工業機器人出口技術復雜度影響因素
——基于鉆石模型的分析

董桂才，巨小超

(安徽財經大學國際經濟貿易學院，安徽 蚌埠 233030)

工業機器人出口技術復雜度影響因素
——基于鉆石模型的分析

董桂才，巨小超

(安徽財經大學國際經濟貿易學院，安徽 蚌埠 233030)

以鉆石模型為分析框架，運用跨國面板數據檢驗工業機器人出口技術復雜度的影響因素，結果表明：高級生產要素的豐富程度、以汽車產業為代表的國內市場需求、以IT軟硬件產業為代表的相關支持產業、以工業機器人出口規模為代表的國內市場結構和規模經濟、以產業政策為代表的政府行為，都對工業機器人出口技術復雜度具有積極的提升作用。另外，工業機器人出口技術復雜度還具有“慣性”特征，歷史上較高的技術復雜度所樹立的高端市場品牌，有利于技術復雜度維持在較高水平。要提高中國工業機器人技術內涵，必須重視高級生產要素的培育，充分利用需求大國地位依托規模經濟作為提升技術內涵的新優勢，同時注重制定符合中國實際的工業機器人產業政策。

工業機器人；出口技術復雜度；鉆石模型

1 引言

中國機器人產業聯盟的統計數據顯示，2015年中國自主品牌工業機器人共生產銷售22257臺，同比增長31.3%[1]。在工業機器人產業蓬勃發展的同時，有些學者卻對中國工業機器人產業目前的發展模式能否承擔起歷史使命提出質疑，其主要依據在于中國工業機器人仍然試圖通過繼續沿襲勞動力成本優勢來應對新一輪工業革命[2]。目前對中國工業機器人產業的研究大致集中在三個方面：一是專利技術問題，王友發、周獻中的研究認為中國本土工業機器人雖然發展迅猛，但缺乏關鍵核心技術；而且隨著市場的迅速增長，跨國公司已經開始在中國進行專利布局，中國已經成為工業機器人競爭的熱點區域[3]。二是產業現狀問題，基本觀點認為中國工業機器人缺乏完整的產業鏈，關鍵零部件依賴進口，國產品牌市場占有率低[4-5]。三是中國工業機器人出口貿易和在全球價值鏈中的地位問題，其基本觀點在于：中國工業機器人在全球價值鏈中處于低端位置但不斷提升，中國工業機器人出口貿易主要受進口國工業增加值和工資水平的影響[6-7]。

現有研究在中國工業機器人處于全球價值鏈的低端環節、產業技術含量低等方面取得共識，但仍然缺乏對中國工業機器人技術含量及其提升對策的深入研究。本文利用Hausmann等的方法和聯合國商品貿易統計數據庫中有關工業機器人的貿易數據，對包括中國在內的世界主要國家工業機器人出口技術復雜度進行測算，并通過構建跨國面板數據實證檢驗工業機器人出口技術復雜度的影響因素，深化對工業機器人技術內涵及其影響因素的認識，以期提出提高中國工業機器人技術內涵的對策建議。

2 工業機器人出口技術復雜度的測算方法

按照HS2007分類法，工業機器人主要分為7個種類，它們的名稱及相應的商品編碼分別為：噴涂機器人(842489)、搬運機器人(842890)、多功能機器人和機器人末端裝置(847950)、IC工廠專用自動搬運機器人(848640)、汽車生產線電阻機器人和其他電阻焊接機器人(851521)、電弧包括等離子弧焊接機器人(851531)、汽車生產線激光焊接機器人和其他焊接機器人(851580)。按照Hausmann等的方法[8]，中國工業機器人出口技術復雜度指數的測算需要分兩步進行：

第一步先計算單一工業機器人的技術復雜度指數(RTSI)，計算公式為：

(1)

第二步再計算整個工業機器人(包括上述7種工業機器人)的出口技術復雜度指數(RES)，計算公式為：

(2)

