國內外海洋工程裝備產業專利競爭力分析

李艷　宋余慶　陸介平

〔摘要〕高技術船舶與海洋工程裝備制造是《中國制造2025》重點發展的戰略性新興產業，從生態圈視角出發，對國內外海洋工程裝備進行專利分析，研究創新水平和競爭力，為產業發展提供參考和借鑒。對專利申請趨勢、區域分布、專利權人、專利地圖、專利引證從時間生態因子、空間生態因子、個體生態因子和技術生態因子4個維度進行產業競爭態勢的分析，其中，借助相對指標體系RPA比較區域生態位，采用赫芬達爾-赫希曼指數HHI分析技術生態位。該理論及指數反映了此產業的生態競爭態勢，揭示了區域的競爭強度，預測了產業內新興技術，并從3個角度提出產業發展的對策和建議。

〔關鍵詞〕海洋工程裝備；生態圈；生態因子；相對指標體系；赫芬達爾-赫希曼指數；專利分析

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2016.09.026

〔中圖分類號〕G306；F407〔文獻標識碼〕A〔文章編號〕1008-0821（2016）09-0151-08

〔Abstract〕High-tech ships and ocean engineering equipment manufacturing is one of strategic emerging industries of“China 2025”.The innovation and competitiveness of the industry was studied with the ecosphere theory and patent analysis to provide development reference.Based on the four dimensions，there were time，space，technology and individual niche factors，the patent filing trends，regional distribution，patentee，patent map and citation were analyzed，and related region niche and technology niche were analyzed respectively with the RPA compare relative indicator and the Herfindahl-Hirschman index system.The theory and index reflect the industry ecological competition，revealed the region competitive strength，forecasted the emerging technologies，and proposed suggestions for the industrial development from three perspectives.

〔Key words〕ocean engineering equipment；ecosphere；ecology factor；opposite index system；Herfindahl- Hirschman Index；patent analysis

高技術船舶與海洋工程裝備制造是《中國制造2025》重點發展的戰略性新興產業[1]，海洋工程裝備是開發、利用和保護海洋所使用的各類裝備的總稱，是海洋經濟發展的前提和基礎[2]。經過多年發展，我國海洋工程裝備制造能力已居全球首位，但在深海海洋工程裝備制造等關鍵核心領域與國外仍有較大差距，特別是核心知識產權擁有、知識產權運營等方面仍處于較低水平。對我國海洋工程裝備產業（下文簡稱產業）進行專利分析，研究和判斷創新水平和競爭力，提出對策建議，促進產業發展。

本文從生態圈視角出發，從時間生態因子、空間生態因子、個體生態因子和技術生態因子對海洋工程裝備產業進行專利分析，借助RPA相對指標和HHI指數，重點分析產業的區域生態位和技術生態位。在此基礎上，從鞏固現實生態位、開辟新的生態位和創新技術生態位的角度提出建議，為我國產業技術創新提供參考，能夠通過專利布局提升核心競爭力。

2016年9月第36卷第9期現？代？情？報Journal of Modern InformationSep，2016Vol36No92016年9月第36卷第9期國內外海洋工程裝備產業專利競爭力分析Sep，2016〖〗Vol36No91數據來源及分析框架

11檢索策略

依據《中國制造2025》等行業報告和專家意見，對產業技術進行整理和歸類，結合關鍵詞和分類號開展檢索和分析，檢索的主要關鍵詞為：海、洋、海洋工程、鉆井設備、系泊系統、定位系統、導航系統、港口裝備、海上石油、海洋發電、海洋輔助船、Marine、Sea、Ocean、Ocean Engineering、Positioning System、Mooring System、Offshore Production Engineering、Drilling Equipment等。

本文以Thomson Innovation專利數據庫作為數據來源，以Incopat數據庫作為補充，輔以其它非專利文獻資料。為保證查全查準，采用模糊檢索，并輔助手工方式對雜質數據項進行剔除，檢索日期為2015年10月30日。

