基于專利分析的劍桿織機領域發展趨勢研究

應向偉　林志堅　諶凱　張帆　方飛　吳巧玲

摘要：在國內外劍桿織機技術領域專利文獻統計分析的基礎上，從專利申請的時間屬性、地域屬性、專利權人屬性、技術屬性和專利質量等5個角度對國內外劍桿織機技術進行研究。從專利技術分析這一客觀角度總結了劍桿織機領域的專利技術發展狀況以及未來發展趨勢，并對中國相關行業的技術研發重點和專利申請策略提出了建議。

關鍵詞：劍桿織機；專利分析；發展趨勢；專利質量；專利布局

劍桿織機是通過做往復運動的細長劍狀桿叉人或夾持緯紗，將織機外側紗筒上的緯紗引入梭口的方式引緯的無梭織機，是目前織造生產中使用最多的無梭織機。劍桿織機的劍頭具有極強的通用性，可應用于不同原料、不同截面大小和形狀的緯紗織造。其選紗功能也非常強，不僅可以隨意地進行8色換緯（最高可達16色），而且選緯運動不影響織機速度。因此，劍桿織機特別適合多色緯織造，可加工其他無梭織機難以實現的不同層次和凹凸風格的高檔精紡織物，可稱為“萬能織機”。

劍桿織機20世紀初發源于歐洲，經過1個世紀的發展，融合了新材料、機電一體化、傳感技術、變頻調速技術等研究成果，國外劍桿織機的轉速及引緯率實現了巨幅提升，并逐步形成了智能化、網絡化、模塊化、應用多元化的發展模式。目前，代表國際劍桿織機先進制造水平的廠商主要有比利時Picanol（必佳樂）公司、德國Dornier（多尼爾）公司、意大利Itema（意達）集團及斯密特（Smit）公司、日本Tsudakoma（津田駒）株式會社等。中國劍桿織機產業發展較晚，1980年前后才開始從國外引進相關設備，并進行仿造、研發、創新再設計。當前，國產劍桿織機技術性能的各項指標與國外先進設備的差距在逐漸縮小，但總體來說，國內劍桿織機產業的發展仍不能滿足國內外市場需求，智能化水平有待提高。國產高檔設備的穩定性、可靠性、兼容性和技術水平等與國外同類產品相比，在硬件、軟件方面仍然存在不小的差距。

目前，中國高檔劍桿織機市場仍然是以進口為主，而國產高檔機型卻很難走出國門。這導致國內企業以生產中低檔劍桿織機為主，往往同一檔次產品的生產廠家重復較多，產品同質化嚴重。可見國內劍桿織機生產企業自主研發創新意識不強，對產品智能化、信息化發展的重視度不足。另外，國產產品應用領域不夠廣，市場適應性不強。而國外中高端產品不僅可織造棉、毛、絲、麻等普通紡織品，還可織造環保、農業、土工、國防、航空航天等領域的特殊品種織物。

中國的劍桿織機技術研究起步較晚，處于由仿制向自主研發創新的過渡階段。科技創新，專利先行。當前，企業在做好技術創新的同時，加強對知識產權戰略布局也極為重要。專利分析作為一種可視化的大數據分析技術，是從海量專利信息中挖掘潛藏科技情報的有效手段，其分析功能強大、分析結果易于理解，是產業技術分析和發展趨勢研究的強有力工具；同時也是企業避免專利糾紛、規避經營風險的重要手段，是企業提高創新水平、把握市場方向的有效途徑。

本文擬通過專利分析工具結合情報研究方法，對比研究不同國家/地區和國內外企業的劍桿織機專利申請現狀，掌握劍桿織機技術領域專利申請發展態勢、區域分布、主要國家專利技術構成及專利質量、技術生命周期、主要專利權人技術特征、核心專利技術等內容。從科技競爭情報的角度為中國劍桿織機產業的發展提供情報支持，為當前國家“十三五”科技發展規劃劍桿織機領域的規劃提供決策參考。

1.專利分析數據采集與清洗

使用德溫特專利數據庫（檢索時間范圍：1962年至2016年4月8日），綜合運用主題詞、德溫特手工代碼和國際專利分類號（IPC）進行專利檢索。所采取的關鍵詞有：rapier loom、rapier weavingmachine等，選取的IPC分類號為D03D接D03J，選取的德溫特手工代碼為F02-A04B和X25-T0481。

在專利文獻檢索的基礎上，進行數據清洗、去重和人工篩選，共得到劍桿織機相關專利族1765項，包含中國專利913項。在對專利權人/申請人的檢索分析中，不僅考慮了申請人特別是國內外公司和高校的歷史沿革，而且進行了手工標引與分類。例如，同一申請人更名或合并前后專利數量的合并，以及母公司下屬子公司專利數量的累計計算等情況均考慮在內。

