基于专利分析的剑杆织机领域发展趋势研究

应向伟　林志坚　谌凯　张帆　方飞　吴巧玲

摘要：在国内外剑杆织机技术领域专利文献统计分析的基础上，从专利申请的时间属性、地域属性、专利权人属性、技术属性和专利质量等5个角度对国内外剑杆织机技术进行研究。从专利技术分析这一客观角度总结了剑杆织机领域的专利技术发展状况以及未来发展趋势，并对中国相关行业的技术研发重点和专利申请策略提出了建议。

关键词：剑杆织机；专利分析；发展趋势；专利质量；专利布局

剑杆织机是通过做往复运动的细长剑状杆叉人或夹持纬纱，将织机外侧纱筒上的纬纱引入梭口的方式引纬的无梭织机，是目前织造生产中使用最多的无梭织机。剑杆织机的剑头具有极强的通用性，可应用于不同原料、不同截面大小和形状的纬纱织造。其选纱功能也非常强，不仅可以随意地进行8色换纬（最高可达16色），而且选纬运动不影响织机速度。因此，剑杆织机特别适合多色纬织造，可加工其他无梭织机难以实现的不同层次和凹凸风格的高档精纺织物，可称为“万能织机”。

剑杆织机20世纪初发源于欧洲，经过1个世纪的发展，融合了新材料、机电一体化、传感技术、变频调速技术等研究成果，国外剑杆织机的转速及引纬率实现了巨幅提升，并逐步形成了智能化、网络化、模块化、应用多元化的发展模式。目前，代表国际剑杆织机先进制造水平的厂商主要有比利时Picanol（必佳乐）公司、德国Dornier（多尼尔）公司、意大利Itema（意达）集团及斯密特（Smit）公司、日本Tsudakoma（津田驹）株式会社等。中国剑杆织机产业发展较晚，1980年前后才开始从国外引进相关设备，并进行仿造、研发、创新再设计。当前，国产剑杆织机技术性能的各项指标与国外先进设备的差距在逐渐缩小，但总体来说，国内剑杆织机产业的发展仍不能满足国内外市场需求，智能化水平有待提高。国产高档设备的稳定性、可靠性、兼容性和技术水平等与国外同类产品相比，在硬件、软件方面仍然存在不小的差距。

目前，中国高档剑杆织机市场仍然是以进口为主，而国产高档机型却很难走出国门。这导致国内企业以生产中低档剑杆织机为主，往往同一档次产品的生产厂家重复较多，产品同质化严重。可见国内剑杆织机生产企业自主研发创新意识不强，对产品智能化、信息化发展的重视度不足。另外，国产产品应用领域不够广，市场适应性不强。而国外中高端产品不仅可织造棉、毛、丝、麻等普通纺织品，还可织造环保、农业、土工、国防、航空航天等领域的特殊品种织物。

中国的剑杆织机技术研究起步较晚，处于由仿制向自主研发创新的过渡阶段。科技创新，专利先行。当前，企业在做好技术创新的同时，加强对知识产权战略布局也极为重要。专利分析作为一种可视化的大数据分析技术，是从海量专利信息中挖掘潜藏科技情报的有效手段，其分析功能强大、分析结果易于理解，是产业技术分析和发展趋势研究的强有力工具；同时也是企业避免专利纠纷、规避经营风险的重要手段，是企业提高创新水平、把握市场方向的有效途径。

本文拟通过专利分析工具结合情报研究方法，对比研究不同国家/地区和国内外企业的剑杆织机专利申请现状，掌握剑杆织机技术领域专利申请发展态势、区域分布、主要国家专利技术构成及专利质量、技术生命周期、主要专利权人技术特征、核心专利技术等内容。从科技竞争情报的角度为中国剑杆织机产业的发展提供情报支持，为当前国家“十三五”科技发展规划剑杆织机领域的规划提供决策参考。

1.专利分析数据采集与清洗

使用德温特专利数据库（检索时间范围：1962年至2016年4月8日），综合运用主题词、德温特手工代码和国际专利分类号（IPC）进行专利检索。所采取的关键词有：rapier loom、rapier weavingmachine等，选取的IPC分类号为D03D接D03J，选取的德温特手工代码为F02-A04B和X25-T0481。

在专利文献检索的基础上，进行数据清洗、去重和人工筛选，共得到剑杆织机相关专利族1765项，包含中国专利913项。在对专利权人/申请人的检索分析中，不仅考虑了申请人特别是国内外公司和高校的历史沿革，而且进行了手工标引与分类。例如，同一申请人更名或合并前后专利数量的合并，以及母公司下属子公司专利数量的累计计算等情况均考虑在内。

