專利視角下模具修復技術應用研究

陳 彬，張宇騰

（安徽工業大學，安徽 馬鞍山 243032）

0 引言

模具是生產現代工業產品的工藝裝備，分為冷作模具、熱作模具和型腔模具三大類[1,2]。模具長時間使用過程中其零件會出現斷裂、磨損、腐蝕、疲勞和變形等損傷，當損傷影響模具正常使用時稱之為模具失效。對失效模具進行修復是一種再制造技術，再制造可以創造良好的經濟效益和社會效益。模具修復技術主要有堆焊修復[3,4]、電刷鍍修復[5]、熱噴涂修復[6,7]、熱噴焊修復[8]和激光修復[9,10]等。

對現有技術進行總結，有助于把握未來的技術發展方向。參考文獻[11]、[12]分別于2007年和2018年針對各種表面技術在模具修復中的應用開展了綜述研究，列舉了不同表面技術在模具修復中的應用特點。參考文獻[13]在對模具修復技術進行綜述的基礎上指出新型修復、復合修復和數字化修復是未來模具修復的發展趨勢。上述參考文獻都從理論角度對模具修復技術開展研究，但從專利視角方面分析國內模具修復技術應用的研究現狀和發展趨勢未見報道。基于此，現對國內現有模具修復相關專利進行檢索，挖掘其技術發展動態，為模具修復技術應用創新提供參考。

1 數據來源與專利檢索

為了對國內模具修復專利技術進行準確分析，選擇國家知識產權局專利檢索及分析平臺進行檢索，檢索方式為：“（發明名稱=（模具AND修復）OR發明名稱=（模具AND再制造））AND（發明類型=（“I”OR“U”OR“D”））AND（公開國家/地區/組織=（CN））”，共得到檢索結果為491項，篩選申請日為建庫以來至2020年12月31日，手動去除與該文研究不相關的專利，最終得到研究樣本290項。

2 模具修復專利分析

2.1 專利申請時間與類型分析

國內與模具修復相關的290項申請專利中，實用新型專利的申請數量為99項，比例約為34.14%，發明專利的申請數量為191項，比例約為65.86%。經檢索，國內第1個與熱鍛模修復相關的專利出現在2003年，該發明專利涉及一種模具焊合修復工藝[14]，通過對檢索數據進行處理，可以得到2003～2020年國內模具修復專利申請趨勢，如圖1所示。

圖1 2003～2020年國內模具修復專利申請趨勢

由圖1可知，從2003～2020年，與模具修復相關的實用新型專利和發明專利的申請數量均呈上升趨勢，說明對知識產權的保護越來越重視，也說明模具修復具有很強的技術可行性和廣闊的市場前景。2011年以前模具修復相關專利每年申請數量不超過10項，屬于技術應用的摸索階段，2012年以后專利申請數量每年增長且增幅較大。整體上看，每年發明專利的申請數量超過實用新型專利的申請數量，說明模具修復相關的專利應用價值較高，2016年，國家發布了GB/T 33221-2016《再制造企業技術規范》等相關技術標準和工業綠色發展規劃2016～2020年，對模具修復行業具有較強的促進作用，因此模具修復專利在2016年后出現了激增的情況。

2.2 專利申請人分析

對2003～2020年國內模具修復專利申請人進行統計分析，其中企業仍是專利申請的主體，占比50.50%，以榮成日東通用設備有限公司、榮成宏盛模具有限公司、深圳市日升昌模具科技有限公司、十堰派生工貿有限公司、中研智能裝備有限公司、丹陽惠達模具材料科技有限公司、南京江聯焊接技術有限公司、山東豪邁機械科技股份有限公司和江蘇雨燕模業科技有限公司等為代表；大專院校占比19.53%，以山東大學、浙江大學寧波理工學院、北京工業大學、南京航空航天大學、吉林大學、燕山大學、哈爾濱理工大學和武漢理工大學等為代表；科研單位和機關團體占比2.36%；個人占比27.61%。企業既是模具修復的主要技術應用者也是重要的技術研發者，因此專利申請數量最多。大專院校和科研院所作為模具修復技術創新的主要載體，專利申請數量也較多。對合作申請模具修復相關專利進行統計，如表1所示，由表1可知，國內模具修復專利合作申請較少，僅9項，其中高校和科研單位與企業合作申請專利為5項，說明國內模具修復行業的產學研合作交流較少，缺乏技術創新與技術應用的良性互動，從2017年以后專利申請合作較多，說明企業和社會越來越重視技術交流，但力度還不夠大。

