面向煤機(jī)裝備領(lǐng)域?qū)＠治黾鞍l(fā)展趨勢研究

孫銘蔚，趙 曦，王 斌，方寬福，夏 青

（中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司，北京 100044）

0 引言

目前，在國內(nèi)能源產(chǎn)業(yè)格局中，產(chǎn)生碳排放的化石能源占能源消耗總量的84%，而不產(chǎn)生碳排放的清潔能源僅占能源消耗總量的16%。其中煤炭產(chǎn)業(yè)作為我國基礎(chǔ)能源占據(jù)重要地位，煤電正從主體能源向基礎(chǔ)性和調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。在一定時期內(nèi)，煤炭依然是我國的主體能源、支柱能源，煤炭行業(yè)擔(dān)負(fù)著國家能源安全的兜底保障作用。煤機(jī)與煤炭行業(yè)伴生發(fā)展，煤機(jī)市場已由快速增長轉(zhuǎn)向為穩(wěn)中有增。近年來，煤礦機(jī)械朝著高端化、智能化、綠色化、綜合化的方向發(fā)展，煤機(jī)維修、備品配件、全壽命周期服務(wù)市場以及新一代智能裝備升級、數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)研制為煤機(jī)裝備的發(fā)展提供廣闊空間。

本文基于全球視野下的煤機(jī)裝備專利信息，側(cè)重采煤機(jī)領(lǐng)域?qū)＠治觯瑥膶＠暯敲魑擅簷C(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢，為煤機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

1 國內(nèi)煤機(jī)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)報告[1]相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在“十三五”期間，如圖1所示，國內(nèi)煤機(jī)市場規(guī)模年均增長12.9%。由于快速掘進(jìn)裝備、掘錨一體機(jī)等智能化煤礦建設(shè)重點(diǎn)發(fā)展的裝備大量應(yīng)用，2019年、2020年掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)量相對其他產(chǎn)品快速增長。采煤機(jī)產(chǎn)量逐年遞增，實現(xiàn)穩(wěn)中有增。

圖1 2012—2020年我國煤機(jī)行業(yè)市場規(guī)模情況

《煤炭工業(yè)“十四五”高質(zhì)量發(fā)展指導(dǎo)意見》[2]指出，到“十四五”末煤礦數(shù)量繼續(xù)優(yōu)化，高端智能煤機(jī)需求將不斷加大，如圖2所示，全國煤礦控制在4000處左右，大型現(xiàn)代化煤礦產(chǎn)能比重大幅提高，其中國內(nèi)煤炭產(chǎn)量達(dá)到41億t左右，全國建成智能化生產(chǎn)煤礦1000處，建成千萬噸級礦井65處。《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》[3]指出，到2025年大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實現(xiàn)智能化，到2035年各類煤礦基本實現(xiàn)智能化。煤炭高效開采、礦井減人/無人化需求和智慧礦山建設(shè)步伐明顯加速。在未來一二十年內(nèi)，無論是新建智能化工作面，還是現(xiàn)有項目智能化改造，空間均很可觀，高端智能煤機(jī)裝備的需求將不斷加大。

圖2 2017—2020年煤機(jī)行業(yè)主要產(chǎn)品產(chǎn)量

2 國內(nèi)采煤機(jī)裝備領(lǐng)域?qū)＠治?/h2>

2.1 采煤機(jī)專利申請趨勢分析

2002—2020年中國和全球采煤機(jī)領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔萑鐖D3所示，進(jìn)入21世紀(jì)后，中國和全球采煤機(jī)領(lǐng)域相關(guān)專利申請呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，在經(jīng)過快速發(fā)展之后，受煤機(jī)行業(yè)需求增速回落的影響，我國采煤機(jī)產(chǎn)量有所下降，從2012年的1600臺下降至2015年525臺，降幅達(dá)67%，與采煤機(jī)相關(guān)的申請專利熱情也有所回落。《煤炭工業(yè)“十三五”規(guī)劃》出臺以后，作為煤炭行業(yè)的裝備支撐，煤機(jī)產(chǎn)品在新增煤炭產(chǎn)能、煤礦企業(yè)整合拉動的機(jī)械化程度提高、現(xiàn)有煤炭機(jī)械設(shè)備更新替代等有利因素的帶動下，采煤機(jī)需求有所增長，專利申請數(shù)量也快速增加。尤其是2019年申請量達(dá)到了高峰期，中國申請量超過了2800件，全球申請量超過了3200件。2020年開始，伴隨高質(zhì)量發(fā)展和綠色低碳轉(zhuǎn)型，采煤機(jī)專利申請數(shù)量有所下降。從專利申請趨勢可以發(fā)現(xiàn)，中國的采煤機(jī)行業(yè)雖然起步較晚，早期發(fā)展較慢，但隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速和煤炭開采量的不斷增加，對煤炭開采的自動化程度和開采效率的要求也越來越高，這在很大程度上激發(fā)了企業(yè)和科研單位的技術(shù)研發(fā)熱情。