3 研究設計

波特的鉆石模型是分析國際競爭優勢的有力工具，而一般來說，出口產品的技術復雜度正是決定其國際競爭優勢的核心要素。因此，可以用鉆石模型的分析框架，從要素稟賦、市場需求、相關支持產業、企業策略與競爭對手4個基本方面，來研究工業機器人出口技術復雜度的影響因素。另外，鉆石模型還認為政府行為和機會也對產業國際競爭力產生重要影響，在政府行為方面本文考慮了工業機器人產業政策對技術研發和技術進步的影響；而由于鉆石模型中機會因素的測量指標難以選擇，一般用于定性分析，所以本文沒有納入計量模型。

3.1 變量選取及測度

本文研究的對象就是工業機器人出口技術復雜度，因此被解釋變量即為世界各國工業機器人出口技術復雜度指數(記為Technology)，其測度方法就是公式(1)和公式(2)。根據鉆石模型的分析框架，解釋變量主要有如下6個方面的因素。

(1)工業機器人生產要素稟賦條件(記為Factor)。工業機器人是力學、結構學、材料學、自動控制、計算機、人工智能、光電、通信、傳感、仿生學等多學科交叉和技術綜合的結晶。毫無疑問，工業機器人是典型的三高產業：投資密度高、技術水平高、人才要求高。因此工業機器人的生產需要高級生產要素，即高水平的生產技術、高質量的物質資本和高素質的人力資本。一個國家的高級生產要素越豐富，越具備工業機器人的生產要素條件，而且高級生產要素越豐富，越具有生產高技術復雜度的工業機器人或工業機器人關鍵復雜零部件。為了測量世界各國工業機器人的高級生產要素稟賦條件，本文選擇兩個指標并納入計量模型：一是人均專利數量(記為Factor-Patent)，以測量該國創新要素的豐富程度和總體生產技術水平；二是人均GDP(記為Factor-Capita)，以測量該國物質資本和人力資本的相對豐富程度。

(2)工業機器人市場需求條件(記為Car)。鉆石模型認為，國內需求市場是產業發展的動力，國內市場與國際市場的不同之處在于企業可以及時發現國內市場的客戶需求，這是國外競爭對手所不及的，因此全球性的競爭并沒有減少國內市場的重要性。隨著技術的進步，工業機器人性能不斷提高，廣泛應用于汽車、電子、制藥和食品等領域，其中汽車領域的工業機器人占全部工業機器人的40%左右，是工業機器人應用最為重要的領域。因此，一個國家汽車生產規模可以在一定程度上衡量工業機器人的市場需求量。然而，由于難以獲得滿足計量模型要求的世界各國汽車產量，因此本文用汽車出口量衡量世界各國汽車產業對工業機器人的市場需求量，并納入計量模型，記為Car-market。另外，鉆石模型還認為國內客戶的質量也非常重要，特別是內行而挑剔的客戶會激發企業提供高技術含量的產品。而汽車產業對包括工業機器人在內的上游企業的苛刻要求，必然反映在汽車產業的國際市場競爭力上面，因此我們可以用世界各國汽車產業的顯示比較優勢指數(記為Car-RCA)來測量國內汽車產業對工業機器人企業的挑剔程度，進而對工業機器人企業提高技術復雜度的激勵作用。

(3)工業機器人相關支持產業狀況(記為IT)。一個國家優勢產業技術水平不是單獨存在的，它與國內相關產業的技術水平密切相關。工業機器人結構復雜，上游產業鏈較長，每一個生產加工環節都對工業機器人的技術復雜度和質量產生重要影響。在眾多的支持產業當中，信息技術產業(硬件)和計算機信息服務產業(軟件)的技術和服務水平，對工業機器人技術內涵的提升作用越來越大。這是因為，早期的機器人完成的是簡單的機械操作，現在的機器人則需要更多的智能性來應對大量非標準化的動作和行為；此外，由于生產環節的分工越來越細化，大量的工序需要互相配合；所有這些機器人應用的問題都需要站在更高的層面來解決，其核心問題是需要計算機科學界開發出更多的控制軟件，而不僅僅是簡單的機器硬件；現在的工業機器人在某種意義上可以說是一個移動的超級計算機[9-10]。因此可以用信息技術軟(硬)件產業的技術水平作為指標，以測量相關支持產業技術水平對工業機器人技術提升的支持作用。無須贅述，直接測量信息技術軟(硬)件產業的技術水平存在諸多困難，但是由于信息技術產業的技術水平必然反映在其國際市場競爭力上面，因此可以通過考察國際市場競爭力狀況來間接測量其技術水平，最后納入計量模型的指標分別是信息技術硬件產業和軟件產業的顯示比較優勢指數，前者記為IT-hard，后者記為IT-soft。

