專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)與高價(jià)值專利識(shí)別

劉佩佩，陸丁天，蘇 偉，遇炳昕，于得水，來(lái) 燃

(1.中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)編輯部；2.中國(guó)民航大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院；3.中國(guó)民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院；4.中國(guó)民航大學(xué)民航技術(shù)研究院；5.中國(guó)民航大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)中心，天津 300300)

1 研究背景及文獻(xiàn)綜述

2019 年，我國(guó)國(guó)際專利申請(qǐng)量躍居世界第一［1］，知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，高價(jià)值專利成為熱點(diǎn)。以“質(zhì)量?jī)?yōu)先、轉(zhuǎn)化導(dǎo)向、政策引導(dǎo)”為基本原則的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略和知識(shí)產(chǎn)權(quán)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略［2］，對(duì)專利質(zhì)量評(píng)估工作提出了前所未有的高要求。設(shè)計(jì)一種能夠從海量專利中迅速識(shí)別出高質(zhì)量、高價(jià)值專利的批量評(píng)估體系，有利于全面推進(jìn)專利資助和管理改革，提高技術(shù)轉(zhuǎn)移和成果轉(zhuǎn)化效益。

1.1 專利質(zhì)量評(píng)估研究綜述

國(guó)內(nèi)外關(guān)于專利質(zhì)量評(píng)估體系的研究由來(lái)已久，OECD 等國(guó)際組織、Innography 等專利數(shù)據(jù)庫(kù)陸續(xù)提出了專利強(qiáng)度（Patent Strength）、專利記分牌（Patent Scorecard）、IPScore、IPQ 報(bào) 告、Ocean Tomo 300th等專利質(zhì)量評(píng)估體系；國(guó)內(nèi)方面，專利價(jià)值度（PVD）、合享價(jià)值度（IncoPat）、P2I（Patent to Intelligence）主要從專利轉(zhuǎn)化角度進(jìn)行價(jià)值評(píng)估。

各種體系的外在區(qū)別主要包括指標(biāo)體系（indices）的建立、指標(biāo)權(quán)重（weights）的確定和專利數(shù)據(jù)庫(kù)（database）的選擇。追根溯源，其本質(zhì)區(qū)別在于如何理解專利“質(zhì)量”，從而產(chǎn)生了3 個(gè)流派：（1）價(jià)值創(chuàng)造法（value creation approach）［3］，從企業(yè)視角［4］將“質(zhì)量（quality）”等同于專利能夠產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)“價(jià)值（value）”；（2）文獻(xiàn)信息法（bibliographic approach）［3］，從學(xué)術(shù)理論視角［4］，基于專利文獻(xiàn)的著錄信息評(píng)價(jià)專利的“三性”，輔之以內(nèi)容分析法（content-based approach），從摘要、權(quán)利要求等內(nèi)容提取技術(shù)主題、分析技術(shù)趨勢(shì)；（3）綜合評(píng)估法，系統(tǒng)評(píng)估專利的技術(shù)質(zhì)量（發(fā)明點(diǎn)高度、技術(shù)思路等）、保護(hù)質(zhì)量（技術(shù)覆蓋范圍、權(quán)利要求數(shù)量等），輔之以應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益［5］。

價(jià)值創(chuàng)造法從市場(chǎng)價(jià)值角度評(píng)估專利質(zhì)量，采用少量指標(biāo)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)專利價(jià)值，且主要針對(duì)市場(chǎng)前景好、轉(zhuǎn)化利潤(rùn)高的熱點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域（納米技術(shù)、生物醫(yī)藥、半導(dǎo)體、移動(dòng)通信、人工智能等）。Beaudry 等［6］利用納米科技數(shù)據(jù)庫(kù)（Nanobank）的企業(yè)合作數(shù)據(jù)證實(shí)了專利權(quán)力要求項(xiàng)數(shù)與企業(yè)利潤(rùn)空間的正相關(guān)性。Caviggioli 等［7］利用Ocean Tomo的專利拍賣數(shù)據(jù)，從技術(shù)復(fù)雜度、市場(chǎng)價(jià)值和專利策略三方面建立評(píng)估模型并驗(yàn)證了指標(biāo)間的相關(guān)性；該體系適用于各領(lǐng)域，數(shù)據(jù)獲取方法透明、客觀，但程序復(fù)雜，不適用于大批量專利質(zhì)量分析。謝智敏等［8］利用專利實(shí)際交易價(jià)格驗(yàn)證了Innography、IncoPat、PatSnap 的專利價(jià)值評(píng)估有效性，結(jié)果表明PatSnap 的專利價(jià)值預(yù)估結(jié)果更加可靠；分析區(qū)別，PatSnap 的指標(biāo)體系更加注重專利申請(qǐng)人的研發(fā)投入、發(fā)明人數(shù)量、專利市場(chǎng)覆蓋程度和市場(chǎng)吸引力等指標(biāo)。

