基于IncoPat專利分析的苧麻機械化生產研發態勢

向偉, 馬蘭, 劉佳杰, 鄧欣, 龍超海, 文慶華, 劉淳劼, 呂江南

(中國農業科學院麻類研究所， 長沙 410205)

苧麻俗稱“中國草”，在我國有著近5 000年的悠久種植歷史。作為我國傳統的特色經濟作物，其種植面積和產量均分別占世界總種植面積和總產量的90%以上[1-2]。苧麻纖維作為一種優良的天然紡織纖維原料，因良好的吸濕、透氣、涼爽、散熱快、靜電少、防蟲防霉、適宜人體皮膚等功能，其纖維產品長期以來受到國際市場青睞[3]。苧麻除纖維用作紡織原料外，近年來，科研人員還開發苧麻麻葉、麻骨、短絨等副產物用于動物蛋白飼料、板材及可降解水稻機插育秧膜等，展現出良好的應用前景[4]。

苧麻雖然全身是“寶”，但苧麻的機械化收獲與纖維剝制卻十分困難[5]。據統計，目前苧麻的收剝(苧麻莖稈收獲與纖維剝制)作業占整個生產過程中用工量的3/5以上；苧麻每年可收獲3～4次，因其密植和纖維纏繞問題，苧麻機械收獲一直未取得突破性進展[6-7]；作為一種多年生韌皮纖維作物，收獲后的苧麻莖稈必需經過剝制加工獲得纖維才能供紡織企業使用，纖維收獲的用工量較大，由于缺乏適宜的高效苧麻剝麻機，大部分地區使用手工刮麻器和半自動剝麻機完成苧麻纖維的收獲[8-9]。苧麻生產機械化作業中存在著勞動強度大、工效低、收剝成本高及剝麻質量不穩定等諸多問題[10-11]。因此，為滿足苧麻生產的需求，解決目前苧麻生產上“收剝難”問題，生產中迫切需要研制出高效苧麻收獲和剝麻機械，提高機械使用率和自動化水平，有效提高生產效率和勞動舒適度，以促進苧麻生產的全程機械化作業，解決苧麻產業規模化發展的問題。

苧麻機械化生產涉及耕整地、種植、中耕管理、收獲、產后加工和社會服務等多個方面，其機械化水平的發展源自技術的進步，苧麻高效栽培機械、收獲機械、纖維剝制機械和產后加工機械等核心技術的演化和提升均以知識的擴散為基礎[12]。專利作為研究和應用知識擴散的重要載體之一[13-14]，如今，專利不僅影響企業的市場行為和利潤成本構成，還影響產業的競爭與合作態勢及技術研發策略和產業發展方向；系統的專利分析能夠揭示技術創新的演進脈絡和專利主題的創新概況，能系統了解產業的研發態勢[15-17]。為此，本研究從專利分析的角度，采用IncoPat科技創新服務平臺(簡稱“IncoPat”)檢索全球苧麻機械化生產技術領域相關專利，從發展態勢、地域、重點技術領域、專利創新機構與主要發明人等方面重點分析，通過可視化方法展示全球苧麻機械化的研發態勢，重點分析我國苧麻機械化生產的研發態勢，以期客觀準確地分析苧麻機械化領域的發展現狀與趨勢，為我國苧麻機械創新發展的專利布局和新技術開發提供基礎。

1 研究方法與數據來源

1.1 專利數據平臺及技術分解

本研究基于李壯等[18]、劉勤等[19]的研究方法，采用IncoPat檢索分析苧麻機械化生產技術領域相關的專利。本研究檢索的技術主題為“苧麻機械化生產”，為構建精準的主題檢索式，圍繞檢索主題完成表1所示的技術分解。

專利檢索的時間范圍設定為：1960年1月1日—2019年3月20日，結合檢索時間范圍和表1所示的技術分解表，采用IncoPat的高級檢索功能生成檢索式，并完成專利數據的初步檢索采集。

