船舶橫搖減少裝置專利技術(shù)綜述

章渝　李創(chuàng)蘭

摘? 要：本文采用CNABS和DWPI為主要檢索數(shù)據(jù)庫，通過對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域相關(guān)專利技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行收集、標(biāo)引和梳理，對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區(qū)域布局、主要申請人等情況進(jìn)行分析，并提取出橫搖減少裝置三級分支下的主要技術(shù)主題，并對其發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了研究，以期為創(chuàng)新主體培育相關(guān)高價(jià)值專利提供啟示。

關(guān)鍵詞：橫搖減少裝置;;統(tǒng)計(jì)分析;高價(jià)值專利

1 概述

艦船為具有六個(gè)自由度的水面結(jié)構(gòu)物，由于受到環(huán)境因素的擾動(dòng)，將會(huì)在航行過程中產(chǎn)生或大或小的晃動(dòng)及位移，這些環(huán)境擾動(dòng)因素主要包括風(fēng)、浪、流等[1]。隨著精密儀器的搭載、船艇舒適度要求的不斷提高，如何減少船舶在航行過程中的搖蕩變得尤為重要。由于船舶的特殊形狀，橫搖是所有搖蕩運(yùn)動(dòng)中最嚴(yán)重的。劇烈的橫搖運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致船舶側(cè)翻，船上的建筑物、設(shè)備等損壞，引起甲板浸水，引起船上人員暈船等。可見，橫搖減少裝置的發(fā)展是十分必要的。結(jié)合其穩(wěn)定力的實(shí)施方式，橫搖減少裝置主要分為重力式、流體動(dòng)力式、陀螺力式[2]。本文采用CNABS和DWPI為主要檢索數(shù)據(jù)庫，通過對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域相關(guān)專利技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行收集、標(biāo)引和梳理，對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區(qū)域布局、主要申請人等情況進(jìn)行分析，并提取出橫搖減少裝置三級分支下的主要技術(shù)主題，并對其發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了研究。

2 全球市場專利申請情況

2.1 申請趨勢分析

通過對全球范圍各時(shí)間段內(nèi)的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到圖1，圖1中顯示了全球市場范圍內(nèi)船舶橫搖減少裝置的專利申請量隨年份的變化趨勢。通過對該圖顯示的統(tǒng)計(jì)情況進(jìn)行分析，以期對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域的專利申請的發(fā)展歷程、申請熱度進(jìn)行初步總體掌握。

根據(jù)上圖的顯示情況可以看出，船舶橫搖減少裝置的專利申請大致經(jīng)歷了三個(gè)主要階段：

第一階段（1945年-1975年）為船舶橫搖減少技術(shù)的發(fā)展初期，這一階段的專利申請的年申請量較少，但總體呈現(xiàn)出增長的趨勢，到70年代初期，年申請量達(dá)到50件左右。該階段的船舶橫搖減少技術(shù)發(fā)展比較單一，主要集中在原理簡單的分支。該階段的減搖裝置結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍較窄，對許多復(fù)雜的流體動(dòng)力性能還沒有比較清楚的認(rèn)識;

第二階段（1975年-2005年）年申請量保持在50-100件之間，這一階段的專利年申請量比較穩(wěn)定，沒有大的波動(dòng)。船舶橫搖減少技術(shù)的各個(gè)分支均出現(xiàn)了少量申請。該階段的申請開始著重對減搖裝置力學(xué)性能開始了研究，也開始發(fā)展出現(xiàn)控制方面的研究。

第三階段（2005年-至今）2005年左右船舶橫搖減少技術(shù)的專利申請量逐步上升，年專利申請量激增至100件到150件之間。2010至2015年間迎來了一次大的爆發(fā)，突破150件，該次專利申請大爆發(fā)至今，該領(lǐng)域的年專利申請量始終保持一個(gè)較高的水平。經(jīng)過時(shí)代的發(fā)展，這一階段的專利申請主要集中在了幾個(gè)船舶橫搖減少技術(shù)的重要分支上。且隨著計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)等的大發(fā)展，這一時(shí)期的船舶橫搖減少技術(shù)也呈現(xiàn)出了聯(lián)合控制、自動(dòng)化、精確化的趨勢。

2.2 區(qū)域布局分析

本文采用專利申請的優(yōu)先權(quán)國代表技術(shù)原創(chuàng)國，對相關(guān)的專利申請數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到了其分布情況（圖2）。通過該圖的顯示可以看到船舶減搖技術(shù)主要集中在日本、中國、美國、韓國。這四個(gè)國家是船舶領(lǐng)域公認(rèn)的造船大國。其中日本的申請量占到申請總量的22%，而中國也有較重的申請份額（19%）。而歐洲方面船舶橫搖減少技術(shù)的專利申請主要集中在早期。我國是傳統(tǒng)造船大國，關(guān)于船舶橫搖減少技術(shù)從70年代開始就有了較為系統(tǒng)的研究。90年代后期開始，由于市場的需求，我國對于船舶橫搖減少技術(shù)也逐漸加大了研究力度，從造船大國向造船強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。