文獻(xiàn)信息法方面，呂曉蓉［9］選取了6 項(xiàng)專利技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)，利用DWPI 數(shù)據(jù)驗(yàn)證了評(píng)價(jià)結(jié)果，該方法可操作性強(qiáng)、定量分析和評(píng)價(jià)客觀，應(yīng)在此基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度。

綜合評(píng)估法是目前研究的主流。肖國(guó)華等［10］比較了3 種指標(biāo)體系的構(gòu)成、流程、分析角度、適用范圍、優(yōu)勢(shì)和不足，提出應(yīng)從法律價(jià)值、技術(shù)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值4 個(gè)方面，建立專利價(jià)值分析指標(biāo)庫(kù)。伊惠芳等［11］引入時(shí)間序列來(lái)反映技術(shù)領(lǐng)域變化，實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)權(quán)重的動(dòng)態(tài)賦值。

權(quán)重設(shè)置方面，專利質(zhì)量評(píng)估愈加注重評(píng)估體系的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性，運(yùn)用主成分分析法PCA、BPN、層次分析法AHP、文本挖掘（text mining）、SOM-KPCA-SVM model、“三階段—兩維度”模型、兩階段概率模型（two-stage probit model）、多元?jiǎng)偎銓?duì)數(shù)模型（multinomial logit model）等［12］，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度驗(yàn)證指標(biāo)和權(quán)重的信度和效度。但以上統(tǒng)計(jì)都是基于少量樣本、自建評(píng)估模型的內(nèi)部檢驗(yàn)，未引入外部評(píng)價(jià)，所得結(jié)果缺乏說(shuō)服力。

1.2 現(xiàn)有評(píng)估體系應(yīng)用局限

董海珍［13］對(duì)我國(guó)專利價(jià)值評(píng)估能力進(jìn)行了分析，提出現(xiàn)有專利價(jià)值評(píng)估方法通用性較弱、評(píng)估體系有待完善，應(yīng)制定統(tǒng)一的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、提高專利價(jià)值評(píng)估機(jī)構(gòu)的公信力和權(quán)威性。綜合來(lái)看，現(xiàn)有專利質(zhì)量評(píng)估體系存在以下問(wèn)題：（1）多數(shù)體系利用若干企業(yè)、少量樣本的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)設(shè)置權(quán)重，指標(biāo)賦值依賴于小范圍樣本的比值，所得結(jié)果缺乏說(shuō)服力；（2）指標(biāo)設(shè)置覆蓋面較窄，部分指標(biāo)依賴專家人工打分，不利于批量分析；（3）針對(duì)單件專利的評(píng)估方法稀缺。此外，具體到操作層面，仍需考慮數(shù)據(jù)的可獲取性、指標(biāo)及權(quán)重的透明度、評(píng)估結(jié)果的可解釋性、操作的便利性（人工/機(jī)器）、評(píng)估速度、評(píng)估費(fèi)用等問(wèn)題。另一方面，現(xiàn)有研究大多關(guān)注熱點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域的專利質(zhì)量，對(duì)于新興產(chǎn)業(yè)的研究較少，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)缺乏一致性和普適性，不利于新技術(shù)和新市場(chǎng)的培育。

基于以上考量，從科研成果管理的角度，以全面分析競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、篩選技術(shù)合作伙伴、選拔種子團(tuán)隊(duì)和科研人員為目標(biāo)，將宏觀分析與重點(diǎn)專利分析相結(jié)合，研究設(shè)計(jì)了創(chuàng)新主體專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估系統(tǒng)（Patent Competitiveness Assessment System,PCAS），實(shí)現(xiàn)了專利的快速批量分析、多維度對(duì)比和可視化結(jié)果生成。

2 專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)有專利質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法的優(yōu)點(diǎn)，考慮科技創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)際需求，利用Python、Java 等程序語(yǔ)言的算法優(yōu)勢(shì)，對(duì)專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估系統(tǒng)提出以下4 項(xiàng)功能要求：?jiǎn)渭＠|(zhì)量評(píng)價(jià)、多件專利批量評(píng)價(jià)、創(chuàng)新主體專利競(jìng)爭(zhēng)力分析、對(duì)比結(jié)果可視化。創(chuàng)新主體專利競(jìng)爭(zhēng)力分析包括數(shù)量分析、單件專利分值統(tǒng)計(jì)、專利技術(shù)領(lǐng)域分析。分析結(jié)束后，利用ECharts 技術(shù)將結(jié)果以圖表方式顯示出來(lái)。系統(tǒng)功能模塊如圖1 所示。

