張犁朦，汪 凱，汪 勇

（安徽省科學(xué)技術(shù)情報研究所，安徽 合肥 230088）

液壓機運動精度控制技術(shù)專利分析與研究

張犁朦，汪 凱，汪 勇

（安徽省科學(xué)技術(shù)情報研究所，安徽 合肥 230088）

通過研究液壓機運動精度控制技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)，結(jié)合行業(yè)及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，從研發(fā)趨勢、區(qū)域布局、重點領(lǐng)域、技術(shù)熱點、國家競爭力分布等方面進(jìn)行逐一分析，對比揭示了我國通用框架式液壓機運動精度控制領(lǐng)域的競爭態(tài)勢和未來發(fā)展方向，并針對存在的問題給出意見和建議，以期為液壓機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有價值的參考信息。

液壓機；運動精度控制；專利分析；對比分析；競爭態(tài)勢

液壓機領(lǐng)域的技術(shù)起源較早，從上世紀(jì)初就有相應(yīng)的專利保護(hù)申請。相比機械壓力機，液壓機具有總壓力大、工作行程較大、工作平穩(wěn)、調(diào)壓/調(diào)速方便等優(yōu)點，自誕生以來，發(fā)展勢頭強勁，專利數(shù)量呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢。在經(jīng)歷一段時間的較快發(fā)展后，由于液壓機產(chǎn)品屬于高耗能領(lǐng)域，在綠色加工制造理念日益主流的趨勢下，上世紀(jì)七十年代后期專利申請數(shù)量開始緩慢收縮，突出體現(xiàn)在日本的液壓機專利數(shù)量出現(xiàn)明顯下降趨勢，究其原因，一方面是液壓機技術(shù)已逐漸成熟，另一方面該領(lǐng)域技術(shù)逐漸向綠色加工設(shè)計方向發(fā)展。21世紀(jì)初，隨著中國知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識的不斷增強，以及中國汽車、造船、高鐵等工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，作為重型裝備制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，中國在液壓機領(lǐng)域的產(chǎn)品及技術(shù)研發(fā)在2003年后出現(xiàn)大幅增加。

本文所述液壓機運動精度，主要包括液壓機滑塊運動的位置精度和速度控制。截至2014年8月，全球公開的液壓機運動精度控制領(lǐng)域的專利共32000余條，本文將采用上述數(shù)據(jù)樣本對液壓機運動精度控制領(lǐng)域開展專利分析，主要包括：主要技術(shù)發(fā)展態(tài)勢、國家專利競爭力、主要專利申請人等。以期通過專利數(shù)據(jù)的分析研究，了解該技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)外的發(fā)展情況，對我國企業(yè)的研發(fā)方向和發(fā)展戰(zhàn)略提供參考和建議。

1 液壓機運動精度控制技術(shù)發(fā)展趨勢分析

由圖1所示，液壓機運動精度控制領(lǐng)域?qū)＠诮?0年內(nèi)處于不斷上升的態(tài)勢，整體上分為三個階段：第一階段（1964年到1990年）：本階段的專利數(shù)量整體上增長趨勢較為明顯，1964年申請量不足100件，到1990年增長到八百余件；第二階段（1991年到2005年）：在這個階段，專利年申請量處于反復(fù)調(diào)整的狀態(tài)，整體數(shù)據(jù)上并沒有出現(xiàn)明顯的變化趨勢；第三階段（2005年之后）：在這個階段專利申請量又重新出現(xiàn)增長，且增長幅度較大。

圖1 液壓機運動精度控制全球?qū)＠l(fā)展趨勢

該趨勢與液壓機整體發(fā)展（圖2）相比，具有以下特點：

（1）液壓機整體技術(shù)在第一發(fā)展階段增長迅猛且用時較短，而控制領(lǐng)域的增長則相對比較平緩，增長的時段也相對較長。其原因可能是因為在該階段液壓機的機械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大發(fā)展，通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)實現(xiàn)液壓機的更新和換代是該階段的主要特點。

（2）液壓機整體技術(shù)在第二階段出現(xiàn)明顯下降趨勢，而控制領(lǐng)域在第二個階段則沒有明顯變化，波動維持在一個穩(wěn)定的區(qū)間。該特點反映出液壓機整體發(fā)展因為結(jié)構(gòu)上改進(jìn)空間的逐漸縮小而趨于萎縮。而控制領(lǐng)域則可以與電子、通信技術(shù)進(jìn)行不斷融合，雖然沒有出現(xiàn)重大技術(shù)變革，但是發(fā)展趨勢可以得到維持。