表1 苧麻機械化生產技術分解Table 1 Decomposition of ramie in mechanized production technology

1.2 數據統計與分析方法

通過檢索式檢索出相關專利共計5 664件，專利數據采集的原則是在以全為主的基礎上求精，為此需要對所有專利進行篩選、過濾和同族合并。主要采用IncoPat平臺的“篩選關鍵詞”、“IPC分類號”、“申請人”和“審查員”等功能分步對專利進行篩選過濾，以剔除非相關專利，進一步采用IncoPat平臺的“inpadoc同族合并”功能完成專利的同族合并。

苧麻機械化生產技術領域全球共申請相關專利997件，其中中國專利602項。有效專利421件，失效專利479件，審查中專利97件；專利申請數量超過2件的申請人總量達154位，專利申請數量超過5件的申請人總量達26位。一般情況下，專利從申請到公開需要時間1.5～3年[20]。因此，在數據分析中，2018年和2019年的專利數量等相關統計數據僅供參考。

IncoPat數據平臺的聚類分析基于語義算法，自動提取出專利的標題、摘要和權利要求中的關鍵詞，進一步根據語義相關度聚集出不同類別的主題(稱為“聚類技術主題”)，從而進行個性化的技術類別分析，為技術領域的統計分析提供支持[21]。

在數據分析方法方面，主要采用常見的可視化圖表分析方法進行定性分析和定量分析[20,22]，分析工具采用IncoPat平臺的“篩選關鍵詞”模塊、“高級分析”模塊和“聚類分析”模塊，并結合Origin 8.0 和Microsoft Excel 2007軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 發展趨勢

圖1顯示了苧麻機械化生產技術領域全球專利申請趨勢。從專利技術的發展過程分析，推斷出苧麻機械化生產技術發展歷程可分為4個階段：1970—1985年為技術孕育階段，該階段全球每年申請的專利均不到5件；1986—1999年為技術初步發展階段，該階段的專利數量有所上升，其中1987、1988和1989年這3年因苧麻生產大國(中國)的苧麻剝麻技術進入動力剝麻技術階段，其專利申報數量小幅度提高，從而使得這3年全球每年的專利數均超過10件，其余每年的專利數均接近10件；2000—2006年這7年為技術調整階段，該階段內每年的專利數存在一定波動，但總體呈現遞增趨勢，自2004年開始每年的專利數均超過20件；2007年至今為技術高速發展階段，該階段內每年的專利數整體呈現顯著遞增趨勢，自2012年后，全球每年的專利數量穩定超過50件，其專利數量峰值出現在2016年，高達84件。從苧麻機械化生產技術領域全球專利數排名前10的國家專利申請趨勢可以看出，從專利技術方面分析，中國引領全球苧麻機械化生產技術的發展，自2007年至今，中國的苧麻機械化生產技術領域專利申請量一直為全球第一，在苧麻機械化生產技術領域的調整階段和高速發展階段，中國的專利申請量整體呈現顯著遞增趨勢。進入21世紀，全球除中國、韓國和印度之外，其他國家在苧麻機械化生產領域的研究基本處于停滯狀態，苧麻機械化生產技術領域申報的相關專利數極少，其中瑞典、德國和比利時未申報相關專利，英國僅申報1件專利，美國、日本和法國僅分別申報3件、4件和2件專利；尤其是進入到2011年之后，全球僅中國、韓國和印度繼續開展苧麻機械化生產技術的研究。

2.2 地域分析

2.2.1全球地域分析 全球專利申請地域排名如表2所示。苧麻生產機械專利申請的發明人全部分布在15個國家。中國的發明人專利數量最多，達到602件；其次為韓國、美國、日本和德國等，其專利申請總數量分別為235件、82件、27件和11件等，其余國家的專利申請總數量均未超過10件。自2000年起，韓國每年的專利申請量基本穩定在10～20件之間，且近4年期間，韓國的專利申請數量呈現遞減趨勢，發展到2018年，韓國的專利申請數量降至0件。由此可見，目前，苧麻機械化生產技術的研發主要集中在中國。

