液壓機運動精度控制技術專利分析與研究

張犁朦，汪 凱，汪 勇

（安徽省科學技術情報研究所，安徽 合肥 230088）

液壓機運動精度控制技術專利分析與研究

張犁朦，汪 凱，汪 勇

（安徽省科學技術情報研究所，安徽 合肥 230088）

通過研究液壓機運動精度控制技術領域專利數據，結合行業及技術發展現狀，從研發趨勢、區域布局、重點領域、技術熱點、國家競爭力分布等方面進行逐一分析，對比揭示了我國通用框架式液壓機運動精度控制領域的競爭態勢和未來發展方向，并針對存在的問題給出意見和建議，以期為液壓機產業的發展提供有價值的參考信息。

液壓機；運動精度控制；專利分析；對比分析；競爭態勢

液壓機領域的技術起源較早，從上世紀初就有相應的專利保護申請。相比機械壓力機，液壓機具有總壓力大、工作行程較大、工作平穩、調壓/調速方便等優點，自誕生以來，發展勢頭強勁，專利數量呈現持續增長態勢。在經歷一段時間的較快發展后，由于液壓機產品屬于高耗能領域，在綠色加工制造理念日益主流的趨勢下，上世紀七十年代后期專利申請數量開始緩慢收縮，突出體現在日本的液壓機專利數量出現明顯下降趨勢，究其原因，一方面是液壓機技術已逐漸成熟，另一方面該領域技術逐漸向綠色加工設計方向發展。21世紀初，隨著中國知識產權保護意識的不斷增強，以及中國汽車、造船、高鐵等工業化進程的快速發展，作為重型裝備制造業的關鍵設備，中國在液壓機領域的產品及技術研發在2003年后出現大幅增加。

本文所述液壓機運動精度，主要包括液壓機滑塊運動的位置精度和速度控制。截至2014年8月，全球公開的液壓機運動精度控制領域的專利共32000余條，本文將采用上述數據樣本對液壓機運動精度控制領域開展專利分析，主要包括：主要技術發展態勢、國家專利競爭力、主要專利申請人等。以期通過專利數據的分析研究，了解該技術領域國內外的發展情況，對我國企業的研發方向和發展戰略提供參考和建議。

1 液壓機運動精度控制技術發展趨勢分析

由圖1所示，液壓機運動精度控制領域專利在近50年內處于不斷上升的態勢，整體上分為三個階段：第一階段（1964年到1990年）：本階段的專利數量整體上增長趨勢較為明顯，1964年申請量不足100件，到1990年增長到八百余件；第二階段（1991年到2005年）：在這個階段，專利年申請量處于反復調整的狀態，整體數據上并沒有出現明顯的變化趨勢；第三階段（2005年之后）：在這個階段專利申請量又重新出現增長，且增長幅度較大。

圖1 液壓機運動精度控制全球專利發展趨勢

該趨勢與液壓機整體發展（圖2）相比，具有以下特點：

（1）液壓機整體技術在第一發展階段增長迅猛且用時較短，而控制領域的增長則相對比較平緩，增長的時段也相對較長。其原因可能是因為在該階段液壓機的機械結構出現了較大發展，通過結構改進實現液壓機的更新和換代是該階段的主要特點。

（2）液壓機整體技術在第二階段出現明顯下降趨勢，而控制領域在第二個階段則沒有明顯變化，波動維持在一個穩定的區間。該特點反映出液壓機整體發展因為結構上改進空間的逐漸縮小而趨于萎縮。而控制領域則可以與電子、通信技術進行不斷融合，雖然沒有出現重大技術變革，但是發展趨勢可以得到維持。

圖2 液壓機行業全球專利發展趨勢

（3）整體行業發展和控制技術領域都在2005年得到了較大的發展，這種發展和中國專利申請數量大幅攀升直接相關。

該技術領域主要的專利申請國家和地區依次是日本、中國、美國、德國、EPO、蘇聯、英國、韓國和法國。申請量2000件以上的國家為日本、中國、美國和德國。日本作為傳統工業技術強國，專利申請量為7500件，排名第一，領先于其他國家，占總量的24.74%；中國專利有4993件，占總量的16.47%；美國專利2867件，占9.46%；德國專利2717件，占8.96%。四個國家的專利占總量的近60%。蘇聯的專利主要都是二十年前的，且大多數已經到期。以上這些國家或地區為液壓機運動精度控制領域相關專利重點布局的區域，如果有意進入該市場，知識產權侵權風險較大。