(4)工業機器人企業競爭狀況或市場結構(記為EX)。波特認為，在國際競爭中，成功的產業必然先經過國內市場的搏斗，迫使其進行改進和創新，國際市場競爭力只是產品技術內涵的延伸。因此，選擇合適的指標以測量工業機器人國內市場競爭程度就成為解決問題的關鍵。然而，衡量市場競爭程度是國際性的難題，通常使用的赫芬達爾指數、勒納指數甚至產業內企業的數量，由于數據難以獲得而不可行。在這種情況下，本文認為用工業機器人出口規模作為指標來衡量其國內市場競爭程度，不失為一種次優選擇。這種選擇的原因在于：出口規模越大一般意味著國內產量越大，國內競爭對手越多，市場競爭程度越激烈。

(5)工業機器人產業政策(記為Policy)。工業機器人已經成為世界各國在高科技競爭中的焦點、熱點和戰略制高點，被列為優先發展的研發與產業化技術。比如，2011年為配合制造業回歸和再工業化國家戰略，美國開始推行“先進制造業伙伴計劃”，投資28億美元開發基于移動互聯技術的工業機器人；2012年韓國發布了“機器人未來戰略展望2022”，支持擴大韓國機器人產業并推動機器人企業進軍海外市場；2013年德國提出“工業4.0”計劃，支持發展基于機器人技術的智能制造系統；2014年日本發布“新經濟增長戰略”，將機器人產業列入七大重點扶持產業之一。在中國，工業機器人已經被列入戰略性新興產業目錄和中國“十三五期間”計劃實施的100個重大工程及項目之一。毫無疑問，產業政策對各國工業機器人技術研發和技術進步產生積極影響。然而，在經濟計量過程中如何測量工業機器人產業政策的實施力度，卻由于數據的可獲性而變得尤為困難。但是，一般來說，實施產業政策的力度與各國政府掌握的資源密切相關，因此可以用各國政府稅收占GDP的比重作為指標來間接測量各國政府對工業機器人產業政策的投入程度，并納入計量模型。另外，該指標還契合了鉆石模型有關政府在產業競爭力方面的作為，鉆石模型認為，政府雖然不直接參與產業競爭，但政府提供的基礎設施等公共物品對提高產業國際競爭力具有不可替代的作用，而政府提供的基礎設施等公共物品與其掌握的資源正相關。當然，產業政策本身也是政府促進工業機器人技術進步進而提高國際競爭力的有效途徑之一。

3.2 模型設定與數據說明

綜上所述，應用波特的鉆石模型，為研究工業機器人出口技術復雜度的影響因素，設定如下計量模型：

Technologyit=β0+β1Factorit+β2Carit+β3ITit+β4EXit+β5Policyit+μi+μt+εit

(3)

式中，Technologyit表示i國t時期工業機器人出口技術復雜度指數；Factorit表示i國t時期工業機器人生產要素稟賦條件，用人均專利數量(Factor-Patent)和人均GDP(Factor-Capita)兩個指標測量；Carit表示i國t時期工業機器人市場需求條件，用汽車出口量(Car-market)和汽車顯示比較優勢指數(Car-RCA)兩個指標測量；ITit表示i國t時期工業機器人相關支持產業狀況，用信息技術硬件產業(IT-hard)和計算機信息服務軟件產業(IT-soft)兩個行業的顯示比較優勢指數來測量；EXit表示i國t時期工業機器人國內企業競爭狀況和市場結構狀況，用本國工業機器人出口額來測量；Policyit表示i國t時期工業機器人產業政策支持力度，用政府稅收占GDP的比重測量。μi表示國家固定效應，μt表示時期固定效應，εit表示隨機誤差。考慮到相關變量水平值存在巨大差異，對工業機器人出口技術復雜度指數、人均專利數量、人均GDP、汽車出口量等變量取對數后回歸，以消除可能存在的異方差。