中國共產黨黨內生活的基本準則是：“黨員個人服從黨的組織，少數服從多數，下級組織服從上級組織，全黨各個組織和全體黨員服從黨的全國代表大會和中央委員會。”中共七大以來的黨章都堅持了這些準則。

表2 全球專利申請地域排名Table 2 Region ranking of global patent application

2.2.2中國專利類型及省區排名 中國的申請人申報苧麻機械化生產技術領域相關專利中，發明專利申請294件，占比48.84%；發明專利授權92件，占比15.28%；實用新型專利212件，占比35.22%；外觀設計專利4件，占比0.66%。苧麻機械化生產技術領域的中國專利申請地區構成分析如圖2所示。專利申請主要集中在中國的中南部地區，專利申請數量排名前三的分別是湖北省、湖南省和四川省，其專利申請數量分別為158、130和77件，占全國專利總數量的比例分別為26.25%、21.59%和12.79%；其次是分布在中國南部、東部和東北部等地區的江蘇、江西和河南等18個省區；而在新疆、內蒙古、西藏、青海、吉林、海南和臺灣等地區并未申報相關專利。

2.3 重點技術領域

2.3.1技術分析 表3顯示了苧麻機械化生產技術領域相關專利的前10名IPC技術構成，結果表明，全球苧麻機械化生產技術集中分布在IPC分類中的D01B、D01C、D06M和A23L，其中每一類IPC分類中的專利數量均超過80件，重點集中在D01B(苧麻纖維的機械化處理)分類中，其專利申請數量為152件，占比高達23.38%；隨著苧麻作為青貯飼料的發展[23]，IPC分類中的A01D和A01G，其專利申請數量占比分別為8.77%和7.54%，在專利總數量中的占比均超過5%。IPC分類統計結果表明，苧麻機械化生產發展的關鍵技術為苧麻纖維的剝制、機械處理以及苧麻收獲機械和種植機械。

表3 苧麻生產機械專利IPC技術構成Table 3 IPC technology composition of patent about ramie production machinery

圖3為苧麻機械化生產領域近20年的技術申請趨勢圖，結果表明，近20年苧麻生產機械關鍵技術集中在D01B和D01C，即苧麻纖維的剝制和處理；隨著科研人員開發苧麻麻葉、麻骨、短絨等副產物用于動物蛋白飼料、板材及可降解水稻機插育秧膜等，苧麻呈現多用途發展，A23L分類中的專利數量呈現增加趨勢，而在D06M方面的專利申請量數量較少；近幾年A01D和A01G這2類技術(苧麻的機械化收獲和機械化種植)逐步成為研究熱點，且隨著苧麻作為青貯飼料原料技術的發展，A01D技術的發展呈現高亮趨勢。

2.3.2國民經濟分析 如圖4所示，苧麻生產機械技術領域在國民經濟分類中主要分為3門類(C.制造業，A.農、林、牧、漁業，D.電力、熱力、燃氣及水生產和供應業)和10大類，專利技術主要集中在C門類(共計專利741項，占比高達92.97%)；在A、D門類中專利數量和占比非常少，其專利數分別為38項和18項，占總專利數量的比例分別為4.77%和2.26%。在國民經濟大類的劃分中，苧麻生產機械技術的專利主要集中在C17(紡織業)、C35(專用設備制造業)、C14(食品制造業)和C26(化學原料和化學制品制造業)中，其占專利總數量的百分比分別達到39.77%、18.7%、9.91%和9.16%；在C34(通用設備制造業)和C27(醫藥制造業)中的占比超過5%，所占百分比分別達到6.15%和5.14%；在A01(農業)、D46(水的生產和供應業)、C18(紡織服裝、服飾業)和C15(酒、飲料和精制茶制造業)中的占比則比較少，所占百分比分別為4.77%、2.26%、2.13%和2.01%。結果表明，苧麻核心用途仍是剝制纖維以用于紡織行業，隨著技術的發展，苧麻的用途也拓展到食品業和化工業。

