由于工业机器人具有较高的可靠性和机动性，它们对中国制造业的高质量转型和升级至关重要。工业机器人在制造业中的广泛应用反映了智能生产作为中国未来发展的重要力量这一趋势，尤其是在人工智能时代。尽管一些先进的工业化国家在工业机器人发展方面处于领先地位，但中国也越来越重视工业机器人的应用（黄等人，2022年）。根据国际机器人联合会（IFR）的数据，中国是目前全球最大的工业机器人市场。2022年，新安装的工业机器人数量达到了290,258台，累计安装的机器人数量超过了150万台。平均每年机器人安装量增长13%（2017-2022年）。2023年，中国政府发布了发展智能制造的官方文件，宣布到2025年工业机器人的使用强度将比2020年的水平翻一番。基于工业机器人的智能制造系统的开发旨在促进制造业的数字化转型和智能革命。
然而，关于工业机器人大规模应用于能源和环境方面所面临的挑战也带来了不确定性。与人工智能、数据中心和区块链等一些尖端技术类似，工业机器人也是高能耗的（张和朱，2022年）。工业机器人的生产、安装和运行消耗大量电力和自然资源，包括金属和水（刘等人，2024a）。2021年，制造业部门占中国总电力消耗的50.95%（中国国家统计局，2023年）。工业机器人的大规模应用将进一步增加制造业部门的电力消耗，从而提高中国的碳排放量，威胁到其碳减排目标的实现（张和严，2021年）。因此，迫切需要全面考虑能源和经济影响，来审视工业机器人对中国制造业高质量发展是福音还是祸根。这样的分析不仅应考虑它们对制造业生产效率的贡献，还应考虑更广泛的能源和碳排放后果。在中国走向可持续发展和制造业高质量转型的道路上，平衡技术进步与可持续性至关重要。
本研究通过以中国为例，从能源消耗、碳排放和产出增长三个方面分析了工业机器人在制造业中大规模应用的影响。采用了具有高度细分的能源部门的动态可计算一般均衡（CGE）模型。建立了一系列情景，以考虑工业机器人应用导致的制造业部门电力消耗增加和生产效率提高的情况。同时也揭示了制造业部门产出价值与能源消耗之间的权衡。虽然本研究关注的是中国的工业机器人应用，但其他有志于发展先进制造业的国家也面临着对其能源系统和碳减排计划的严峻挑战。本研究也为这些国家提供了一些启示。
本研究在三个方面为学术界做出了贡献。首先，这是首次研究工业机器人化在实现中国碳减排目标方面所面临的挑战。从能源消耗的角度出发的学者们强调了工业机器人在能源消耗和碳排放方面的挑战。人们认为，工业机器人的应用会增加能源消耗并恶化生态环境（Belkhir和Elmeligi，2018年；Carabin等人，2017年）。工业机器人的运行消耗大量电力，并加剧环境污染（Brevini，2020年；Garcia等人，2018年）。另一方面，工业机器人化提高了生产效率，促进了经济增长，从而增加了工业产出和总能源消耗（Luan等人，2022年）。这将导致能源消耗和碳排放的显著增加，进而恶化生态环境（Khan等人，2021年；刘等人，2024a）。Sinnemann等人（2020年）和Zhang与Yan（2021年）从理论上分析了工业机器人对能源消耗的影响，指出未来工业机器人的广泛使用可能导致能源消耗的快速增加。Barnett等人（2017年）使用存量核算模型预测了2025年美国工业机器人的电力消耗情况。他们的研究表明，在不同的工业机器人增长率假设下，到2025年，工业机器人的总电力消耗将达到19,987-26,218吉瓦时，占总电力消耗的0.5-0.8%。然而，这些研究都没有分析工业机器人应用对中国能源和经济系统的全经济影响，以及它们对能源系统和碳减排目标的挑战。
其次，通过使用CGE模型来考虑工业机器人化对中国制造业部门的直接和间接影响，本研究丰富了人们对工业机器人应用影响机制的理解。一些研究通过提高能源效率来考虑工业机器人应用的间接影响机制（Chen等人，2022年；刘等人，2024b）。工业机器人化替代了低技能工人，减少了工作时间 and 能源消耗（Gjerding等人，2020年）。工业机器人带来的技术创新将进一步提高生产效率，降低制造业部门的能源强度（Wang等人，2022年）。同时，工业机器人的应用可以改善能源系统管理，并增加制造工厂中可再生能源的使用（Serban和Lytras，2020年；Benzidia等人，2021年）。多项实证研究使用计量经济模型证实，工业机器人化显著提高了能源效率，减少了能源消耗和碳排放（Chen等人，2022年；刘等人，2021年；黄等人，2022年）。然而，以往的研究要么仅计算了工业机器人的直接能源消耗，要么估计了其对制造业生产效率的边际影响，导致了有争议的结论。借助CGE框架，本研究能够同时考虑直接和间接影响机制。
第三，本研究揭示了工业机器人应用带来的经济效益与环境负担之间的权衡，指出了这项尖端技术的净收益。大多数研究发现，工业机器人的应用将刺激企业生产并促进经济增长，但也会导致一些失业。工业机器人的应用通过减少资源利用、优化生产流程和提高产品质量来提高企业的生产效率（Aghion等人，2017年；Jung和Lim，2020年；Kromann等人，2020年）。实证研究证实，工业机器人的应用可以通过提高总生产力来促进经济增长（Duan等人，2023年；Zhong等人，2024年；Cette等人，2021年）。在中国，Du和Lin（2022年）指出，工业机器人与全要素生产率之间存在U形关系，这意味着在某个转折点之后，它们将有利于工业经济发展。Zhu等人（2024年）发现，智能制造的采用对中国上市制造公司的劳动生产率有积极且显著的影响。然而，以往的研究未能充分理解工业机器人应用的净收益，因为它们从未权衡经济效益与环境负担，并且未能确定可行的发展战略。
本文的其余部分安排如下：第2节介绍了模拟模型，第3节描述了情景设置，第4节展示了模拟结果，第5节讨论了政策含义和局限性。最后一节总结了研究并提出了几项政策建议。