圖3 近20年主要國家專利發展趨勢

從主要國家近20年專利發展趨勢（圖3）中可以看到，中國的公開專利在過去20年里經歷了一個較為明顯的上升過程。該領域技術在中國的發展可以分為兩個主要的階段：①2003年以前，基本上沒有增長，專利年申請量低于100件，大多為國外的公司在華申請；②2004年以后，該領域專利數量大幅度增長，從2004年到2013年，年均增長約25.3%，這一階段中國企業提出的專利申請占據了較大比例。2005年超過了同期日本、美國和德國的專利公開數量。專利的高速增長一定程度上和中國汽車、船舶、高鐵等行業的發展關系密切。然而近兩年中國申請的專利中發明專利占比相對較小，實用新型專利占比較大，創新級別有待提高。

而相比之下，德國的專利變化幅度都不是太大，基本上維持在年公開數量40～80件左右的水平，雖然在2007～2011年間有下降的趨勢，專利數量上存在波動，但是變化幅度不大，整體趨勢較為穩定。美國專利數量發展和德國相類似，雖然在近兩年有數量上的下降，但是曲線波折幅度不明顯，由此分析，在美國和德國，該技術應該已經處于相對成熟的階段。日本作為液壓機領域的傳統強國，其專利公開數量在20年來下降幅度明顯，從近300件/年下降到不到100件/年。說明傳統液壓機控制技術的研發已較為成熟，越來越多的日本企業正在尋找新的技術突破點。

2 主要專利申請人分析

如圖4所示為液壓機運動精度控制領域的專利申請人排序情況，全球范圍內排名前十位的申請人基本上是外國企業，其中日本的企業有六家，分別是排名前三的日本AMADA（天田）、AIDA（會田）、小松，排名第六的TOYOTA（豐田），排名第八的IHI石川島播磨重工業公司，以及排名第十的YAMADA山田公司。德國有兩家公司，分別是排名第五的Schuler舒勒公司和第九的SMS-Schloeman舒路曼-斯瑪公司。排名第七的是美國Minster米尼斯特機器公司。中國僅有天津市天鍛壓力機有限公司進入排名前十，位列第四。

圖4 液壓機運動精度控制全球主要申請人排名

如圖5所示為中國專利主要申請人，由圖可知，天津天鍛的專利數量遠大于本行業其他企業。在前十一位的申請人中，企業申請人占據9位，高校1位（中南大學），個人申請人1位（嚴培義-寧波匯眾粉末制造有限公司）。從申請人區域看，長三角區域占7位，中部地區2位，京津冀1位。從中國專利整體數量的區域分布來看，該領域專利也主要集中在長三角、珠三角和京津冀這三個中國發展最快的地區。

圖5 液壓機運動精度控制中國專利主要申請人

3 主要技術分類研究

本節從機械、電氣、泵閥和算法等四個具體的技術角度，對通用框架式液壓機的運動精度控制技術的中國專利開展進一步研究。通過分析挖掘出各技術分支的發展趨勢以及各技術節點上的優勢企業。

圖6 中國專利主要技術分支

如圖6所示為通用框架式液壓機領域運動精度控制的專利技術分類占比情況，其中通過機械領域的改進實現運動精度控制的專利占總數的50.32%，其次是電氣領域的專利，占總數的22.34%；液壓泵閥領域的專利占16.84%，控制算法的專利數量最少，僅占1.62%。

圖7 主要技術分支專利發展趨勢

如圖7所示，四種技術分支的專利發展趨勢各有特點。1999年以前，各技術分支的專利申請量都很低，且增長緩慢。2000年以后，機械領域的專利數量開始持續增長，2011年達到最高值，近兩年增長趨勢出現一定程度的緩和。相比之下，電氣領域專利在2002年以后出現增長，2007年達到階段性的增長平臺，隨后在2010年重新開始增長，且近兩年增長明顯。而泵閥領域的增長整體來看較為緩和，在2003年后開始出現增長趨勢。值得一提的是2011年該領域專利數量獲得較大幅度的提升，在隨后兩年出現一定程度的回調。算法領域由于涉及控制的核心方法，且該部分專利大多只能以發明專利的形式提出申請，專利數量最少。但該部分專利一般是該領域的核心技術，應該受到重視。