2.3.3聚類分析 圖5所示為苧麻機械化生產技術領域的申請人和發明人技術主題聚類分析氣泡圖，IncoPat數據平臺的聚類分析得出的聚類技術主題分別是脫麻、分纖水洗、脫膠工藝、波繞組和紡織材料5方面。專利申請量排名前10的申請人聚類技術主題分析結果表明，苧麻機械化生產領域的研究集中在脫麻技術，在該聚類技術主題下前10名的申請人申報的專利高達74件，尤其是中國農業科學院麻類研究所在脫麻聚類技術主題中申報專利達24件；其次在紡織材料、脫膠工藝和波繞組等3個聚類技術主題，這3個聚類技術主題中申報的專利分別為46、36和27件；而在紡織材料聚類技術主題僅3件專利。專利申請量排名前8的發明人聚類技術主題分析結果表明，發明人前8名的專利主要集中在脫麻和紡織材料聚類技術主題，在這2個聚類技術主題申報的專利分別達到119和51件，在苧麻機械化生產領域專利總數量中占比分別高達63.6%和27.3%；極少一部分涉及脫膠工藝，該聚類技術主題涉及的相關專利僅17件；在波繞組和分纖水洗聚類技術主題并未涉及。

2.4 創新機構與主要發明人

2.4.1申請人分析 中國有近60余家機構在苧麻機械化生產技術領域申請了專利，其申請人類型構成分為：企業219件(占比35.21%)，大專院校151件(占比24.28%)，個人127件(占比20.42%)，科研單位119件(占比19.13%)，機關團體6件(占比0.96%)。圖6顯示了排名前11的申請人專利申報情況，其中有9家研究機構和2家企業，排名前三的申請人機構分別為中國農業科學院麻類研究所、武漢紡織大學和四川玉竹麻業有限公司，其申報苧麻機械化生產技術領域相關專利分別為46、44和24件。

2.4.2申請人、發明人技術構成 從圖7可以看出，苧麻機械化生產技術領域專利申報排名前10的申請人和發明人的主要技術構成分布在D01B、D01C、A01D和A01G，苧麻生產機械專利申報排名前10的申請人和發明人其研究重點集中在苧麻纖維的機械化剝制處理和苧麻種植、收獲機械的研發。申請人排名第2、3的武漢紡織大學和四川玉竹麻業有限公司的研發重點為苧麻纖維的機械化剝制處理，排名第8、9的湖南農業大學和華中農業大學的研發重點為苧麻種植和收獲機械。排名前十(第9名除外)的發明人其研究重點主要集中在D01B和D01C，即苧麻纖維的機械化剝制處理，但也同時涉及A01D和A01G，即苧麻種植、收獲機械的研發；排名第9的發明人張小祝僅開展苧麻纖維的后期處理研究。

申請人和發明人技術構成綜合分析結果表明，苧麻纖維剝制處理和苧麻機械化種植、收獲為苧麻生產機械技術領域的重點和熱點。

2.4.3申請人專利價值 IncoPat通過合享價值度綜合評價專利價值，合享價值度基于合享新創自主研發的專利價值模型實現，該專利價值模型融合了專利分析行業內常規的技術指標(如技術先進性、技術穩定性、保護范圍層面等20多個指標)，并通過設定指標權重、計算順序參數，實現對每件專利的專利強度自動評價，合享價值度從低到高依次為1～10分[24]。表4顯示了苧麻機械化生產技術領域專利申請量排名前10的申請人專利合享價值度。由專利合享價值度分析得出，上述申請人中申請的專利其專利合享價值度大部分都超過4分，而武漢紡織大學和湖南農業大學因為專利合享價值度5分的專利數量分別為15項和7項，因而其專利合享價值度超過5分的占比分別僅為47.73%和38.46%，而其他8位申請人的專利合享價值度超過5分的占比均超過53.33%，中國農業科學院麻類研究所、四川玉竹麻業有限公司、武漢科技學院和華中農業大學其專利合享價值度超過5分的占比分別高達76.09%、70.83%、78.57%和81.82%；華中農業大學、武漢科技學院、中國農業科學院麻類研究所、四川玉竹麻業有限公司和咸寧職業技術學院這5位申請人的專利合享價值度超過6分的占比均超過50%；華中農業大學和武漢科技學院的專利合享價值度超過7分的占比仍分別高達63.64%和50%。結果表明，苧麻機械化生產技術領域雖然專利申請總數量不多，申請人數量較少，但從事苧麻生產機械研究的申請人申報的相關專利，其專利的綜合合享價值度較高。

