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軌道交通產業(yè)全球專利狀況分析報告

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軌道交通包括鐵路和城市軌道交通，其中，鐵路是國民經(jīng)濟的交通大動脈，城市軌道交通是大中城市的基礎性公共交通設施，

這二者在經(jīng)濟發(fā)展和居民日常生活中具有這舉足輕重的地位。

軌道交通產業(yè)重點發(fā)展項目包括以下五方面：

（1）機車車輛及主要部套件

大功率交流傳動電力、內燃、雙動力機車，城際動車組，100-200km/h地鐵車輛，低地板現(xiàn)代有軌電車，大軸重貨車，快捷貨車，軌道檢測車，軌道應急救援車輛；高鐵軸承，新型剎車系統(tǒng)，牽引電機，同相供電裝置，高速動車組轉向架、推桿、牽引齒輪、傳動軸、電機座、電氣連接器、制動件、緊固件等。

（2）軌道交通線路設備

高速鐵路鋼軌，高速鐵路道岔，無砟軌道板模具，高速鐵路軌道扣件系統(tǒng)，橋梁關鍵構件，高速鐵路接觸網(wǎng)及關鍵零部件等。

（3）鐵路專用施工設備

無砟軌道板數(shù)控磨床，鉆注一體化設備，多功能標準化臺架，連續(xù)式線路道岔搗固穩(wěn)定車，全斷面道砟清篩機，鐵路道床吸污車，鋼軌焊接接頭焊后熱處理、矯直及外形精整綜合車，非自行式移動焊軌車，其他鐵路隧道、橋梁專用施工機械等。

（4）鐵路電氣設備

自主開發(fā)的鐵路電氣控制系統(tǒng)，火災自動報警及氣體滅火系統(tǒng)，自動售檢票系統(tǒng)，開關柜，高速鐵路車輛通信保障系統(tǒng)等。

（5）運營維護設備

不落輪修復設備，大型鐵路養(yǎng)護機械，軌道交通安全系統(tǒng)，其他軌道交通專用運營維護設備。

在此背景下，本報告通過對軌道交通裝備制造產業(yè)進行國內外專利檢索，重點分析了軌道交通裝備制造產業(yè)全球總體發(fā)展狀況、中國專利現(xiàn)狀、主要申請人及重點（熱點）技術發(fā)展概況等。

總體概況

申請趨勢分析

軌道交通產業(yè)全球專利申請的發(fā)展趨勢

從全球軌道交通產業(yè)專利申請發(fā)展趨勢來看，該領域的研發(fā)活動起步較早，十九世紀末即有專利申請，但早期發(fā)展較為緩慢，從二十世紀七十年代開始加快了發(fā)展速度，出現(xiàn)了兩次較為明顯的增長，其發(fā)展大致可分為三個階段。（圖表 1）

第一階段（1970年之前）：此階段全球軌道交通產業(yè)的技術發(fā)展較為緩慢，專利申請主要分布在歐洲和美國，由于在該領域的技術研發(fā)起步較早，以聯(lián)合鐵路信號工程有限公司、通用鐵路、西門子等為代表的歐美公司在軌道交通產業(yè)領域一直占據(jù)著絕對的領先優(yōu)勢，具有較強的研發(fā)基礎。

圖表 1 全球/中國軌道交通產業(yè)專利申請趨勢對比

第二階段（1971-1995年）：這一階段專利申請情況有了明顯改觀，專利申請量開始逐步上升，研發(fā)活動日趨活躍，在這一階段，日本區(qū)域專利申請量大增，涌現(xiàn)出以日立、三菱、東芝等為代表的日本企業(yè)，從而造成此階段專利申請量的快速增長。

第三階段（1996-至今）：此階段軌道交通產業(yè)領域專利申請的增速較前一階段又有了一大提升，主要原因是中國區(qū)域專利申請量的迅猛增長帶動造成的。

總體看來，隨著市場的迫切需要和軌道交通技術的快速發(fā)展，越來越多的申請人進入該領域，技術持續(xù)創(chuàng)新，競爭愈加激烈。

軌道交通產業(yè)中國專利申請的發(fā)展趨勢

和國外相比較，中國軌道交通發(fā)展較晚，早期發(fā)展較慢，通過近幾年的引進和開發(fā)，我國軌道交通技術也基本達到世界先進水平，但關鍵的牽引控制技術仍以國外產品為主。整體來看，軌道交通產業(yè)中國專利申請經(jīng)歷可分為兩個階段。