目前，海洋工程裝備主要有海上鉆井類裝備、海上生產工藝類裝備、輔助船舶、水下工程技術、定位和系泊系統及海洋發電等其他海洋工程裝備。技術分解見圖1。12分析框架

在自然生態系統中，生物圈是一個十分重要的概念。生物圈的概念由奧地利地質學家Suess在1875年首次提出，是指地球上有生命活動的領域及其居住環境的整體[3]。生物圈是一個統一的整體，是地球上最大的生態系統[4]。Vladimir Vernadsky將生態學定義為研究生物圈的科學[5]。生態學將自然生態系統劃分為個體、種群、群落和生態系統4個層次，在產業生態學中，產業系統被看作人工生態，因此通過類比自然生態系統，可以找到一種映射關系，即個體與企業個體、種群與產業種群、群落與產業群落、生態系統與產業生態系統的對應關系[6]。而產業生態系統的這種層次性體現了技術生態的多樣性以及技術生態與生物生態系統類似的由簡單到復雜的演化過程，相同層次以及不同層級間的技術都存在著相互作用，彼此聯系[7]。圖2簡單表達了技術生態中的層次結構。產業生態圈是指某種（些）產業在某個（些）地域范圍內業已形成（或按規劃將要形成）的以某（些）主導產業為核心的具有較強市場競爭力和產業可持續發展特征的地域產業多維網絡體系，體現了一種新的產業發展模式和一種新的產業布局形式[8]。而學者們[9-11]也普遍認為專利數據是進行技術相關問題研究的重要且豐富的實證數據資源，可以用來分析產業分布和競爭狀況。

在生態學上，生物圈中一切對生物的生長、發育、生殖、行為和分布有直接影響或間接影響的因子稱為生態因子（Ecological Factor）[12]。物種在生態系統和群落中，與其他物種相互關聯所具有的地位和作用稱為生態位[13]。因此，產業發展中對技術生存、發展有直接或間接影響的因子就稱為產業生態因子，在一定的時間和空間（如地區或國家）內該技術與環境所提供給它各種可利用的資源相互關聯所具有的地位和作用稱為技術生態位[14]。在產業生態圈中，技術個體、種群、群落和生態系統均具有生態位，產業生態圈就是各生態因子綜合作用的結果。因此，通過對相關研究成果的思考，提出產業生態圈的維度體系，如圖2；在產業生態圈維度體系基礎下構建產業生態因子的研究框架，如表1。表1產業生態因子分析模型

維度含義時間生態因子時間生態因子是指專利申請隨時間的變化規律，可以反映出技術的動向與態勢。空間生態因子空間生態因子是指技術個體在生態圈中所處的地理空間位置，可用于識別競爭對手，分析技術策略。個體生態因子個體生態因子主要指專利權人以及擁有的技術領域，可以明晰主體的專利布局和競爭態勢，如研發重點和研發差異等。技術生態因子技術生態因子是指技術的基本組成單位，主要是指技術元，包括技術的結構、資源、功能等，是與技術密切相關的知識的組合體。2時間生態因子

自然界中的生態系統始終處于不斷變化中，產業生態系統也是一個開放、發展的系統。在產業生態系統中，時間生態因子是判別生態關系的重要維度，任何對生態關系的討論都是以某個特定的時間段作為前提的。通過分析專利申請量的年度分布來反映技術生態系統的發展趨勢。

由圖3可知，國際在1974年之前，處于技術積累期，專利數量低于150件；經過石油價格在1974-1980年的攀升，刺激了整個產業的發展，申請量從1974年開始上升；1982-1994年產業發展穩定，各國開始逐漸重視在海洋領域占據地位，申請量保持強勁的增長；1996-2011年，申請量保持指數式增長，到2013年，申請量達到頂峰，整體上目前海洋工程裝備產業處于技術發展的快速發展期，各國也頒布了相關的政策和規劃，以支持該產業的發展。

國內知識產權制度起步較晚，專利申請的時間也較晚，1985-2000年，專利申請處于起步期，低于200件；2000年后，國內逐漸重視海洋領域產業的發展，在頒布一系列政策和發展規劃后，整體產業呈現突飛猛進的態勢，而在知識產權保護制度的不斷完善下，申請量呈現指數式增長模式，到2014年，達到5 138件。在十三五規劃、戰略性新興產業發展規劃、海洋工程裝備產業發展規劃等一系列政策刺激下，該技術領域具有很大的發展空間和前景。圖3國內外產業專利年度申請量

