船舶橫搖減少裝置專利技術綜述

章渝　李創蘭

摘? 要：本文采用CNABS和DWPI為主要檢索數據庫，通過對船舶橫搖減少裝置領域相關專利技術的專利文獻進行收集、標引和梳理，對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區域布局、主要申請人等情況進行分析，并提取出橫搖減少裝置三級分支下的主要技術主題，并對其發展脈絡進行了研究，以期為創新主體培育相關高價值專利提供啟示。

關鍵詞：橫搖減少裝置;;統計分析;高價值專利

1 概述

艦船為具有六個自由度的水面結構物，由于受到環境因素的擾動，將會在航行過程中產生或大或小的晃動及位移，這些環境擾動因素主要包括風、浪、流等[1]。隨著精密儀器的搭載、船艇舒適度要求的不斷提高，如何減少船舶在航行過程中的搖蕩變得尤為重要。由于船舶的特殊形狀，橫搖是所有搖蕩運動中最嚴重的。劇烈的橫搖運動可以導致船舶側翻，船上的建筑物、設備等損壞，引起甲板浸水，引起船上人員暈船等。可見，橫搖減少裝置的發展是十分必要的。結合其穩定力的實施方式，橫搖減少裝置主要分為重力式、流體動力式、陀螺力式[2]。本文采用CNABS和DWPI為主要檢索數據庫，通過對船舶橫搖減少裝置領域相關專利技術的專利文獻進行收集、標引和梳理，對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區域布局、主要申請人等情況進行分析，并提取出橫搖減少裝置三級分支下的主要技術主題，并對其發展脈絡進行了研究。

2 全球市場專利申請情況

2.1 申請趨勢分析

通過對全球范圍各時間段內的專利申請進行統計得到圖1，圖1中顯示了全球市場范圍內船舶橫搖減少裝置的專利申請量隨年份的變化趨勢。通過對該圖顯示的統計情況進行分析，以期對船舶橫搖減少裝置領域的專利申請的發展歷程、申請熱度進行初步總體掌握。

根據上圖的顯示情況可以看出，船舶橫搖減少裝置的專利申請大致經歷了三個主要階段：

第一階段（1945年-1975年）為船舶橫搖減少技術的發展初期，這一階段的專利申請的年申請量較少，但總體呈現出增長的趨勢，到70年代初期，年申請量達到50件左右。該階段的船舶橫搖減少技術發展比較單一，主要集中在原理簡單的分支。該階段的減搖裝置結構簡單、適用范圍較窄，對許多復雜的流體動力性能還沒有比較清楚的認識;

第二階段（1975年-2005年）年申請量保持在50-100件之間，這一階段的專利年申請量比較穩定，沒有大的波動。船舶橫搖減少技術的各個分支均出現了少量申請。該階段的申請開始著重對減搖裝置力學性能開始了研究，也開始發展出現控制方面的研究。

第三階段（2005年-至今）2005年左右船舶橫搖減少技術的專利申請量逐步上升，年專利申請量激增至100件到150件之間。2010至2015年間迎來了一次大的爆發，突破150件，該次專利申請大爆發至今，該領域的年專利申請量始終保持一個較高的水平。經過時代的發展，這一階段的專利申請主要集中在了幾個船舶橫搖減少技術的重要分支上。且隨著計算機、控制技術等的大發展，這一時期的船舶橫搖減少技術也呈現出了聯合控制、自動化、精確化的趨勢。

2.2 區域布局分析

本文采用專利申請的優先權國代表技術原創國，對相關的專利申請數據進行了統計分析，得到了其分布情況（圖2）。通過該圖的顯示可以看到船舶減搖技術主要集中在日本、中國、美國、韓國。這四個國家是船舶領域公認的造船大國。其中日本的申請量占到申請總量的22%，而中國也有較重的申請份額（19%）。而歐洲方面船舶橫搖減少技術的專利申請主要集中在早期。我國是傳統造船大國，關于船舶橫搖減少技術從70年代開始就有了較為系統的研究。90年代后期開始，由于市場的需求，我國對于船舶橫搖減少技術也逐漸加大了研究力度，從造船大國向造船強國轉變。

2.3 重點申請人

圖3為船舶橫搖減少裝置全球專利申請的主要申請人及申請量分布情況統計。通過分析可以看出，船舶橫搖減少技術領域排名前八的申請人主要集中在中、日、韓等造船大國。且排名靠前的主要集中在日、韓的部分大型造船企業，如日本的三菱重工、IHI株式會社，韓國的三星重工、現代重工、大宇造船等。其中三菱重工和三星重工這兩個知名企業占據了最重的分量。此外，從總量上來看，排名前八的重點申請人的申請總量在整個船舶橫搖減少裝置中占的比例較少，說明船舶橫搖減少技術領域的申請人相對比較分散，而這一部分較為分散的申請很大一部分集中在歐洲、美國的早期申請。針對我國，分析我國的重點專利申請人可以看出，我國關于船舶減搖技術的研究主要集中在高校，而我國造船企業多以生產、建造為主，針對船舶減搖技術的自主研發能力較低，技術的發展多依賴高校的科研成果。

2.4 技術專題分析

通過對船舶橫搖減少裝置領域相關專利技術的專利文獻進行收集、標引和梳理，并結合非專利庫中相關學術研究對船舶橫搖減少裝置涉及的技術進行了分類細化，建立了船舶橫搖減少裝置技術分解，見圖4

圖5中顯示了船舶減搖裝置領域一級分支下的申請量分布情況。其中，流體動力式（3608項）比重最高占到了58%，重力式（2260項）其次，占36%。可以看出利用產生的流體動力來減少船舶橫搖的技術發展較好。而陀螺力式減搖裝置的原理單一，發展也相對停滯。

