陳 彬，張宇騰

（安徽工業(yè)大學(xué)，安徽 馬鞍山 243032）

0 引言

模具是生產(chǎn)現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的工藝裝備，分為冷作模具、熱作模具和型腔模具三大類[1,2]。模具長時間使用過程中其零件會出現(xiàn)斷裂、磨損、腐蝕、疲勞和變形等損傷，當(dāng)損傷影響模具正常使用時稱之為模具失效。對失效模具進(jìn)行修復(fù)是一種再制造技術(shù)，再制造可以創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。模具修復(fù)技術(shù)主要有堆焊修復(fù)[3,4]、電刷鍍修復(fù)[5]、熱噴涂修復(fù)[6,7]、熱噴焊修復(fù)[8]和激光修復(fù)[9,10]等。

對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，有助于把握未來的技術(shù)發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)[11]、[12]分別于2007年和2018年針對各種表面技術(shù)在模具修復(fù)中的應(yīng)用開展了綜述研究，列舉了不同表面技術(shù)在模具修復(fù)中的應(yīng)用特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[13]在對模具修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上指出新型修復(fù)、復(fù)合修復(fù)和數(shù)字化修復(fù)是未來模具修復(fù)的發(fā)展趨勢。上述參考文獻(xiàn)都從理論角度對模具修復(fù)技術(shù)開展研究，但從專利視角方面分析國內(nèi)模具修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢未見報(bào)道?；诖耍F(xiàn)對國內(nèi)現(xiàn)有模具修復(fù)相關(guān)專利進(jìn)行檢索，挖掘其技術(shù)發(fā)展動態(tài)，為模具修復(fù)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與專利檢索

為了對國內(nèi)模具修復(fù)專利技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，選擇國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索及分析平臺進(jìn)行檢索，檢索方式為：“（發(fā)明名稱=（模具AND修復(fù)）OR發(fā)明名稱=（模具AND再制造））AND（發(fā)明類型=（“I”O(jiān)R“U”O(jiān)R“D”））AND（公開國家/地區(qū)/組織=（CN））”，共得到檢索結(jié)果為491項(xiàng)，篩選申請日為建庫以來至2020年12月31日，手動去除與該文研究不相關(guān)的專利，最終得到研究樣本290項(xiàng)。

2 模具修復(fù)專利分析

2.1 專利申請時間與類型分析

國內(nèi)與模具修復(fù)相關(guān)的290項(xiàng)申請專利中，實(shí)用新型專利的申請數(shù)量為99項(xiàng)，比例約為34.14%，發(fā)明專利的申請數(shù)量為191項(xiàng)，比例約為65.86%。經(jīng)檢索，國內(nèi)第1個與熱鍛模修復(fù)相關(guān)的專利出現(xiàn)在2003年，該發(fā)明專利涉及一種模具焊合修復(fù)工藝[14]，通過對檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利申請趨勢，如圖1所示。

圖1 2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利申請趨勢

由圖1可知，從2003～2020年，與模具修復(fù)相關(guān)的實(shí)用新型專利和發(fā)明專利的申請數(shù)量均呈上升趨勢，說明對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)越來越重視，也說明模具修復(fù)具有很強(qiáng)的技術(shù)可行性和廣闊的市場前景。2011年以前模具修復(fù)相關(guān)專利每年申請數(shù)量不超過10項(xiàng)，屬于技術(shù)應(yīng)用的摸索階段，2012年以后專利申請數(shù)量每年增長且增幅較大。整體上看，每年發(fā)明專利的申請數(shù)量超過實(shí)用新型專利的申請數(shù)量，說明模具修復(fù)相關(guān)的專利應(yīng)用價(jià)值較高，2016年，國家發(fā)布了GB/T 33221-2016《再制造企業(yè)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃2016～2020年，對模具修復(fù)行業(yè)具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，因此模具修復(fù)專利在2016年后出現(xiàn)了激增的情況。

2.2 專利申請人分析

對2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利申請人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中企業(yè)仍是專利申請的主體，占比50.50%，以榮成日東通用設(shè)備有限公司、榮成宏盛模具有限公司、深圳市日升昌模具科技有限公司、十堰派生工貿(mào)有限公司、中研智能裝備有限公司、丹陽惠達(dá)模具材料科技有限公司、南京江聯(lián)焊接技術(shù)有限公司、山東豪邁機(jī)械科技股份有限公司和江蘇雨燕模業(yè)科技有限公司等為代表；大專院校占比19.53%，以山東大學(xué)、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院、北京工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、吉林大學(xué)、燕山大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)和武漢理工大學(xué)等為代表；科研單位和機(jī)關(guān)團(tuán)體占比2.36%；個人占比27.61%。企業(yè)既是模具修復(fù)的主要技術(shù)應(yīng)用者也是重要的技術(shù)研發(fā)者，因此專利申請數(shù)量最多。大專院校和科研院所作為模具修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新的主要載體，專利申請數(shù)量也較多。對合作申請模具修復(fù)相關(guān)專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示，由表1可知，國內(nèi)模具修復(fù)專利合作申請較少，僅9項(xiàng)，其中高校和科研單位與企業(yè)合作申請專利為5項(xiàng)，說明國內(nèi)模具修復(fù)行業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作交流較少，缺乏技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)應(yīng)用的良性互動，從2017年以后專利申請合作較多，說明企業(yè)和社會越來越重視技術(shù)交流，但力度還不夠大。