第一階段（1986-2000年）：此階段技術發(fā)展緩慢，專利申請量較少。值得注意的是：這一階段已有部分國外企業(yè)開始著手在中國進行專利布局。

第二階段（2001-至今）：2001年開始年申請量突破1000件，隨著軌道交通技術的迅速發(fā)展、國家政策的大力扶持以及以南車、北車為代表的國內企業(yè)和以西南交通大學、北京交通大學為代表的高?？蒲袡C構研究成果不斷產出，此階段軌道交通領域的專利申請量一直處于快速增長的態(tài)勢。

截至2015年3月，全球涉及軌道交通產業(yè)的專利/申請共計423646件，中國共計88655件，約占全球專利申請量的17.3%。（圖表 2）

隨著中國城鎮(zhèn)化進程快速發(fā)展，預測到2020年，全國的城鎮(zhèn)化率將超過60%，巨大的人口涌入城市，將意味著公共交通需承擔起更多運量。而伴隨著城市軌道交通建設逐漸轉入運營，未來幾年城市軌道交通仍將處于供小于求的局面。預計到2020年，全國城市軌道交通客運量將超過200億人次。城市軌道交通作為支撐城市正常運行的大動脈，發(fā)展迅速。同濟大學《城市軌道交通研究》雜志社社長孫章認為，中國城市軌道交通發(fā)展用15年走過了發(fā)達國家100年的發(fā)展歷程，軌道交通的技術和裝備也從原來的依賴進口走向自主化、國產化開發(fā)。這使得軌道裝備的市場前景巨大，已經(jīng)向建設健全產業(yè)鏈發(fā)展，許多企業(yè)都希望進入裝備的生產和供應領域。

結合以上圖表可以發(fā)現(xiàn)，中國軌道交通產業(yè)雖然比歐美日等國家起步晚，但隨著近15年的快速發(fā)展，目前專利申請量約占全球總量的五分之一。

圖表 2 全球/中國軌道交通產業(yè)專利申請量對比

區(qū)域分布分析

全球專利申請分布

根據(jù)全球軌道交通產業(yè)專利申請區(qū)域分布來看，排名前三位的國家分別為中國、美國、日本，專利占比分別為20.4%、18.6%和17.6%，TOP3國家專利占比達到56.6%。中國區(qū)域隨著近15年的快速發(fā)展，已成為國內外企業(yè)專利布局的重點區(qū)域。

為了更好的了解專利申請的發(fā)展動態(tài)情況，我們做了中國、美國、日本、德國這四個重點區(qū)域專利申請趨勢及年度構成情況?？梢园l(fā)現(xiàn)，1890-2000年期間，德國專利申請?zhí)幱陬I先地位，其次是日本；2001-2015年期間，中國專利申請排在第一，其次是日本、美國。從總的申請趨勢來看，中國區(qū)域專利申請量從2001年開始快速增長，是軌道交通產業(yè)的熱點區(qū)域。

中國本土與國外來華專利分析

從軌道交通產業(yè)中國專利申請情況來看，91.3%的專利來自中國本土申請人， 8.7%的專利來自國外申請人?？梢?，軌道交通領域中國專利申請仍以中國本土申請為主。

中國本土專利申請排名前三的為江蘇省、北京市、山東省。

國外來華專利申請主要來自日本、德國和美國，這三個國家是軌道交通產業(yè)的傳統(tǒng)強國。

從中國軌道交通產業(yè)專利主要國外來華專利申請國家來看，雖然國外來華申請量總量不高，但基本都是發(fā)明專利，說明國外來華申請專利技術含量高；從申請人類型來看，國外來華申請人類型以企業(yè)為主體。

（圖表6）

圖表 3 軌道交通產業(yè)專利申請國家/地區(qū)分布

圖表 4 軌道交通產業(yè)主要國家/地區(qū)專利趨勢及構成分布

圖表 5 軌道交通產業(yè)中國專利申請國別和省份分布

圖表 6 中國軌道交通產業(yè)專利主要國家申請情況綜合報表

從中國軌道交通產業(yè)專利主要省市申請情況來看，江蘇省專利申請總量、發(fā)明專利申請量均都排在第一，優(yōu)勢地位明顯。從申請人類型來看，大專院校方面，北京申請量排名第一，其次是江蘇，四川排在第三；科研單位方面，北京實力雄厚，遙遙領先；工礦企業(yè)方面，江蘇申請量優(yōu)勢明顯，遠高于排名第二的北京。