圖2 液壓機行業(yè)全球?qū)＠l(fā)展趨勢

（3）整體行業(yè)發(fā)展和控制技術(shù)領(lǐng)域都在2005年得到了較大的發(fā)展，這種發(fā)展和中國專利申請數(shù)量大幅攀升直接相關(guān)。

該技術(shù)領(lǐng)域主要的專利申請國家和地區(qū)依次是日本、中國、美國、德國、EPO、蘇聯(lián)、英國、韓國和法國。申請量2000件以上的國家為日本、中國、美國和德國。日本作為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)強國，專利申請量為7500件，排名第一，領(lǐng)先于其他國家，占總量的24.74%；中國專利有4993件，占總量的16.47%；美國專利2867件，占9.46%；德國專利2717件，占8.96%。四個國家的專利占總量的近60%。蘇聯(lián)的專利主要都是二十年前的，且大多數(shù)已經(jīng)到期。以上這些國家或地區(qū)為液壓機運動精度控制領(lǐng)域相關(guān)專利重點布局的區(qū)域，如果有意進(jìn)入該市場，知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)風(fēng)險較大。

圖3 近20年主要國家專利發(fā)展趨勢

從主要國家近20年專利發(fā)展趨勢（圖3）中可以看到，中國的公開專利在過去20年里經(jīng)歷了一個較為明顯的上升過程。該領(lǐng)域技術(shù)在中國的發(fā)展可以分為兩個主要的階段：①2003年以前，基本上沒有增長，專利年申請量低于100件，大多為國外的公司在華申請；②2004年以后，該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量大幅度增長，從2004年到2013年，年均增長約25.3%，這一階段中國企業(yè)提出的專利申請占據(jù)了較大比例。2005年超過了同期日本、美國和德國的專利公開數(shù)量。專利的高速增長一定程度上和中國汽車、船舶、高鐵等行業(yè)的發(fā)展關(guān)系密切。然而近兩年中國申請的專利中發(fā)明專利占比相對較小，實用新型專利占比較大，創(chuàng)新級別有待提高。

而相比之下，德國的專利變化幅度都不是太大，基本上維持在年公開數(shù)量40～80件左右的水平，雖然在2007～2011年間有下降的趨勢，專利數(shù)量上存在波動，但是變化幅度不大，整體趨勢較為穩(wěn)定。美國專利數(shù)量發(fā)展和德國相類似，雖然在近兩年有數(shù)量上的下降，但是曲線波折幅度不明顯，由此分析，在美國和德國，該技術(shù)應(yīng)該已經(jīng)處于相對成熟的階段。日本作為液壓機領(lǐng)域的傳統(tǒng)強國，其專利公開數(shù)量在20年來下降幅度明顯，從近300件/年下降到不到100件/年。說明傳統(tǒng)液壓機控制技術(shù)的研發(fā)已較為成熟，越來越多的日本企業(yè)正在尋找新的技術(shù)突破點。

2 主要專利申請人分析

如圖4所示為液壓機運動精度控制領(lǐng)域的專利申請人排序情況，全球范圍內(nèi)排名前十位的申請人基本上是外國企業(yè)，其中日本的企業(yè)有六家，分別是排名前三的日本AMADA（天田）、AIDA（會田）、小松，排名第六的TOYOTA（豐田），排名第八的IHI石川島播磨重工業(yè)公司，以及排名第十的YAMADA山田公司。德國有兩家公司，分別是排名第五的Schuler舒勒公司和第九的SMS-Schloeman舒路曼-斯瑪公司。排名第七的是美國Minster米尼斯特機器公司。中國僅有天津市天鍛壓力機有限公司進(jìn)入排名前十，位列第四。

圖4 液壓機運動精度控制全球主要申請人排名

如圖5所示為中國專利主要申請人，由圖可知，天津天鍛的專利數(shù)量遠(yuǎn)大于本行業(yè)其他企業(yè)。在前十一位的申請人中，企業(yè)申請人占據(jù)9位，高校1位（中南大學(xué)），個人申請人1位（嚴(yán)培義-寧波匯眾粉末制造有限公司）。從申請人區(qū)域看，長三角區(qū)域占7位，中部地區(qū)2位，京津冀1位。從中國專利整體數(shù)量的區(qū)域分布來看，該領(lǐng)域?qū)＠仓饕性陂L三角、珠三角和京津冀這三個中國發(fā)展最快的地區(qū)。

