技术复杂度的工业机器人更能提高制造业生产率，相比之下，中低技术复杂度的传统工业机器人对制造业生产率提升的影响相对较弱。故提出理论假设。
假设 3:高技术复杂度工业机器人进口相对于传统工业机器人进口更能提升制造业生产率。
虽然进口贸易作为技术扩散渠道得到了认可，但事实上，不同产业在不同时间段对进口贸易溢出的吸收却存在很大差异，这意味着溢出可能受到多种因素的影响。根据国民经济行业分类标准，制造业具体包括 28 个细分行业，可分为高技术制造业以及中低技术制造业。高技术制造业如汽车制造业和电子信息制造业是工业机器人应用最广泛的领域，随着工业机器人产品不断拓宽，种类和功能不断增加，食品和非金属矿物制造等中低技术制造业也开始使用工业机器人辅助生产。然而，高技术制造业相对于中低技术制造业，工业机器人使用密度更高，且高技术制造业拥有更强的技术消化吸收能力，工业机器人进口提升其生产率的效应更佳。由此提出理论假设。
假设 4:工业机器人进口对高技术制造业生产率的提升比中低技术制造业生产率的提升更显著。
综上所述，本文认为，工业机器人进口对中国制造业生产率提升的作用机制主要表现为技术溢出效应，而吸收能力、进口工业机器人技术类别、进口制造业类别都会对技术溢出的效果产生直接或间接的影响。对以上机理的描述如图 1 所示。
图 1 工业机器人进口贸易提升制造业生产率的作用机理
三、实证设计、数据及变量说明
1． 模型设定
在现有考察提升制造业生产率影响因素的实证研究中，模型设定主要包括 FDI、研发、企业规模、生产性服务业贸易、出口等变量(孙少勤，2011;孙晓华等，2014;邱爱莲等，2014;张杰等，2009;孙晓华和王昀，2014;陈启斐和刘志彪，2014)。本文借鉴陈启斐和刘志彪(2014)研究生产性服务业进口对中国制造业技术进步的实证模型，设定工业机器人进口贸易影响中国制造业生产率的实证模型如下:
其中，i 和 t 分别表示第 i 个产业和第 t 年，tfp 表示中国制造业生产的综合效率，rb 是中国工业机器人进口贸易额，fdi 表示行业内外商直接投资金额，rd 代表行业研发支出，rdp 表示行业研发人员，scale 表示行业规模因素，ε 是随机误差项。为了消除异方差的影响，将各变量取对数处理。
此外，为分析工业机器人进口与制造业吸收能力的交互作用对制造业生产率的提升具有重要的促进作用，本文将基本实证模型扩展得到模型(2)，即增加了机器人进口与代表吸收能力的研发资本投入(rd)的交互项。
2． 变量选取与说明
(1)被解释变量:准确地测算出制造业生产率是本文能否得出无偏估计结果的关键。对此，本文考察的制造业生产率主要为全要素生产率，而其主要是衡量源于效率的改善、技术进步、规模效应的生产效率指标②。目前关于全要素生产率(tfp)的测算一般有两种方法:一种是索罗余值法，另一种是数据包络分析 DEA 非参数估计 － CCＲ、BBC、Malmquist 指数法③。本文拟测算制造业的综合生产效率，不区分技术进步、纯技术效率以及规模效率变化，采用最基本的 CCＲ 模型来测算制造业各产业的综合生产效率。为了保证数据的可得性和一致性，选择制造业的工业销售总产值(亿元)、固定资产合计(亿元)、制造业从业人员年平均数(万人)作为 DEA 方法所要求的产出和投入指标。其中，对工业销售总产值以2001 年为基期的工业生产者出厂价格指数进行调整，对固定资产合计以 2001 年为基期的固定资产投资价格指数进行平减。
(2)核心解释变量:本文的核心解释变量是中国工业机器人的进口贸易，具体用工业机器人的进口贸易额(rb) 表示。工业机器人在 HS2002 六位数编码体系中主要包括 851531 ( 电弧焊接机器人)、847950( 多功能机器人) 、851521( 电阻焊接机器人) 、851580 ( 激光焊接机器人) 。本文研究的工业机器人数据包括上述四大类六位数编码商品，数据来源于联合国贸发数据库(UNCTAD)。根据高静和黄繁华(2013)的研究，进口贸易技术溢出的强度取决于进口国的吸收能力。因此，本文设计工业机器人进口与制造业吸收能力的交互项以检验吸收能力的调节作用。