劉 靜
(桂林電器科學研究院有限公司,廣西 桂林 541004)
近十年來,國內模具行業(yè)的技術得到了全面提升,CAD/CAE/CAM 一體化技術、三維設計技術、高速加工、快速成型、虛擬仿真、機器人技術、智能制造及網(wǎng)絡技術等高新技術應用到了模具的設計、研發(fā)和生產(chǎn)當中。模具行業(yè)管理部門制定產(chǎn)業(yè)政策、引導技術升級和技術改造并實施其他宏觀調控措施,對行業(yè)發(fā)展起到規(guī)劃、引領、促進等宏觀調控作用,有助于行業(yè)健康有序發(fā)展。以下立足產(chǎn)業(yè)、技術、政策、專利等多角度,通過信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)可視化等方法,分析模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢、技術熱點研發(fā)趨勢、產(chǎn)業(yè)高端人才情況,為模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供知識產(chǎn)權支撐。
2009 年10 月,《國家火炬計劃優(yōu)先發(fā)展技術領域(2010 年)》[1]中提到精密模具及部分領域高端模具成為鼓勵對象,重點支持采用CAD/CAM/CAE 技術開發(fā)制造大型、復雜、精密成型模和高速、精密、耐用沖模。2011年4月,《鼓勵進口技術和產(chǎn)品目錄(2011 版)》中[2],模具混合澆注先進制造技術和搪塑鎳合金電鑄模具制造技術被列入“鼓勵引進的先進技術”;大型、精密模具及汽車模具設計與制造項目被列入“鼓勵發(fā)展的重點行業(yè)”。2011年6月,《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術產(chǎn)業(yè)化重點領域指南(2011 年度)》[3]涵蓋了與模具相關的產(chǎn)品,包括汽車覆蓋件模具、多功能級進模、大型精密塑料模和壓鑄模。2012 年1 月,《重大技術裝備自主創(chuàng)新指導目錄(2012 年版)》[4]提到,大型及精密、高效塑料模、鑄造模、輪胎模、精密、高效級進模及超高強度鋼板熱成形模以及為C級轎車整車車身成形生產(chǎn)配套的覆蓋件及車身模具等被列入其中。2013 年9 月,工業(yè)和信息化部印發(fā)了《產(chǎn)業(yè)關鍵共性技術發(fā)展指南(2013 年)》[5],將汽車高強度緊固件高速精密鐓鍛模技術研究與開發(fā)、塑料精密擠出成型模設計和制造技術、長壽命和高精度新型輕量化玻璃瓶模列入指南中。2016 年6 月,《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》[6]圍繞模具等開展高端智能再制造示范推廣,到2020 年,再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到2 000 億元。2016年9月《綠色制造工程實施指南(2016-2020年)》[7]提出高端智能再制造專項,其中面向模具推廣高效無損拆解、綠色清洗、毛坯快速智能檢測、納米復合成形、等離子噴涂、三維體積損傷零部件成形等技術。2016 年10 月,《信息化和工業(yè)化融合發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》[8]推廣個性化定制,支持發(fā)展面向中小企業(yè)的工業(yè)設計、快速原型、模具開發(fā)和產(chǎn)品定制等在線服務,培育“互聯(lián)網(wǎng)+”新型手工作坊等小批量個性化定制模式,提升工業(yè)云與大數(shù)據(jù)服務能力,創(chuàng)新工業(yè)與服務內容和模式,推動工業(yè)設計模型、數(shù)字化模具、產(chǎn)品和裝備維護知識庫等制造資源集聚、開放和共享,鼓勵培育基于工業(yè)云的新型生產(chǎn)組織模式。