2.国内外剑杆织机专利申请基本状况

2.1专利年度分布情况

纵观剑杆织机全球专利申请发展历程（图1），剑杆织机技术发展阶段性明显，主要有3个技术快速发展阶段。剑杆织机技术相关专利最早出现于1965年，历经6年的技术孕育，在1971-1976年间开启了第一个快速增长阶段，专利申请量于1976年达到小高潮（22项）。之后申请量有所回落，年均专利申请量维持在17项上下长达20年之久。1994年以后，剑杆织机专利申请进入第二个快速增长阶段（1994-1999年），1998年达到峰值46项。之后受国际经融危机影响申请量逐渐下降。从2005年起剑杆织机专利增长极为迅速，2015年的申请量高达202项，目前正处于第三个快速增长阶段。

中国剑杆织机技术起步比國外晚了约20年，到1985年剑杆织机专利才零星出现，基本与国际剑杆织机技术的前两个快速发展期失之交臂。中国剑杆织机专利申请自2001年起快速增长并持续到现在。从中国剑杆织机专利申请占全球申请量的比例来看（图2），2000年以前维持在20%左右，2003年迅速上升到83%，2015年也维持在85%上下。中国可以说是引领了国际上的第三个剑杆织机专利快速增长期，作为剑杆织机主要生产、消费国家，中国在剑杆织机领域的技术研发实力不断增强。

2.2中国剑杆织机技术生命周期

从中国剑杆织机技术生命周期圖可以看出（图3），中国剑杆织机技术在1985-2004年间经历了第一阶段技术孕育期，再经过2005-2009年间短暂的波动发展后，迅速进入技术成长期，专利数量和申请人数量大幅度攀升，目前正处于此阶段，还未见技术进入成熟期的迹象。

2.3主要国家专利申请与区域布局

专利的优先权是指申请人就发明或者实用新型在某国首次申请专利之日起12个月内，可以就相同的主题在其他国家申请专利，而且在后的申请将被等同为第一次申请的申请日提出的。由于申请人通常会对其发明创造首先在本国申请专利，所以对优先权专利的地区分布进行分析，可以较直观地掌握国家的技术水平。

剑杆织机优先权专利申请的全球分布情况如图4所示。中国的专利数量最多，占全球专利申请总量的52%，其次是日本、德国；这3个国家的专利申请量占全球剑杆织机专利总量的76%，远远超过第4～7名的比利时、意大利、瑞典和韩国。比利时、意大利、瑞士、韩国4国专利仅占全球剑杆织机专利总量的4%、4%、3%和3%。

从主要国家全球专利分布气泡图不难看出，虽然中国剑杆织机专利申请量最大，但是申请主要集中于本国，在海外的专利申请极少（如图5）。相比之下，日本对海外市场的重视程度较中国强，在中国、美国和欧洲地区均有不少专利布局；日本在中国的专利布局主要来自于津田驹、丰田两家公司。德国剑杆织机的专利申请量位列全球第三，不仅技术实力雄厚、技术发展早，而且对国际市场争夺十分积极。不仅在本国进行专利保护，而且在中国、意大利、比利时、日本等国也积极申请专利，以占领知识产权先机并向目标国出售其剑杆织机产品及技术。德国在中国的专利布局主要来自于多尼尔和IRO两家公司。比利时在中国也进行了专利布局。从德国、日本、比利时等发达国家同族专利的申请情况也可洞察其扩张型的市场战略。

3.主要技术领域专利分析

3.1主要技术领域专利族分布

由表1剑杆织机专利的IPC按小组的覆盖情况可知，与运转速度和引纬率相关的投纬用的传动和导向机构（D03D-047/27）和投纬器之间的纬纱交换处理技术（D03D-047/18）所包含的专利最多，所占比例分别为21.3%与16.6%；专利量排第三、四位的小组夹线器（D03D-047/23）和筒子与投纬机构间纬纱的处理技术（D03D-047/34），专利数量占比仅分别为8.0%和7.9%。