(3)主要控制变量:外商直接投资(fdi)。现有的研究表明外商直接投资是技术溢出的重要途径，为了分析 fdi 是否能促进中国制造业的生产率，本文使用当年行业实际使用的外商直接投资金额来分析fdi 对中国制造业生产率的促进作用。研发资本投入(rd) 与研发人员投入( rdp) 。研发行为有利于提高行业的生产率及产品的差异性，我们采用细分制造业的研发经费内部支出与研发人员投入来衡量该因素。规模因素( scale)，规模的大小意味着通过进口贸易的技术提升能力，具体参照徐毅和张二震(2008)的处理方法，用各个产业每家企业的平均人数来表示。
3． 数据来源
本文的样本区间选取 2001 ～ 2014 年，样本期间中国行业分类标准有过调整，2012 年以后交通运输设备制造业分类取消，分化为汽车制造业、铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业，故数据处理时2012 ～ 2013 年交通运输设备制造业的数据由汇总统计得来。本文首先统计了制造业总体的变量数值，制造业具体可分为 28 个二级行业，本文选取其中 9 个为样本制造业，并划分为高技术制造业和中低技术制造业两类。其中，交通设备制造业、计算机、通信和其他电子设备制造业、通用设备制造业为高技术制造业，非金属矿物制品业、医药制造业、纺织业、家具制造业、专用设备制造业、食品制造业为中低技术制造业。涉及到各变量的数据主要选自 2001 ～ 2015 年《中国统计年鉴》、《中国科技统计年鉴》、联合国贸发数据库、《中国工业经济统计年鉴》，具体见表 1。
表 1 数据来源说明
上述变量的描述性统计如表 2 所示。
表 2 各变量的描述性统计
四、估计结果分析及讨论
1． 全样本分析
本文从整体样本层面考察工业机器人对中国制造业生产率提升的影响。面板数据最常用的估计方法是固定效应模型和随机效应模型，Hausman 检验显示在 1% 的显著水平上拒绝原假设，表示方程应该采用固定效应模型。经检验，方程 1、2、3、5、6 采用固定效应模型，方程 4 不能拒绝原假设采用随机效应模型，回归结果见表 3。表 2 中方程 1、2 的回归结果显示，
工业机器人进口贸易通过技术外溢效应促进了中国制造业生产率的提升(lnrb 系数显著为正)，且工业机器人进口与制造业吸收能力存在交互作用，能够协同推进制造业生产率的提高(lnrb × lnrd 系数显著为正)，这是对本文理论假设 1 和假设 2 的实证检验。方程 3、4 把时间因素考虑进来，实证结果显示，伴随着中国工业机器人进口贸易的快速增长，工业机器人进口对制造业生产率的提升随着时间的推移不断增加，2001 ～ 2007 年间工业机器人进口贸易每提高 1% ，可以帮助中国制造业生产率提升 0． 107% ，2008 ～ 2009 年工业机器人进口贸易每提高 1% ，可推动中国制造业生产率提高 0． 322% 。一方面，我们制造业累积了消化吸收工业机器人技术的能力，另一方面制造业对工业机器人需求越来越大，应用领域越来越广，因此对制造业生产率提升的作用越来越显著。
方程 5、6 的回归结果显示，工业机器人进口对高技术制造业生产率的提升比中低技术制造业生产率的提升显著。工业机器人进口贸易每提高 1% ，可推动中国高技术制造业生产率提升 1． 599% ，而工业机器人进口贸易对中国中低技术制造业生产率提升尚未产生积极影响。这一结论也反映了目前中国工业机器人的应用领域大多集中在汽车、电子等高技术制造业，而在中低技术制造业中的应用不足。以上是对本文理论假设 4的实证检验。至于其他控制变量，就制造业研发投入变量而言，方程 1、3、5 的回归估计结果表明，其系数估计值大小虽有所变化，但显著性及方向并未出现实质性改变，即制造业行业研发投入对于中国制造业生产率提高具有积极的促成作用，本文的研究结论与现有文献具有内在的一致性(孙晓华等，2014)。就行业规模变量而言，方程 1 ～ 3 的回归估计结果表明，其系数估计值同样为负，正如陈启斐(2014)的研究所显示的，随着制造企业规模的扩张，机构臃肿，管理成本上升，最终会阻碍制造业的技术进步和生产率的提升。就 fdi 变量而言，方程 4、6 的回归结果表明，与张艳(2013)的研究所得结论一致，外商直接投资通过示范效应、竞争效应等机制促进引进国生产率提升。