圖8 主要公司和高校技術實力分布

通過上述分析可知，該領域的中國專利中，通過機械方式的調整和配合實現運動精度控制的專利數量最多，且增長幅度最大。分析其可能原因，一方面機械領域的技術主要涉及機械結構和連接方式的變化，技術創新起點較低；另一方面機械領域的技術創新大多申報實用新型專利，相應的研發難度較小。但由于受到技術現狀的局限，創新空間較小，該領域的專利增長趨勢近兩年出現一定程度的緩和。而液壓泵閥和電氣領域的專利涉及機械、液壓、電氣等多學科的融合，技術創新程度稍高，創新空間較大，是日后技術發展的主要方向。

在對該技術領域的中國申請人進行分析后發現（圖8），高校申請人少，且較為分散，其中中南大學在電氣領域的申請較為集中。企業是該領域申請專利的主體，占總申請人的90%以上，其中機械領域專利布局較為突出的企業有揚州鍛壓、合肥合鍛、江蘇揚力；在泵閥領域布局突出的企業有合肥合鍛、江蘇國力；在電氣領域的突出企業有江蘇揚力。綜合來看，目前國內公司在液壓機運動精度控制領域的研發大多以機械領域的技術改進作為基礎，而在泵閥和電氣領域的研發方向各有側重。

4 主要結論

（1）液壓機整體技術發展逐漸收縮，但運動精度控制領域專利申請量仍在增長，該領域是液壓機整體技術發展的一個增長點。液壓機運動精度控制領域的專利發展情況和液壓機整體的發展大致相同，區別是控制領域的專利總量并沒有出現明顯的數量收縮，其發展具有一定的持續性，其中在1990年以前增長趨勢明顯，隨后經過十余年的緩慢盤整時期，在2005年重新出現較大幅度增長，主要和中國專利數量的提升關系較大。

與液壓機整體發展狀況相比，運動精度控制的專利數量雖然也有相應的盤整時期，但年申請量一直保持持續態勢，在液壓機整體專利滯緩的時期，運動精度控制專利的數量也不斷提升。上述數據一方面說明該領域的技術一直在不斷發展，并且在近十年隨著中國專利數量的提升，短期內整體增長趨勢明顯。另一方面也說明該領域的技術的發展目前面臨一定的瓶頸，后期需要尋找新的技術增長點。

（2）中國專利近年來發展迅速，但質量亟待提高。液壓機運動精度控制技術領域50%以上的專利集中在日本、中國、美國和德國。由于上世紀主要專利集中在日本和德國，所以上述國家在該領域的技術儲備較好，且進行了較為全面的專利布局。中國的專利數量雖然近年發展較快，但是起步較晚，在中國以外的市場布局較少，且有效發明專利占比較低，所以其近年來的大幅度增加并不意味著該領域技術出現實質性突破。

對外國申請人在華專利進行解讀后可知，中國專利的申請人主要是中國的公司和研究機構，國外公司在中國的專利布局并不多。造成這種情況的原因，一是由于國外液壓機20世紀80年代以前處于高速發展時期，但中國沒有建立專利制度，二是前期外國公司對中國知識產權保護的司法環境持懷疑態度，而液壓機作為機械行業的關鍵設備，專利的申請會帶來產品的仿造，所以并沒有在中國進行大規模的專利布局。隨著這些專利技術在國外投入商業運行多年，今后也不大可能就這些技術在中國申請專利，這些專利在中國市場的影響不大。

中國的液壓機運動精度控制技術從80年代專利制度誕生時就有相應的專利申請，但前期的發明專利主要是外國申請人提出，本國企業的專利申請到2003年才出現大規模增長。在專利的質量上，近年來中國專利的特點可以概括為“三個少”：發明專利占比少、授權發明專利近年來同比增幅較少、專利侵權訴訟少。

（3）運動精度控制領域日本申請人研發實力較強；近年來中國專利數量持續增加，重點申請人區域分布明顯，但專利申請發展放緩。在主要申請人中，雖然日本公開專利數量在近些年來處于收縮態勢，但在前十位的主要申請人中，日本公司有六家包括，技術實力和研發基礎很強。

