非織造布機械產業的專利技術路線圖分析

孫學軍，賀德方，彭 潔，張英杰，齊俊景

(1.中原工學院經濟管理學院，河南 鄭州 450007;2.中國科學技術信息研究所，北京 100038；3.信息工程大學洛陽校區圖書館，河南 洛陽 410300)

0 引言

紡織工業是中國國民經濟的重要組成部分，紡織機械的品種多，門類廣，包括諸如化纖機械、紡紗機械、非織造布機械等六百多類產品。長期以來我國紡織行業依賴技術引進，一些關鍵技術、關鍵設備和核心部件依賴進口的局面并沒有徹底扭轉。在 《紡織機械行業 “十三五”發展指導性意見》中，共布局了59項 “重點科技攻關項目”，其中，非織造布機械項目有5項[1]，立足研發、推廣一批多功能、組合式、差別化的先進非織造布設備，從而提高行業的技術原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新能力。

近年來，企業重視并不斷加大科技投入，創新驅動在紡織行業的轉型升級發展過程中起到的帶動作用愈發明顯。2017年全行業有17項成果獲得國家科學技術獎，在中國紡織工業聯合會科學技術獎獲獎名單中，規模以上企業有效發明專利數是 “十一五”末的3.4倍[2]。技術路線圖作為一種實用的技術管理工具，廣泛應用于技術預見、技術規劃等活動，面對非織造布機械發展創新的問題，本文在紡織傳統行業的產業轉型升級的大背景下，構建 “非織造布機械”主題專利數據集，并依托專利文本分析工具，構建了非織造布機械技術路線圖，希冀能夠為非織造布機械的技術創新提供路徑參考和支撐，提升紡織行業的科技創新能力。

1 研究現狀

技術路線圖作為產業部門、政府部門進行產業規劃和技術攻關決策方法，著力解決產業發展過程中 “市場需求—產業目標—關鍵技術—研發需求—資源需求”關鍵問題，準確有效地對技術創新和技術攻關進行管理，預測產業發展需要的技術與產品，引導行業技術研發決策，降低技術創新風險[3]。在技術路線圖的編制過程中，從目前國內外的相關實踐可以看出，專家智慧和數據都在其中扮演著重要角色。其中，專家智慧多體現為技術需求梳理，技術愿景規劃和技術關聯性評估等，多以定性研究為主；而數據則較多地表現為調研活動所形成的調研數據及反映技術進展的專利、論文等科研數據，通過文本挖掘等計算機輔助手段，實現量化研究以期得出較為客觀的分析和結論。

技術路線圖在各國已經取得了廣泛的應用。美國利用技術路線圖編制了系列產業發展規劃，如1997年鍛造工業教育及研究基金會與美國能源部工業技術辦公室合作發布 《美國鍛造工業技術路線圖》[4]；2016年美國國家細胞制造協會 (NCMC)發布 《面向2025年大規模、低成本、可復制、高質量的先進細胞制造技術路線圖》[5]。日本經濟產業省則在2000年啟動編制 《日本戰略性技術路線圖》后就對其定期更新。2015年，中國國家制造強國建設戰略咨詢委員會發布了 《中國制造2025》重點領域技術創新路線圖[6]，目前已經推出了2017版。

從文獻調研來看，專利數據是專家學者開展技術路線圖研究的重要數據支撐。如Choi等[7]通過文本挖掘專利信息構建基于SAO結構的技術路線圖。王倩等[8]以大數據產業為例，采用專利地圖法預見中國大數據產業的共性技術，從近中遠三個時間維度，繪制了中國大數據產業的共性技術路線圖。楊璧嘉等[9]提出可以將專利網絡分析引入技術路線圖的想法，并在此基礎上研究專利網絡分析在技術路線圖繪制中具體的實施辦法。劉彤等[10]深化了專利網絡分析在產業技術路線圖中的應用，將多重關系專利網絡分析方法應用于產業技術路線圖的繪制過程。此外，多種不同數據的融合也廣泛應用于技術路線圖的編制研究。Jin Gyungmi等[11]利用文本挖掘，繪制技術驅動路線圖以識別新的產品與市場機遇。李劍等[12]基于科學引文索引 (SCI)數據，編制了太陽能電池產業化關鍵技術路線圖。李欣等[13]在剖析技術路線圖研究機理的基礎上，將文獻計量和專利分析引入技術路線圖應用中，以減少技術路線圖對專家經驗的依賴。構建基于文獻計量、專利分析和技術路線圖的新興技術產業未來發展分析框架。

