智能制造專利熱點技術(shù)競爭態(tài)勢研究＊

孫艷姣

（遼寧省重要技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)基地建設(shè)工程中心，遼寧 沈陽 110168）

智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理和服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[1]。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的蓬勃興起，制造業(yè)發(fā)展格局正在全面重塑，智能制造已成為制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢。目前我國正處于轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長動力的攻關(guān)期，智能制造技術(shù)的發(fā)展將為傳統(tǒng)制造業(yè)注入強勁動力，對于推動我國制造業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、建設(shè)制造強國具有十分重要的意義。

專利信息集技術(shù)、法律和經(jīng)濟信息于一體[2]，能夠體現(xiàn)出技術(shù)研發(fā)主體的研發(fā)策略和行為，以及技術(shù)發(fā)展的程度和趨勢。對專利信息進行分析可以幫助研發(fā)人員了解某領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)水平、發(fā)展趨勢和技術(shù)競爭態(tài)勢[3]，為該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)提供方向。本研究從專利信息的角度，以國家知識產(chǎn)權(quán)局知識產(chǎn)權(quán)出版社中國專利數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，對1985-2023 年的智能制造領(lǐng)域?qū)＠M行了檢索，檢索日期為2023 年3 月1 日。經(jīng)過清洗、篩選得到6 511 件相關(guān)專利作為本次研究的樣本數(shù)據(jù)，從技術(shù)發(fā)展總體趨勢、技術(shù)競爭區(qū)域、技術(shù)競爭重點領(lǐng)域、技術(shù)競爭主體等四個方面進行深入分析，以揭示智能制造專利技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀和競爭態(tài)勢，為促進國內(nèi)智能制造技術(shù)發(fā)展提供借鑒和參考。

1 專利技術(shù)發(fā)展總體趨勢分析

圖1 所示為智能制造領(lǐng)域?qū)＠暾垥r間分布情況，可以看出該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量近十年呈現(xiàn)快速增長趨勢。我國的智能制造研究起步較晚，在2002 年之前，該領(lǐng)域無專利申請；2003-2013年為該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展萌芽期，專利申請數(shù)量較少；2014-2019 年為該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展成長期，隨著《中國制造2025》《智能制造工程實施指南（2016—2020）》《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020 年）》《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》等一系列促進智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策措施的施行，相關(guān)專利申請數(shù)量急速增長，于2019 年達到小高峰；2020 年起該領(lǐng)域技術(shù)進入全面發(fā)展期，期間國家出臺了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，明確了智能制造未來五年的發(fā)展目標(biāo)和重點任務(wù)，啟動實施了科技創(chuàng)新2030-“新一代人工智能”重大項目、國家重點研發(fā)計劃智能傳感器及工業(yè)軟件等重點專項，該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)活動更加活躍，相關(guān)專利申請數(shù)量再創(chuàng)新高。預(yù)計未來一段時間內(nèi)，智能制造領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量仍會保持較高的增長態(tài)勢。由于專利公開有18 個月的滯后期，故2021 年9 月1 日之后的數(shù)據(jù)不完整，僅供參考。

圖1 智能制造領(lǐng)域?qū)＠暾垥r間分布情況

2 專利技術(shù)競爭區(qū)域分析

本次檢索到的6 511 件相關(guān)專利中，專利申請數(shù)量排名前十位的省市多數(shù)分布在東南沿海地區(qū)，前十位專利申請合計占總申請量的79.14%，其中，江蘇、廣東和浙江是智能制造專利技術(shù)申請數(shù)量較為集中的三個省份，合計占比50.55%，是該技術(shù)領(lǐng)域的主要競爭區(qū)域，如圖2 所示。江蘇在自動化、機器人等方向具有較強的技術(shù)研發(fā)實力，其智能制造領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量排名首位；廣東在智能制造應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化方面有一定的優(yōu)勢，其專利申請中實用新型專利所占比例較江蘇、浙江兩省略高；浙江擁有扎實的高端裝備制造產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，且民營經(jīng)濟活躍，較為重視中小企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，近幾年在智能制造領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量較高。