3空間生態因子

生態系統的演變發展與環境資源需求是相關的，環境特征通常包括地理位置、資源需求、競爭狀況等，而技術個體的地理區位與可利用的資源之間具有很強的相關性[15]。空間生態因子是對專利權人所在國家及省市區等區域的專利申請量進行統計和分析，即通過不同國家、地區的專利數量對比，來反映他們的技術水平與實力。同時，利用RPA指數來對各區域的生態位進行比較，來判斷區域的競爭能力高低。

由圖4可知，海洋工程裝備產業的主要申請國家為中國、美國、俄羅斯和日本，分別占比34%、20%、8%和8%。其中美國作為傳統的海洋工程裝備生產強國，在技術設備及研發方面長期占據領先地位，擁有全球50%海洋石油裝備市場。俄羅斯依托本國海洋油氣資源開發的巨大需求，近年來通過本國能源公司的系列訂單，邀請日韓等造船企業參與本國船廠建設和改造，成為該領域新的競爭者。日本在油氣開發平臺、海洋工程結構、石油管材和平臺配套設備方面均有突出表現。其他較為強勢的國家是德國、英國、法國和韓國。雖然中國占比較多，但主要在中低端制造領域，2000年以來，中國建造完成和在建鉆井平臺40余座，70%以上為歐美公司設計[16]，一定程度上說明我國雖然是專利申請量最多的國家，但存在技術產業化水平低、高水平專利少的情況。

國內主要的申請地區有環渤海圈的北京、山東、遼寧、天津等，其中這4個城市均位列前五，具有相當強的實力。長三角圈的區域主要有江蘇、上海和浙江，其中江蘇排名第三，也具有非常強的實力。可以看出，環渤海圈的海洋圖4國內外產業區域分布

工程裝備產業更加強勁，長三角地區優勢較為明顯。

由于各區域研發策略和專利布局的差異，不適宜直接采用專利數量作為衡量區域生態位的指標。因此，本文基于Schmoch等人在1995年提出的專利相對指標體系（RPA，Revealed Patent Advantage）[17-19]來對各區域的生態位進行比較，這是以某一技術分類的專利件數的規模強度來判斷區域的競爭能力高低，即衡量相對領先性的方法。該相對指標體系主要由下述公式（1）、（2）進行構建。

由表2看出，中國的申請量總數最多，并且在3個技術領域RPA為正值，表明其專利布局比較均衡，鉆井設備、海上生產工藝和海上發電占據一定優勢，但水下工程技術、定位和系泊系統RPA都為負值且最小，明顯處于弱勢。整體看來，中國在產業鏈中仍處于劣勢地位。

美國的申請量緊隨中國之后，有4個技術領域的RPA為正值，體現了其在高技術含量領域的地位，尤其是海上生產工藝RPA值最高。

日本格外引人注目，輔助船舶、水下工程技術、定位和系泊系統以及海洋發電的RPA都為正值且最高，表明其在這些技術領域占據壟斷地位和競爭力優勢，同時，日本的其余2個RPA都為負值且最小，這也體現日本對高技術海洋工程裝備領域極大的重視程度。

歐洲專利申請量總數最少，但鉆井設備的RPA值為正值且最高，表明其在該技術領域占據壟斷地位和競爭力優勢。

4個體生態因子

在產業生態系統中，技術個體為技術的主要承擔者。專利分析中的個體生態因子主要為專利權人，通過分析專利權人的專利數量來了解主要競爭對手的技術研發實力。圖5國內外主要專利權人的申請量比較

由圖5可知，國際專利權人大多涉及石油領域，中石油、中海石、中石化排名其中，說明我國企業在該技術領域中具有一定的實力。美國具有相當強的實力，哈里伯頓能源服務集團、斯倫貝謝科技股份有限公司和貝克休斯公司等在海洋工程裝備、石油開發等具有完美的服務體系，可以為海洋工程石油開發領域的客戶提供全方位的服務；日本的三菱重工、三井造船和日立造船的服務能力也是非常雄厚。日本和美國的這些國際化企業非常注重知識產權保護，專利策略相對完善。