目前，紡織行業企業已經認識到了實施專利戰略的價值，運用技術路線圖方法研究紡織工業發展技術規劃。如陸立軍[14]和林建萍[15]分別以浙江和寧波紡織工業為例，從省市兩個區域維度，運用技術路線圖思維嘗試提出了紡織產業技術路線圖的編制思路，提出浙江紡織工業轉型升級的路徑選擇。左崇良[16]圍繞預測我國紡織科技發展趨勢，發布了 “紡織服裝產業技術路線圖”。程春生等[17]運用產業技術路線圖思維，分析研究福建省紡織化纖產業技術發展現狀、產業技術發展的需求趨勢及產業發展存在的主要共性技術問題，基于技術路線圖的紡織化纖產業發展多維度分析，提出福建紡織化纖產業技術提升的路徑和政策選擇。

總之，從文獻調研和相關實踐來看，已有對非織造布機械的研究成果多以微觀視角，利用技術路線圖為非織造布機械產業提供宏觀指導的成果鮮有觸及，相關企業為確保企業處于市場競爭的優勢地位，可積極探索技術路線圖在指導產品研發、技術規劃中的積極作用。因此，對非織造布機械產業發展進行分析并繪制產業技術路線圖具有重大的現實意義。專利分析方法的重要性在于規劃技術發展方向、突破技術壁壘障礙、拓展自主創新空間、減少研發經費，進而提升競爭優勢。探索利用專利分析工具繪制產業發展的技術路線圖，幫助紡織企業清晰認識企業的技術水平，準確認識技術發展方向，選擇恰當的技術創新路徑，積極穩妥地實施產業轉型升級，具有較強的理論和現實意義。

2 數據來源與研究框架

2.1 數據集構建

數據來源是保證分析結果權威性和準確性的基礎，本研究在數據庫的選擇上以數據項的完整、全面和準確為基準，選擇國家知識產權局官方數據庫系統作為專利數據來源[18]。檢索日期為2019年2月20日，將檢索的結果進行初步篩選，去除無關專利，得到總計2062件發明專利。檢索策略主要采用標題、摘要、權利要求的組合檢索策略，選用的關鍵詞包括： “高速梳理機”or “紡絲箱體”or “紡絲噴絲板”or “梳理機”or “交叉鋪網機”or “ PP紡粘針刺土工布”or “PET土工布”or “數控粉塵”or “過濾材料”。

2.2 研究框架

本文在文獻分析的基礎上結合領域專家知識，將專利數據和技術路線圖的繪制要素緊密結合起來，構建了專利統計分析和技術路線圖繪制的對應關系，具體內容如圖1所示。嘗試在專家領域知識的支持下，綜合運用文獻計量法、文本挖掘、數據可視化手段對非織造布機械產業發展進行分析并繪制產業技術路線圖，以期為非織造布機械產業轉型升級提供參考。

圖1 技術路線圖與專利數據分析的映射

3 非織造布機械產業技術路線圖要素分析

3.1 非織造布機械產業現狀分析

2005—2018年，國家知識產權局非織造布機械相關專利總量為2062件，其中發明專利1255件，實用新型732件，外觀設計75件。根據專利文獻中的申請日信息，統計出該技術主題歷年的專利申請量、累積數量，如圖2所示。該技術主題專利總體呈現遞增趨勢，2011年受政策激勵出現快速增長的態勢，但隨后快速回落，近三年都保持在一個持續穩定增長的階段。從技術生命周期角度來分析，通過繪制技術生命周期圖，可以反映歷年專利申請數量與專利申請人數量的變化，非織造布機械主題技術符合技術成長期的特征，處于成長期，如圖3所示。 綜合表明，非織造布機械主題技術在國內已進入穩步換擋后的增長期，具有較大的發展空間和生長潛力。

圖2 2005—2018年非織造布機械專利增長情況

圖3 非織造布機械主題技術生命周期圖

3.2 非織造布機械產業需求分析

非織造布機械市場需求的影響因素眾多，通過對行業專利技術聚集領域分析，能夠獲得非織造布機械相關創新主體在研發領域投入和前沿熱點探索能力，從而為產業技術路線圖制定提供數據支持。通過對相應專利數據進行整理和統計，可以間接反映目前非織造布機械產業的需求概況，具體分析如下。