圖5 液壓機運動精度控制中國專利主要申請人

3 主要技術(shù)分類研究

本節(jié)從機械、電氣、泵閥和算法等四個具體的技術(shù)角度，對通用框架式液壓機的運動精度控制技術(shù)的中國專利開展進(jìn)一步研究。通過分析挖掘出各技術(shù)分支的發(fā)展趨勢以及各技術(shù)節(jié)點上的優(yōu)勢企業(yè)。

圖6 中國專利主要技術(shù)分支

如圖6所示為通用框架式液壓機領(lǐng)域運動精度控制的專利技術(shù)分類占比情況，其中通過機械領(lǐng)域的改進(jìn)實現(xiàn)運動精度控制的專利占總數(shù)的50.32%，其次是電氣領(lǐng)域的專利，占總數(shù)的22.34%；液壓泵閥領(lǐng)域的專利占16.84%，控制算法的專利數(shù)量最少，僅占1.62%。

圖7 主要技術(shù)分支專利發(fā)展趨勢

如圖7所示，四種技術(shù)分支的專利發(fā)展趨勢各有特點。1999年以前，各技術(shù)分支的專利申請量都很低，且增長緩慢。2000年以后，機械領(lǐng)域的專利數(shù)量開始持續(xù)增長，2011年達(dá)到最高值，近兩年增長趨勢出現(xiàn)一定程度的緩和。相比之下，電氣領(lǐng)域?qū)＠?002年以后出現(xiàn)增長，2007年達(dá)到階段性的增長平臺，隨后在2010年重新開始增長，且近兩年增長明顯。而泵閥領(lǐng)域的增長整體來看較為緩和，在2003年后開始出現(xiàn)增長趨勢。值得一提的是2011年該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量獲得較大幅度的提升，在隨后兩年出現(xiàn)一定程度的回調(diào)。算法領(lǐng)域由于涉及控制的核心方法，且該部分專利大多只能以發(fā)明專利的形式提出申請，專利數(shù)量最少。但該部分專利一般是該領(lǐng)域的核心技術(shù)，應(yīng)該受到重視。

圖8 主要公司和高校技術(shù)實力分布

通過上述分析可知，該領(lǐng)域的中國專利中，通過機械方式的調(diào)整和配合實現(xiàn)運動精度控制的專利數(shù)量最多，且增長幅度最大。分析其可能原因，一方面機械領(lǐng)域的技術(shù)主要涉及機械結(jié)構(gòu)和連接方式的變化，技術(shù)創(chuàng)新起點較低；另一方面機械領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新大多申報實用新型專利，相應(yīng)的研發(fā)難度較小。但由于受到技術(shù)現(xiàn)狀的局限，創(chuàng)新空間較小，該領(lǐng)域的專利增長趨勢近兩年出現(xiàn)一定程度的緩和。而液壓泵閥和電氣領(lǐng)域的專利涉及機械、液壓、電氣等多學(xué)科的融合，技術(shù)創(chuàng)新程度稍高，創(chuàng)新空間較大，是日后技術(shù)發(fā)展的主要方向。

在對該技術(shù)領(lǐng)域的中國申請人進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)（圖8），高校申請人少，且較為分散，其中中南大學(xué)在電氣領(lǐng)域的申請較為集中。企業(yè)是該領(lǐng)域申請專利的主體，占總申請人的90%以上，其中機械領(lǐng)域?qū)＠季州^為突出的企業(yè)有揚州鍛壓、合肥合鍛、江蘇揚力；在泵閥領(lǐng)域布局突出的企業(yè)有合肥合鍛、江蘇國力；在電氣領(lǐng)域的突出企業(yè)有江蘇揚力。綜合來看，目前國內(nèi)公司在液壓機運動精度控制領(lǐng)域的研發(fā)大多以機械領(lǐng)域的技術(shù)改進(jìn)作為基礎(chǔ)，而在泵閥和電氣領(lǐng)域的研發(fā)方向各有側(cè)重。