表 3 工业机器人进口对制造业生产率提升的实证结果
2． 细分工业机器人进口贸易的扩展研究
工业机器人种类繁多，不同性质的工业机器人进口对生产率的提升存在异质性影响。为了分析不同类型工业机器人进口的作用，本小节将分别考察高技术复杂度工业机器人和传统工业机器人进口对中国制造业生产率提高的影响。采用和前文相同的方法，方程 7、8、9、11、12 采用固定效应模型，方程 10不能拒绝原假设采用随机效应模型，回归结果见表 4。
表 4 中方程的实证结果显示，
高技术复杂度工业机器人与传统工业机器人相比，其进口贸易并没有更好地提升中国制造业生产率，原假设 3 并未得到验证。相反，传统工业机器人进口贸易每提高 1% ，可推动中国制造业生产率提升 0． 175% ，而高技术复杂度机器人进口贸易的贡献度为 0． 165% ，略低于传统工业机器人。实际上，以电阻焊接和电弧焊接机器人为代表的传统工业机器人在中国制造业中应用广泛，相反，多功能工业机器人和激光焊接机器人在 2008 年以后才得以迅速扩展应用。以上实证结果也表明，高技术复杂度机器人对中国制造业生产率提升的作用尚未充分发挥，再加上中国对高技术复杂度工业机器人的吸收能力不足，这也降低了进口贸易的技术溢出效应。中国工业机器人进口贸易在加入 WTO 以后呈缓慢增长态势，直到 2008 年开始呈现出爆发式增长趋势。鉴于此，本文利用方程 9 ～ 12，考察不同阶段、不同类型的工业机器人进口贸易对制造业生产率提升的影响。结果显示，传统工业机器人进口贸易对制造业生产率的影响在 2001 ～ 2007 年第一阶段更显著，而高技术复杂度工业机器人进口贸易对制造业生产率的影响在 2008 ～ 2014 年第二阶段更为显著。这一结论与中国工业机器人进口贸易技术结构态势相一致，即传统工业机器人先于高技术复杂度工业机器人应用到中国制造业中，随着高技术复杂度工业机器人进口贸易的增加，其对中国制造业生产率的影响也越发明显。
表 4不同类型工业机器人进口对制造业生产率提升的实证结果
为了检验前文回归估计结果的可靠性，本文以工业机器人进口台数作为工业机器人进口贸易额的替代变量，以企业数作为行业规模的替代变量，并利用总体样本做进一步的稳健性分析，所得结果与以上两表回归结果基本一致，验证了回归结果的稳健性。
3． 小结与进一步讨论
根据上述基本模型回归的估计结果，本文得到工业机器人进口贸易通过技术溢出效应提升了中国制造业生产率，且工业机器人进口与制造业吸收能力存在交互作用;不同工业机器人及制造业分类的影响效果具有显著差异性(见图 2)。值得注意的是，工业机器人进口贸易并没有提升中低技术制造业的生产率。这与工业机器人在中国应用领域大多集中在汽车、电子等高技术制造业而中低技术制造业中应用不足的现实密切相关，这进一步反映出所建模型及得到的主要结论的可靠性和合理性。工业机器人具有很强的关联带动作用，从全球发展趋势来看，其应用领域不断向传统制造业渗透，未来能否提升中低技术制造业生产率有待进一步考察。此外，本文研究发现高技术复杂度工业机器人进口贸易与传统工业机器人进口贸易相比，其对中国制造业生产率的提升作用并不具有显著优势，这与原研究假设不一致。进一步把时间因素考虑进来发现，传统工业机器人先于高技术复杂度工业机器人应用到中国制造业中，再加上中国对高技术复杂度工业机器人的吸收能力不足降低了其进口贸易的技术溢出效应。然而，未来高技术复杂度工业机器人能否超越传统工业机器人进口贸易实现对中国制造业生产率的显著提升呢? 对此，需要结合中国制造业的吸收能力以及未来工业机器人进口贸易态势进行拓展研究。除全要素生产率外，有关对制造业劳动生产率的影响也逐渐受到关注(金春雨和程浩，2015)，因而考察工业机器人进口对中国制造业劳动生产率的影响将是未来值得关注的另一研究主题，它能使我们更加全面地考察工业机器人进口对中国制造业生产率提升的机理，进而对比分析机器人对全要素生产率和劳动生产率可能存在的异质性影响.
