高檔機(jī)床數(shù)控技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)分析研究*

劉 萌 陳劍峰 何無(wú)為 趙涵卓

（①北京機(jī)床研究所有限公司，北京 100122；②通用技術(shù)集團(tuán)機(jī)床工程研究院有限公司，北京 100102；③沈陽(yáng)中科數(shù)控技術(shù)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

制造業(yè)是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志，制造業(yè)在各工業(yè)國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中都起到了發(fā)動(dòng)機(jī)的作用[1?4]。而數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平直接影響了國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展程度，從而影響到國(guó)家綜合實(shí)力和國(guó)際地位。目前我國(guó)的機(jī)床數(shù)量雖位居世界第一，但在機(jī)床的核心技術(shù)上，我國(guó)自主研發(fā)的機(jī)床的關(guān)鍵部位以及高性能程序系統(tǒng)還需要依賴(lài)外國(guó)的技術(shù)支撐。由于高檔數(shù)控系統(tǒng)關(guān)系到產(chǎn)業(yè)安全與國(guó)家安全，即使在全球一體化的今天，西方國(guó)家和日本仍對(duì)中國(guó)實(shí)行出口限制和監(jiān)督使用政策，并且有更加嚴(yán)格的趨勢(shì)，以限制中國(guó)國(guó)防技術(shù)的發(fā)展[5?10]。

近年來(lái)，越來(lái)越多的企業(yè)和科研院所認(rèn)識(shí)到專(zhuān)利分析的重要性。慎金花等[11]利用Innography專(zhuān)利分析平臺(tái)，結(jié)合專(zhuān)利情報(bào)分析理論，對(duì)國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)專(zhuān)利進(jìn)行了發(fā)展趨勢(shì)、競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家、技術(shù)特點(diǎn)和申請(qǐng)人等方面的分析。邵偉等[12]采用Incopat軟件和專(zhuān)利檢索系統(tǒng)針對(duì)柔性?shī)A持器全球?qū)＠暾?qǐng)主要技術(shù)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在全球主要申請(qǐng)人中，中國(guó)申請(qǐng)占比34%，美國(guó)占比16%，日本占比13%，越來(lái)越多申請(qǐng)人轉(zhuǎn)向中國(guó)市場(chǎng)。許景龍等[13]通過(guò)統(tǒng)計(jì)微電子器件材料和工藝的專(zhuān)利年度申請(qǐng)量，對(duì)微電子器件材料和工藝的全球研發(fā)趨勢(shì)進(jìn)行總體分析、衡量，把握技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)、技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展方向。

本文以某一特定時(shí)期的各項(xiàng)技術(shù)類(lèi)別的專(zhuān)利文獻(xiàn)為目標(biāo)，進(jìn)行全面定量和定性分析，判斷出數(shù)控領(lǐng)域的研發(fā)技術(shù)熱點(diǎn)和技術(shù)空白點(diǎn)。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外數(shù)控領(lǐng)域主要企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的專(zhuān)利申請(qǐng)和布局情況，對(duì)掌握目前競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的專(zhuān)利申請(qǐng)和布局情況，有針對(duì)性地制定專(zhuān)利戰(zhàn)略，確定技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的戰(zhàn)略重點(diǎn)和戰(zhàn)略步驟以及重要的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，進(jìn)而制定相應(yīng)的專(zhuān)利防御和進(jìn)攻戰(zhàn)略，推進(jìn)專(zhuān)利技術(shù)開(kāi)發(fā)和專(zhuān)利池的形成，對(duì)提高企業(yè)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，確保為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

數(shù)據(jù)來(lái)源于Derwent Innovation Index（DII）專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)，它收錄了來(lái)自全球40個(gè)專(zhuān)利發(fā)行機(jī)構(gòu)的2 300多萬(wàn)個(gè)基本發(fā)明，專(zhuān)利覆蓋范圍可追溯到1966年，引用信息可追溯到1976年，是最權(quán)威的檢索全球?qū)＠臄?shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)為了進(jìn)一步確保檢索內(nèi)容的全面性，以中科院專(zhuān)利在線數(shù)據(jù)庫(kù)和臺(tái)灣連穎專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充。專(zhuān)利數(shù)據(jù)分析工具采用（thomson data analyzer，TDA）數(shù)據(jù)分析軟件和EXCEL軟件。