圖2 智能制造專利申請地域分布情況

3 專利技術(shù)競爭重點領(lǐng)域分析

智能制造技術(shù)可應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個方面。如在制造業(yè)方面，智能制造技術(shù)可應(yīng)用于傳統(tǒng)制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)，包括材料加工、生產(chǎn)流程控制和質(zhì)量管理等[4-7]，以提高生產(chǎn)效率、降低成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量和創(chuàng)新能力；在農(nóng)業(yè)方面，可通過智能農(nóng)機、智能溫室等設(shè)備，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、減少農(nóng)業(yè)投入成本以及提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[8-12]；在醫(yī)療方面，可通過智能醫(yī)療設(shè)備和系統(tǒng)，提高醫(yī)療效率、降低醫(yī)療成本，同時實現(xiàn)個性化醫(yī)療服務(wù)和醫(yī)療數(shù)據(jù)的管理[13-15]；在建筑業(yè)方面，可通過3D 打印技術(shù)、智能建筑材料等，實現(xiàn)建筑業(yè)的自動化生產(chǎn)和高效施工，降低建筑成本、提高建筑質(zhì)量和安全性[16-19]。

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局采用IPC 國際專利分類法對專利所屬技術(shù)領(lǐng)域分類，含A 部（人類生活必需）、B 部（作業(yè)、運輸）、C 部（化學(xué)、冶金）、D 部（紡織、造紙）、E 部（固定建筑物）、F 部（機械工程、照明、加熱、武器和爆破）、G 部（物理）、H 部（電學(xué)）共8 個部及若干大類、小類和小組。本次檢索到的6 511 件相關(guān)專利的IPC 主分類號涉及8 個部、107 個大類、339 個小類、2 234個組，表明智能制造專利技術(shù)涉及領(lǐng)域非常廣泛。本研究通過分析IPC 小組分布數(shù)量情況來了解智能制造專利技術(shù)的研發(fā)重點和發(fā)展方向。

3.1 專利技術(shù)熱點分析

本次檢索到的6 511 件相關(guān)專利，約有77.71%的專利申請分布在B 部和G 部。其中，B 部主要集中在B23（機床；其他類目中不包括的金屬加工）和B65（輸送；包裝；貯存；搬運薄的或細絲狀材料）領(lǐng)域，主要涉及智能制造中的自動化裝備等相關(guān)技術(shù)；G 部主要集中在G06（計算；推算或計數(shù)）領(lǐng)域，主要涉及智能制造中的數(shù)據(jù)處理、人工智能等相關(guān)技術(shù)。圖3 所示為智能制造專利技術(shù)分布情況，可知G05B19/418（全面工廠控制，即集中控制許多機器，例如直接或分布數(shù)字控制DNC、柔性制造系統(tǒng)FMS、集成制造系統(tǒng)IMS、計算機集成制造CIM）、G06Q10/06（資源、工作流程、人員或項目管理；企業(yè)或組織規(guī)劃；企業(yè)或組織建模）相關(guān)技術(shù)為智能制造專利申請的熱點技術(shù)領(lǐng)域，專利申請數(shù)量明顯高于其他技術(shù)領(lǐng)域，其次為G09B25/02（工業(yè)生產(chǎn)過程的；機器的）、B65G47/90（撿取或放下物件或物料的裝置）等相關(guān)技術(shù)。

圖3 智能制造專利技術(shù)分布情況

3.2 專利技術(shù)發(fā)展趨勢分析

由圖4 可以看出，G05B19/418 相關(guān)技術(shù)始終是智能制造領(lǐng)域的重點研發(fā)方向，在智能制造技術(shù)發(fā)展萌芽期、成長期和全面發(fā)展期均有專利申請，且始終保持較高的專利申請量，是該技術(shù)領(lǐng)域的主要技術(shù)競爭點；G06Q10/06、G09B25/02 相關(guān)技術(shù)自智能制造技術(shù)發(fā)展成長期開始有專利申請，且研發(fā)熱度較高，成為當(dāng)時的研究熱點，進入技術(shù)全面發(fā)展期后，G06Q10/06 相關(guān)技術(shù)的研發(fā)熱度持續(xù)升高，仍是該技術(shù)領(lǐng)域的重要技術(shù)競爭點，而G09B25/02相關(guān)技術(shù)研發(fā)熱度在此時期有所下降；B65G47/90、B25B11/00（不包含在B25B1/00 至B25B9/00 各組中的工件夾持裝置或定位裝置，例如磁性工件夾持裝置、真空夾持裝置）相關(guān)技術(shù)為智能制造技術(shù)全面發(fā)展期興起的熱門研究方向，是該技術(shù)領(lǐng)域新的技術(shù)競爭點。