樣本國家選擇。作為一種高科技產品，工業機器人生產主要集中在歐洲、美國、日本和韓國等發達經濟體，金磚國家也有生產。為此，本文選擇的樣本國家包括德國、英國、法國、意大利、瑞典、瑞士、盧森堡、西班牙、荷蘭、奧地利、匈牙利、波蘭、俄羅斯、挪威、比利時、丹麥、芬蘭、捷克、羅馬尼亞、保加利亞、葡萄牙、斯洛伐克、美國、加拿大、墨西哥、日本、韓國、中國、印度、以色列、新加坡、中國香港、馬來西亞、土耳其、泰國、澳大利亞、新西蘭、南非、巴西、阿根廷40個國家或地區。根據聯合國商品貿易統計數據庫數據計算，2014年這40個國家或地區出口工業機器人總額204億美元，占全部工業機器人出口額的98%，因此以這些國家為樣本，具有足夠的代表性。

計算工業機器人出口技術復雜度指數,需要用到各國工業機器人出口數據和人均GDP數據。工業機器人出口數據來自根據聯合國商品貿易統計數據庫(https://comtrade.un.org/db/)，查詢的HS2007編碼為噴涂機器人(842489)、搬運機器人(842890)、多功能機器人和機器人末端裝置(847950)、IC工廠專用自動搬運機器人(848640)、汽車生產線電阻機器人和其他電阻焊接機器人(851521)、電弧包括等離子弧焊接機器人(851531)、汽車生產線激光焊接機器人和其他焊接機器人(851580)。人均GDP、專利數量、政府稅收占GDP比重來自世界銀行世界發展指數數據庫(http://databank.shihang.org/data/reports.aspx?source=世界發展指標)。汽車出口額和計算汽車出口顯示比較優勢指數所需數據，來自聯合國商品貿易統計數據庫。由于信息技術硬件產品主要集中在HS2007分類法中的8470和8471兩個4位數編碼當中，在聯合國商品貿易統計數據庫中選擇HS07分類法，查詢上述兩個4位數編碼商品，即可獲得世界各國信息產業硬件產品出口額，進而可以計算出各國顯示比較優勢指數。計算計算機信息服務業顯示比較優勢指數的數據來自聯合國服務貿易統計數據庫(http://unstats.un.org/unsd/ServiceTrade/default.aspx)。由于上述部分數據庫缺乏部分國家2015年的數據，故此本文用于計量模型的是2008—2014年40個國家的面板數據。

4 模型回歸結果與分析

本文樣本國家既包括美國、日本、瑞士、德國等人均GDP高的國家，也包括中國、印度等人均GDP較低的國家，當然這些國家工業機器人技術內涵也存在巨大差異，因此數據的異方差問題不容忽視。雖然通過對相關變量取對數處理，能夠在一定程度上消除異方差問題，但難以完全消除。為了進一步降低異方差對回歸模型穩健性的影響，在估計方法上先使用最小二乘法(OLS)對模型進行估計，然后用截面數據的殘差作為權數，再進行加權最小二乘(WLS)估計，如此所得結果更為穩健。面板數據在估計時有固定效應、隨機效應和混合效應三種模型選擇，我們先選擇隨機效應模型進行估計，然后根據Hausman檢驗結果進行選擇；Hausman檢驗的原假設是隨機效應，檢驗結果顯示拒絕原假設，故此選擇固定效應模型。另外，考慮到生產要素中的兩個變量(人均專利和人均GDP)和市場需求中的兩個變量(汽車出口額和汽車顯示比較優勢指數)存在線性相關，故此沒有把它們同時納入模型，而是分別進行計量檢驗。

4.1 靜態面板數據回歸結果

表1中第(1)列報告的是以人均專利和汽車出口額作為測量工業機器人生產要素和市場需求變量的指標進行回歸的結果，第(2)列報告的是以人均GDP和汽車顯示比較優勢指數作為測量工業機器人生產要素和市場需求變量的指標進行回歸的結果。從中不難看出，人均專利數量和人均GDP對工業機器人出口技術復雜度都產生顯著的正向影響，說明一個國家的高級生產要素越多，越有利于工業機器人技術內涵的提升。