图 2 工业机器人进口贸易提升制造业生产率效果
五、主要结论及启示
面对发达国家积极提出“工业 4． 0”战略和实施“再工业化”战略，中国需要以工业机器人进口贸易为契机，提高制造业生产率及智能制造水平，有效实现“中国制造 2025”战略目标。本文研究结果表明:第一，工业机器人进口可以促进中国制造业生产率的提升，这说明工业机器人进口贸易有很强的技术外溢效应，能有效提升中国制造业生产率，而且工业机器人进口与制造业吸收能力存在交互作用，能够协同推进制造业生产率的提高。第二，在不同类型的工业机器人进口研究中，高技术复杂度机器人对中国制造业生产率提升的作用尚未充分发挥，相对而言，传统工业机器人对中国制造业生产率的促进作用更显著。第三，中国工业机器人的应用领域大多集中在汽车、电子等高技术制造业，在中低技术制造业中的应用不足，这导致工业机器人进口对高技术制造业生产率的提升比中低技术制造业生产率的提升更显著。第四，伴随着中国工业机器人进口贸易的快速增长，工业机器人进口对制造业生产率的提升随着时间的推移不断增加，制造业不断累积消化吸收工业机器人技术的能力，同时对工业机器人需求越来越大。
上述实证研究为中国制造业生产率提升及智能转型管理决策提供了有益的启示:第一，通过工业机器人进口贸易提升中国制造业生产率。加大对工业机器人进口贸易的扶持力度，放松贸易限制，鼓励多类型工业机器人进口。在制造业领域，对工业机器人的应用要求已经不只局限于简单的动作重复，对于复杂作业需求，工业机器人的智能化、群体协调作业成为解决问题的关键，因此，无论是高技术复杂度工业机器人还是传统工业机器人，都需要针对不断增长的需求加大进口力度。第二，提高制造业的工业机器人技术吸收能力，加大研发资金及人员投入力度，实现工业机器人进口与吸收能力协同促进生产率提升。研究表明，由于中国制造业技术吸收能力的不足，高技术复杂度工业机器人的技术溢出效应尚未充分发挥，这就要求制造业在“进口中学”，提高工业机器人技术的吸收能力，进而充分发挥工业机器人对制造业生产率的促进作用。
第三，拓展工业机器人进口产品的应用领域。中国工业机器人广泛运用于汽车及电子制造业等领域，而工业机器人涉及到机械、电子、控制、人工智能、传感器、通信等多个学科领域，是一种通用的新兴技术，然而在中国却很少应用到其他制造业中，比如食品加工、医药制造等领域。只有不断扩展工业机器人的应用领域，才能全面带动中国制造业的智能转型和升级，无论是高技术制造业还是中低技术制造业都能享受工业机器人带来的革命成效。第四，在工业机器人进口贸易的基础上，实现从引进、消化吸收到自主创新的目标。从长远来看，若想通过工业机器人实现制造业的转型升级，不能长期依靠进口贸易。更重要的是在引进、消化吸收国外先进技术的基础上实现工业机器人技术的自主创新，尤其是工业机器人伺服机电系统等核心技术领域的突破。
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