Research on Total Factor Productivity of Manufacturing Enterprises under the Background of Artificial Intelligence
The development of artificial intelligence technology in China primarily commenced following the emergence of deep learning networks in 2006 and has since been consistently advanced. Empirically, the total factor productivity of manufacturing enterprises has shown an increase concomitant with the growing application of artificial intelligence technology subsequent to the advent of deep learning networks in 2006. Currently, amidst a new wave of scientific and technological revolution, the direct impact of artificial intelligence technology on the total factor productivity of manufacturing enterprises is substantial. This study predominantly investigates the influence of artificial intelligence technology on the total factor productivity of manufacturing enterprises through a dual fixed effect model. The research findings indicate that: 1) Artificial intelligence technology exerts a positive and significant influence on the total factor productivity of manufacturing enterprises; 2) Geographically, within the eastern region, AI technology demonstrates a more pronounced impact on the total factor productivity of manufacturing enterprises.
Artificial Intelligence
改革开放后,中国制造业发展迅速。我国制造业占全球的比重从1990年的2.7% (居世界第九位)上升到2007年的13.2% (居世界第二);2010年我国制造业占全球的比重进一步提高到19.8%,跃居世界第一。之后,我国更是稳居世界第一制造大国的地位。与此同时,我国制造业增加值也从2012年的16.98万亿元增加到2021年的31.4万亿元;截至2022年,我国全部工业增加值已经突破了40万亿元大关,占GDP比重达到了33.2%,其中制造业增加值占GDP比重为27.7%。中国制造业规模在高端制造业领域不断突破,例如:新能源汽车、高铁、超级计算机、载人航天等,为促进我国制造企业转型升级,推动我国经济高质量发展,提高我国综合势力和国际竞争力做出了巨大贡献
然而,随着社会和科技的发展,制造业的发展弊端逐渐显现出来,主要集中在劳动力优势逐渐消失、关键技术能力不强、国际竞争日渐加剧等方面。在劳动力优势方面,由于经济持续增长而导致劳动力需求更加旺盛以及人们生活水平提高后对工资的要求增加,劳动力不断成本上涨,这使得许多低端劳动密集型企业逐渐转向劳动力成本更低的国家,所以随着我国的劳动力优势逐渐消失
在上述背景下,我国制造企业要想实现发展,必须突破现有的瓶颈。而人工智能作为第四次工业革命的产物,具有基础性和外溢性特征,不仅可以帮助我国制造企业提高运营智能化水平和劳动生产率,降低运营成本,还可以改变制造业的生产和决策模式,有助于企业及时应对变化的外部环境,提高自身的市场竞争能力;甚至人工智能技术可以推动中国制造由价值链低端向高附加值两端延伸,提高我国的国际竞争力
本文采用双重固定效应模型来进一步探究分析人工智能对制造业企业全要素生产率的影响,该模型的基准回归设定如下所示:
(1)
在基准回归式(1)中,i表示制造业企业编号,t表示年份;OPit为被解释变量,表示i企业在t年的全要素生产率水平;AIit为核心解释变量,表示i企业在t年的人工智能应用情。而其估计系数β1也是本文的重点关注对象,反映了人工智能对制造业企业全要素生产率的实际影响,若该值正向显著,则表明人工智能在一定程度上促进制造业企业全要素生产率的提高,若该值负向显著,则表明人工智能在一定程度上抑制制造业企业全要素生产率的提高,若该值不显著,则表明人工智能对制造业企业全要素生产率无明显影响。j表示控制变量的数量,在本文中主要包括企业年龄、企业规模、资产负债率、董事会规模、营业收入增长率、第一大股东投资占比、投资机会以及总资产增长率;Uit则表示误差项。