圖表 7 中國軌道交通產業(yè)專利主要省市申請情況綜合報表

申請人分析

全球申請人分析

全球申請人TOP10中，排名第一的為總部在德國的西門子公司；總部在日本的公司有3位，分別為排名第二的日立、第四的三菱、第五的東芝；總部在中國的公司有2位，分別為排名第三的南車集團和排名第六的北車集團；其他的都為總部在美國的公司，共有4位，分別為排名第七的聯(lián)合信號開關公司、第八的通用電氣公司、第九的安施德工業(yè)集團和第十的西屋空氣制動器公司。從申請數(shù)量來看，中國的南車集團和北車集團還是占有一定優(yōu)勢。（圖表 8）

圖表 8 全球軌道交通產業(yè)申請人TOP10

其中排名第九的安施德工業(yè)集團是一個多元化的工業(yè)部件制造型企業(yè)，主要服務于鐵路、車輛、建設和建筑市場。它的前身是芝加哥有100多年歷史的美國鋼鐵鑄造廠，美國鋼鐵鑄造廠由8家美國鋼鐵公司聯(lián)合成立，其中最早的鋼鐵公司成立于1882年。在1962，美國鋼鐵鑄造廠將公司名稱改為安施德工業(yè)集團。目前，安施德在北美、南美、歐洲、非洲和亞洲共計11個國家建立了47家工廠，在中國，安施德工業(yè)集團在9個不同的城市設立了包括安施德中國總部和涉及5個不同業(yè)務領域的多家公司，5個業(yè)務單位是Rail（安捷達鐵路）、BAC（巴爾的摩）、BN（貝恩）、ConMet（康邁）和Diamond Chain（岱盟德）。安施德工業(yè)集團的全球總部設在美國芝加哥，安施德工業(yè)集團在中國的總部設在上海。（圖表 9）

從專利申請活躍度來看：中國的南車集團和北車集團活動年期短，專利平均年齡不到5年，近五年專利占比超過80%，活躍度高；西門子公司進入該領域時間長，持續(xù)有專利產出，近五年專利占比達到22.5%；日本的日立、三菱、東芝活動年期接近50年，持續(xù)有專利產出，相比之下近五年專利占比不高。

從專利價值對比情況來看：除了中國的南車集團和北車集團僅在海外有少量專利申請外，其他重點申請人都非常重視海外市場的拓展，均在海外進行了專利布局；其中西門子公司在美國專利申請量最多，占其總申請量的6.0%。

從對華戰(zhàn)略來看：西門子、日立、三菱、東芝公司都已進入中國市場，在中國進行了相關專利布局，其中西門子公司在華專利布局最多，占比也是最高（6.0%）。

從研發(fā)團隊及技術聯(lián)合情況來看：六家公司都具有龐大的研發(fā)團隊，其中日立公司發(fā)明人數(shù)最多，達到7792人，且這六家公司都已開展了外部合作，中國的南車集團和北車集團都與鐵道部運輸局有密切合作，日本的日立、三菱、東芝公司與CENTRAL JAPAN RAILWAY、EAST JAPAN RAILWAY COMPANY這兩家或者其中一家公司合作。

從技術布局情況來看：六家公司均在機車車輛及主要部套件、軌道交通線路設備、鐵路專用施工設備、鐵路電氣設備和運營維護設備布局。機車車輛及主要部套件方面，西門子、日立、南車申請量高；軌道交通線路設備方面，西門子公司申請數(shù)量優(yōu)勢明顯；鐵路專用施工設備方面日立公司專利申請最多；鐵路電氣設備方面，西門子、日立相對較高；運營維護設備方面，西門子公司專利申請量突出。整體來看，西門子公司專利申請布局側重在運營維護設備和機車車輛及主要部套件；日立公司、南車集團、三菱公司、東芝公司和北車集團專利申請布局均側重在機車車輛及主要部套件。

中國申請人分析

中國申請人TOP10中，南車下屬企業(yè)占有5家，北車下屬企業(yè)占有2家；國外來華企業(yè)西門子排在第7；西南交通大學排在第3，北京交通大學排在第10。

從申請數(shù)量來看，中國區(qū)域國內南車、北車集團實力雄厚；西南交通大學研發(fā)實力強。（圖表 10 、 11）

從專利申請活躍度來看：除了西南交通大學外，南車株洲電力機車有限公司、南車青島四方機車車輛股份有限公司、長春軌道客車股份有限公司、南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司和南車長江車輛有限公司活動年期不超過10年，專利平均年齡不超過3年，近五年專利占比超過85%，活躍度高；相比之下，西南交通大學活動年期25年，表示進入該領域時間早，專利平均年齡為4年，近五年專利占比為79.4%。

