基于專利引文網絡的智能物流技術演進路徑研究

文/曹 蕾 來堯靜

一、引 言

隨著經濟全球化、競爭國際化，電子商務、跨國貿易和物聯網等新興產業要求物流企業尋找更多降低成本的有效途徑，以提高市場競爭力、優化供應鏈、加快產品流通。這不能僅依靠物流管理者的知識，還要配合智能化技術，因此物流智能化成為物流產業發展的重要方向之一。學者張可薇，王亞臣等對智能倉儲的概念、學術含義、研究范圍等作了詳細的界定并展望了智能倉儲理論和應用的發展趨勢。張國棟以智能化倉儲物流發展現狀和未來趨勢為行業內相關企業提供了可借鑒的措施。符瑜認為以先進物流技術為基礎的智能物流是我國傳統物流轉型升級的必然趨勢。高連周基于云計算和物聯網對智能物流發展模式進行研究，分析了物聯網及云計算對物流產業發展產生的影響。周素偉認為物流行業大量采用大數據分析、云計算等智能技術促使物流業越來越成為技術密集型行業。

此外，汪傳雷從專利信息角度對國際和我國物流產業進行分析，認為雖然物流產業作為國民經濟重要組成受到重視，但物流產業對專利的認識還比較淺顯。尤其在技術發展趨勢方面，更是欠缺整體上對專利信息的有效利用。專利技術對后續創新活動具有強有力的引導作用，可以促進技術進化并引領技術發展方向。

本文將利用專利引文網絡研究技術演進路徑的相關理論和方法，梳理物流行業智能技術發展現狀，并尋找引導技術發展方向的核心技術。

圖1：2000-2018智能物流技術專利公開量擬合曲線

二、從專利看智能制造的整體形象

1.智能物流技術發展的總體趨勢

物流行業涉及采購、倉儲、運輸等多個環節，每個環節中應用的智能技術大類多、小類雜、且還存在交叉的可能性，單以技術為主題詞進行檢索可能會造成專利信息丟失，所以檢索式的制定過程中要根據檢索結果進行反復修改，才能確保符合實際情況。經過不斷修改后，本文最終以檢索式：(TS=(logistics) OR TS=(Intelligent logistics)) and MC=(T01-J05A2B OR T01-N01A2E OR Q35-B OR T01-N02B2B OR T01-J07D1 OR T04-K03B OR Q32-A08 OR T01-J05A2A OR T01-N01D3 OR T01-J05B4P OR T04-K02B OR T01-S03 OR Q22-A02 OR T01-N01D OR T01-C03C)在德溫特專利數據庫中共檢索到12044個專利項目，考慮到專利從申請到公開有十幾個月的延遲，所以檢索時段為2000年至2018年。

利用originpro軟件對2000年至2018年這個時間段內專利數據按照時間序列進行統計，得到如圖1的全球專利申請公開量擬合曲線。

表1：智能物流熱點技術IPC及其釋義

2.技術發展生命周期分析

根據技術生命周期理論，專利技術的生命周期通常符合四個階段的周期性變化，依次為：萌芽期、發展期、成熟期、衰退期。因此，綜合專利公開量擬合曲線將智能物流技術生命周期劃分為三個階段：

萌芽階段：2000年-2008年，進入新世紀以來，度過金融危機的世界經濟發展逐漸復蘇，借以頻繁的貿易活動推動國家/地區的經濟發展，使得物流行業的發展也逐漸活躍，但在互聯網發展剛剛起步的時代，物流行業運營模式和技術研究依然處于傳統層面，技術專利的研發進程緩慢。

波動增長階段：2008年-2014年，隨著經濟全球化發展理念的提出，國家與國家、地區與地區之間的貿易活動已不僅僅滿足于頻次，對速度快、低成本的要求有進一步提高，加大了對物流技術研究的重視程度，但受智能技術認知局限性的影響，該階段的專利申請和公開量只是小幅波動增長。

快速發展階段：2014年-2018年，該階段可以說是智能物流技術進入全面發展的時期。結合國家專利公開量來看，2014年之前，各個國家專利公開量都很少，2014年之后顯著上升。究其原因，一是近幾年在智能制造發展的熱潮下，物流行業智能技術得到空前發展；二是電商行業、海外購物的快速發展，促進了與之相配套的物流行業的蓬勃發展，對提高效率和質量、減輕人力勞動提出了更高的要求。所以專利公開量上升幅度逐年加大，以絕對的倍數增長。

3.熱點技術研究分析

IPC（International Patent Classification）分類號作為國際唯一通用的國際專利分類，是分析核心熱點技術時常用的指標工具。通過解讀檢索的2000年-2018年全球智能物流技術IPC分類號來確定當前物流行業智能技術的重點領域，如表1，以IPC小類提取排名前十五的智能物流熱點技術進行統計分析。

三、智能物流技術的演進路徑分析

1.專利引文網絡的研究思路

引文網絡分析原作為統計學中分析方法的一種，在日趨完善的發展過程中，可應用的范圍不斷擴大，其中一個重要的專利管理方法—專利引文分析，學者們通過專利引文網絡進行可視化的處理，提取核心專利文件，從而進行技術預測和技術評價。

其次，通過專利引文網絡提出來的核心專利號，包含了大量可查詢的專利信息，如技術主題、專利權人，主IPC號等，因此可以通過核心專利從動態角度有效的展現關鍵技術轉移過程。

最后，結合上文智能物流行業的整體發展現狀，利用Pajke軟件中內置的SPNP算法提取核心專利，再以核心專利中的技術為突破口，確定技術演進路徑，為領域內的相關企業預測技術發展趨勢。