專(zhuān)利分析分為準(zhǔn)備期、數(shù)據(jù)采集期和分析期3個(gè)階段。通過(guò)收集相關(guān)信息、確定專(zhuān)利分析策略、檢索專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)、加工整合分析檢索結(jié)果、形成分析報(bào)告，分析流程如圖1所示。

圖1 專(zhuān)利分析流程圖

2 國(guó)內(nèi)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)狀況分析

2.1 專(zhuān)利產(chǎn)出時(shí)間趨勢(shì)分析

截至到2019年，在檢索范圍內(nèi)共檢索到數(shù)控技術(shù)的相關(guān)專(zhuān)利6 087件（其中2010年和 2011年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不完全），年均專(zhuān)利數(shù)量約為113件次，如圖2所示。2001年以后數(shù)控技術(shù)迅速發(fā)展，每年的專(zhuān)利數(shù)量為100件次以上；2008?2019年為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的鼎盛時(shí)期,每年的專(zhuān)利數(shù)量達(dá)到了200件次以上；2001?2019年專(zhuān)利數(shù)量累計(jì)達(dá)到了3 137件次，約占數(shù)控技術(shù)專(zhuān)利總數(shù)的68.45%，其中2019年的專(zhuān)利數(shù)量達(dá)到了480件次。

圖2 數(shù)控技術(shù)專(zhuān)利數(shù)量的年度統(tǒng)計(jì)（1966—2019）

2.2 專(zhuān)利權(quán)人分析

在近50年中，數(shù)控技術(shù)的相關(guān)專(zhuān)利涉及的專(zhuān)利權(quán)人共有3 165家機(jī)構(gòu)和個(gè)人，專(zhuān)利數(shù)量大于50件次的專(zhuān)利權(quán)人有49位，所擁有的專(zhuān)利累計(jì)3 325件次，占件次總量的26.75。如圖3所示，其中擁有專(zhuān)利數(shù)量最多的是日本發(fā)那科公司，達(dá)到126件次；其次為日本安川電機(jī)公司，有91件次；日本三菱電機(jī)公司和西門(mén)子公司排名第三和第四。

圖3 數(shù)控技術(shù)專(zhuān)利主要專(zhuān)利權(quán)人

2.3 主要技術(shù)構(gòu)成分析

如圖4所示，數(shù)控技術(shù)專(zhuān)利的第一熱點(diǎn)主要集中 在“X25 A03F:Industrial electrical equipment →Working materials→ Tools→ Control”專(zhuān)利技術(shù)分類(lèi)，共有733項(xiàng)，近3年的專(zhuān)利占23%；第二熱點(diǎn)表現(xiàn)在“T06 D06:Process and machine control →Applications→ Machine tool control”專(zhuān)利技術(shù)分類(lèi)，有671項(xiàng)，近3年的專(zhuān)利占到了 20%；第三熱點(diǎn)表現(xiàn)在“T06 A04A:Process and machine control→General control systems→Programme control systems→Numerical controllers”專(zhuān)利技術(shù)分類(lèi)，有659項(xiàng)，近3年專(zhuān)利占43%。對(duì)主要技術(shù)構(gòu)成統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)：在數(shù)控系統(tǒng)功能安全技術(shù)、PLC電氣功能安全以及失效識(shí)別、安全完整性等級(jí)評(píng)估等安全關(guān)鍵技術(shù)研究方面的專(zhuān)利較少，共有170項(xiàng)，近3年的專(zhuān)利占90%，大部分均為國(guó)外專(zhuān)利權(quán)人。

圖4 數(shù)控技術(shù)專(zhuān)利的主要技術(shù)構(gòu)成（top10）

2.4 國(guó)家/地區(qū)專(zhuān)利機(jī)構(gòu)分布分析

數(shù)控機(jī)床作為工業(yè)自動(dòng)化和數(shù)字工廠的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、金屬加工和航天航空等多個(gè)領(lǐng)域，是工業(yè)現(xiàn)代化的基石。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)能力體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)作為全球最大的制造業(yè)大國(guó)，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，但是近年來(lái)機(jī)床產(chǎn)量連續(xù)負(fù)增長(zhǎng)。隨著制造業(yè)復(fù)蘇，機(jī)床市場(chǎng)開(kāi)始溫和復(fù)蘇，全年產(chǎn)量為44.60萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)7.21%。但與德、日等領(lǐng)先國(guó)家相比，仍存在較大差距，功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐。例如，2014年國(guó)內(nèi)高檔數(shù)控系統(tǒng)仍有90%需要依賴(lài)進(jìn)口。數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)與突破成為了“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略重要工作。