表1 合作申請模具修復(fù)專利統(tǒng)計(jì)表

2.3 專利申請的技術(shù)領(lǐng)域分析

通過專利的IPC分類號對2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利申請技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，排名前五的技術(shù)領(lǐng)域分別是B23（機(jī)床；其他類目中不包括金屬加工）、C23（金屬材料鍍覆；表面化學(xué)處理等）、B24（磨削；拋光）、B22（鑄造；粉末冶金）和 C22（冶金；黑色或有色金屬合金；合金或有色金屬的處理），根據(jù)IPC分類號的具體含義分析得到表2所示的模具修復(fù)專利申請熱點(diǎn)領(lǐng)域。

表2 2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利申請熱點(diǎn)領(lǐng)域

對上述模具修復(fù)專利主要IPC分類按照年度統(tǒng)計(jì)得到圖2所示結(jié)果。由圖2可知，涉及B23、C23、B24、B22和C22熱點(diǎn)領(lǐng)域的專利分別為130、78、32、27、27項(xiàng)，其中B23和C23出現(xiàn)較早，所有的熱點(diǎn)領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量均處于上升趨勢，特別是B23、C23和B24技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量上升較快。

圖2 2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利主要IPC分類變化趨勢

2.4 技術(shù)生命周期分析

技術(shù)生命周期分為導(dǎo)入期、成長期、成熟期和衰退期[15]。通過對2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利進(jìn)行技術(shù)生命周期分析，可以確定國內(nèi)模具修復(fù)專利所處的發(fā)展階段，進(jìn)而推測其發(fā)展趨勢。模具修復(fù)技術(shù)生命周期用技術(shù)生長率（ν）、技術(shù)成熟系數(shù)（α）、技術(shù)衰退系數(shù)（β）和新技術(shù)特征系數(shù)（N）4個專利指標(biāo)來表征，判別標(biāo)準(zhǔn)[15]如表3所示。

表3 模具修復(fù)專利技術(shù)生命周期判別標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)生長率（ν）表示為：

式中：a——當(dāng)年模具修復(fù)相關(guān)發(fā)明專利申請數(shù)；A——追溯5年模具修復(fù)相關(guān)發(fā)明專利申請總數(shù)。

模具修復(fù)技術(shù)成熟系數(shù)（α）表示為：

式中：b——當(dāng)年模具修復(fù)相關(guān)實(shí)用新型專利申請數(shù)。

模具修復(fù)技術(shù)衰退系數(shù)(β)表示為：

式中：c——當(dāng)年模具修復(fù)相關(guān)外觀設(shè)計(jì)專利申請數(shù)。

模具修復(fù)新技術(shù)特征系數(shù)(N)表示為：

考慮2003年國內(nèi)才申請第1個模具修復(fù)相關(guān)專利，首個專利出現(xiàn)后的幾年技術(shù)生命周期相關(guān)指標(biāo)波動較大，不具備分析價(jià)值，因此將2008～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利申請數(shù)據(jù)代入式（1）～（4）得到圖3所示結(jié)果，由于未出現(xiàn)模具修復(fù)相關(guān)的外觀設(shè)計(jì)專利，技術(shù)衰退系數(shù)一直保持為1不變。技術(shù)生長率、技術(shù)成熟系數(shù)和新技術(shù)特征系數(shù)均在2013年達(dá)到峰值，說明2013年前后是國內(nèi)模具修復(fù)專利申請的爆發(fā)年，同時2010年和2016年出現(xiàn)了拐點(diǎn)，這與上述圖1所示的專利申請趨勢一致。2016年至今技術(shù)成熟系數(shù)和新技術(shù)特征系數(shù)開始緩慢下降，說明當(dāng)前國內(nèi)模具修復(fù)技術(shù)屬于成熟期。

圖3 2008～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利技術(shù)生命周期指標(biāo)變化

為進(jìn)一步確定當(dāng)前國內(nèi)模具修復(fù)專利技術(shù)生命周期，選擇技術(shù)生命周期圖法與指標(biāo)法進(jìn)行對比分析。將國內(nèi)模具修復(fù)專利申請量與申請人隨年份變化數(shù)據(jù)繪制成技術(shù)生命周期圖，如圖4所示。由圖4可知，在2008年以前國內(nèi)模具修復(fù)專利申請數(shù)量和申請人數(shù)量都較少，說明技術(shù)還不成熟且未商業(yè)化，之后專利申請數(shù)量和申請人數(shù)量均大幅增長，說明模具修復(fù)技術(shù)應(yīng)用快速發(fā)展。當(dāng)前模具修復(fù)專利數(shù)量雖然增長，但是申請人變化不大，說明該技術(shù)較為成熟，針對現(xiàn)有技術(shù)改良優(yōu)化的專利較多。