圖1 專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.2 指標(biāo)體系及權(quán)重設(shè)置

借鑒現(xiàn)有評(píng)估體系，從4 個(gè)維度構(gòu)建專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估指標(biāo)體系：技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力、法律競(jìng)爭(zhēng)力、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和社會(huì)效益。指標(biāo)設(shè)置采用加權(quán)評(píng)價(jià)型，各二級(jí)指標(biāo)依照重要程度由專家給出不同的權(quán)重，結(jié)合主成分分析法，計(jì)算最終權(quán)重。以“專利類別”指標(biāo)為例，下設(shè)3 個(gè)選項(xiàng)：發(fā)明專利、實(shí)用新型、外觀專利，權(quán)重分別為：0.69、0.23、0.08。由系統(tǒng)根據(jù)指標(biāo)代碼字段和選項(xiàng)字段為其匹配相應(yīng)權(quán)重，自動(dòng)計(jì)分。指標(biāo)體系如表1 所示。

表1 專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及代碼

隨機(jī)選取其中6 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果如表2 所示。

表2 指標(biāo)相關(guān)性系數(shù)

可以看出，除引證數(shù)量外，專利法律效力與其他指標(biāo)均在99%的置信區(qū)間內(nèi)顯著正相關(guān)；其他指標(biāo)大部分均顯著相關(guān)，表明該指標(biāo)體系及權(quán)重設(shè)置有效。

2.3 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，服務(wù)器端以Java 為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)框架為Spring MVC。Spring MVC 作為經(jīng)典的框架，擁有良好的可擴(kuò)展性，可配合大多數(shù)Java企業(yè)框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)［14］。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL，前 端 技 術(shù) 采 用HTML、CSS、JQuery、Bootstrap、Ajax&Json。

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建立

選定航空制造業(yè)樣本單位共28 家（包括企業(yè)、高校、科研院所），從國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局、Innography等國(guó)內(nèi)外商用專利數(shù)據(jù)庫(kù)下載并進(jìn)行交互驗(yàn)證、去重等數(shù)據(jù)清洗，獲取各單位專利數(shù)據(jù)共21 883 件，利用MySQL 的InnoDB 存儲(chǔ)引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，建立航空制造業(yè)專利數(shù)據(jù)庫(kù)，利用該數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)包括4 個(gè)數(shù)據(jù)表：用戶數(shù)據(jù)表、專利信息數(shù)據(jù)表、專利評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)表、創(chuàng)新主體專利總得分?jǐn)?shù)據(jù)表。

2.5 系統(tǒng)工作流程

首先，讀取專利信息，判斷專利信息是否完整。然后，對(duì)信息完整的專利進(jìn)行評(píng)分賦值，繼而將賦值完整的專利存入數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取分析數(shù)據(jù)，配置圖表參數(shù)，生成可視化圖表。系統(tǒng)工作流程如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程

3 專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估性能測(cè)試

將自建數(shù)據(jù)庫(kù)專利數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)相結(jié)合，采用背對(duì)背方式，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，對(duì)于千件級(jí)專利數(shù)據(jù)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)，流程順暢。實(shí)例檢驗(yàn)證實(shí)了該系統(tǒng)對(duì)高質(zhì)量、高價(jià)值專利的有效識(shí)別。

3.1 測(cè)試1：指向金獎(jiǎng)專利

下載歷年航空金獎(jiǎng)專利，命名為“單位1”；從數(shù)據(jù)庫(kù)隨機(jī)選取3 家國(guó)內(nèi)大型航空制造企業(yè)，編號(hào)“單位2”～“單位4”。共計(jì)1 479 件專利，總耗時(shí)97s，評(píng)估結(jié)果如表3 所示。

表3 專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估結(jié)果（測(cè)試1）

可以看出，歷年航空金獎(jiǎng)專利的平均分、最高分均高于其他創(chuàng)新主體，驗(yàn)證了專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估系統(tǒng)在高質(zhì)量專利識(shí)別方面的有效性。為了更加直觀、全面地對(duì)比各單位專利在具體指標(biāo)上的表現(xiàn)，系統(tǒng)提供了可視化分析功能，以部分指標(biāo)為例，結(jié)果如圖3（a）～3（d）所示。

圖3 評(píng)估結(jié)果可視化對(duì)比（測(cè)試1）

分析圖3 可知，金獎(jiǎng)專利在有效性（包括法律效力和維持期）、同族數(shù)量指標(biāo)上具有顯著優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)出了良好的專利布局意識(shí)，值得各創(chuàng)新主體借鑒。