2017年11月發(fā)布的《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2017-2020 年)》[9]以直接制造為主要戰(zhàn)略取向,兼顧原型設計和模具開發(fā)應用,推動增材制造在重點制造、醫(yī)療、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新教育等領域規(guī)?;瘧?,利用增材制造云平臺等新模式,線上線下打通增材制造在社會、企業(yè)、家庭中的應用路徑。2019 年6 月,《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄(2019年版)》[10]鼓勵外商投資模具產(chǎn)業(yè);同年10 月發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結構調整指導目錄(2019年本)》[11]中鼓勵類包括大型模具、精密模具、多工位自動深拉深模、非金屬制品精密模具等設計、制造。
此外,在其他行業(yè)領域的政策文件中也涉及模具技術及應用的相關指導意見或實施意見。如:2013年5月,《關于促進太陽能熱水器行業(yè)健康發(fā)展的指導意見》[12]著力提升集熱管、儀表、水箱等關鍵零部件和模具的制造技術水平和配套能力;2019 年11 月,《關于加快我國家用電器行業(yè)轉型升級的指導意見》[13]提到著力提升高效環(huán)保節(jié)材型壓縮機、直流電機、變頻器、磁控管等關鍵零部件和模具制造的技術水平和配套能力,提高產(chǎn)品質量,保障產(chǎn)品品質;2020 年1 月,《關于印發(fā)第一批國家高值醫(yī)用耗材重點治理清單的通知》[14]中將嬰兒顱骨校形固定器、顱骨成形技術材料成形模列入清單;2021年1月,《關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》[15]以鋼筋制作安裝、模具安拆、混凝土澆筑等工廠生產(chǎn)類關鍵工藝環(huán)節(jié)為重點,推進工藝流程數(shù)字化和建筑機器人應用。
圖1所示為模具產(chǎn)業(yè)國內專利數(shù)量隨時間的變化趨勢,模具產(chǎn)業(yè)專利申請量總體呈現(xiàn)逐步增長的趨勢[16-18],可將其劃分為4 個階段,萌芽期(1985 年-2000 年)、平穩(wěn)發(fā)展期(2000 年-2007 年)、快速發(fā)展期(2007年-2015年)、飛速爆發(fā)期(2015年至今)。
圖1 模具產(chǎn)業(yè)國內歷年專利數(shù)量申請趨勢
第一階段(1985 年-2000 年)萌芽期,相較于國外,國內的模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚,于20 世紀80 年代初,才出現(xiàn)少量的專利。以中文形式出現(xiàn)的第一個模具方面的專利來自中國臺灣的天美時公司(美國)于1979 年申請的《連續(xù)鑄造模具總成》;國內模具企業(yè)第一個專利申請于1980年,來自中國臺灣精模企業(yè)有限公司(現(xiàn)臺灣精元電腦股份有限公司)的專利《雙色塑膠射出成形模具及裝置》。國內在1985 年4 月1 日實施第一部專利法,專利的收錄才開始正規(guī)化,所以直到1985 年,國內模具產(chǎn)業(yè)的專利申請開始從無到有,第一年專利申請量為77 條(含外企在國內申請的專利數(shù)量),并保持逐年少量增長的趨勢。
第二階段(2000 年-2007 年)平穩(wěn)發(fā)展期,本時期專利申請數(shù)量與第一階段時期相比增速有所增加,此階段隨著國內經(jīng)濟的復蘇與發(fā)展,汽車、航空航天等工業(yè)的發(fā)展,各種類別的模具如雨后春筍般被不斷研發(fā),每年的專利申請數(shù)量呈逐步增長趨勢,主要是低端模具的研制,高檔模具技術的研發(fā)主要依賴于引進與復制國外技術,造成專利申請的增長趨勢緩慢。