如圖5所示，截止到2019年12月，數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域全球申請(qǐng)量達(dá)到10 708件。從申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看，自2006年后呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，并在2012年前后達(dá)到高峰。目前數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利申請(qǐng)量進(jìn)入了階段性的回落，2016年更是出現(xiàn)了大幅度下滑。隨著工業(yè)4.0的深入推進(jìn)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)入新一輪的更新周期，技術(shù)的更新?lián)Q代必將導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)格局的重新洗牌。

圖5 專(zhuān)利申請(qǐng)反映數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)入更新周期

中國(guó)成為最大專(zhuān)利產(chǎn)出國(guó)，但技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不足，在新一輪的技術(shù)更新中，世界主要工業(yè)國(guó)家都積極開(kāi)展技術(shù)和專(zhuān)利布局。目前，中國(guó)、日本、美國(guó)和德國(guó)是數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利的主要產(chǎn)出地，如圖6所示，四國(guó)的專(zhuān)利產(chǎn)出量超過(guò)專(zhuān)利總量的85%。而其中，中國(guó)成為了最大專(zhuān)利產(chǎn)出國(guó)，專(zhuān)利產(chǎn)出量為6 586件，約占總申請(qǐng)量的60%。圖7為專(zhuān)利受理區(qū)域分布，從圖中可以看出，中國(guó)、日本和美國(guó)是當(dāng)前數(shù)控機(jī)床技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的地區(qū)。美國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、法國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、歐洲專(zhuān)利局、東德、瑞士、意大利、印度、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、澳大利亞和西班牙的專(zhuān)利機(jī)構(gòu)受理的專(zhuān)利都超過(guò)了數(shù)十件次。

圖6 專(zhuān)利申請(qǐng)區(qū)域分布

圖7 專(zhuān)利受理區(qū)域分布

雖然中國(guó)專(zhuān)利產(chǎn)出量巨大，但對(duì)外輸出量少，只有26件，技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力弱。如圖8所示，相比之下，日本專(zhuān)利對(duì)外輸出高達(dá)1 121件，其中向中國(guó)輸出82件占輸出總量 4.06%，向美國(guó)輸出247件占輸出總量12.24%，向德國(guó)輸出224件先輸出總量11.10%，其技術(shù)能力展現(xiàn)出很強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。此外，美國(guó)和德國(guó)數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利輸出量也比較大，分別是506件和220件，也展示了較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

圖8 主要國(guó)家數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利輸出狀況

數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利類(lèi)別分布如圖9所示，技術(shù)研發(fā)需要全面突破數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利分主要有控制技術(shù)、加工技術(shù)、機(jī)床零件和相關(guān)附件等。從專(zhuān)利申請(qǐng)量來(lái)看，數(shù)控機(jī)床技術(shù)集中在控制技術(shù)(2 827件)、加工技術(shù)(3 505件)和機(jī)床部件(3 286件)三大方面。

圖9 數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利類(lèi)別分布

如圖10所示，中國(guó)企業(yè)技術(shù)研發(fā)能力有待加強(qiáng)，技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化能力有待提升全球?qū)＠暾?qǐng)人前20名中，日本企業(yè)占11個(gè)，中國(guó)企業(yè)大學(xué)共4個(gè)，與日本企業(yè)相比，中國(guó)企業(yè)的技術(shù)實(shí)力存在明顯劣勢(shì)，企業(yè)技術(shù)研發(fā)能力有待加強(qiáng)。此外，如圖11所示，從中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人前20看，中國(guó)的高校和科研院所具有較強(qiáng)的知識(shí)和技術(shù)產(chǎn)出能力，但是并未能真正轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)成果，需要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作，提升技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化能力。

圖10 世界專(zhuān)利申請(qǐng)人前20

圖11 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)人前20

3 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析

以專(zhuān)利家族數(shù)量排名前五位的機(jī)構(gòu)為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)行分析，這5個(gè)機(jī)構(gòu)分別是日本發(fā)那科公司、日本安川電機(jī)公司、日本三菱電機(jī)公司、西門(mén)子公司和寶元數(shù)控科技有限公司。

3.1 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手專(zhuān)利產(chǎn)出時(shí)間趨勢(shì)分析