3.2技术热点变迁

基于上文的剑杆织机专利技术发展趋势分析结果，本小节选取2002年来划分剑杆织机专利申请情况，将所有技术按照2002年后与2002年前进行划分，分别代表近期技术（白色）和早期技术（黑色），如图6所示。由于近期技术专利量占总申请量的67%，故在图6中横坐标67%处作基准线，作为技术热点变迁的评价依据。图6直观反映了技术热点向D03D-051/00、D03D-015/00、D03J-001/00和D03D-047/20等技术领域迁移。其中，D03D0-051/00是涉及传感器、变频调速和计算机技术的传动、起动或停车装置，可大大提高织机的自动监控和智能化水平，降低工人的劳动强度；D03D-015/00技术涉及剑杆织机在土工、環保、农业、消防、国防等领域的应用。这些技术领域有可能是未来剑杆织机发展的方向。相比之下，D03D-047/27、D03D-047/18和D03D-047/34等涉及剑杆织机运转速度和引纬率的技术近期专利较少，提示技术已较为成熟，属于长期研究技术。

4.专利权人分析

4.1全球剑杆织机主要专利权人

在全球剑杆织机技术专利权人排名中（图7），日本津田驹工业株式会社和丰田纺织株式会社的专利申请量处于第一梯队，分别为93和89项，远超第三、四位的申请人。显示这两家公司不僅是国际上生产剑杆织机设备的主要企业，也表明其在该技术领域有很强的研发和专利创造能力。比利时必佳乐公司、意大利意达集团及德国多尼尔以58、39和39项专利分列第三、四、五位。2000年，意大利著名纺机企业舒美特（Somet）公司和范美特（Vamatex）公司强强联合，合并成为意大利普鲁马泰克（Promatech）公司；随后普鲁马泰克和瑞士纺机巨头苏尔寿纺织（Sulzer）重组成立意大利意达集团（Itema）。可以说目前意达、必佳乐和多尼尔三家企业在国际剑杆织机专利方面处于第二梯队。处于第三梯队的机构有：中国的经纬纺织机械股份有限公司和浙江理工大学，其专利数量均接近30项。

4.2中国主要剑杆织机专利权人及其合作情况

进一步分析发现，目前已有445家国内外科研机构、公司或自然人在中国申请了剑杆织机相关专利，主要专利权人排序如图8所示。经纬纺机排名第一，申请了29项，共36件专利；紧随其后的是浙江理工大学，申请了29项，35件专利；再次是绍兴纺机集团（19件）、浙江万利纺机（15件）和绍兴文理学院（15件）。在中国申请剑杆织机相关专利最多的国外企业是丰田纺织株式会社，但其在华专利申请均在1998年以前，且均处于无权状态。浙江省绍兴市有4家企业剑杆织机专利申请量跻身全国前10位，可见绍兴地区在该技术领域技术实力雄厚。另外，外国公司在中国申请的剑杆织机专利占比并不高，这提示中国企业在该技术领域专利保护意识较高，这对中国剑杆织机产业的健康发展非常有利。

高校院所和企业之间的技术合作不仅可有效提升专利申请量的质与量，还能各取所长，提升二者的技术创新能力，提高在某技术领域的竞争力及影响力。另一方面，分析某个技术领域内创新主体的合作情况，有助于了解技术的集中程度和创新主体的协同创新强度，并了解竞争对手的战略合作意图。从技术合作情况看，国内仅有绍兴纺织机械集团有限公司和浙江贤天高科股份有限公司有11件专利合作申请，主要涉及剑杆织机及其引纬、打纬和送经装置，合作时间主要集中在2003-2005年；此外，浙江万利纺织机械有限公司和浙江理工大学有3件专利合作申请，中国纺织科学研究院和北京中纺精业机电设备有限公司有2件专利合作申请；其他创新主体间合作申请专利的情况则很少。这提示中国剑杆织机技术领域的创新主体之间合作意识薄弱、合作对象单一，没有构建稳定的专利技术合作与共享网络，产学研合作还有待加强。

4.3主要专利权人技术领域布局

由图9可知，剑杆织机专利数量最多的日本津田驹和丰田公司均在D03D-047/27技术领域进行了大量专利布局，并且注重在D03D-05I/00、D03D-047/20等新技术领域申请专利；德国多尼尔则在D03D-015/00领域具有明显优势。总体而言，国外纺机巨头除了在传统技术领域有较好技术累积以外，非常注重纺机智能化和应用多元化的发展。相比之下，国内专利数量较多的经纬纺机和浙江理工大学在专利布局上较多关注D03D-047/27、D03D-047/18等成熟技术，在新技术领域的创新力度还有待加强。