表4 主要申請人專利合享價值度分布Table 4 Distribution of Patent sharing value of the principal applicant

3 討論及建議

3.1 苧麻機械化生產技術領域知識產權發展

在短短的幾十年內，苧麻機械化生產技術領域經歷了從技術孕育階段、技術初步發展階段、技術調整階段到現如今的高速發展階段，盡管植物天然纖維產業受化學纖維的沖擊，提供植物纖維的苧麻行業存在一定程度的萎縮；但隨著經濟的發展、消費水平的提高和生產技術的發展，人們對天然纖維成品的需求日益提高，且苧麻呈現多用途發展，苧麻機械化生產技術處于高速發展時期。文中數據分析結果表明，自2012年后，全球每年的專利數量穩定超過50件，其專利量峰值出現在2016年，高達84件。專利申請分析結果表明，目前苧麻生產機械技術的研發主要集中在中國，苧麻在國際上俗稱“中國草”名副其實。中國在苧麻機械化生產領域專利申請主要集中在中南部地區的湖北省、湖南省和四川省，3個省的專利數量占該技術領域全國專利總量的60.6%。

IPC代碼統計分析結果表明，全球苧麻生產機械技術集中分布在D01B、D01C、D06M和A23L中，重點集中在D01B，其專利申請量高達專利總數量的23.38%；近幾年A01D和A01G這2類技術(苧麻的機械化收獲和機械化種植)逐步成為研究熱點，且隨著苧麻作為青貯飼料原料技術的發展，A01D技術的發展呈現高亮趨勢；苧麻生產機械的關鍵技術主要為苧麻纖維的剝制、苧麻纖維的精加工、苧麻收獲機械和苧麻種植機械。在國民經濟大類的劃分中，苧麻生產機械技術的專利主要集中在C17、C35、C14和C26中，其占專利總數量的百分比分別達到39.77%、18.7%、9.91%和9.16%。

技術聚類分析中，專利申請數量排名前10的申請人技術主題分析結果表明，苧麻生產機械的研究集中在脫麻技術，其次聚集在紡織材料、脫膠工藝和波繞組3個聚類技術主題，而在紡織材料聚類技術主題申報專利較少；專利申請量排名前8的發明人技術主題分析結果表明，主要集中在脫麻和紡織材料聚類技術主題，極少一部分涉及脫膠工藝，在波繞組和分纖水洗聚類技術主題并未涉及。

3.2 知識產權發展對科研的促進作用

我國苧麻機械化生產技術已經取得長足的進步，并處于高速發展時期，相關專利技術的申請主要集中在脫麻、紡織材料和脫膠工藝等方面，苧麻的機械化種植與收獲已儼然成為發展熱點，但申報的專利總體數量仍較少；且專利申請人、發明人的技術分類特點過于集中，導致大部分專利掌握在少數申請人手中。苧麻機械化生產技術領域的高合享價值度專利占比不高，聯合申報的專利數量和轉讓專利的數量均較少；因而我國的苧麻機械化生產發展情況很大程度上取決于行業內為數不多的科研院所、高校和企業。

隨著科技的發展和社會經濟的進步，專利已經滲透到世界經濟各個方面，專利不僅影響著企業的利潤成本構成和市場行為，也影響著科研院所和高校的科研方向；不僅影響著技術研發策略和技術領域的發展方向，也影響著產業的競爭及合作態勢，進一步影響產業的生態系統構成。因此，通過專利知識產權的申報和保護提升企業的核心競爭力，加強高校和科研院所的成果轉化能力，進一步增強專利融入經濟發展的能力[20]。基于我國苧麻機械化生產技術領域專利情況分析，結合專利的影響力和對產業發展的促進作用，提出以下幾點展望。