在國內排名中，中石油、中海油、中石化占據前三名，其中中海油是目前我國最大的海洋工程裝備制造公司，海洋工程裝備制造業已初具規模。中石油在該領域雖然起步較晚，但是起點卻很高，可以完成固定式樁基平臺上部組塊和導管架的陸上預制、總裝及裝船。西南石油大學排名第六，該院校在油氣開發和鉆井平臺技術具有較強的研發實力。排名前10位的專利權人中，企業占了8位，且均為國有大型企業，說明企業，尤其國企是我國該產業的主要技術力量。

5技術生態因子

技術元是技術生態系統的物質基礎，技術因子的革新是技術生態系統發生變革的根本動力和強大引擎[20]。專利分析中的技術生態因子主要為專利地圖和高被引專利分析，了解產業技術生態系統的熱點技術和核心技術；同時通過HHI指數進行技術生態位分析，借此反映未來技術熱點，指引技術發展方向。

專利地圖能夠反映技術領域的熱點和空白區域。德溫特數據庫中海洋工程裝備的專利地圖如圖6所示，白色表示技術主題的專利申請量最多，即研發中的熱點技術，圖中所示共有9處白色區域。熱點1為信號接收傳輸，有160條專利。熱點2為電流電路頻率信號控制，有321條專利。熱點3為設備安裝支持，有103條專利。熱點4為支撐架、基地平臺，有651條專利。熱點5為齒輪驅動，有257條專利。熱點6為車輪、支架，有165條專利。熱點7為閥控缸，有365條專利。熱點8為焊接，有219條專利。熱點9為帆桅、帆板，有406條專利。其中熱點4專利最多，屬于鉆井平臺技術，可見鉆井平臺技術為研發的熱點技術。

通常情況下，引證次數高的專利很可能就是該領域內的核心技術。前10件高被引專利（表3）均為美國專利。可見美國擁有大部分該領域的關鍵或核心技術。同時，10件高被引專利中，只有US5917433A技術主題為監控系統，其余9件專利均為鉆井設備相關技術，可見鉆井技術為該領域的熱點和核心技術。

基于圖7，對產業技術進行HHI指數分析（表4）。由表4可知，鉆井設備不僅申請量最多，占比60%，而且HHI大于HHIAVE。中國在其中占據了一半多的專利，隨著中國實施“走出去”戰略，歐洲與中國的合作日益增多，這些都促進了技術封鎖的解除，但歐洲仍掌握絕大部分核心技術。長遠來看，鉆井設備技術需要各方求同存異、共同合作，這樣才能促使技術有質的突破，因此，隨著中歐間關系的轉變和共同開發海洋資源的愿景，鉆井設備仍舊是未來的技術熱點。

海上生產工藝的申請總量雖然不是最多，占10%，但HHI指數大于HHIAVE且差值最大，表明它是未來技術熱點。其中，中國申請量最多，表明中國的技術集中度非常高，掌握和壟斷了該項技術的大部分專利。隨著陸地資源的匱乏，海洋資源熱度的提高和中國的海洋戰略，未來對海上生產工藝的需求會急劇增加。這些分析表明該技術成為技術熱點的可能性較高。

海洋發電的HHI指數也大于HHIAVE，略低于海上生產工藝。隨著全球工業的迅猛發展和生活環境的惡劣，傳統火力發電等方式飽受詬病，伴隨海洋風電、潮汐發電等技術的興起，這一清潔無污染、地域分布廣、隨時再生、能源豐富的海洋發電技術日益受到各個國家的重視。《中國制造2025》提出了海洋工程裝備產業為重點發展的戰略性新興產業，明確提出了優化海洋產業結構，而海洋發電正是典型的戰略新型產業。一半多的專利掌握在中國手中，表明技術集中度較高。