第三階段(2007 年-2015 年)快速發(fā)展期,本時期的專利申請數(shù)量增速明顯,2008 年以來,隨著國家科學技術部發(fā)布的《國家火炬計劃優(yōu)先發(fā)展技術領域(2010 年)》[1]、《當前優(yōu)先發(fā)展的高技術產(chǎn)業(yè)化重點領域指南(2011 年度)》[3]等一系列政策的實施,并經(jīng)過前期模具基礎技術的研發(fā),同時隨著國內快速發(fā)展相關制造業(yè)的急迫需求,高精度、高效率、高質量的高檔模具需求量也逐年增多,此時模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入快速發(fā)展期,同時國內對知識產(chǎn)權保護意識有所加強,相應的高檔模具技術的專利申請數(shù)量也呈逐年快速遞增的趨勢。
第四階段(2015 年至今)飛速爆發(fā)期,在國家相關產(chǎn)業(yè)政策的支持下,于2008 年后以及2015 年后呈現(xiàn)出兩段爆發(fā)式增長趨勢,尤其是2015年以后再次激增飛速爆發(fā),至2020 年達到峰值,專利年申請量數(shù)量達50 000 件以上,可見國內在模具產(chǎn)業(yè)領域的技術產(chǎn)出速率愈來愈快,技術體量正日益壯大。由于專利申請公開滯后的影響,2022 年的專利申請數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢。
模具產(chǎn)業(yè)領域的國內專利主要省市申請數(shù)量排名如圖2所示,主要分布在江蘇、廣東、浙江等省,江蘇為技術最密集的省份,專利申請量為85 374件,廣東次之,專利申請量為66 337件。
圖2 模具產(chǎn)業(yè)國內各省市專利申請數(shù)量排名
由圖2 可以看出,江蘇、廣東、浙江3 個省份的專利申請數(shù)量遠多于其他省份,這也與這三省的制造業(yè)發(fā)達程度以及經(jīng)濟活躍相呼應,顯示了江蘇、廣東、浙江3 個沿海經(jīng)濟大省對國家產(chǎn)業(yè)政策的支持,對市場經(jīng)濟發(fā)展方向的積極響應以及與國家經(jīng)濟發(fā)展步伐的一致性;其次是安徽、山東、上海位居第二階梯的領隊,安徽作為新興的制造業(yè)大省,在專利申請數(shù)量上僅次于上述三省,體現(xiàn)了安徽在模具產(chǎn)業(yè)領域技術實力的快速上升,尤其是安徽具有傳統(tǒng)優(yōu)勢的家電產(chǎn)業(yè),經(jīng)過多年發(fā)展形成了成熟的家電產(chǎn)業(yè)集群,產(chǎn)業(yè)鏈及配套體系完善,進一步推動智能模具產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展。而廣西和吉林則在模具產(chǎn)業(yè)方面的專利申請數(shù)量較少,排名靠后。
圖3所示為模具產(chǎn)業(yè)國內各省市專利法律狀態(tài)分析,從國內主要省市申請的模具領域專利法律狀態(tài)來看,已失效專利的失效原因均以未繳年費和撤回為主,但大部分省市的授權專利和審中專利比例較高,有效專利占比都達到了52%以上,申請數(shù)量排名第一的江蘇有效專利比例達到66.42%,申請數(shù)量第三的浙江有效專利比例達到61.42%,申請數(shù)量第二的廣東在排名前10 省市中的有效專利占比最高,達到了72.63%。廣東的專利申請數(shù)量雖然略低于江蘇,但是廣東技術創(chuàng)新活躍的同時也更注重本領域專利的維持,表明其專利質量更高。
圖3 模具產(chǎn)業(yè)國內各省市專利法律有效性分析