(1)中德瑞是非織造布機械領域的主要需求方。根據專利權人的地址可以識別專利原創國家/地區信息，從統計結果來看，中國、德國、瑞士占據非織造布機械專利申請的前三名，占總專利申請量的92%，其中，中國專利申請總數達到1711件，較第二位的德國多出1450余件。一方面說明我國長期對非織造布機械持續投入研發力量，另一方面也說明德國、瑞士等國家高度重視我國非織造布機械市場。從總體申請趨勢來看，受國內外市場環境影響，我國專利申請雖整體保持增長態勢，但波動比較大。其他國家諸如德國、瑞士、法國和意大利在我國的專利申請則在逐年減少。經調研行業內專家，基本認同該組專利數據所反映的需求態勢，但也補充說明雖然我國非織造布機械總體市場在擴大，但其中的高端市場中，國外依然具有很強的技術優勢。

(2)參與市場的專利權人保有數持續增加，增幅縮小。根據對專利數據的專利權人信息進行統計，從2005年的93家增長到了2018年的862家，增長了8倍多，基本揭示了非織造布機械市場的總體情況，如表1所示。在專利權人中，德國特魯菲舍爾股份有限公司及兩合公司專利數量最多，達到82件，基本為發明專利，專利大部分處于授權和實質審查狀態。我國的青島東佳紡機 (集團)有限公司，東華大學專利數量分別為55件和39件。瑞士里特機械公司專利均為發明專利。德國和瑞士盡管專利總量不多，但是專利質量較高。與德國和瑞士相比，我國專利權比較分散且實用新型專利占比較大，具體如表2所示。

3.3 非織造布機械產業目標分析

對非織造布機械產業目標的分析，主要是利用文本挖掘技術，發現技術熱點和技術空白點，

表1 專利權人保有數統計 單位：個

表2 主要專利權人專利類型分布 單位：件

從而形成對非織造布主題技術在特定國別和區域的預見和判定。此處應用專利類交叉延伸分析方法，挖掘原創國的技術主題詞側重，對2005—2018年非織造布機械專利IPC分類號進行統計、歸納，得出如表3所示的技術主題詞表及變化趨勢。在表3中，各時間段與國別的交叉框中，顯示的是該國在特定時間段內的主題詞，每個詞后面的數代表的是在此時間段內的頻次。據此，從主題詞的角度看原創國/地區之間的技術關聯性。其中，德國、瑞士、印度、意大利技術關聯相對較強，其他國家/地區之間關聯強度較弱。各國家/地區在梳理機上均有側重；中國在紡絲箱體、纖維、生產工藝方面更加側重；德國更加側重紡紗準備、網機、紡紗、紡織機等方面。

表3 主要原創國/地區技術主題詞及變化趨勢 單位：個

3.4 非織造布機械關鍵技術分析

將專利分析作為關鍵技術識別的方法，通過對非織造布機械專利文獻隨時間的變化關系分析，找到它們之間的聯系，獲得新技術的發展動向，遴選優先發展的技術，為產業轉型升級提供方向和重點參考依據。

首先,對整個專利數據進行文本挖掘，形成主題詞聚類，我們發現非織造布機械的主要研究熱點大體圍繞以下熱點詞族進行：纖維梳理，生產工藝，梳理機，滌綸，材料，羊絨。

其次，從主題詞與專利權人之間的技術關聯性來看。特魯菲舍爾股份有限公司及兩合公司、里特機械公司專利技術關聯性較大，側重機械設備；東華大學涉及技術范圍廣泛，偏向紡織材料，具體如表4所示。

最后，從主題詞的時間演化來看，我們按照2005—2007年、2008—2010年、2011—2013年、2014—2018年四個時間段統計出各時間段應用最多的技術熱點詞，以觀察熱點詞的演化過程，如表5所示。據表可知：梳理機、纖維、紡絲是各時間段都比較集中的技術主題詞；2005—2007年的熱點詞紡紗準備，在之后的時間里不再使用;紡紗箱體、無紡布在2011—2013年時間段較為靠前，2014—2016年時間段略有減少；復合纖維在2011—2013年、2014—2018年時間段較為突出；生產工藝在2014—2016年時間段專利應用得較多。

表4 主要專利權人技術主題詞變化趨勢 單位：個

表5 熱點主題詞演化 單位：個

3.5 非織造布機械研發項目分析

非織造布機械產業研發項目分析是在專利分析的基礎上，基于產業發展現狀，梳理國內外技術發展趨勢與方向，以突破產業技術瓶頸為目標而設定的研發項目。參考 《紡織工業 “十三五”發展規劃》，并邀請行業專家對初步確定的研發項目進行論證和確認，形成如表6所示的非織造布機械研發項目列表。