從專利價值對比情況來看：西南交通大學的發(fā)明專利占比明顯高于其他申請人，達到58.7%。

從研發(fā)團隊及技術聯(lián)合情況來看：排名前六的主要申請人都具有一定規(guī)模的研發(fā)團隊，其中西南交通大學發(fā)明人數(shù)最多，達到999人；除了南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司沒有外部合作外，其他申請人都已開展了外部合作，南車青島四方機車車輛股份有限公司、長春軌道客車股份有限公司都與鐵道部運輸局有密切合作，南車株洲電力機車有限公司與上海南濟軌道設備科技開發(fā)有限公司開展合作，南車長江車輛有限公司和株洲科盟車輛配件有限責任公司開展合作。

從技術布局情況來看：排名前六的主要申請人均在機車車輛及主要部套件、軌道交通線路設備、鐵路專用施工設備、鐵路電氣設備和運營維護設備布局，其中機車車輛及主要部套件是申請人專利布局的重點，其次是鐵路電氣設備。機車車輛及主要部套件方面，南車株洲電力機車有限公司、南車青島四方機車車輛股份有限公司申請量高；軌道交通線路設備方面，西南交通大學申請數(shù)量優(yōu)勢明顯；鐵路專用施工設備方面申請量非常少，西南交通大學申請量最多（11件）；鐵路電氣設備方面，西南交通大學申請量最多；運營維護設備方面，申請量較少，西南交通大學申請量最多（83件）。整體來看，排名前六的主要申請人專利申請布局集中在機車車輛及主要部套件方面，其中南車株洲電力機車有限公司、南車青島四方機車車輛股份有限公司優(yōu)勢明顯，西南交通大學在軌道交通線路設備、鐵路專用施工設備方面、鐵路電氣設備和運營維護設備優(yōu)勢明顯。

綜合來看，中國本土企業(yè)專利申請數(shù)量優(yōu)勢明顯，作為高校代表排名第三的西南交通大學實力雄厚。

技術分布

從軌道交通產業(yè)技術分布可以發(fā)現(xiàn)，機車車輛及主要部套件在全球軌道交通產業(yè)專利申請量占比最高，達到52.9%，排在第二、三的是鐵路電氣設備、運營維護設備，占比分別為27.5%、23.1%；鐵路電氣設備是中國區(qū)域軌道交通產業(yè)專利申請占比最高，達到53.8%，其次是機車車輛及主要部套件，占比為38.6%。

圖表 10 中國軌道交通產業(yè)申請人TOP10

（圖表 12、13、14）

機車車輛及主要部套件領域，中國排名第三，與排名第一、二的美國、日本專利申請量具有一定差距。

軌道交通線路設備領域，中國排名第一，但該領域是軌道交通產業(yè)專利申請量僅高于鐵路專用施工設備的領域。

圖表 12 軌道交通產業(yè)技術分布

圖表 13 軌道交通產業(yè)重點及熱點技術布局

圖表 14 軌道交通產業(yè)技術分支專利申請對比分析表

鐵路專用施工設備領域，中國排名第三，與排名第一、二的日本、美國專利申請量具有一定差距。

鐵路電氣設備領域，中國區(qū)域優(yōu)勢明顯，排在第一。

運營維護設備領域，中國排名第四，與排名第一、二的日本、德國專利申請量存在一定差距。

從申請數(shù)量來看，機車車輛及主要部套件是軌道交通產業(yè)全球專利申請布局的重點領域；鐵路電氣設備是軌道交通產業(yè)中國區(qū)域專利申請布局的重點領域。從排名情況來看，中國區(qū)域在軌道交通線路設備和鐵路電氣設備方面優(yōu)勢明顯。

結合全球、中國軌道交通產業(yè)的技術研發(fā)重點與熱點情況，以下將選取機車車輛及主要部套件、鐵路電氣設備領域進行較為詳細的專利分析。

機車車輛及主要部套件

全球機車車輛及主要部套件專利申請起步早，早期發(fā)展緩慢，經(jīng)歷了萌芽、平緩發(fā)展階段后，從20世紀90年代末開始進入了快速增長期；中國區(qū)域機車車輛及主要部套件專利申請起步階段雖然年申請量不到百件，但專利申請一直處于增長態(tài)勢，2002年年申請量突破500件，2006年年申請量突破1000件，2008年年申請量突破2000件，目前專利申請?zhí)幱诩彼侔l(fā)展階段，總體來看，近年來由于中國區(qū)域專利申請的猛增增長拉動了全球專利申請的快速增長。