水下工程技術的HHI低于HHIAVE，表明其技術成熟度已較高，技術熱度已降低，難以引領未來技術發展。而且相對于其它技術，其HHI值更接近于0，表明此技術分散度較高，被多個專利權人所掌握。深入分析發現，在申請數量上，美國占41%，中國占27%，表明該技術大部分掌握在美國和中國手中，進一步分析發現，由于近幾年美國重返亞太的戰略，以及長久以來對中國的關鍵技術封鎖和技術出口限制，尤其跟海洋軍事裝備相關的技術，造成該技術難以突破，這些都表明定位與系泊系統未來幾年成為技術熱點的可能性很低。

6對策與建議

從整體分析結果來看，歐美基本壟斷海洋工程裝備設計和高端制造領域，我國雖然專利占比較多，但主要在中低端制造生產領域，在產業生態圈中處于劣勢地位。為促進產業發展，我國應適當隨著競爭程度的變化不斷調整生態圈中的組成因子，創建比較鞏固的現實生態位，形成生態競爭優勢。

61鞏固現實生態位——維持競爭地位

競爭是生物間普遍存在的行為關系。類似的，技術競爭存在于技術生態的各個層面，從技術個體間、技術種群間到技術群落間都存在著競爭，影響著技術的演化過程[7]。我國應依據競爭情況適當保留具有競爭優勢的生態因子。目前國內該產業主要集中在環渤海圈和長三角圈，建議利用地區的種群優勢，加大集群創新，完善創新系統。同時，國內技術主要集中在中石油、中海石、中石化等大型企業，這些企業個體應把握當前發展的良好時機，不斷研發核心技術，加快專利保護，鞏固已有生態位，提升核心競爭力。此外，RPA指數顯示我國在鉆井設備、海上生產工藝和海上發電占據一定優勢，HHI指數均預測這3類技術為未來技術熱點，建議保持鉆井設備和生產平臺的優勢，推進海洋發電，培養高價值專利，形成技術集聚，維持競爭態勢。

62開辟新的生態位——實現技術共生

生物間存在著競爭的同時也存在著很多的共生現象；同樣的，技術間存在著競爭也存在著共生[7]。在技術生態的演化過程中，與其它技術普遍共生的技術更容易獲得較高的生存能力。不同的產業群落有著各自的生態位，技術個體可以跨越技術邊界，整合其他技術的優勢生態因子，進行技術共生，重新開創一個新的生態空間，使產業能夠獲得新的發展。RPA值顯示我國在水下工程技術、定位和系泊系統處于弱勢，建議我國在這些領域具有研發實力的高校和科研機構，如浙江海洋學院、河海大學等，利用其行業背景和資源，啟動大學、科研院所和企業研發部門三者之間的互動研發機制，在新的生態空間提供人才支撐和技術保障，走“專、精、特、新”的專業化生產道路，實現技術共生，形成相對完善的專利布局。

63創新技術生態位——升級產業價值鏈

技術是產業生態系統變化的根本要素。技術個體之間要根據情況進行生態因子的合理調整，從價值鏈的節點上發揮能動性，尋找和創造新的生態空間。HHI指數顯示水下工程技術成熟度已較高，相關企業個體應該減少該技術研發投入，控制成本。而HHI指數顯示鉆井設備、海上生產工藝以及海洋發電是未來技術熱點，相關企業個體應結合自身優勢，關注這些熱點技術，創造新的生態位，升級產業價值鏈，形成生態競爭優勢。此外，我國相關部門運用補助、貼息、風險投資、擔保費用補貼等多種方式提供有效支持，引導海洋工程裝備優勢地區的資本、園區開發經驗、人才等優勢資源與弱勢地區的土地、環境承載力、人力等資源互補，同時以招商引資等政策輔助形式，不斷引進國外先進技術，通過聯動開發推進海洋戰略性新興產業加快發展。

總之，通過專利技術分析，能夠預測產業內新興技術。政府部門、企業個體和高校等相互協作，圍繞提高海洋工程裝備產業的研發-設計-生產的系統性能力，以國際市場需求為導向，形成一批具有較強競爭力的優勢產業、園區、產業集群、骨干企業，開展自主創新研究，培養高價值專利，提升產業生態競爭力，率先引領我國在海洋工程裝備產業生態系統中占據國際制高點。

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（本文責任編輯：馬卓）