本文将2010~2020年在中国沪深正常上市的A股制造业企业数据作为样本数据,使用的数据主要来源于上市公司年报、马克数据网以及国泰安数据库等。在参考当下学术界对全要素生产率研究的基础上,本文根据自己的研究目的和制造业企业自身的特点,确定了被解释变量(OP)、核心解释变量(AI)以及相关的控制变量,各变量的具体说明可见
变量类型 | 变量 | 定义 | 说明 |
被解释变量 | OP | 全要素生产率 | 采用OP法计算的全要素生产率 |
核心解释变量 | AI | 人工智能 | Log(人工智能相关词频数 + 1) |
控制变量 | Ln_age | 企业年龄 | 取(当年年份 − 成立年份 + 1)的对数值 |
Ln_reg | 企业规模 | 取企业总资产的对数值 | |
Lev | 资产负债率 | 期末总负债期末/总资产 | |
Growth | 企业成长性 | (本年期末总资产 − 上年期末总资产)/上年期末总资产) | |
Rate | 营业收入增长率 | 本年营业收入增长额/上年营业收入总额 | |
Top1 | 第一大股东持股比例 | 第一大股东持股数量/总股数 | |
Board | 董事会规模 | 取董事会总人数的对数值 | |
Tq | 投资机会 | 托宾Q值:(流通股市值 + 非流通股股份数每股净资产 + 负债账面值)/资产账面值 |
本文对被解释变量(OP)、核心解释变量(AI)以及所有控制变量进行了描述性统计,具体可见下
变量名称 | 观察值 | 平均值 | 标准差 | 最小值 | 最大值 |
被解释变量(OP) | 15918 | 6.710 | 0.787 | 4.964 | 8.812 |
核心解释变量(AI) | 15918 | 0.614 | 0.979 | 0 | 3.989 |
企业年龄(Ln_age) | 15918 | 1.267 | 0.147 | 0.477 | 1.748 |
企业规模(Ln_reg) | 15918 | 3.466 | 0.484 | 2.307 | 4.781 |
资产负债率(Lev) | 15918 | 0.423 | 0.188 | 0.066 | 0.899 |
企业成长性(Growth) | 15918 | 0.149 | 0.288 | −0.264 | 2.084 |
营业收入增长率(Rate) | 15918 | 0.191 | 0.478 | −0.667 | 2.951 |
第一大股东持股比例(Top1) | 15918 | 34.217 | 14.243 | 9.032 | 73.186 |
董事会规模(Board) | 15918 | 2.132 | 0.187 | 1.609 | 2.639 |
投资机会(Tq) | 15918 | 2.025 | 1.298 | 0 | 8.587 |
变量 | 模型1 (OP) | 模型2 (OP) |
AI | 0.055***(6.02) | 0.047***(5.49) |
Ln_age | - | 0.637***(3.19) |
Ln_size | - | 0.138**(2.46) |
Lev | - | 0.156***(8.83) |
Growth | - | −0.020(−1.63) |
Rate | - | 0.181**(2.50) |
Top1 | - | 0.126***(2.72) |
Board | - | 0.003***(2.60) |
Tq | - | 0.004(0.74) |
常数项 | 6.347***(407.68) | 4.684***(17.00) |
企业固定效应 | 是 | 是 |
行业固定效应 | 是 | 是 |
PseudoR2 | 0.0505 | 0.1943 |
观测值 | 15918 | 15918 |
注:括号里的值为t统计量;***表示估计系数在1%水平上显著,**表示估计系数在5%水平上显著,*表示估计系数在10%水平上显著。
为确保回归结果的可靠性,本文将对实证结果进行稳健性检验。本文的稳健性检验主要分为重新度量关键性指标和修正计量模型两大部分。
变量 | 模型1 (LP) | 模型2 (LP) | 模型3 (OLS) | 模型4 (OLS) | 模型5 (FE) | 模型6 (FE) | 模型7 (GMM) | 模型8 (GMM) |
AI | 0.078***(7.42) | 0.047***(5.54) | 0.088***(7.62) | 0.043***(4.96) | 0.094***(7.86) | 0.043***(4.83) | 0.050***(5.89) | 0.047***(5.73) |
Ln_age | - | 0.543***(2.77) | - | 0.704***(3.05) | - | 0.720***(3.07) | - | 0.571***(2.65) |