圖3 采煤機(jī)專利申請趨勢圖（2002—2020年）

同時，專利申請量的大幅增加，在一定程度上也反映了中國在采煤機(jī)領(lǐng)域的研發(fā)能力和市場競爭力得到了很大的提升。如圖4所示，我國采煤機(jī)領(lǐng)域發(fā)明專利占比40.22%、實用新型占比59.32%、外觀設(shè)計占比0.46%。如圖5所示，全球發(fā)明專利占比68.73%、實用新型占比31.02%、外觀設(shè)計占比0.25%。全球發(fā)明專利占比遠(yuǎn)超過中國的該占比，這一方面反映出申請人希望通過實用新型專利制度，相對快速地獲得專利權(quán)，以便盡快投入生產(chǎn)使用，快速占據(jù)市場的意圖；另一方面也說明中國在采煤機(jī)領(lǐng)域的專利質(zhì)量和技術(shù)水平與世界其他國家仍存在較大的差距，更適于申請實用新型專利。

圖4 中國采煤機(jī)專利申請的類型

圖5 全球采煤機(jī)專利申請的類型

2.2 全球?qū)＠暾埩糠治?/h3>

根據(jù)圖6顯示數(shù)據(jù)，中國是采煤機(jī)領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量最多的國家，達(dá)20964件，是第二名美國的4倍，是第三名德國的22倍，遠(yuǎn)大于前十名中其他九名專利申請量之和。近幾年國內(nèi)來越來越重視采煤機(jī)領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)成果的保護(hù)，但申請數(shù)量上的巨大差距，并不能真實反映中國和外國的技術(shù)研發(fā)能力以及行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。如前所述，中國的專利申請絕大部分為實用新型專利，而國外申請人大部分為發(fā)明專利，在專利質(zhì)量和技術(shù)含量上仍存在較大差距。

圖6 全球采煤機(jī)領(lǐng)域?qū)＠暾埩颗琶?/p>

2.3 主要申請人

采煤機(jī)領(lǐng)域申請量排名前10的申請人，其累計申請量約占全部采煤機(jī)專利申請量的16%。中國采煤機(jī)相關(guān)專利主要申請人排名如圖7所示。其中中國礦業(yè)大學(xué)以其學(xué)科優(yōu)勢和特點(diǎn)，成為該領(lǐng)域申請量最多的申請人，達(dá)到了913件，遠(yuǎn)多于其他申請人；排名第二、第三的三一重型裝備有限公司和天地上海采掘裝備科技有限公司分別達(dá)到565件和385件。三一重型裝備有限公司憑借其研發(fā)能力和對知識產(chǎn)權(quán)的重視，已逐步成為該領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。

圖7 中國采煤機(jī)領(lǐng)域?qū)＠暾埲伺琶?/p>

全球采煤機(jī)相關(guān)專利主要申請人排名如圖8所示。由圖1-8可以看出，中國礦業(yè)大學(xué)不僅是中國專利申請量最多的專利權(quán)人，同時也是全球申請量最多的專利權(quán)人。排名前十的申請人中，中國的企業(yè)和高校占了6名。但是通過對最能體現(xiàn)研發(fā)和創(chuàng)新能力的發(fā)明專利占比進(jìn)行分析，能反映出，即使是中國的龍頭企業(yè)和知名高校，核心技術(shù)和關(guān)鍵創(chuàng)新能力仍有較大的提升空間。這與行業(yè)現(xiàn)狀也是相符的，與GOODMAN公司、SULLIVAN公司、JOY公司等國外企業(yè)相比，國內(nèi)企業(yè)還存在較大的差距。

圖8 全球采煤機(jī)領(lǐng)域?qū)＠暾埲伺琶?/p>

2.4 重要技術(shù)領(lǐng)域主要申請人分布

從專利技術(shù)領(lǐng)域分布能夠體現(xiàn)出各個公司的主導(dǎo)技術(shù)與核心產(chǎn)品方向。由圖9可以看出，掏槽或使礦物完全落離礦層的機(jī)器的零部件或附件（分類號：E21C35）是專利主要申請人技術(shù)較為集中的領(lǐng)域，其中天地科技股份有限公司、三一重型裝備有限公司和天地上海采掘裝備科技有限公司三個申請人在該領(lǐng)域申請的專利數(shù)量最多，在該領(lǐng)域的技術(shù)實力較強(qiáng)。