圖6顯示了船舶橫搖減少裝置領域各二級技術分支的申請量份額情況，從圖中可以很直觀地看出，減搖附體的申請量份額占有最重的比例（3296項）。減搖水艙（1547項）和重物減搖（713項）其次，陀螺儀減搖（353項）和推進器減搖（311項）申請量都較少，比重相當。通過具體量化分析可以發現，排名第一的減搖附體的申請量占到了整個二級分支總量的52.9%，從申請數量上就奠定了減搖附體在整個船舶減搖裝置發展中的重要地位。

3 船舶減搖鰭的發展

3.1 減搖浮體各分支申請

減搖附體在整個二級分支中占有很高的份額。船舶附體利用在船舶型線外的附加部件在流體介質產生阻尼、穩定力/穩定力矩、等流體動力，從而達到減小橫搖的目的。減搖附體以其結構簡單、體積小、應用靈活等特點得到了很好的發展。減搖附體主要具有減搖鰭、舭龍骨、舵減搖等分支。而其中減搖鰭在各個時間段的申請量均高于其余兩種減搖裝置，在減搖附體的發展中占有絕對的主導地位。在發展早期各分支的申請量相當，都相對較少。發展中后期減搖鰭迎來了申請量的爆發，申請量保持穩步增長。反觀舭龍骨和舵減搖的發展歷程，發展過程中申請量數量始終維持在較少數量，并無大的發展。從數量上來說，減搖鰭是整個減搖附體技術分支中的發展重點。從增長趨勢上來說減搖鰭也是減搖附體中最具發展勢頭的一個分支，具有較大的發展、挖掘潛力。

3.2 減搖鰭的發展脈絡

減搖鰭作為一種主動減搖附體，它是通過船體中兩舭伸出的一對機翼型葉片在水中產生升力，當船在風浪中橫搖時，左右兩側的鰭的升力形成復原力矩，用于抵抗風浪左右的力矩，從而減小船舶的橫搖運動[3]。 減搖鰭的主體結構主要為鰭葉和執行機構的構成方式。鰭葉用于產生水動力效果，執行機構完成鰭葉的運動，包含了鰭葉的繞軸轉動和可回收式鰭葉的回收。在減搖鰭的整個發展過程中，重點也主要集中在執行機構、鰭葉水動力性能提升這兩方面。圖7展示了減搖鰭的主要發展演進情況，其發展情況大致可以分成三個階段。

60-80年代，減搖鰭的執行機構經歷了革命性的變化。從早期的固定式向可收放式發展。這一轉變使得減搖鰭在靜水中的阻力大大減小，但同時也為執行機構的設計帶來了挑戰。該時期的減搖鰭的收放形式主要為沿著減搖鰭轉軸的軸線方向將鰭葉進行回收。而減搖鰭的水動力性能方面，70年代初期開始，人們逐漸開始意識到機翼形狀的鰭葉端部會產生渦流，并認識到其危害性。研究人員開始從機翼的結構形式、機翼表面的微處理發面著手改進其水動力性能。該時期減搖鰭處在技術改進的發展初期。

80-90年代后期，減搖鰭回收方式從軸向回收向折疊回收轉變。而針對減少渦流的研究的到了進一步的發展，專利申請中也涌現出了一批關于減少渦流革命性改進。該時期減搖鰭水動力性能研究的重點集中在從增加機翼拱度來提高機翼升力方面。

90年代后期開始，執行結構向著液壓控制的方向發展。這一時期開始，隨著海洋工程的發展，人們對減搖鰭的需求有了新的認識。傳統減搖鰭減搖機理產生于船舶航行中，航行的水流在具有一定角度的鰭面上產生作用力，且減搖的效果取決于船舶的航速。可見傳統減搖鰭的功能對于高航速有較大的依賴性，當航速較小或甚至為零的情況下，傳統減搖鰭并不能發揮作用。隨著海洋工程的發展，需要在零航速下作用的船舶越來越多，為了在風浪條件下完成海上定點作用，迫切需要進行零航速減搖。由于傳統減搖鰭在零航速條件下鰭上、下表面無壓力差，無法產生升力，因此針對零航速減搖鰭的研究主要集中在了減搖鰭的周期性振動產生升力，也就是變形減搖鰭上。

結語

通過對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區域布局、主要申請人等情況進行分析，可以看出，該領域主體的專利技術仍然掌握在中、美、日、韓等傳統造船大國手中。而與其他國家相比，我國關于船舶減搖技術的研究主要集中在高校。隨著精密儀器的搭載、船艇舒適度要求的不斷提高，減搖裝置的創新在現代造船市場中具有越來越重要的地位，在我國也具有很大的發展空間，船舶領域的各類創新主體應進一步加強專利保護意識，并進一步提升高價值專利占比，以促進我國船舶行業的大力發展。（第二作者對本文的貢獻與第一作者等同）

參考文獻：

[1]楊輝.船舶減搖方式介紹及發展趨勢[J].江蘇船舶，2007，24（04）：10-12.

[2]張杰薦.船舶減搖水艙測試系統設計及控制策略研究.內蒙古科技大學碩士學位論文，2015.

[3] 董美華等.船舶減搖技術研究進展. 濟南大學學報（自然科學版），2008， 22（02） ：183-188.

作者簡介：章渝（1988—），男，湖南邵陽人，知識產權師，工學碩士，國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心專利審查員;李創蘭（1988—），女，四川內江人，知識產權師，工學碩士，國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心專利審查員（等同第一作者）。