Ln_size | - | 0.806***(15.04) | - | 1.165***(19.17) | - | 1.317***(21.33) | - | 0.073(1.35) |
Lev | - | 0.163***(9.17) | - | 0.153***(7.49) | - | 0.152***(7.33) | - | 0.155***(8.85) |
Growth | - | −0.021*(−1.76) | - | −0.019(−1.54) | - | −0.019(−1.51) | - | −0.022*(−1.89) |
Rate | - | 0.116(1.62) | - | 0.241***(3.14) | - | 0.263***(3.38) | - | 0.067(0.95) |
Top1 | - | 0.113**(2.47) | - | 0.131***(2.80) | - | 0.136***(2.87) | - | 0.102**(2.36) |
Board | - | 0.003*(2.73) | - | 0.003**(2.17) | - | 0.003**(2.07) | - | 0.003***(2.80) |
Tq | - | 0.008(1.35) | - | 0.005(0.79) | - | 0.004(0.58) | - | 0.014***(2.51) |
常数项 | 8.024***(479.40) | 4.265***(15.73) | 10.358**(604.87) | 5.150***(16.56) | 11.038***(612.68) | 5.287***(16.78) | 5.387***(409.70) | 4.087***(14.13) |
企业固定效应 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 |
行业固定效应 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 |
PseudoR2 | 0.0371 | 0.5404 | 0.032 | 0.6412 | 0.0302 | 0.6742 | 0.0505 | 0.1293 |
观测值 | 15918 | 15918 | 15160 | 15160 | 15160 | 15160 | 15160 | 15160 |
注:括号里的值为t统计量;***表示估计系数在1%水平上显著,**表示估计系数在5%水平上显著,*表示估计系数在10%水平上显著。
目前,企业全要素生产率的计算方式有多种,为了确保实证结果的可靠性,本文将参照鲁晓东和连玉君的做法,采用LP法、GMM法、OSL法以及FE法重新测算企业全要素生产率这个指标并进行稳健性检验
目前学术界对于人工智能的定义并没有完全达成共识,部分学者认为人工智能对于制造业企业而言最大的应用就是工业机器人,工业机器人可以通过替代部分劳动力来提高企业的生产效率。因此,本文也将从工业机器人角度出发,参考王永钦和董雯的测量方法
(2)
其中,i表示制造业下的具体行业,j表示该制造业的企业人数;AI_1用于衡量制造业企业的工业机器人渗透度,Industryi表在基期年份(2010年)在i行业企业员工数量的中位数;Rit表示i行业在t年的企业员工数量;Li表示在基期年份(2010年) i行业的企业员工数量。
变量 | 模型1 (OP) | 模型2 (OP) |
AI_1 | 0.001**(2.09) | 0.001**(1.96) |
Ln_age | - | 0.615***(3.04) |
Ln_size | - | 0.153***(2.71) |
Lev | - | 0.156***(8.78) |
Growth | - | −0.019(−1.56) |
Rate | - | 0.194***(2.65) |
Top1 | - | 0.135***(2.90) |
Board | - | 0.003**(2.37) |
Tq | - | 0.004(0.77) |
常数项 | 6.345***(398.57) | 4.640***(16.57) |
企业固定效应 | 是 | 是 |
行业固定效应 | 是 | 是 |
PseudoR2 | 0.0467 | 0.2015 |
观测值 | 15918 | 15918 |
注:括号里的值为t统计量;***表示估计系数在1%水平上显著,**表示估计系数在5%水平上显著,*表示估计系数在10%水平上显著。
此外,部分学者认为制造业企业的数字化程度也可以体现人工智能的应用程度,因为一般能够应该人工智能的企业,其数字化程度都不低。因此,数字化这一指标在一定程度上也可以用于衡量制造业企业的人工只能应用情况。目前,数字化的衡量指标有很多,为了确保结果的可靠性,本文主要是参考了两位学者的测算方法,首先是根据《管理世界》中吴非等的测算方法
变量 | 模型1 (OP) | 模型2 (OP) | 模型3 (OP) | 模型4 (OP) |
AI_2 | 0.002***(3.65) | 0.002***(3.20) | - | - |