2.國內外劍桿織機專利申請基本狀況

2.1專利年度分布情況

縱觀劍桿織機全球專利申請發展歷程（圖1），劍桿織機技術發展階段性明顯，主要有3個技術快速發展階段。劍桿織機技術相關專利最早出現于1965年，歷經6年的技術孕育，在1971-1976年間開啟了第一個快速增長階段，專利申請量于1976年達到小高潮（22項）。之后申請量有所回落，年均專利申請量維持在17項上下長達20年之久。1994年以后，劍桿織機專利申請進入第二個快速增長階段（1994-1999年），1998年達到峰值46項。之后受國際經融危機影響申請量逐漸下降。從2005年起劍桿織機專利增長極為迅速，2015年的申請量高達202項，目前正處于第三個快速增長階段。

中國劍桿織機技術起步比國外晚了約20年，到1985年劍桿織機專利才零星出現，基本與國際劍桿織機技術的前兩個快速發展期失之交臂。中國劍桿織機專利申請自2001年起快速增長并持續到現在。從中國劍桿織機專利申請占全球申請量的比例來看（圖2），2000年以前維持在20%左右，2003年迅速上升到83%，2015年也維持在85%上下。中國可以說是引領了國際上的第三個劍桿織機專利快速增長期，作為劍桿織機主要生產、消費國家，中國在劍桿織機領域的技術研發實力不斷增強。

2.2中國劍桿織機技術生命周期

從中國劍桿織機技術生命周期圖可以看出（圖3），中國劍桿織機技術在1985-2004年間經歷了第一階段技術孕育期，再經過2005-2009年間短暫的波動發展后，迅速進入技術成長期，專利數量和申請人數量大幅度攀升，目前正處于此階段，還未見技術進入成熟期的跡象。

2.3主要國家專利申請與區域布局

專利的優先權是指申請人就發明或者實用新型在某國首次申請專利之日起12個月內，可以就相同的主題在其他國家申請專利，而且在后的申請將被等同為第一次申請的申請日提出的。由于申請人通常會對其發明創造首先在本國申請專利，所以對優先權專利的地區分布進行分析，可以較直觀地掌握國家的技術水平。

劍桿織機優先權專利申請的全球分布情況如圖4所示。中國的專利數量最多，占全球專利申請總量的52%，其次是日本、德國；這3個國家的專利申請量占全球劍桿織機專利總量的76%，遠遠超過第4～7名的比利時、意大利、瑞典和韓國。比利時、意大利、瑞士、韓國4國專利僅占全球劍桿織機專利總量的4%、4%、3%和3%。

從主要國家全球專利分布氣泡圖不難看出，雖然中國劍桿織機專利申請量最大，但是申請主要集中于本國，在海外的專利申請極少（如圖5）。相比之下，日本對海外市場的重視程度較中國強，在中國、美國和歐洲地區均有不少專利布局；日本在中國的專利布局主要來自于津田駒、豐田兩家公司。德國劍桿織機的專利申請量位列全球第三，不僅技術實力雄厚、技術發展早，而且對國際市場爭奪十分積極。不僅在本國進行專利保護，而且在中國、意大利、比利時、日本等國也積極申請專利，以占領知識產權先機并向目標國出售其劍桿織機產品及技術。德國在中國的專利布局主要來自于多尼爾和IRO兩家公司。比利時在中國也進行了專利布局。從德國、日本、比利時等發達國家同族專利的申請情況也可洞察其擴張型的市場戰略。

3.主要技術領域專利分析

3.1主要技術領域專利族分布

由表1劍桿織機專利的IPC按小組的覆蓋情況可知，與運轉速度和引緯率相關的投緯用的傳動和導向機構（D03D-047/27）和投緯器之間的緯紗交換處理技術（D03D-047/18）所包含的專利最多，所占比例分別為21.3%與16.6%；專利量排第三、四位的小組夾線器（D03D-047/23）和筒子與投緯機構間緯紗的處理技術（D03D-047/34），專利數量占比僅分別為8.0%和7.9%。