圖9 中國采煤機(jī)重要技術(shù)領(lǐng)域主要申請人分布

全球采煤機(jī)重要技術(shù)領(lǐng)域主要申請人分布如圖10所示，圖10中顯示掏槽或使礦物完全落離礦層的機(jī)器的零部件或附件（分類號：E21C35）是專利主要申請人技術(shù)較為集中的領(lǐng)域，中國主要專利申請人同樣也在該領(lǐng)域申請的專利數(shù)量較多。這說明全球技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)方向是基本一致的。

圖10 全球采煤機(jī)重要技術(shù)領(lǐng)域主要申請人分布

2.5 專利地圖

專利地圖是該領(lǐng)域的技術(shù)布局可視化表現(xiàn)形式，高峰代表了技術(shù)聚焦的領(lǐng)域，低谷則意味著技術(shù)盲點(diǎn)（潛在的機(jī)會或者待開拓的領(lǐng)域）。中國采煤機(jī)領(lǐng)域的專利地圖如圖11所示，可以直觀看出中國采煤機(jī)領(lǐng)域技術(shù)聚集在噴霧裝置、除塵設(shè)備、綜采支架等方面，而在煤巖識別、機(jī)器視覺等方面則是技術(shù)分布較少的領(lǐng)域。

圖11 中國采煤機(jī)專利地圖

而通過圖12全球采煤機(jī)領(lǐng)域的專利地圖可得，全球采煤機(jī)領(lǐng)域技術(shù)聚焦在開采方法、煤柱、施工方法、除塵系統(tǒng)等方面，而在齒座、行走輪、刀頭等方面是專利分布較少的領(lǐng)域。

圖12 全球采煤機(jī)專利地圖

2.6 高價值專利分析

表1是中國采煤機(jī)領(lǐng)域高價值專利排名前10的專利。表2全球采煤機(jī)領(lǐng)域高價值專利排名前10的專利。從表1、表2統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國采煤機(jī)領(lǐng)域高價值專利排名前10位的申請人均是外國企業(yè)，其中久益集團(tuán)占比最高達(dá)70%，但沒有一家中國企業(yè)或高校，說明中國缺乏高價值專利。

表1 中國高價值專利Top10

表2 全球高價值專利Top10

2.7 高被引專利分析

表3是中國采煤機(jī)領(lǐng)域高被引專利排名前10的專利，表4是全球采煤機(jī)領(lǐng)域高被引專利排名前10的專利。從表中數(shù)據(jù)得出，全球最高被引專利的被引用數(shù)量是中國的27倍，中國的專利被引用數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全球高被引專利的被引用數(shù)量，說明中國專利在技術(shù)性、創(chuàng)新性方面還是落后于世界其他國家。

表3 中國高被引專利Top10

表4 全球高被引專利Top10

3 結(jié)束語

基于以上相關(guān)數(shù)據(jù)分析，對國內(nèi)采煤機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)提出如下三點(diǎn)發(fā)展建議：

建議采煤機(jī)企業(yè)加大科研投入。中國是目前最大的專利申請地，但國內(nèi)專利申請絕大部分為實用新型專利，而國外申請大部分為發(fā)明專利。說明我國專利質(zhì)量明顯低于國外，我國采煤機(jī)領(lǐng)域整體科研水平與國外相比較為薄弱，采煤機(jī)企業(yè)尚未形成對專利技術(shù)的整體布局。建議采煤機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)提高研發(fā)創(chuàng)新能力，掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，獲得高質(zhì)量專利，提升企業(yè)競爭力。

建議建立產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟。中國礦業(yè)大學(xué)不僅是中國專利申請量最多的專利權(quán)人，同時也是全球申請量最多的專利權(quán)人，說明我國礦業(yè)類高校具有科技創(chuàng)新先發(fā)優(yōu)勢。建議采煤機(jī)企業(yè)加強(qiáng)與中國礦業(yè)大學(xué)等礦業(yè)類龍頭高校合作，成立聯(lián)合開發(fā)、優(yōu)勢互補(bǔ)、成果共享、風(fēng)險共擔(dān)的制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。合作建立重點(diǎn)工程實驗室、工程技術(shù)研究中心、研發(fā)機(jī)構(gòu)和中試、推廣基地，針對共性、關(guān)鍵性、前沿性的技術(shù)共同研究開發(fā)，促進(jìn)科技與產(chǎn)業(yè)深度融合，形成產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新體系。

建議加強(qiáng)智能開采技術(shù)裝備研究。我國相比國外在機(jī)器視覺等領(lǐng)域?qū)＠季州^少，煤機(jī)裝備智能化水平有待提高，建議企業(yè)重點(diǎn)突破采煤機(jī)與監(jiān)測、控制等多模型耦合決策、設(shè)備生命周期管理、智能體群體協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)工作面顯示與信息傳輸系統(tǒng)，突破全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，提高裝備自動化智能化水平。