日本、德國(guó)技術(shù)沉淀凸顯工匠精神，中國(guó)技術(shù)積累根基尚淺，如圖12所示，從各國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)來(lái)看：日本、德國(guó)數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利從上世紀(jì)70年代后一直維持較為穩(wěn)定的輸出，一方面反映出這兩個(gè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床技術(shù)具有較長(zhǎng)時(shí)間積累；另一方面說(shuō)明了日本、德國(guó)對(duì)技術(shù)的持續(xù)研發(fā)和完善，凸顯出日本和德國(guó)企業(yè)對(duì)技術(shù)精益求精的工匠精神。中國(guó)數(shù)控機(jī)床專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在2005年以后，得益于“十一五”后，國(guó)家推動(dòng)了制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)因此得到長(zhǎng)足發(fā)展。但是與日本、德國(guó)超過(guò)40年的技術(shù)沉淀相比，中國(guó)技術(shù)積累有所欠缺，根基尚淺。

圖12 主要國(guó)家專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)

3.2 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手專(zhuān)利申請(qǐng)規(guī)模分析

5個(gè)公司共擁有數(shù)控技術(shù)專(zhuān)利1 097件次，其專(zhuān)利的受理機(jī)構(gòu)主要集中在日本、中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)和臺(tái)灣地區(qū)等專(zhuān)利機(jī)構(gòu)，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?jǐn)?shù)控專(zhuān)利規(guī)模分析表格

3.3 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域分析

圖13為五大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在數(shù)控專(zhuān)利技術(shù)相關(guān)的10個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的分布圖，縱坐標(biāo)為用德溫特手工代碼表示的技術(shù)領(lǐng)域，主要德溫特代碼如表2所示。分析圖13可以發(fā)現(xiàn)，在列出的前10個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中，發(fā)那科公司的專(zhuān)利數(shù)量在前5位和第10位共6個(gè)技術(shù)領(lǐng)域均位列第一，與其余4個(gè)公司相比，有較明顯的優(yōu)勢(shì)。

表2 主要徳溫特手工代碼與技術(shù)領(lǐng)域?qū)φ毡?/p>

圖13 五大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?jǐn)?shù)控專(zhuān)利技術(shù)分布圖

圖14為五大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手所擁有的數(shù)控專(zhuān)利的技術(shù)構(gòu)成，從圖中可以看出，其圍繞的研發(fā)熱點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：第一熱點(diǎn)主要集中在“T06-D06”專(zhuān)利技術(shù)領(lǐng)域，共有118項(xiàng)，近3年的專(zhuān)利占4%；第二熱點(diǎn)集中在“X25-A03F”專(zhuān)利技術(shù)領(lǐng)域，有113項(xiàng)，近3年的專(zhuān)利占6%；第三熱點(diǎn)集中在“T06-A04A2”專(zhuān)利技術(shù)領(lǐng)域，共有75項(xiàng)，近3年的專(zhuān)利占5%。

圖14 五大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手排名前10的數(shù)控專(zhuān)利技術(shù)構(gòu)成

4 結(jié)語(yǔ)

（1）2001年以后全球數(shù)控技術(shù)迅速發(fā)展，每年的專(zhuān)利數(shù)量達(dá)到100件次以上，2008?2019年為數(shù)控技術(shù)發(fā)展的鼎盛時(shí)期，每年專(zhuān)利數(shù)量達(dá)到了200件次以上。這說(shuō)明數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與制造業(yè)發(fā)展密不可分，各個(gè)國(guó)家都在將數(shù)控技術(shù)放在重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

（2）在近50年的數(shù)控專(zhuān)利統(tǒng)計(jì)中，數(shù)控技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利權(quán)人總數(shù)最多的機(jī)構(gòu)均在日本，我國(guó)科研院校與機(jī)構(gòu)在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的研究實(shí)力較日本還存在較大差距，中國(guó)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)能力有待提高。

（3）中國(guó)為最大的專(zhuān)利出產(chǎn)國(guó)，但技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不足。雖然中國(guó)的專(zhuān)利產(chǎn)出量大，但是對(duì)外輸出量少，相比之下，日本、美國(guó)、德國(guó)的專(zhuān)利展現(xiàn)出很強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，因此未來(lái)我們應(yīng)當(dāng)注重提高專(zhuān)利的競(jìng)爭(zhēng)力，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作，提升技術(shù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化能力。