汽車出口額和汽車顯示比較優勢指數的回歸系數為正，而且通過5%的顯著性檢驗，說明以汽車制造為代表的工業機器人市場需求也對工業機器人技術內涵的提升具有正向的促進作用。另外，由于汽車出口額衡量的是一個國家汽車的生產和出口規模，而汽車顯示比較優勢指數衡量的是汽車產業國際競爭力，通常認為競爭力與技術內涵密切相關，因此汽車顯示比較優勢指數比汽車出口額的回歸系數更大、顯著性更高，說明更挑剔的市場需求更能促進工業機器人改進技術以滿足下游汽車產業的苛刻要求。

表1 工業機器人出口技術復雜度影響因素的回歸結果

注：系數估計值下方括號內的數字為相關的t統計量，﹡、**和***分別表示10%、5%和1%的顯著性水平。

IT硬件和軟件產業顯示比較優勢指數的回歸系數顯著為正，說明工業機器人產業技術內涵的提升離不開相關產業的支持。實際上，在產品內分工條件下，最終商品是由一系列中間環節和“投入品”所構成的，產業鏈或價值鏈上每一環節的技術和質量都對最終產品的技術含量和質量產生影響。作為人工智能的重要內容，工業機器人產業的發展越來越離不開IT產業尤其是IT軟件產業的支撐。

工業機器人出口額的回歸系數為正，并且通過了5%的顯著性檢驗，即一個國家工業機器人生產規模越大、出口規模越大，其出口技術復雜度越高。這一回歸結果至少說明，在行業層面上，工業機器人存在規模經濟效應，行業的生產規模越大，越有利于工業機器人技術內涵的提升。一般來說，行業的生產和出口規模又與行業內的市場結構密切相關，所以該回歸結果正契合了鉆石模型有關國內市場結構對行業國際競爭力和技術內涵具有重要影響的思想。

就產業政策來說，以稅收占GDP的比重作為測量指標，回歸結果顯示產業政策對工業機器人技術復雜度也具有顯著的正向影響。說明在各國政府普遍制定工業機器人產業政策的情況下，政府掌握的資源越多，用于工業機器人產業的投入力度也越大；反之，即使政府制定有鼓勵工業機器人發展的產業政策，但由于政府無錢投入，實際發展效果可能也不理想。縱觀世界各國，德國和日本工業機器人發展最為突出，韓國工業機器人發展起步雖晚但能夠迎頭趕上，這三個國家也是世界公認的實施產業政策最為成功的國家。

4.2 動態面板數據回歸結果

考慮到工業機器人的出口行為一般是一個持續的過程，前一期的出口技術復雜度也可能會影響到當前的水平，為此本文還將滯后1期的被解釋變量作為解釋變量，納入計量模型，進而把模型(3)拓展成為一個動態面板數據模型。在動態面板數據模型中，由于滯后1期的被解釋變量成為解釋變量，導致其與隨機擾動項的相關性，即內生性問題，為此本文運用能夠有效解決內生性問題的系統廣義矩(GMM)方法對動態面板數據模型進行估計。應用GMM估計方法，工具變量的選擇是一個普遍性的難題，本文使用各解釋變量的滯后1期變量作為工具變量，并對工具變量進行識別性檢驗，Sargan檢驗結果顯示工具變量的選擇是合適的。

GMM估計結果列于表1第(3)列和第(4)列。從中可以看出，滯后1期的工業機器人出口技術復雜度的回歸系數為正，并且通過了1%的顯著性檢驗，表明工業機器人出口技術復雜度存在“慣性”，歷史上較高的技術復雜度所樹立的高端市場品牌形象，有利于技術復雜度維持在較高水平；而一旦在國際市場形成低端市場形象，則不利于后期技術復雜度的提升。其他解釋變量的回歸結果與靜態面板數據模型的估計結果沒有顯著差異，這里就不再贅述。

5 結論與政策啟示

靜態面板數據模型的研究結果表明：高級生產要素的豐富程度、以汽車產業為代表的國內市場需求、以IT軟(硬)件產業為代表的相關支持產業、以工業機器人出口規模為代表的國內市場結構和規模經濟、以產業政策為代表的政府行為，都對工業機器人出口技術復雜度具有積極的提升作用；動態面板數據模型的研究結果還表明：工業機器人出口技術復雜度具有“慣性”特征，歷史上較高的技術復雜度所樹立的高端市場品牌形象有利于技術復雜度維持在較高水平；而一旦在國際市場形成低端市場形象，則不利于后期技術復雜度的提升。