3.2技術熱點變遷

基于上文的劍桿織機專利技術發展趨勢分析結果，本小節選取2002年來劃分劍桿織機專利申請情況，將所有技術按照2002年后與2002年前進行劃分，分別代表近期技術（白色）和早期技術（黑色），如圖6所示。由于近期技術專利量占總申請量的67%，故在圖6中橫坐標67%處作基準線，作為技術熱點變遷的評價依據。圖6直觀反映了技術熱點向D03D-051/00、D03D-015/00、D03J-001/00和D03D-047/20等技術領域遷移。其中，D03D0-051/00是涉及傳感器、變頻調速和計算機技術的傳動、起動或停車裝置，可大大提高織機的自動監控和智能化水平，降低工人的勞動強度；D03D-015/00技術涉及劍桿織機在土工、環保、農業、消防、國防等領域的應用。這些技術領域有可能是未來劍桿織機發展的方向。相比之下，D03D-047/27、D03D-047/18和D03D-047/34等涉及劍桿織機運轉速度和引緯率的技術近期專利較少，提示技術已較為成熟，屬于長期研究技術。

4.專利權人分析

4.1全球劍桿織機主要專利權人

在全球劍桿織機技術專利權人排名中（圖7），日本津田駒工業株式會社和豐田紡織株式會社的專利申請量處于第一梯隊，分別為93和89項，遠超第三、四位的申請人。顯示這兩家公司不僅是國際上生產劍桿織機設備的主要企業，也表明其在該技術領域有很強的研發和專利創造能力。比利時必佳樂公司、意大利意達集團及德國多尼爾以58、39和39項專利分列第三、四、五位。2000年，意大利著名紡機企業舒美特（Somet）公司和范美特（Vamatex）公司強強聯合，合并成為意大利普魯馬泰克（Promatech）公司；隨后普魯馬泰克和瑞士紡機巨頭蘇爾壽紡織（Sulzer）重組成立意大利意達集團（Itema）。可以說目前意達、必佳樂和多尼爾三家企業在國際劍桿織機專利方面處于第二梯隊。處于第三梯隊的機構有：中國的經緯紡織機械股份有限公司和浙江理工大學，其專利數量均接近30項。

4.2中國主要劍桿織機專利權人及其合作情況

進一步分析發現，目前已有445家國內外科研機構、公司或自然人在中國申請了劍桿織機相關專利，主要專利權人排序如圖8所示。經緯紡機排名第一，申請了29項，共36件專利；緊隨其后的是浙江理工大學，申請了29項，35件專利；再次是紹興紡機集團（19件）、浙江萬利紡機（15件）和紹興文理學院（15件）。在中國申請劍桿織機相關專利最多的國外企業是豐田紡織株式會社，但其在華專利申請均在1998年以前，且均處于無權狀態。浙江省紹興市有4家企業劍桿織機專利申請量躋身全國前10位，可見紹興地區在該技術領域技術實力雄厚。另外，外國公司在中國申請的劍桿織機專利占比并不高，這提示中國企業在該技術領域專利保護意識較高，這對中國劍桿織機產業的健康發展非常有利。

高校院所和企業之間的技術合作不僅可有效提升專利申請量的質與量，還能各取所長，提升二者的技術創新能力，提高在某技術領域的競爭力及影響力。另一方面，分析某個技術領域內創新主體的合作情況，有助于了解技術的集中程度和創新主體的協同創新強度，并了解競爭對手的戰略合作意圖。從技術合作情況看，國內僅有紹興紡織機械集團有限公司和浙江賢天高科股份有限公司有11件專利合作申請，主要涉及劍桿織機及其引緯、打緯和送經裝置，合作時間主要集中在2003-2005年；此外，浙江萬利紡織機械有限公司和浙江理工大學有3件專利合作申請，中國紡織科學研究院和北京中紡精業機電設備有限公司有2件專利合作申請；其他創新主體間合作申請專利的情況則很少。這提示中國劍桿織機技術領域的創新主體之間合作意識薄弱、合作對象單一，沒有構建穩定的專利技術合作與共享網絡，產學研合作還有待加強。

4.3主要專利權人技術領域布局

由圖9可知，劍桿織機專利數量最多的日本津田駒和豐田公司均在D03D-047/27技術領域進行了大量專利布局，并且注重在D03D-05I/00、D03D-047/20等新技術領域申請專利；德國多尼爾則在D03D-015/00領域具有明顯優勢。總體而言，國外紡機巨頭除了在傳統技術領域有較好技術累積以外，非常注重紡機智能化和應用多元化的發展。相比之下，國內專利數量較多的經緯紡機和浙江理工大學在專利布局上較多關注D03D-047/27、D03D-047/18等成熟技術，在新技術領域的創新力度還有待加強。