4 主要結(jié)論

（1）液壓機整體技術(shù)發(fā)展逐漸收縮，但運動精度控制領(lǐng)域?qū)＠暾埩咳栽谠鲩L，該領(lǐng)域是液壓機整體技術(shù)發(fā)展的一個增長點。液壓機運動精度控制領(lǐng)域的專利發(fā)展情況和液壓機整體的發(fā)展大致相同，區(qū)別是控制領(lǐng)域的專利總量并沒有出現(xiàn)明顯的數(shù)量收縮，其發(fā)展具有一定的持續(xù)性，其中在1990年以前增長趨勢明顯，隨后經(jīng)過十余年的緩慢盤整時期，在2005年重新出現(xiàn)較大幅度增長，主要和中國專利數(shù)量的提升關(guān)系較大。

與液壓機整體發(fā)展?fàn)顩r相比，運動精度控制的專利數(shù)量雖然也有相應(yīng)的盤整時期，但年申請量一直保持持續(xù)態(tài)勢，在液壓機整體專利滯緩的時期，運動精度控制專利的數(shù)量也不斷提升。上述數(shù)據(jù)一方面說明該領(lǐng)域的技術(shù)一直在不斷發(fā)展，并且在近十年隨著中國專利數(shù)量的提升，短期內(nèi)整體增長趨勢明顯。另一方面也說明該領(lǐng)域的技術(shù)的發(fā)展目前面臨一定的瓶頸，后期需要尋找新的技術(shù)增長點。

（2）中國專利近年來發(fā)展迅速，但質(zhì)量亟待提高。液壓機運動精度控制技術(shù)領(lǐng)域50%以上的專利集中在日本、中國、美國和德國。由于上世紀(jì)主要專利集中在日本和德國，所以上述國家在該領(lǐng)域的技術(shù)儲備較好，且進(jìn)行了較為全面的專利布局。中國的專利數(shù)量雖然近年發(fā)展較快，但是起步較晚，在中國以外的市場布局較少，且有效發(fā)明專利占比較低，所以其近年來的大幅度增加并不意味著該領(lǐng)域技術(shù)出現(xiàn)實質(zhì)性突破。

對外國申請人在華專利進(jìn)行解讀后可知，中國專利的申請人主要是中國的公司和研究機構(gòu)，國外公司在中國的專利布局并不多。造成這種情況的原因，一是由于國外液壓機20世紀(jì)80年代以前處于高速發(fā)展時期，但中國沒有建立專利制度，二是前期外國公司對中國知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的司法環(huán)境持懷疑態(tài)度，而液壓機作為機械行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，專利的申請會帶來產(chǎn)品的仿造，所以并沒有在中國進(jìn)行大規(guī)模的專利布局。隨著這些專利技術(shù)在國外投入商業(yè)運行多年，今后也不大可能就這些技術(shù)在中國申請專利，這些專利在中國市場的影響不大。

中國的液壓機運動精度控制技術(shù)從80年代專利制度誕生時就有相應(yīng)的專利申請，但前期的發(fā)明專利主要是外國申請人提出，本國企業(yè)的專利申請到2003年才出現(xiàn)大規(guī)模增長。在專利的質(zhì)量上，近年來中國專利的特點可以概括為“三個少”：發(fā)明專利占比少、授權(quán)發(fā)明專利近年來同比增幅較少、專利侵權(quán)訴訟少。

（3）運動精度控制領(lǐng)域日本申請人研發(fā)實力較強；近年來中國專利數(shù)量持續(xù)增加，重點申請人區(qū)域分布明顯，但專利申請發(fā)展放緩。在主要申請人中，雖然日本公開專利數(shù)量在近些年來處于收縮態(tài)勢，但在前十位的主要申請人中，日本公司有六家包括，技術(shù)實力和研發(fā)基礎(chǔ)很強。

中國雖然專利數(shù)量較多，但全球主要申請人只有天津天鍛壓力機一家公司上榜，且專利申請主要集中在2003年以后，技術(shù)研發(fā)起步較晚，技術(shù)儲備較為薄弱，發(fā)展時間較短，可能是造成這種現(xiàn)象的主要原因。在國內(nèi)，專利數(shù)量及主要重點公司區(qū)域分布現(xiàn)象明顯，大多集中在長三角、京津冀和珠三角這三個經(jīng)濟發(fā)展較快的地區(qū)。東北及華中地區(qū)優(yōu)勢不明顯。申請人主要由企業(yè)構(gòu)成，個人和高校占比較小。企業(yè)的研發(fā)是該技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展的主要動力，排名前十位的企業(yè)中天津天鍛、江蘇揚力、合肥合鍛以及揚州鍛壓等公司的專利數(shù)量較多。