上述研究結論對于提升中國工業機器人技術內涵同樣具有重要的政策含義與現實意義。①由于決定工業機器人技術內涵的主要因素在于創新人才等高級生產要素，因此我們應該以開放的姿態和思路加強工業機器人領域的人力資本積累。在加強教育和培訓等培育高端人力資本的同時，還應該充分利用開放條件下要素可跨國流動的有利條件，采取優惠政策，吸引國外人才和資本的流入。近年來上海、深圳等地通過引進工業機器人“四大家族”，對提高本土工業機器人技術內涵產生了積極作用。②國內市場需求條件對工業機器人技術內涵的提升作用不容忽視。目前汽車工業是工業機器人應用最多的領域，同時也是工業機器人跨國公司重點開發的市場。我們應該充分利用中國電子、機械、食品等工業大國地位，緊緊抓住勞動力成本上升的市場機遇，開發相應領域的工業機器人，與跨國公司進行錯位競爭。③實證研究表明規模經濟對提升工業機器人技術復雜度具有積極作用，目前中國工業機器人發展的主要特征是依托低要素成本的“粗放型”發展模式，未來中國應該依托國內巨大的市場需求所提供的規模經濟轉向“集約型”發展模式。④中國應該借鑒日本、韓國有關工業機器人發展的產業政策，總結他們的經驗和教訓，制定符合中國實際的工業機器人產業政策。

[1]中國機器人產業聯盟.2015年中國工業機器人市場持續發展[EB/OL].(2016-07-11)[2016-12-30].http://cria.mei.net.cn/news.asp?vid=3503.

[2]賈良根.迎接第三次工業革命的關鍵在于發展模式的革命[J].經濟理論與經濟管理，2013(5)：13-22.

[3]王友發，周獻中.基于專利地圖的機器人產業知識產權發展對策[J].中國科技論壇，2015(9)：31-37.

[4]李劍宇，巣明.我國工業機器人產業現狀與發展戰略探討[J].制造業自動化，2010(15)：106-108.

[5]姚之駒，陳丹，趙軍平.我國工業機器人須完善產業鏈體系[J].中國戰略新興產業，2014(11)：52-53.

[6]董桂才.中國工業機器人出口貿易及其影響因素研究[J].國際經貿探索，2015(11)：30-40.

[7]董桂才.中國工業機器人在全球價值鏈的地位及變化趨勢[J].中國科技論壇，2016(3)：49-54.

[8]HAUSMANN R,HUANG Y,RODRIK D.What you export matters[J].Journal of economic growth,2007，12(1):1-25.

[9]機器人網.美國計算機協會院士談機器人在中國的興起與未來發展[EB/OL].(2015-12-30)[2016-12-30].http://robot.ofweek.com/2015-12/ART-8321202-8420-29047198.html.

[10]第一財經.成本下降、技術升級 工業機器人將普及[EB/OL].(2016-12-26)[2016-12-30].http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2016122659495.html.

(責任編輯 沈蓉)

The Technical Complexity of Industrial Robot and Its Impcat Factors:Based on the Diamond Model

Dong Guicai,Ju Xiaochao

(School of International Economics and Trade,Anhui University of Finance and Economics,Bengbu 233030,China)

It used cross-country data to study the factors affecting the technical complexity of industrial robots.The result showed that the advanced factors,the domestic demand,the support industry such as IT,the scale economy and the industry policy all played important roles to promote the technical complexity of industrial robots.In addition,technical complexity of industrial robots had the characteristics of “inertia”，the higher technical complexity in the history,the higher technical complexity.In order to promote the technical complexity of industrial robots，China should pay attention to cultivate the advanced factors,to make full of scale economy,and to industry policy of robot.

Industrial robot;Technical complexity of export;Diamond model

2016-11-16 作者簡介：董桂才(1972-)，男，安徽臨泉人，安徽財經大學國際經濟貿易學院副教授，管理學博士，碩士生導師；研究方向：國際貿易理論與政策。

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