AI_3 | - | - | 0.001***(4.48) | 0.001***(3.58) |
Ln_age | - | 0.627***(3.12) | - | 0.634***(3.14) |
Ln_size | - | 0.145***(2.58) | - | 0.139**(2.45) |
Lev | - | 0.156***(8.81) | - | 0.155***(8.79) |
Growth | - | −0.019(−1.58) | - | −0.019(−1.58) |
Rate | - | 0.187***(2.56) | - | 0.188***(2.59) |
Top1 | - | 0.126***(2.73) | - | 0.126***(2.72) |
Board | - | 0.003**(2.46) | - | 0.003**(2.48) |
Tq | - | 0.004(0.76) | - | 0.004(0.76) |
常数项 | 6.351***(408.58) | 4.677***(16.80) | 6.342***(399.16) | 4.682***(16.68) |
企业固定效应 | 是 | 是 | 是 | 是 |
行业固定效应 | 是 | 是 | 是 | 是 |
PseudoR2 | 0.0517 | 0.2020 | 0.0514 | 0.1972 |
观测值 | 15918 | 15918 | 15918 | 15918 |
注:括号里的值为t统计量;***表示估计系数在1%水平上显著,**表示估计系数在5%水平上显著,*表示估计系数在10%水平上显著。
上
在基准回归的过程中,可能存在把重要变量遗漏或者逆向因果关系等情况,这将导致本文的回归结果出现内生性问题。因此,本文打算使用工具变量法来缓解内生性情况。通过文献阅读,本文参考了罗润东和郭怡笛,将人工智能专利数量作为工具变量,并用两阶段最小二乘法(2SLS)来试着解决计量估计模型可能存在的内生性问题
由
变量 | 模型1 | 模型2 |
AI | IV | |
工具变量模型第一阶段 | ||
lnin | 0.059***(6.38) | - |
工具变量模型第二阶段 | ||
AI | - | 0.239***(2.67) |
不可识别检验 | 通过 | 通过 |
过度识别检验 | 通过 | 通过 |
弱工具变量检验 | 通过 | 通过 |
豪斯曼检验 | 通过 | 通过 |
控制变量 | 是 | 是 |
企业固定效应 | 是 | 是 |
行业固定效应 | 是 | 是 |
观测值 | 13773 | 13773 |
注:括号里的值为t统计量;***表示估计系数在1%水平上显著,**表示估计系数在5%水平上显著,*表示估计系数在10%水平上显著。
接着,本文从地理位置展开异质性分析,本文根据我国最新地理位置的划分,将样本数据分为东部、中西部和东北三大区域,具体结果如下
变量 | 模型1 (OP) | 模型2 (OP) | 模型3 (OP) |
AI | 0.048***(4.86) | 0.039**(2.15) | 0.064(1.07) |
常数项 | 4.457***(13.51) | 5.410***(9.16) | 3.866*(1.74) |
控制变量 | 是 | 是 | 是 |
固定效应 | 是 | 是 | 是 |
调整的R2 | 0.1983 | 0.1768 | 0.1359 |
观测值 | 10409 | 4789 | 720 |
注:括号里的值为t统计量;***表示估计系数在1%水平上显著,**表示估计系数在5%水平上显著,*表示估计系数在10%水平上显著。
本文收集了2010年至2022年中国上市公司的数据,从企业的角度考察人工智能如何影响制造业企业的全要素生产率。本文的研究结果报告如下:第一,本文发现人工智能对制造业企业的全要素生产率有显著的正向影响,并且这个影响通过了多方面的稳健型检验。这说明制造业企业应用人工智能技术后不仅可以合理优化生产线,提高员工的知识技能,还可以及时响应市场的变化,确保可持续增长的增长和核心竞争能力。第二,本文从地理位置角度出发。结果表明,人工智能对制造业企业全要素生产率的提升作用,东部地区和中西部地区显著为正,东北地区不显著,并且东部地区的影响大于中西部地区,这一差异主要还是由地区间的经济发展水平、人才数量以及政策支持等因素形成的。因此,政府应该加大对人工智能技术研发的投资,支持初创企业和研究机构,推动技术创新和产业升级。
本文可能存在以下几个方面的不足:第一,本文所需的数据主要来源于国泰安、马克数据网等,因为目前没有2023年的数据,所以本文主要收集了2010年至2022年中国上市公司的数据。而且年报数据会存在部分的缺失,所以样本量会有一定的减少,这可能使本文无法得出最精准的结果。第二,本文的异质性分析主要是从地理位置角度出发,事实上,影响人工智能对制造业企业全要素生产率的因素很多,这将在未来的研究中进一步解决。第三,本文考虑了人工智能对制造业企业全要素生产率的直接影响,未来可以通过加入中介变量或者调节变量来进一步研究这一过程的影响机制。