2.3 重點(diǎn)申請人

圖3為船舶橫搖減少裝置全球?qū)＠暾埖闹饕暾埲思吧暾埩糠植记闆r統(tǒng)計(jì)。通過分析可以看出，船舶橫搖減少技術(shù)領(lǐng)域排名前八的申請人主要集中在中、日、韓等造船大國。且排名靠前的主要集中在日、韓的部分大型造船企業(yè)，如日本的三菱重工、IHI株式會(huì)社，韓國的三星重工、現(xiàn)代重工、大宇造船等。其中三菱重工和三星重工這兩個(gè)知名企業(yè)占據(jù)了最重的分量。此外，從總量上來看，排名前八的重點(diǎn)申請人的申請總量在整個(gè)船舶橫搖減少裝置中占的比例較少，說明船舶橫搖減少技術(shù)領(lǐng)域的申請人相對比較分散，而這一部分較為分散的申請很大一部分集中在歐洲、美國的早期申請。針對我國，分析我國的重點(diǎn)專利申請人可以看出，我國關(guān)于船舶減搖技術(shù)的研究主要集中在高校，而我國造船企業(yè)多以生產(chǎn)、建造為主，針對船舶減搖技術(shù)的自主研發(fā)能力較低，技術(shù)的發(fā)展多依賴高校的科研成果。

2.4 技術(shù)專題分析

通過對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域相關(guān)專利技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行收集、標(biāo)引和梳理，并結(jié)合非專利庫中相關(guān)學(xué)術(shù)研究對船舶橫搖減少裝置涉及的技術(shù)進(jìn)行了分類細(xì)化，建立了船舶橫搖減少裝置技術(shù)分解，見圖4

圖5中顯示了船舶減搖裝置領(lǐng)域一級分支下的申請量分布情況。其中，流體動(dòng)力式（3608項(xiàng)）比重最高占到了58%，重力式（2260項(xiàng)）其次，占36%。可以看出利用產(chǎn)生的流體動(dòng)力來減少船舶橫搖的技術(shù)發(fā)展較好。而陀螺力式減搖裝置的原理單一，發(fā)展也相對停滯。

圖6顯示了船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域各二級技術(shù)分支的申請量份額情況，從圖中可以很直觀地看出，減搖附體的申請量份額占有最重的比例（3296項(xiàng)）。減搖水艙（1547項(xiàng)）和重物減搖（713項(xiàng)）其次，陀螺儀減搖（353項(xiàng)）和推進(jìn)器減搖（311項(xiàng)）申請量都較少，比重相當(dāng)。通過具體量化分析可以發(fā)現(xiàn)，排名第一的減搖附體的申請量占到了整個(gè)二級分支總量的52.9%，從申請數(shù)量上就奠定了減搖附體在整個(gè)船舶減搖裝置發(fā)展中的重要地位。

3 船舶減搖鰭的發(fā)展

3.1 減搖浮體各分支申請

減搖附體在整個(gè)二級分支中占有很高的份額。船舶附體利用在船舶型線外的附加部件在流體介質(zhì)產(chǎn)生阻尼、穩(wěn)定力/穩(wěn)定力矩、等流體動(dòng)力，從而達(dá)到減小橫搖的目的。減搖附體以其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)得到了很好的發(fā)展。減搖附體主要具有減搖鰭、舭龍骨、舵減搖等分支。而其中減搖鰭在各個(gè)時(shí)間段的申請量均高于其余兩種減搖裝置，在減搖附體的發(fā)展中占有絕對的主導(dǎo)地位。在發(fā)展早期各分支的申請量相當(dāng)，都相對較少。發(fā)展中后期減搖鰭迎來了申請量的爆發(fā)，申請量保持穩(wěn)步增長。反觀舭龍骨和舵減搖的發(fā)展歷程，發(fā)展過程中申請量數(shù)量始終維持在較少數(shù)量，并無大的發(fā)展。從數(shù)量上來說，減搖鰭是整個(gè)減搖附體技術(shù)分支中的發(fā)展重點(diǎn)。從增長趨勢上來說減搖鰭也是減搖附體中最具發(fā)展勢頭的一個(gè)分支，具有較大的發(fā)展、挖掘潛力。

3.2 減搖鰭的發(fā)展脈絡(luò)