圖4 智能制造歷年專利申請技術(shù)熱點變化情況

3.3 重點專利分析

智能制造領(lǐng)域的重點專利具有較高的技術(shù)和商業(yè)價值，對推動行業(yè)發(fā)展和提升企業(yè)競爭力具有重要作用。通過對專利被引證次數(shù)進行統(tǒng)計分析，得到智能制造領(lǐng)域的重點專利，如圖5 所示。重點專利IPC 主分類號包括G05（控制；調(diào)節(jié)）、H04（電通信技術(shù)）、H01（電元器件）、B23、G06 等五個大類。G05 大類主要涉及智能制造的控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，如CN110580026A 公開了一種包括基礎(chǔ)建模、計劃排程、綜合生產(chǎn)、物流管理、質(zhì)量管理等多個模塊的智能制造MES 系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能制造全流程監(jiān)控[20]；CN108919765A 公開了一種基于數(shù)字孿生的智能制造工廠虛擬調(diào)試和虛擬監(jiān)控方法及系統(tǒng)，通過基于數(shù)字孿生的智能制造工廠平臺，實現(xiàn)了產(chǎn)品的數(shù)字模型與現(xiàn)場設(shè)備實時協(xié)同[21]。H04 大類主要涉及智能制造的物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動通信等相關(guān)技術(shù)，如CN107040459A 公開了一種智能工業(yè)安全云網(wǎng)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)和方法，能系統(tǒng)地防止用戶數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊，是構(gòu)建安全可靠的工業(yè)云服務(wù)智能系統(tǒng)的核心設(shè)備[22]，該專利為智能制造領(lǐng)域被引證次數(shù)最多的專利。H01 大類的重點專利為CN101859613A，涉及一種立體電路制造的工藝和激光塑膠原料的復(fù)合組份、制造方法，屬于智能制造工藝的創(chuàng)新[23]。B23 大類的重點專利為CN106078208A，涉及一種基于工業(yè)機器人的智能制造系統(tǒng)，屬于機器人自動化系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[24]。G06大類的重點專利為CN105427055A，公開了一種基于互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)4.0 智能制造管理的方法及系統(tǒng)，涉及互聯(lián)網(wǎng)營銷與物聯(lián)網(wǎng)智能制造的結(jié)合應(yīng)用[25]。

圖5 智能制造領(lǐng)域重點專利

4 專利技術(shù)競爭主體分析

4.1 專利主要申請人申請數(shù)量分析

通過對智能制造專利申請人的申請數(shù)量進行統(tǒng)計分析，可以了解該領(lǐng)域技術(shù)競爭的主體及其研發(fā)實力。智能制造領(lǐng)域?qū)＠暾埲藬?shù)量較多，在該領(lǐng)域的專利申請數(shù)量普遍較少，專利申請較為分散。該領(lǐng)域72.27%的專利申請人申請專利數(shù)量僅有1 件，合計專利申請數(shù)量占該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埧偭康?6.55%，說明多數(shù)申請人在該技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)實力不強，競爭力相對較弱。專利申請數(shù)量超過20 件的專利申請人共9 個，包括上海愛餐機器人（集團）有限公司、成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司、重慶大學(xué)等，是該領(lǐng)域的主要技術(shù)競爭主體，如圖6 所示。在智能制造9 個主要專利申請人中，企業(yè)和院校是最主要的申請人類型，占據(jù)了絕大部分的專利申請量，是智能制造專利申請的主要力量，個人在前9 位申請人中的專利申請比重較小。