中國雖然專利數量較多，但全球主要申請人只有天津天鍛壓力機一家公司上榜，且專利申請主要集中在2003年以后，技術研發起步較晚，技術儲備較為薄弱，發展時間較短，可能是造成這種現象的主要原因。在國內，專利數量及主要重點公司區域分布現象明顯，大多集中在長三角、京津冀和珠三角這三個經濟發展較快的地區。東北及華中地區優勢不明顯。申請人主要由企業構成，個人和高校占比較小。企業的研發是該技術在國內發展的主要動力，排名前十位的企業中天津天鍛、江蘇揚力、合肥合鍛以及揚州鍛壓等公司的專利數量較多。

（4）精度控制技術領域中電氣控制技術是未來發展重點，重點申請人技術布局各有側重，該領域整體朝著電氣化、數字化、多種結構復合的方向發展。

目前，有關液壓機的液壓系統和整機結構方面的研究已經比較成熟，國內外液壓機的發展主要體現在控制系統方面。微電子技術的飛速發展，為改進液壓機的性能、提高穩定性、加工效率等方面提供了可能。其主要發展趨勢向著智能化、機電液一體化、高效率、高精度、低噪聲和功能復合化等方向發展。

對通用液壓機運動精度控制技術中國專利深度分析可知，機械領域的專利數量最多，且在持續大幅度增長后近兩年出現一定的滯緩；電氣、泵閥的專利數量比機械領域略少，但近兩年發展較為明顯。算法領域大多涉及控制的核心技術，專利相對較少。

5 主要建議

（1）找準技術研發方向，在電氣控制領域加大研發投入。目前，液壓機機械和結構的改進空間較小，在綠色節能環保的概念趨勢下，將智能化、變頻、伺服控制、綠色節能、復合加工等先進技術與液壓機行業有效結合是技術發展的重點。

基于上述結論，我們建議：①避免在機械本體領域過多的研發投入，立足現有技術基礎，加大控制算法和電氣控制技術的技術研發。算法類的技術是控制的根本方法，而且大多涉及方法和模型，是區別于現有控制方法的基礎性研發；而電氣領域由于可以集成現有的大多數計算機、數字技術，其發展前景較好，建議進行重點布局。②努力提升發明專利的比重，增加控制方法類、控制系統和計算機程序類的專利布局，提高專利的含金量。

（2）加強合作交流，強強聯合，攻關重點技術。建議企業可以與優勢互補的企業和高校開展合作。結合自身技術發展特點，通過深化產學研合作、協同創新，有針對性地在未來熱點領域進行技術研發，形成專利布局。從上文分析來看，高校在理論研究方面的水平較高，研發能力較強。

（3）強化知識產權保護意識，加強海外PCT專利申請。目前，我國企業大多僅開展中國專利申請，在海外進行專利布局仍較少。隨著自主創新的不斷深入，我們建議企業在國內布局的同時，加大PCT申請力度，嘗試海外專利布局。

（4）提升專利信息利用分析能力，助力企業發展。建議企業重視專利信息的分析利用，一方面通過專利分析找準技術發展方向和研發重點；在研發環節可消化吸收先進技術，進行二次創新；另一方面監控專利風險，發現和避免專利侵權行為，為企業產品參與市場化競爭、海外布局提供更好的知識產權保護。

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Analysis and research of the motion precision control technologypatent for hydraulic press

ZHANG Limeng,WANG Kai,WANG Yong
(Anhui Provincial Institute of Scientific and Technical Information, Hefei 230088,Anhui China)

Through the study on the patent data of motion precision control technology field for hydraulic press and taking into consideration of the industry and technical development status,the aspects including the development trend,regional layout,key areas,technology hot spots,and national competitiveness distribution have been analyzed.The competition situation and the future development direction of motion precision control field for the national general frame type hydraulic press have been compared and revealed.The suggestion has been given aiming at the existing problems,which hopes to provide valuable reference information.

Hydraulic press；Motion precision control；Patent analysis；Comparative analysis；Competitive situation

TG315.4

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.003

1672-0121（2016）02-0019-06

2015-08-26；

2015-10-11

國家知識產權局專利信息支撐項目（2014ZC00120）

張犁朦（1982-），男，碩士，助理研究員，從事專利研究、信息檢索、情報研究等