表6 非織造布機械研發項目

4 非織造布機械技術線路圖的繪制與討論

4.1 非織造布機械技術線路圖的繪制

經過二十多年的發展，國內外非織造布機械行業有了較為系統的發展，基本形成了中國、德國、瑞士三強并立的態勢，但隨著非織造布產業的利潤減少，產業界和學術界創新的速度正在變緩，繼而影響到非織造布產業和非織造布裝備制造業的發展。

綜合技術路線圖的制定是依據非織造布機械現狀分析、產業需求分析、產業目標分析、關鍵技術分析和研發項目分析等匯總，找出技術發展的銜接點，依次得出非織造布機械整體技術路線圖，根據非織造布機械產業技術發展路線和產業資源需求狀況，結合紡織工業特點，以 “近期、中期、遠期”為標準，力爭使非織造布設備研發能夠形成有機整體并相互協調，實現大型、高產和高速設備研發用以提高產量，智能化、綠色化設備研發用以實現節能和資源的循環利用。利用專利數據進行技術路線圖的繪制，實現了技術路線圖制定的數據化支撐，以期實現可持續發展，在綜合專家智慧的基礎上，形成了非織造布設備技術路線圖，如圖4所示。

4.2 非織造布機械技術線路圖的討論與建議

圍繞非織造布裝備的轉型升級，通過專利技術路線圖，我們可以發現：

(1)基于專利技術路線圖的編制，能夠快速對主題領域內的主要技術權利人、主要技術熱點、技術發展趨勢，技術原創國家/地區、技術側重和技術關聯性等內容進行全面了解，這與其他方法相比，具有全面性、客觀性特征。從產業轉型升級的全局把握來看，中國、德國、瑞士在非織造布機械技術領域形成三足鼎立局勢，盡管中國專利數量優勢明顯，但是其專利質量有待提高，德國與瑞士在專利質量上的優勢將是中國專利申請人及專利權人的主要競爭對手。

圖4 非織造布機械整體技術路線圖

(2)從轉型升級過程中的技術難點來看，通過專利技術路線圖的編制，梳理明確了若干中長期需要攻克的技術，如近期需要優化梳理機結構提高設備可靠性、碳纖維等改進設備重量；中遠期需要優先解決紡粘生產過程中的氣流牽伸、針刺固結等；開發紡絲箱體、研制紡絲噴絲板、皮芯結構的牽伸系統研制；伺服運動控制、伺服速度控制、粉塵過濾技術開發等內容；遠期需要布局開發氣流成網技術。

(3)從轉型升級過程中的技術關聯方來看，從專利權人的技術關聯揭示發現，特魯菲舍爾股份有限公司及兩合公司、里特機械公司專利技術關聯性較大，側重機械設備；東華大學涉及技術范圍廣泛，偏向紡織材料。這一方面說明國內相關公司和高校雖然在非織造布機械方面擁有的專利數據比較多，但直接相關專利依然由國外的公司掌握，因此，非織造布機械裝備將是未來中國專利努力的主要方向，增加該領域的專利申請數量，提高其專利質量，打破該領域長期以來的國外技術壟斷趨勢，增加中國在非織造布機械領域高端裝備、高性能纖維的自主創新能力，具體如中國梳理機可靠性、穩定性，非織造布機械的粉塵過濾技術、氣流成網技術等。

同時，通過分析專利權人專利類型分布和專利權人申請趨勢，我們可以發現非織造布機械研發力量既有生產企業，也有高等院校。通過主要專利權人技術側重與技術關聯分析，勾勒專利權人持有專利技術的關聯，比如東華大學、蘇州大學、浙江古纖道新材料有限公司、江蘇迎陽無紡機械有限公司、張家港大成紡機有限公司、蘇州市鄧尉噴膠棉廠、常州紡興精密機械有限公司、蘇州敏喆機械有限公司、常熟市偉成非織造成套設備有限公司；天津工業大學、北京中麗制機工程技術有限公司等不僅具有地域優勢，分屬于長江三角帶、京津冀，同時也存在技術關聯性，具有非織造布機械產業鏈綜合競爭優勢，為非制造布產業區域協同發展提供便利條件，初步形成區域產業結構調整新局面。

總之，加快非織造布機械產品結構調整，發展滿足市場需求的新型高端裝備。采用數控技術、信息技術提高產品自動化、智能化水水平，采用新材料、研究裝備與零部件制造工藝技術，提高非織造布機械的制造質量和可靠性，加快非織造布裝備自主品牌建設，提升非織造布機械制造企業競爭實力成為今后一段時間非織造布機械產業發展的重點。