圖6 智能制造主要申請人專利申請數(shù)量

4.2 專利主要申請人申請趨勢分析

由圖7 可知，成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司和華為技術(shù)有限公司為該領(lǐng)域近期較為活躍的專利申請人，這兩個企業(yè)進入該領(lǐng)域時間相對較晚，分別于該領(lǐng)域技術(shù)全面發(fā)展期和技術(shù)發(fā)展成長后期開始進行有相關(guān)專利申請，且近幾年的專利申請數(shù)量較多。重慶大學(xué)是前9 位申請人中最早進入該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請人，于2011 年申請1 件專利，此時該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展處于萌芽期，該申請人在技術(shù)發(fā)展成長期和全面發(fā)展期均有專利申請，但年均專利申請量不高。上海愛餐機器人（集團）有限公司、佛山海格利德機器人智能設(shè)備有限公司、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院以及個人申請人劉道靈于2018 年左右進入該領(lǐng)域，并在2018—2019 年期間集中申請了大量專利，專利申請峰值均超過20 件，此時亦為該領(lǐng)域整體專利申請數(shù)量的第一個高峰期，之后幾年這幾位申請人幾乎沒有相關(guān)專利的申請。

圖7 智能制造主要申請人發(fā)展趨勢

4.3 專利主要申請人技術(shù)構(gòu)成分析

專利主要申請人的技術(shù)構(gòu)成情況反映了其在智能制造領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和競爭態(tài)勢。由圖8 可以看出，智能制造領(lǐng)域主要申請人的專利申請集中分布在G06 和A47（家具；家庭用的物品或設(shè)備；咖啡磨；香料磨；一般吸塵器）兩個大類。重慶大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院、北京航空航天大學(xué)在G06 大類布局了較多專利，是G06 大類相關(guān)領(lǐng)域的主要技術(shù)競爭主體。其中，重慶大學(xué)和佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院在G06 和G05 大類均有大量專利布局，同時在B23、G01（測量；測試）等大類有少量專利布局，兩者技術(shù)構(gòu)成相似度較高，有可能在相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)存在競爭關(guān)系。上海愛餐機器人（集團）有限公司在A47 大類中專利申請數(shù)量占據(jù)絕對優(yōu)勢，擁有該領(lǐng)域全部專利，表明該申請人在智能餐飲領(lǐng)域，特別是在智能炒菜機方面有較強的競爭力。成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司在B23 大類相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域有較大優(yōu)勢，該申請人專注于物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用，在智能燃氣表等方面擁有較高的技術(shù)實力。華為技術(shù)有限公司作為知名的通信設(shè)備供應(yīng)商和智能手機制造商，在G01 和H04 大類相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有較強的技術(shù)創(chuàng)新能力和優(yōu)勢。相對而言，佛山海格利德機器人智能設(shè)備有限公司的專利布局較為分散，在各大類的專利申請數(shù)量沒有明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢。個人申請人劉道靈的專利申請大部分集中在B 部，如B23 等大類中，表明該申請人在工業(yè)設(shè)計及機械領(lǐng)域的技術(shù)研究和創(chuàng)新能力較強。

圖8 智能制造專利主要申請人技術(shù)構(gòu)成

5 結(jié)語

總體來說，國內(nèi)智能制造專利技術(shù)正處于全面發(fā)展期，技術(shù)競爭日趨激烈。從專利技術(shù)競爭區(qū)域來看，江蘇、廣東、浙江作為我國制造業(yè)大省，在先進制造產(chǎn)業(yè)、軟件與信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)等智能制造基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)方面發(fā)展水平較高，智能制造領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)研發(fā)能力較強，擁有豐富的智能制造技術(shù)儲備，是該領(lǐng)域主要的技術(shù)競爭區(qū)域。從專利技術(shù)競爭重點領(lǐng)域來看，G06、G05、B23 和B65 等大類相關(guān)技術(shù)是國內(nèi)智能制造的技術(shù)競爭重點領(lǐng)域，代表著不同的智能化制造研發(fā)方向和應(yīng)用場景，其中G05B19/418、G06Q10/06 小組相關(guān)技術(shù)是國內(nèi)智能制造專利申請的熱點，也是未來一段時間的重要技術(shù)競爭點。從專利技術(shù)競爭主體來看，國內(nèi)智能制造主要專利申請人有企業(yè)、院校和個人三種類型，其技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜多樣，企業(yè)申請人的專利申請主要分布在A47、B23、H04 等大類中，涉及自動化裝備技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能控制系統(tǒng)等；高校申請人的專利申請主要分布在G06、G05 和G01 等大類中，涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)、人工智能技術(shù)和智能化設(shè)計技術(shù)等；個人申請人的專利申請主要分布在B23大類中，涉及自動化裝備技術(shù)等。