①堅持政府的政策扶持與戰略引導。加強財務稅收政策的支持力度，加強專利分析預警工作，政府牽頭并組織科技信息服務機構提供各技術領域專利預警服務，為相關企業、科研院所和高校等創新機構的產品研發、生產等保航護駕。

②提高企業和科研人員的知識產權意識。引進吸收先進技術的同時，不斷加強自主研發創新能力，完善技術創新體系，積極開發具備可持續發展的核心技術與前瞻性技術，形成一批具備“產、學、研”高效結合的自主研發的知識產權；培育一批優勢創新團體，創新申報高價值專利和前沿技術領域的系統專利組合。

③構建專題專利數據庫，及時關注研究技術領域專利申報及專利布局情況。鼓勵企業和科研團隊依托知識產權服務機構的深度指導，加強對市場需求和產業發展態勢的相關信息的收集與分析，提高專利挖掘、專利布局和專利成果的保護能力；鼓勵企業和科研團隊根據自身需求建立技術領域專利數據庫，及時更新在研技術領域的國內外專利數據和信息，有效規避重復的科研工作與生產，有效促進創新設計和科研的發展。

④充分利用好科研院所和高校的研發資源與服務資源，加強企業、高校和科研院所間的合作與協同創新，取得關鍵技術上的重大突破；加強科研院所和高校等創新機構的科研成果與專利產權的管理與宣傳，重點支持成果轉化，通過專利的授權、轉讓和技術指導等模式，將科研院所與高校的成熟技術快速轉換為生產應用成果。

3.3 中國苧麻機械化生產的發展思考

聚類分析結果表明，苧麻生產機械的研究主要聚焦在脫麻技術，其次集中在紡織材料、脫膠工藝等聚類技術主題，而在波繞組和分纖水洗等聚類技術領域申報專利則比較分散。申請人和發明人技術構成分析結果表明，苧麻纖維剝制處理和苧麻機械化種植、收獲為苧麻生產機械技術領域的重點和熱點。本研究基于苧麻機械化生產技術專利分析基礎，結合現階段苧麻機械化生產技術發展現狀，提出以下幾點展望。

①展開苧麻種植農機農藝融合與綠色生產技術研究，研發苧麻播種、移栽、中耕、施肥等種植和田間管理機械，重點突破苧麻機械化種植(移栽)技術，提出苧麻生產農機農藝融合的機械化作業模式，建立滿足機械化種植、收獲與纖維剝制作業需求的標準化苧麻綠色生產模式，解決苧麻種植農機農藝尚未匹配的關鍵問題。

②與苧麻種植模式相配套，加強適應南方苧麻農田的機械化收獲技術與裝備的研發，研究出作業高效、適應性強的苧麻莖稈收獲機械；加強苧麻纖維、麻葉、麻骨等一次性自動分離的關鍵技術研究，重點突破苧麻纖維全自動剝制，實現苧麻全自動化輕簡剝麻裝備的創新與示范；進一步開展苧麻纖維收剝一體化作業技術研究，突破苧麻莖稈收獲、苧麻纖維剝制的一機一體化田間作業技術。

③開展青貯苧麻收獲、切碎關鍵技術與裝備研究，研制苧麻青貯飼料收獲機，實現苧麻青貯自動化收獲技術的創新與示范，促進農民種植苧麻的積極性，有效緩解“人畜爭糧”的壓力。加強纖維用苧麻莖稈的麻骨、麻葉等附屬物的粉碎、壓縮成型和制漿等技術和裝備的研究，有效提高苧麻莖稈的綜合利用。

④加強苧麻纖維脫膠技術的研究，開展物理性苧麻纖維脫膠技術與裝備的創新性研究，降低化學脫膠的使用率；進一步完善苧麻纖維生物脫膠和分纖水洗的工藝技術，有效提高苧麻纖維的產量和質量，進一步緩解環境污染，完善生態環境的保護。