現(xiàn)階段國內模具產(chǎn)業(yè)領域的專利申請態(tài)勢總體上呈現(xiàn)強勁的發(fā)展勢頭,江蘇、廣東、浙江三省在模具產(chǎn)業(yè)中起主導作用,廣東、江蘇和浙江都屬于經(jīng)濟能力和科研能力較發(fā)達的地區(qū),可在一定程度上反應經(jīng)濟能力和科研能力與機械制造業(yè)及模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展之間相互促進,良性循環(huán)的作用。
上述提到江蘇、廣東、浙江三省在模具產(chǎn)業(yè)中起到了主導作用,從圖4 顯示的國內各市模具領域的專利法律狀態(tài)較好地印證了這一點。由圖4可以看出,排名前15 名的為江蘇省的3 個市(蘇州市、無錫市、常州市)、廣東省的4個市(深圳市、東莞市、廣州市、佛山市),浙江省的3個市(寧波市、臺州市、杭州市),其余5 個市分別為4 個直轄市(上海、天津、重慶、北京)和山東省青島市。
圖4 模具產(chǎn)業(yè)國內各市專利法律狀態(tài)分析
江蘇在模具產(chǎn)業(yè)方面的專利申請數(shù)量位居第一離不開蘇州市的貢獻,由圖4可見,蘇州市在所有城市中的專利申請數(shù)量遙遙領先,專利申請數(shù)量是排名第二的深圳市的2.4 倍,且授權專利數(shù)量是深圳市的2.3 倍。當然,蘇州市的無效專利數(shù)量也最多,與深圳市相比達到近3倍。
結合以上分析來看,國內模具產(chǎn)業(yè)主要分布在東部地區(qū)和南部地區(qū),其中江蘇、廣東、浙江三省是模具產(chǎn)業(yè)的集聚地,說明經(jīng)濟發(fā)達與繁華的制造業(yè)之間形成了相輔相成的良性促進作用,其他地區(qū)如安徽、山東等因有各自制造業(yè)的特色而相對領先于其他省份,中部地區(qū)的模具產(chǎn)業(yè)相對落后,制造業(yè)相對沒那么發(fā)達,但近些年也一直在不斷發(fā)展中。
圖5所示為模具產(chǎn)業(yè)領域申請人排名情況。從圖5 可以看出,排名第一的是珠海格力電器股份有限公司,前10 名中來自企業(yè)的申請人占據(jù)8 家,說明在本領域技術目前主要是以企業(yè)為主導力量,以市場價值為主要導向。
珠海格力電器股份有限公司成立于1991年,公司成立初期,主要依靠組裝生產(chǎn)家用空調,現(xiàn)已發(fā)展成為多元化、科技型的全球工業(yè)制造集團。經(jīng)過長期沉淀積累,目前,公司累計申請國內專利116 543 件,其中與模具領域相關的專利申請673件,授權416 件。關于模具專利申請的技術功效如圖6 所示,珠海格力電器股份有限公司主營空調及各類家電產(chǎn)品,所以其模具相關的專利申請多以塑料注射模為主、少量沖模為輔,圍繞家電類產(chǎn)品中各類塑料制品進行模具結構的改進和優(yōu)化以及塑料模中的動模鑲件結構設計和熱流道設計等,其研發(fā)的目標主要是為了提高生產(chǎn)效率、縮短周期,使新型產(chǎn)品可以早日上市,走在競爭對手前面搶占市場,獲得最大的經(jīng)濟效益,也說明了一切研發(fā)的最終目的都是為了經(jīng)濟增長。另外,從圖6可以看出,珠海格力電器股份有限公司在電動汽車方面的技術也有研究,說明其已跨界進入電動汽車行業(yè),預計下一步的重點研究方向是電動汽車零部件的生產(chǎn)研發(fā),未來關于電動汽車零部件成型的模具專利會逐漸增多。
山東豪邁機械科技股份有限公司創(chuàng)建于1995年,公司主要研制輪胎模、輪胎模專用數(shù)控機床、汽車爆胎穩(wěn)向系統(tǒng)、天然膠加工設備四大類產(chǎn)品。公司是國家知識產(chǎn)權示范企業(yè),先后獲得授權專利738 件,其中發(fā)明專利290 件;與模具領域相關的專利申請606 件,授權478 件,其中發(fā)明專利申請177件,發(fā)明授權專利86件。在科技創(chuàng)新活動也取得了顯著成果,曾獲山東省科學技術進步一等獎、中國機械工業(yè)科學技術獎一等獎、中國好設計銀獎、中國專利獎優(yōu)秀獎等獎項。