5.主要国家专利质量分析

国家专利授权H指数是指某国拥有至多H件至少被引用了H次的授权专利。专利H指数是评价国家/地区专利影响力的主要指标，专利被引率、被引频次也是专利质量和影响力评估的重要依据。通过对主要国家专利质量指标的分析可知（表2），比利时的专利申请量虽然不多，但是其专利被引率、平均被引次数、被引H指数和PCT专利申请比例等指标均优于其他国家，这表明该国剑杆织机专利质量普遍较高，也反映了比利时在该技术领域具有很高技术实力。德国的剑杆织机专利质量也很高，专利被引率与被引H指数分别为30.7%和10，平均被引次数5.95次/件。相比之下，中国虽然专利数量众多，但是专利被引率仅占17.1%，被引H指数仅为5，平均被引次数也仅有0.42次/件，PCT专利数量和美国专利数量等指标也落后于欧、美、日等国，这表明中国在剑杆织机领域的专利质量较低，综合技术实力还比较弱。

6.技术引证分析

技术引证分析不仅可以了解专利被其他申请人引用的情况，而且能发掘该领域的强势竞争对手及核心技术要素。选取该领域核心专利研究其外围技术分布情况，揭示关键技术的基本变迁历程，有助于国内企业拓宽技术开发思路，增强技术保护程度或规避侵权风险。

根据Thomson Innovation提供的数据，在全球1765项剑杆织机专利中有被引记录的共计675项，被引用30和20次以上的专利分别有2和9项（如表3所示）。在所有的高频被引专利当中，以美国Safety Components Fabric Technologies Inc公司的USl997787743和意大利意达集团的ITl98622841两项专利被引用次数最高，分别达39、38次，分别涉及剑杆织机在汽车安全气囊织物生产中的应用和剑杆织机投纬用的传动、导向机构。表3列举的11项高被引专利，均来自欧美国家。

7.结语

中国是纺织工业大国，但在剑杆织机技术领域中国申请人的专利布局仅限于国内，而国外专利申请非常少。然而当前中国劳动力成本不断提高，经济增长方式加速转变，可以预见未来国内低端剑杆织机产能将有很大一部分会转移到其他发展中国家。技术含量低、附加值低的剑杆织机出口必将被应用多元化、智能化的机型出口所取代。因此，中国企业须防患于未然，加强国际专利申请，特别是有针对性地在某些目标国家积极开展专利布局，避免产品和技术出口海外侵权。从而提高自己在国际范围内使用专利权的能力，在国际竞争中获得更大的生存发展空间。

在專利区域战略布局方面，日本、德国和比利时除在本国申请专利以外，也在欧洲进行了大量专利布局；但在美国，剑杆织机专利数量相对较少。国内企业可以加快开拓海外市场的步伐，重点关注美国，可通过PCT途径加强在美专利申请。在国内，外国公司在华专利申请量不多，而且时间均较早。国內企业需重点关注日本津田驹、瑞士艾罗帕（Iropa）、意大利意达、意大利斯密特等公司的在华专利，避免侵权风险。可以针对这些专利，采取外围专利战术，以获得交叉许可的权利。

在专利技术战略布局方面，与智能化剑杆织机相关的传感器、变频调速和计算机技术（D03D-051/00）和产品应用领域多元化相关技术（D03D-015/00）等技术领域，是近年来的研发热点，中国企业和科研单位在这些技术领域的专利布局比较欠缺，而国外企业已有较多布局，占得先机。在此背景下，对于技术实力较强又在相关领域有一定累计的国内企业，如经纬纺机等可采取外围专利战略，围绕他人的基本专利进行技术加工再创新，申请外围专利，编织专利网；对于经济实力较强的企业可采取专利收买战略，占领相关领域的知识产权高地。相比之下，D03D-047/27、D03D-047/18和D03D-047/34等涉及提升剑杆织机运转速度和引纬率的技术，专利数量大、成果多、技术比较成熟。而中国企业和科研机构申请的专利出现在这些成熟技术扎堆的现象。建议国内创新主体应重点关注剑杆织机智能化、模块化、网络化的研究成果，以及在在土工、环保、农业、消防、国防等领域的应用情况，紧密关注必佳乐、多尼尔、意达、丰田、津田驹等公司的研发工作，密切跟踪国外同类企业的研发动态与最新成果，适时进行技术引进并消化吸收再创新，研发出更好的技术和产品，并及时申请相关专利，通过法律来保护自己的科研成果。

在理论基础研究方面，中国剑杆织机专利申请大多数来自于具有研发机构的生产企业，高校院所的专利占比例较小，仅占9.0%，这反映了中国剑杆织机技术研究主要朝着产业化方向发展。另一方面，也表明国内科研机构在该领域的理论研究投图较少。建议中国剑杆织机企业加强校企合作，将传感技术、变频调速技术、网络化技术等智能化技术应用到高端剑杆织机设备中。