2.確定核心專利技術演進路徑的方法

考慮到德溫特數據庫每次最多只能下載500條專利項目但對下載的專利信息可以進行有目的性的選取等處理特點，本文主要選取并下載專利號（PN）和引用專利（CP），制定了如圖2的關鍵步驟。

第一步：從數據庫中導出數據。初步整理，轉成軟件Gephi識別的csv文件格式。

第二步：數據導入軟件Gephi。Gephi運行對數據格式要求特別高，注意事項如下：1PN存在專利號，但后面的CP中的為空，視為無引用關系出現；2PN中存在多個專利號并存的情況，而CP中出現的被引用專利號并非與之一一對應，處理時需要在CP中沒有對應項的PN將視為無引用關系存在而忽略。

圖2：提取核心專利的方法和關鍵步驟

圖3：基于SPNP算法提取核心路徑示例圖

圖4：2000年-2014年智能物流核心專利引用網絡圖

第三步：用Pajek軟件內置的SPNP算法提取核心專利，然后進行專利引文網絡的可視化輸出。該算法主要是依據節點對的數目進行篩選，計算公式如下：式中，表示鏈接上下游節點的有向邊，代表被專利引證的節點數，表示引證專利v的節點數。軟件以這個公式計算各個節點的SPNP值，正常情況下系統依據上述公式mainpath一次，如剩下的數據依然不可視，則需要手動調整閾值，如：當手動SPNP閾值取8時，軟件就會刪除SPNP值小于8的弱鏈接，保留引文網絡中SPNP大于或等于8的實心節點和它們之間的連線，如圖3。

3.核心專利演進路徑分析

將在數據庫里選取并下載好的全球智能物流技術專利的專利號（PN）和引用專利（CP）根據操作步驟一和二，得到如圖4所示的智能物流技術專利引用網絡圖。

因為專利數據繁雜，輸入時有16384個節點，29593條邊，根本無法辨別出核心專利，需再根據操作步驟三導入Pajek中進行SPNP算法處理。

在智能物流技術發展生命周期分析中，劃分了萌芽階段、波動增長階段和快速發展階段三個生命時期，但考慮到前兩個階段的專利公開量很少，分開研究的意義不大，所以下文將萌芽階段和波動增長階段合并為一個生命時期，即2000-2014年和2014-2018年兩個階段。經過算法處理去掉弱節點和弱鏈接后，得到如圖4、5兩個階段的核心專利引用網絡圖，表2、3為核心專利的技術主題釋義。

（1）本階段的核心專利引文網絡中有9個節點，除一件中國專利外其余八件專利都是美國專利，在全球所有國家專利公開量都很少的情況下，美國在此時是掌握核心專利技術、占主導地位的，通過對技術主題的釋義，這些專利都集中在電子信號的傳輸與接收、標簽跟蹤識別方法、關制造監視和控制數據系統上，而且從專利號上可以看出美國企業最早在2002年就開始進行這方面的研究和專利布局，而包括中國在內的其他國家此時的研發意識還很薄弱。

（2）本階段本階段的核心專利引文網絡中有7個節點，值得說明的是這7個節點是Pajek軟件自動mainpath一次的結果，足以說明這7個專利在引文網絡中連通作用的強大，整個專利引文網絡對這7個專利的依賴性最強。其次，這七個核心專利無一例外都是中國專利，畢竟自2014年以后中國專利公開量遙遙領先。通過對技術主題的釋義，這些專利都集中在基于物聯網的高效物流信息管理系統、基于射頻技術對電子標簽的跟蹤和識別，并且出現了明顯的應用領域，所以在此之后技術研發將會更加重視其市場前景。另外還可以通過末端分叉的專利分析未來技術研發方向。

圖5：2014年-2018年智能物流核心專利引用網絡圖

表2：2000年-2014年智能物流核心專利技術主題釋義

表3：2014年-2018年智能物流核心專利主題釋義

四、結 論

將技術發展生命周期融入到專利引文網絡可視化的構建過程中，利用大型網絡分析軟件Gephi和Pajek內置的SPNP算法提取核心專利路徑，并以此分析核心專利技術，再結合IPC分類號確定的熱點研發技術，本文對智能物流技術的發展有一定的借鑒意義，要點如下：

1.分析智能物流技術的專利申請公開量、技術生命周期、IPC分類號從整體上把握智能物流技術發展現狀及趨勢。全球智能物流技術發展已經進入全面發展的時期，且迅猛勢頭會持續保持，因此我國要重視在世界范圍內的專利布局。通過IPC分類號可以發現，即使在技術生命周期的不同階段，熱點技術領域的變化穩中有同，基本集中在在G06Q部類，即機械和裝備，智能物流技術發展核心領域始終是物流裝備和倉儲系統管理等一系列物流設備智能化研究。

2.我國企業正積極掌握智能物流核心技術，促使我國有望成為智能物流強國。從智能物流技術核心專利依賴程度越來越穩定來看，目前基于物聯網的高效物流信息管理系統、基于射頻技術對電子標簽的跟蹤和識別等技術已經進入穩步發展階段，通過進一步對物聯網、大數據、人工智能的應用，相關領域物流設備信息化、智能化管理以及智能倉儲的發展一定能取得更顯著的成效。

3.要提醒我國企業高度重視發達國家技術壟斷的野心，在14年之前，美國在核心專利上占領絕對的主導地位，對智能物流技術的研發程度和超前的敏銳度都明顯高于同期其他國家，但近幾年來卻放緩了專利申請的步伐，我認為并不是包括美日德在內的發達國家不再重視智能物流技術的研發，也許是他們在有意識的轉變專利申請思路，改重量為重質。企業只有真正擁有核心技術才能掌握主動權，壟斷市場，這是值得我國企業思考的。