山東豪邁機械科技股份有限公司申請與模具相關的專利技術構成如圖7 所示,因公司主營產(chǎn)業(yè)是輪胎模、輪胎模專用數(shù)控機床、汽車爆胎穩(wěn)向系統(tǒng)、天然膠加工設備,所以其主要模具技術圍繞輪胎的成型生產(chǎn)進行研究,申請的專利也是以輪胎的活絡模為主。
圖7 山東豪邁機械科技股份有限公司模具相關專利技術構成
安徽江淮汽車集團股份有限公司前身是巢湖汽車配件廠,始建于1964 年,集團于1997 年正式成立,是一家集全系列商用車、乘用車及動力總成研產(chǎn)銷于一體、以“先進節(jié)能汽車、新能源汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車”并舉,涵蓋汽車出行、金融服務等眾多領域的綜合型汽車企業(yè)集團。目前,江淮汽車集團擁有專利申請23 377 件(包括以安徽江淮汽車股份有限公司為申請人申請的專利11 167 件,當前權利人歸屬安徽江淮汽車集團股份有限公司占93.84%),與模具領域相關的專利申請880 件,發(fā)明專利339件,授權專利290件。
圖8所示為安徽江淮汽車集團股份有限公司的專利申請趨勢,由圖8 可以看出,公司2012 年才開始注重模具領域方面的專利申請,說明公司開始研發(fā)模具技術進軍模具制造行業(yè),自主生產(chǎn)汽車各類零部件,減少零部件外發(fā)模具廠加工生產(chǎn)。此外,安徽江淮汽車集團股份有限公司與安徽江淮汽車股份有限公司是控股關系,由圖8可知,安徽江淮汽車集團股份有限公司對知識產(chǎn)權方面的結構也進行了調整,2015 年以前都是以安徽江淮汽車股份有限公司為申請人進行專利申請,經(jīng)過2015-2016 年的過渡期后都是以安徽江淮汽車集團股份有限公司為申請人進行專利申請,且以前安徽江淮汽車股份有限公司申請的絕大部分專利的當前權利人都更改為安徽江淮汽車集團股份有限公司。
圖8 安徽江淮汽車集團股份有限公司模具相關專利申請趨勢
哈爾濱工業(yè)大學(簡稱哈工大)始建于1920年,是工業(yè)和信息化部直屬的全國重點大學,位列國家“雙一流”、“985 工程”、“211 工程”,入選珠峰計劃、強基計劃、2011 計劃、111 計劃、卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、新工科研究與實踐項目、全國深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革示范高校等。哈工大在工科方面具有突出貢獻及成果,立足航天、服務國防、面向國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場的辦學定位,創(chuàng)立了中國高校第一個航天學院,發(fā)射了中國第一顆由高校牽頭自主研制的小衛(wèi)星,在中國首次實現(xiàn)了星地激光鏈路通信、首次實現(xiàn)了大型激光驅動器的全自動束靶耦合引導,誕生了中國第一臺會下棋能說話的計算機、第一部新體制雷達、第一臺弧焊機器人和點焊機器人、第一顆由高校學子自主設計研制管控的納衛(wèi)星、第一支登上春晚舞臺的大學生機器人舞蹈隊,實現(xiàn)了國際首次高軌衛(wèi)星對地高速激光雙向通信試驗,突破了世界最大口徑射電望遠鏡的支撐結構系統(tǒng)關鍵技術、支持中國“天眼”成功“開眼”。
哈工大關于模具方面的專利發(fā)明人排名前三的是單德彬、苑世劍、郭斌3 位教授,分別為70、63、53件專利。
單德彬是“長江學者”特聘教授(2012、2013年),曾入選2013年國家“百千萬人才工程”,被授予“有突出貢獻中青年專家”稱號,他長期從事精密塑性成型理論、工藝和鍛件組織性能控制,微型零件精密微塑性成型機理、關鍵技術和微型模具的設計和制造,強力旋壓理論和工藝以及塑性成型過程的有限元和分子動力學模擬等方面的研究,獲國家授權發(fā)明專利25項,在難變形材料精密旋壓技術與裝備、復雜形狀鍛件等溫精密成型技術和精密微成型技術方面做出了杰出貢獻。