（4）精度控制技術(shù)領(lǐng)域中電氣控制技術(shù)是未來發(fā)展重點，重點申請人技術(shù)布局各有側(cè)重，該領(lǐng)域整體朝著電氣化、數(shù)字化、多種結(jié)構(gòu)復(fù)合的方向發(fā)展。

目前，有關(guān)液壓機的液壓系統(tǒng)和整機結(jié)構(gòu)方面的研究已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)外液壓機的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)液壓機的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。其主要發(fā)展趨勢向著智能化、機電液一體化、高效率、高精度、低噪聲和功能復(fù)合化等方向發(fā)展。

對通用液壓機運動精度控制技術(shù)中國專利深度分析可知，機械領(lǐng)域的專利數(shù)量最多，且在持續(xù)大幅度增長后近兩年出現(xiàn)一定的滯緩；電氣、泵閥的專利數(shù)量比機械領(lǐng)域略少，但近兩年發(fā)展較為明顯。算法領(lǐng)域大多涉及控制的核心技術(shù)，專利相對較少。

5 主要建議

（1）找準(zhǔn)技術(shù)研發(fā)方向，在電氣控制領(lǐng)域加大研發(fā)投入。目前，液壓機機械和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)空間較小，在綠色節(jié)能環(huán)保的概念趨勢下，將智能化、變頻、伺服控制、綠色節(jié)能、復(fù)合加工等先進(jìn)技術(shù)與液壓機行業(yè)有效結(jié)合是技術(shù)發(fā)展的重點。

基于上述結(jié)論，我們建議：①避免在機械本體領(lǐng)域過多的研發(fā)投入，立足現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，加大控制算法和電氣控制技術(shù)的技術(shù)研發(fā)。算法類的技術(shù)是控制的根本方法，而且大多涉及方法和模型，是區(qū)別于現(xiàn)有控制方法的基礎(chǔ)性研發(fā)；而電氣領(lǐng)域由于可以集成現(xiàn)有的大多數(shù)計算機、數(shù)字技術(shù)，其發(fā)展前景較好，建議進(jìn)行重點布局。②努力提升發(fā)明專利的比重，增加控制方法類、控制系統(tǒng)和計算機程序類的專利布局，提高專利的含金量。

（2）加強合作交流，強強聯(lián)合，攻關(guān)重點技術(shù)。建議企業(yè)可以與優(yōu)勢互補的企業(yè)和高校開展合作。結(jié)合自身技術(shù)發(fā)展特點，通過深化產(chǎn)學(xué)研合作、協(xié)同創(chuàng)新，有針對性地在未來熱點領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，形成專利布局。從上文分析來看，高校在理論研究方面的水平較高，研發(fā)能力較強。

（3）強化知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識，加強海外PCT專利申請。目前，我國企業(yè)大多僅開展中國專利申請，在海外進(jìn)行專利布局仍較少。隨著自主創(chuàng)新的不斷深入，我們建議企業(yè)在國內(nèi)布局的同時，加大PCT申請力度，嘗試海外專利布局。

（4）提升專利信息利用分析能力，助力企業(yè)發(fā)展。建議企業(yè)重視專利信息的分析利用，一方面通過專利分析找準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展方向和研發(fā)重點；在研發(fā)環(huán)節(jié)可消化吸收先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行二次創(chuàng)新；另一方面監(jiān)控專利風(fēng)險，發(fā)現(xiàn)和避免專利侵權(quán)行為，為企業(yè)產(chǎn)品參與市場化競爭、海外布局提供更好的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

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Analysis and research of the motion precision control technologypatent for hydraulic press

ZHANG Limeng,WANG Kai,WANG Yong
(Anhui Provincial Institute of Scientific and Technical Information, Hefei 230088,Anhui China)

Through the study on the patent data of motion precision control technology field for hydraulic press and taking into consideration of the industry and technical development status,the aspects including the development trend,regional layout,key areas,technology hot spots,and national competitiveness distribution have been analyzed.The competition situation and the future development direction of motion precision control field for the national general frame type hydraulic press have been compared and revealed.The suggestion has been given aiming at the existing problems,which hopes to provide valuable reference information.

Hydraulic press；Motion precision control；Patent analysis；Comparative analysis；Competitive situation

TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.003

1672-0121（2016）02-0019-06

2015-08-26；

2015-10-11

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利信息支撐項目（2014ZC00120）

張犁朦（1982-），男，碩士，助理研究員，從事專利研究、信息檢索、情報研究等