3.2 測(cè)試2：指向高轉(zhuǎn)化價(jià)值專利

科技成果高水平創(chuàng)造和高效率轉(zhuǎn)化是加快“雙一流”建設(shè)的重要指標(biāo)，孵化企業(yè)是提升高校服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能力的重要載體［15］。以某航空高校孵化企業(yè)為例，進(jìn)行高轉(zhuǎn)化價(jià)值識(shí)別測(cè)試。園區(qū)企業(yè)專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估前5 名得分如表4 所示。

表4 專利競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估結(jié)果（測(cè)試2）

評(píng)估結(jié)果可視化對(duì)比如圖4 所示，可以看出，平均分最高的企業(yè)，其專利維持期和引證數(shù)量也遙遙領(lǐng)先。進(jìn)一步，將該企業(yè)單件專利得分進(jìn)行排序，得分最高的前4 件信息如表5 所示。

圖4 評(píng)估結(jié)果可視化對(duì)比（測(cè)試2）

表5 孵化企業(yè)高分專利詳情

資料顯示，該企業(yè)也是所在高校成果轉(zhuǎn)化最為活躍的孵化企業(yè)。以這4 件專利為核心技術(shù)的轉(zhuǎn)化成果“全自助行李托運(yùn)系統(tǒng)”于2019 年中標(biāo)大興機(jī)場(chǎng)建設(shè)，34 臺(tái)設(shè)備已投建完成。測(cè)試2 表明，該專利質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)可有效識(shí)別高轉(zhuǎn)化價(jià)值專利。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，該專利質(zhì)量分析系統(tǒng)已獲得軟件著作權(quán)（證書號(hào)：軟著登字第5194530 號(hào)），并向區(qū)域航空創(chuàng)新主體開(kāi)放使用，試用反饋及外部數(shù)據(jù)自檢結(jié)果表明，系統(tǒng)具有鮮明的優(yōu)勢(shì)，適用于各類創(chuàng)新主體，但仍有很大的完善空間。

4.1 系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)

（1）客觀全面。系統(tǒng)指標(biāo)客觀、全面，數(shù)據(jù)易獲取，避免主觀評(píng)價(jià)帶來(lái)的偏差。

（2）可靠快速。運(yùn)算速度快，可分析批量專利和單件專利，性能可靠。

（3）結(jié)果可視化。系統(tǒng)自動(dòng)生成可視化對(duì)比圖，直觀體現(xiàn)創(chuàng)新主體在具體指標(biāo)上的差異。

（4）多層次評(píng)價(jià)。可進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間、同一技術(shù)領(lǐng)域、不同技術(shù)領(lǐng)域之間的多樣比較，有利于綜合評(píng)價(jià)。

（5）多角度分析?？裳杆偕芍痦?xiàng)指標(biāo)差異和全局差異的可視化對(duì)比，有利于創(chuàng)新主體對(duì)行業(yè)參與者的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行全局把握和具體分析。

4.2 系統(tǒng)性能改進(jìn)方向

根據(jù)實(shí)證檢驗(yàn)結(jié)果，在廣泛參考同類研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)高價(jià)值專利的申請(qǐng)書撰寫特點(diǎn)和布局特點(diǎn)，提出以下改進(jìn)方向，以進(jìn)一步完善所建系統(tǒng)，真正為高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

（1）細(xì)化指標(biāo)體系。國(guó)民經(jīng)濟(jì)分類應(yīng)當(dāng)細(xì)化為四位數(shù)代碼并分別賦值，區(qū)分前引和后引，將專利維持期改為專利有效期。

（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)賦值。技術(shù)先進(jìn)性是隨著時(shí)間變化的，應(yīng)根據(jù)技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新主體的自我技術(shù)迭代，加入所在領(lǐng)域技術(shù)生命周期分析，動(dòng)態(tài)更新指標(biāo)權(quán)重。

（3）專利申請(qǐng)前評(píng)估。積累后驗(yàn)數(shù)據(jù)，反推優(yōu)質(zhì)專利特點(diǎn)，分析申請(qǐng)書和申請(qǐng)后的引證和交易情況，總結(jié)優(yōu)質(zhì)專利的技術(shù)要點(diǎn)和申請(qǐng)書寫作思路，探索專利申請(qǐng)前評(píng)估辦法，根據(jù)申請(qǐng)書初稿評(píng)價(jià)其“可專利性”，有利于科學(xué)推進(jìn)高等學(xué)校專利質(zhì)量的提升［2］，指導(dǎo)專利申請(qǐng)和轉(zhuǎn)化。

（4）完善配套技術(shù)。包括數(shù)據(jù)庫(kù)更新、數(shù)據(jù)模板規(guī)范、缺失信息處理等技術(shù)。

完善以上功能后，該系統(tǒng)可推廣至不同技術(shù)領(lǐng)域，其前提是建立相應(yīng)專利數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，并結(jié)合技術(shù)進(jìn)展，動(dòng)態(tài)調(diào)整指標(biāo)體系。