減搖鰭作為一種主動(dòng)減搖附體，它是通過船體中兩舭伸出的一對機(jī)翼型葉片在水中產(chǎn)生升力，當(dāng)船在風(fēng)浪中橫搖時(shí)，左右兩側(cè)的鰭的升力形成復(fù)原力矩，用于抵抗風(fēng)浪左右的力矩，從而減小船舶的橫搖運(yùn)動(dòng)[3]。 減搖鰭的主體結(jié)構(gòu)主要為鰭葉和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方式。鰭葉用于產(chǎn)生水動(dòng)力效果，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成鰭葉的運(yùn)動(dòng)，包含了鰭葉的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)和可回收式鰭葉的回收。在減搖鰭的整個(gè)發(fā)展過程中，重點(diǎn)也主要集中在執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鰭葉水動(dòng)力性能提升這兩方面。圖7展示了減搖鰭的主要發(fā)展演進(jìn)情況，其發(fā)展情況大致可以分成三個(gè)階段。

60-80年代，減搖鰭的執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)歷了革命性的變化。從早期的固定式向可收放式發(fā)展。這一轉(zhuǎn)變使得減搖鰭在靜水中的阻力大大減小，但同時(shí)也為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)。該時(shí)期的減搖鰭的收放形式主要為沿著減搖鰭轉(zhuǎn)軸的軸線方向?qū)Ⅵ捜~進(jìn)行回收。而減搖鰭的水動(dòng)力性能方面，70年代初期開始，人們逐漸開始意識到機(jī)翼形狀的鰭葉端部會(huì)產(chǎn)生渦流，并認(rèn)識到其危害性。研究人員開始從機(jī)翼的結(jié)構(gòu)形式、機(jī)翼表面的微處理發(fā)面著手改進(jìn)其水動(dòng)力性能。該時(shí)期減搖鰭處在技術(shù)改進(jìn)的發(fā)展初期。

80-90年代后期，減搖鰭回收方式從軸向回收向折疊回收轉(zhuǎn)變。而針對減少渦流的研究的到了進(jìn)一步的發(fā)展，專利申請中也涌現(xiàn)出了一批關(guān)于減少渦流革命性改進(jìn)。該時(shí)期減搖鰭水動(dòng)力性能研究的重點(diǎn)集中在從增加機(jī)翼拱度來提高機(jī)翼升力方面。

90年代后期開始，執(zhí)行結(jié)構(gòu)向著液壓控制的方向發(fā)展。這一時(shí)期開始，隨著海洋工程的發(fā)展，人們對減搖鰭的需求有了新的認(rèn)識。傳統(tǒng)減搖鰭減搖機(jī)理產(chǎn)生于船舶航行中，航行的水流在具有一定角度的鰭面上產(chǎn)生作用力，且減搖的效果取決于船舶的航速。可見傳統(tǒng)減搖鰭的功能對于高航速有較大的依賴性，當(dāng)航速較小或甚至為零的情況下，傳統(tǒng)減搖鰭并不能發(fā)揮作用。隨著海洋工程的發(fā)展，需要在零航速下作用的船舶越來越多，為了在風(fēng)浪條件下完成海上定點(diǎn)作用，迫切需要進(jìn)行零航速減搖。由于傳統(tǒng)減搖鰭在零航速條件下鰭上、下表面無壓力差，無法產(chǎn)生升力，因此針對零航速減搖鰭的研究主要集中在了減搖鰭的周期性振動(dòng)產(chǎn)生升力，也就是變形減搖鰭上。

結(jié)語

通過對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區(qū)域布局、主要申請人等情況進(jìn)行分析，可以看出，該領(lǐng)域主體的專利技術(shù)仍然掌握在中、美、日、韓等傳統(tǒng)造船大國手中。而與其他國家相比，我國關(guān)于船舶減搖技術(shù)的研究主要集中在高校。隨著精密儀器的搭載、船艇舒適度要求的不斷提高，減搖裝置的創(chuàng)新在現(xiàn)代造船市場中具有越來越重要的地位，在我國也具有很大的發(fā)展空間，船舶領(lǐng)域的各類創(chuàng)新主體應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)專利保護(hù)意識，并進(jìn)一步提升高價(jià)值專利占比，以促進(jìn)我國船舶行業(yè)的大力發(fā)展。（第二作者對本文的貢獻(xiàn)與第一作者等同）

參考文獻(xiàn)：

[1]楊輝.船舶減搖方式介紹及發(fā)展趨勢[J].江蘇船舶，2007，24（04）：10-12.

[2]張杰薦.船舶減搖水艙測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略研究.內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015.

[3] 董美華等.船舶減搖技術(shù)研究進(jìn)展. 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008， 22（02） ：183-188.

作者簡介：章渝（1988—），男，湖南邵陽人，知識產(chǎn)權(quán)師，工學(xué)碩士，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心專利審查員;李創(chuàng)蘭（1988—），女，四川內(nèi)江人，知識產(chǎn)權(quán)師，工學(xué)碩士，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心專利審查員（等同第一作者）。