苑世劍教授也是長江學者特聘教授(2006 年)、國家杰出青年基金獲得者(2005 年),首批國防科技創(chuàng)新團隊帶頭人,現(xiàn)任哈工大材料科學與工程學院院長、金屬精密熱加工國家級重點實驗室主任、液力成形工程中心主任。他長期從事材料塑性成型理論與技術研究,主要研究方向為內高壓成型、液壓成型和超大構件特種成型,獲國家授權發(fā)明專利26 項。主要學術貢獻:對內高壓成型進行了開創(chuàng)性研究,發(fā)展了內高壓成型基礎理論,形成了具有自主知識產(chǎn)權的關鍵技術,研究成果在轎車關鍵零件的批量生產(chǎn)和國防重要型號零件的研制中得到大量應用;在典型超大構件成型領域的研究成果,為國防大型特種容器的研制提供了技術基礎。
郭斌教授現(xiàn)任哈工大校務委員會副主任、校友總會常務副會長,兼任“空間環(huán)境地面模擬裝置”大科學工程總指揮、國家科技重大專項“高檔數(shù)控機床與基礎裝備”總體組專家、微系統(tǒng)與微結構制造教育部重點實驗室主任等職務。他主要從事塑性微成型、激光清洗、纖維3D 編織以及微納米制造方面的研究工作,獲國家發(fā)明專利30余項。作為項目負責人先后承擔和完成國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金重點項目、國家“863”項目等項目30余項。
鴻海精密工業(yè)股份有限公司(又稱鴻??萍技瘓F),成立于1974年,其前身是中國臺灣鴻海塑膠企業(yè)有限公司。富士康科技集團是鴻??萍技瘓F在中國大陸投資興辦的專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)精密電氣連接器、精密線纜及組配、電腦機殼及準系統(tǒng)、電腦系統(tǒng)組裝、無線通訊關鍵零組件及組裝、光通訊元件、消費性電子、液晶顯示設備、半導體設備、合金材料等產(chǎn)品的高新科技企業(yè)。
目前,鴻海科技集團在全球申請的專利數(shù)量達104 465 件,在國內申請的專利數(shù)量為51 404 件,與模具領域相關的專利申請412 件,其中發(fā)明申請專利257 件,發(fā)明授權專利131 件,實用新型專利24件,但有效專利僅32 件,失效專利高達379 件,失效率達92%,其中85%以上是因未繳年費和撤回而導致失效。這說明鴻??萍技瘓F在該領域的專利技術放棄嚴重,其專利法律狀態(tài)如圖9所示,尤其是在2006-2014 年間因未繳年費、撤回和駁回導致的失效專利占比相當大,2014 年后在模具領域的專利申請數(shù)量寥寥無幾。結合圖10 所示的專利申請數(shù)量趨勢來看,2005-2010 年鴻??萍技瘓F在模具方面的專利申請數(shù)量爆發(fā),但緊接著專利失效率也快速增漲,說明公司并不注重這方面專利技術的維護。
圖9 鴻??萍技瘓F在模具領域的專利法律狀態(tài)
圖10 鴻海科技集團在模具領域的專利申請趨勢
以專利分析方法為基礎,結合國家關于模具產(chǎn)業(yè)方面的鼓勵政策,研究了模具產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展和專利布局情況。結果表明,國內模具產(chǎn)業(yè)主要分布在東部地區(qū)和南部地區(qū),江蘇、廣東、浙江三省是模具產(chǎn)業(yè)的集聚地,安徽、山東因有各自制造業(yè)的特色大力發(fā)展了模具產(chǎn)業(yè),中部地區(qū)的模具產(chǎn)業(yè)相對落后。通過信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)可視化等方法,以專利申請趨勢、專利區(qū)域布局、主要申請人、主要發(fā)明人、技術構成、法律狀態(tài)等方面開展分析,重點針對專利申請數(shù)量較多的5 位申請人(包括企業(yè)和高校),分析了模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢、技術熱點研發(fā)趨勢、產(chǎn)業(yè)高端人才情況。