5.主要國家專利質量分析

國家專利授權H指數是指某國擁有至多H件至少被引用了H次的授權專利。專利H指數是評價國家/地區專利影響力的主要指標，專利被引率、被引頻次也是專利質量和影響力評估的重要依據。通過對主要國家專利質量指標的分析可知（表2），比利時的專利申請量雖然不多，但是其專利被引率、平均被引次數、被引H指數和PCT專利申請比例等指標均優于其他國家，這表明該國劍桿織機專利質量普遍較高，也反映了比利時在該技術領域具有很高技術實力。德國的劍桿織機專利質量也很高，專利被引率與被引H指數分別為30.7%和10，平均被引次數5.95次/件。相比之下，中國雖然專利數量眾多，但是專利被引率僅占17.1%，被引H指數僅為5，平均被引次數也僅有0.42次/件，PCT專利數量和美國專利數量等指標也落后于歐、美、日等國，這表明中國在劍桿織機領域的專利質量較低，綜合技術實力還比較弱。

6.技術引證分析

技術引證分析不僅可以了解專利被其他申請人引用的情況，而且能發掘該領域的強勢競爭對手及核心技術要素。選取該領域核心專利研究其外圍技術分布情況，揭示關鍵技術的基本變遷歷程，有助于國內企業拓寬技術開發思路，增強技術保護程度或規避侵權風險。

根據Thomson Innovation提供的數據，在全球1765項劍桿織機專利中有被引記錄的共計675項，被引用30和20次以上的專利分別有2和9項（如表3所示）。在所有的高頻被引專利當中，以美國Safety Components Fabric Technologies Inc公司的USl997787743和意大利意達集團的ITl98622841兩項專利被引用次數最高，分別達39、38次，分別涉及劍桿織機在汽車安全氣囊織物生產中的應用和劍桿織機投緯用的傳動、導向機構。表3列舉的11項高被引專利，均來自歐美國家。

7.結語

中國是紡織工業大國，但在劍桿織機技術領域中國申請人的專利布局僅限于國內，而國外專利申請非常少。然而當前中國勞動力成本不斷提高，經濟增長方式加速轉變，可以預見未來國內低端劍桿織機產能將有很大一部分會轉移到其他發展中國家。技術含量低、附加值低的劍桿織機出口必將被應用多元化、智能化的機型出口所取代。因此，中國企業須防患于未然，加強國際專利申請，特別是有針對性地在某些目標國家積極開展專利布局，避免產品和技術出口海外侵權。從而提高自己在國際范圍內使用專利權的能力，在國際競爭中獲得更大的生存發展空間。

在專利區域戰略布局方面，日本、德國和比利時除在本國申請專利以外，也在歐洲進行了大量專利布局；但在美國，劍桿織機專利數量相對較少。國內企業可以加快開拓海外市場的步伐，重點關注美國，可通過PCT途徑加強在美專利申請。在國內，外國公司在華專利申請量不多，而且時間均較早。國內企業需重點關注日本津田駒、瑞士艾羅帕（Iropa）、意大利意達、意大利斯密特等公司的在華專利，避免侵權風險。可以針對這些專利，采取外圍專利戰術，以獲得交叉許可的權利。

在專利技術戰略布局方面，與智能化劍桿織機相關的傳感器、變頻調速和計算機技術（D03D-051/00）和產品應用領域多元化相關技術（D03D-015/00）等技術領域，是近年來的研發熱點，中國企業和科研單位在這些技術領域的專利布局比較欠缺，而國外企業已有較多布局，占得先機。在此背景下，對于技術實力較強又在相關領域有一定累計的國內企業，如經緯紡機等可采取外圍專利戰略，圍繞他人的基本專利進行技術加工再創新，申請外圍專利，編織專利網；對于經濟實力較強的企業可采取專利收買戰略，占領相關領域的知識產權高地。相比之下，D03D-047/27、D03D-047/18和D03D-047/34等涉及提升劍桿織機運轉速度和引緯率的技術，專利數量大、成果多、技術比較成熟。而中國企業和科研機構申請的專利出現在這些成熟技術扎堆的現象。建議國內創新主體應重點關注劍桿織機智能化、模塊化、網絡化的研究成果，以及在在土工、環保、農業、消防、國防等領域的應用情況，緊密關注必佳樂、多尼爾、意達、豐田、津田駒等公司的研發工作，密切跟蹤國外同類企業的研發動態與最新成果，適時進行技術引進并消化吸收再創新，研發出更好的技術和產品，并及時申請相關專利，通過法律來保護自己的科研成果。

在理論基礎研究方面，中國劍桿織機專利申請大多數來自于具有研發機構的生產企業，高校院所的專利占比例較小，僅占9.0%，這反映了中國劍桿織機技術研究主要朝著產業化方向發展。另一方面，也表明國內科研機構在該領域的理論研究投圖較少。建議中國劍桿織機企業加強校企合作，將傳感技術、變頻調速技術、網絡化技術等智能化技術應用到高端劍桿織機設備中。