（圖表 15、 16、17）

圖表 15 機車車輛及主要部套件專利申請趨勢

根據(jù)機車車輛及主要部套件專利申請區(qū)域分布來看，排名前三位的國家分別為美國、日本、中國，專利占比分別為22.0%、19.1%和14.9%。

中國區(qū)域隨著近15年的快速發(fā)展，已成為國內外企業(yè)專利布局的重點區(qū)域。中國區(qū)域機車車輛及主要部套件專利申請以中國本土申請為主，專利申請比例達到92.3%，國外來華申請比例占7.7%；中國本土申請省市排名前三的為北京、江蘇和山東；國外來華申請主要來自德國、日本，代表申請人有德國的西門子公司，日本的日立、三菱公司。（圖表 18）

根據(jù)上表可以發(fā)現(xiàn)，機車車輛及主要部套件全球排名前列的國外申請人專利申請數(shù)總量多，活動年期長，如西門子公司活動年期達到103年，日立公司活動年期為48年，三菱公司活動年期為45年，專利持續(xù)產出，近5年專利占比不超過30%，專利平均年齡長，基本在20年左右；與國外申請人相比，國內的南車、北車活動年期短，南車為18年，北車為23年，近5年專利占比高，南車為85.52%、北車為83.32%，專利平均年齡短，不到5年，技術創(chuàng)新活躍。

機車車輛及主要部套件中國區(qū)域排名前列的申請人除了排名第四的西南交通大學以外，南車下屬公司三家、北車下屬公司一家。

圖表 16 機車車輛及主要部套件專利申請區(qū)域分布

圖表 17 機車車輛及主要部套件中國專利來源及地域分布

鐵路電氣設備

全球鐵路電氣設備專利申請起步早，早期發(fā)展緩慢，經(jīng)歷了萌芽、平緩發(fā)展階段后，從20世紀90年代末開始進入了快速增長期；中國區(qū)域鐵路電氣設備專利申請起步階段雖然年申請量不到百件，但專利申請一直處于增長態(tài)勢，2002年年申請量達到676件，2005年年申請量達到1259件，2008年年申請量達到2447件，目前專利申請?zhí)幱诩彼侔l(fā)展階段，總體來看，近年來由于中國區(qū)域專利申請的猛增增長拉動了全球專利申請的快速增長。

（圖表 19、 20、21）

根據(jù)鐵路電氣設備專利申請區(qū)域分布來看，排名前三位的國家分別為中國、日本、美國，專利占比分別為40.0%、14.4%和13.6%，中國區(qū)域是路電氣設備專利申請的重點區(qū)域。

中國區(qū)域鐵路電氣設備專利申請以中國本土申請為主，專利申請比例達到91.4%，國外來華申請比例占8.6%；中國本土申請省市排名前三的為江蘇、浙江、山東，；國外來華申請主要來自日本、德國、美國，代表申請人有日本的日立、三菱公司，德國的西門子公司。（圖表 22）

根據(jù)上表可以發(fā)現(xiàn)，鐵路電氣設備全球排名前列的國外申請人專利申請數(shù)總量多，活動年期長，如西門子公司活動年期達到89年，日立公司活動年期為47年，三菱公司活動年期為45年，專利持續(xù)產出，近5年專利占比不超過20%，專利平均年齡長，基本在20年左右；與國外申請人相比，國內的南車活動年期短，為18年，近5年專利占比高，達到85.18%，專利平均年齡短，為3年，技術創(chuàng)新活躍。

鐵路電氣設備中國區(qū)域排名前列的申請人類型多樣，本土企業(yè)由排名第一的國家電網(wǎng)公司和第五的南車株洲電力機車有限公司，國外公司有排名第二的豐田和第四的博世公司，大學方面有排名第三的西南交通大學。值得注意的是專利申請排名第一的國家電網(wǎng)公司活動年期短，僅為5年，專利平均年齡為1年，近5年專利占比為100%，技術創(chuàng)新非?；钴S，是鐵路電氣設備中國區(qū)域的新進入者。

圖表 19 鐵路電氣設備專利申請趨勢

圖表 20 鐵路電氣設備專利申請區(qū)域分布

圖表 21 鐵路電氣設備中國專利來源及地域分布

圖表 22 全球、中國鐵路電氣設備重點申請人綜合比較

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