圖4 2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利技術(shù)生命周期

2.5 核心引用文獻(xiàn)分析

對2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利被引證次數(shù)進(jìn)行排序，其中排序前十的專利如表4所示。由表4可知，排序第2的專利是國內(nèi)模具修復(fù)領(lǐng)域的第1個專利，因此被引證次數(shù)較多。從專利的主要技術(shù)來看，核心專利聚焦的重點(diǎn)是激光熔覆修復(fù)和堆焊修復(fù)。

表4 2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)核心專利（前十）

2.6 專利摘要詞頻分析

在Python軟件中運(yùn)用正則表達(dá)式和jieba組件對2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利文本數(shù)據(jù)進(jìn)行詞頻分析，手動去除檢索詞和與技術(shù)無關(guān)的各類詞語，得到詞頻較高的技術(shù)關(guān)鍵詞，再對技術(shù)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的起止年份進(jìn)行整理得到圖5所示結(jié)果。由圖5可知，國內(nèi)模具修復(fù)專利的技術(shù)關(guān)鍵詞有激光、表面、裝置、堆焊、工藝、熔覆、制造、加工、焊接、系統(tǒng)、合金、粉末、輪胎、檢測、裂紋、打磨、涂層、磨損、汽車、質(zhì)量、快速、噴涂、型腔、硬度、焊絲、花紋、使用壽命、激光器、強(qiáng)化、增材等。雖然這些技術(shù)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的年份不一樣，但目前仍是國內(nèi)模具修復(fù)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新的焦點(diǎn)，特別是近幾年出現(xiàn)的輪胎模具修復(fù)、模具修復(fù)前后的檢測、打磨、模具花紋和增材制造等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

圖5 模具修復(fù)專利高頻關(guān)鍵詞起止年份

3 結(jié)束語

運(yùn)用多種方法對2003～2020年國內(nèi)模具修復(fù)專利進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論和建議。

（1）從專利申請趨勢看，國內(nèi)模具修復(fù)專利申請數(shù)量整體呈現(xiàn)上升趨勢，發(fā)明專利申請數(shù)量相對較多，但專利的總量仍然偏少，建議從事模具修復(fù)的企業(yè)和科研院所等加大知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度，注重專利的申請。

（2）從專利申請人角度看，國內(nèi)模具修復(fù)專利的申請人以企業(yè)和大專院校為主，但企業(yè)與企業(yè)之間，企業(yè)與大專院校、科研院所之間合作申請專利較少，說明各主體發(fā)揮各自優(yōu)勢、合作共贏的發(fā)展模式還未構(gòu)成，建議由政府主導(dǎo)積極推進(jìn)模具修復(fù)的政產(chǎn)學(xué)研用合作。

（3）從專利申請的技術(shù)領(lǐng)域看，國內(nèi)模具修復(fù)專利熱點(diǎn)領(lǐng)域?qū)?yīng)的IPC分類號為B23、C23、B24、B22和C22，這些領(lǐng)域均為傳統(tǒng)的機(jī)械、材料、冶金領(lǐng)域，但自動化、信息化和計(jì)算機(jī)的智能制造等相關(guān)領(lǐng)域涉及較少，建議模具修復(fù)行業(yè)應(yīng)加大投入，走數(shù)智化發(fā)展之路。

（4）從技術(shù)生命周期看，國內(nèi)模具修復(fù)技術(shù)應(yīng)用屬于成熟期，還未出現(xiàn)衰退期的特征，但新技術(shù)特征系數(shù)在緩慢下降，關(guān)鍵原因是模具修復(fù)的前沿技術(shù)還未突破，部分新技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室階段，建議企業(yè)、大專院校和科研院所進(jìn)一步加大模具修復(fù)相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化。

（5）從核心文獻(xiàn)與專利摘要詞頻上看，國內(nèi)模具修復(fù)技術(shù)的焦點(diǎn)集中在激光、表面、裝置、堆焊、工藝、熔覆、制造、加工、焊接、系統(tǒng)、合金、粉末、輪胎、檢測、裂紋、打磨、涂層、磨損、汽車、質(zhì)量、快速、噴涂、型腔、硬度、焊絲、花紋、使用壽命、激光器、強(qiáng)化、增材等。建議從事模具修復(fù)研究與應(yīng)用的主體在緊跟上述技術(shù)發(fā)展與變化的同時，不斷發(fā)展新的模具修復(fù)技術(shù)。