表1 合作申請模具修復專利統計表

2.3 專利申請的技術領域分析

通過專利的IPC分類號對2003～2020年國內模具修復專利申請技術領域進行統計分析，排名前五的技術領域分別是B23（機床；其他類目中不包括金屬加工）、C23（金屬材料鍍覆；表面化學處理等）、B24（磨削；拋光）、B22（鑄造；粉末冶金）和 C22（冶金；黑色或有色金屬合金；合金或有色金屬的處理），根據IPC分類號的具體含義分析得到表2所示的模具修復專利申請熱點領域。

表2 2003～2020年國內模具修復專利申請熱點領域

對上述模具修復專利主要IPC分類按照年度統計得到圖2所示結果。由圖2可知，涉及B23、C23、B24、B22和C22熱點領域的專利分別為130、78、32、27、27項，其中B23和C23出現較早，所有的熱點領域專利申請數量均處于上升趨勢，特別是B23、C23和B24技術領域專利申請數量上升較快。

圖2 2003～2020年國內模具修復專利主要IPC分類變化趨勢

2.4 技術生命周期分析

技術生命周期分為導入期、成長期、成熟期和衰退期[15]。通過對2003～2020年國內模具修復專利進行技術生命周期分析，可以確定國內模具修復專利所處的發展階段，進而推測其發展趨勢。模具修復技術生命周期用技術生長率（ν）、技術成熟系數（α）、技術衰退系數（β）和新技術特征系數（N）4個專利指標來表征，判別標準[15]如表3所示。

表3 模具修復專利技術生命周期判別標準

技術生長率（ν）表示為：

式中：a——當年模具修復相關發明專利申請數；A——追溯5年模具修復相關發明專利申請總數。

模具修復技術成熟系數（α）表示為：

式中：b——當年模具修復相關實用新型專利申請數。

模具修復技術衰退系數(β)表示為：

式中：c——當年模具修復相關外觀設計專利申請數。

模具修復新技術特征系數(N)表示為：

考慮2003年國內才申請第1個模具修復相關專利，首個專利出現后的幾年技術生命周期相關指標波動較大，不具備分析價值，因此將2008～2020年國內模具修復專利申請數據代入式（1）～（4）得到圖3所示結果，由于未出現模具修復相關的外觀設計專利，技術衰退系數一直保持為1不變。技術生長率、技術成熟系數和新技術特征系數均在2013年達到峰值，說明2013年前后是國內模具修復專利申請的爆發年，同時2010年和2016年出現了拐點，這與上述圖1所示的專利申請趨勢一致。2016年至今技術成熟系數和新技術特征系數開始緩慢下降，說明當前國內模具修復技術屬于成熟期。

圖3 2008～2020年國內模具修復專利技術生命周期指標變化

為進一步確定當前國內模具修復專利技術生命周期，選擇技術生命周期圖法與指標法進行對比分析。將國內模具修復專利申請量與申請人隨年份變化數據繪制成技術生命周期圖，如圖4所示。由圖4可知，在2008年以前國內模具修復專利申請數量和申請人數量都較少，說明技術還不成熟且未商業化，之后專利申請數量和申請人數量均大幅增長，說明模具修復技術應用快速發展。當前模具修復專利數量雖然增長，但是申請人變化不大，說明該技術較為成熟，針對現有技術改良優化的專利較多。

圖4 2003～2020年國內模具修復專利技術生命周期

2.5 核心引用文獻分析

對2003～2020年國內模具修復專利被引證次數進行排序，其中排序前十的專利如表4所示。由表4可知，排序第2的專利是國內模具修復領域的第1個專利，因此被引證次數較多。從專利的主要技術來看，核心專利聚焦的重點是激光熔覆修復和堆焊修復。

表4 2003～2020年國內模具修復核心專利（前十）

2.6 專利摘要詞頻分析

在Python軟件中運用正則表達式和jieba組件對2003～2020年國內模具修復專利文本數據進行詞頻分析，手動去除檢索詞和與技術無關的各類詞語，得到詞頻較高的技術關鍵詞，再對技術關鍵詞出現的起止年份進行整理得到圖5所示結果。由圖5可知，國內模具修復專利的技術關鍵詞有激光、表面、裝置、堆焊、工藝、熔覆、制造、加工、焊接、系統、合金、粉末、輪胎、檢測、裂紋、打磨、涂層、磨損、汽車、質量、快速、噴涂、型腔、硬度、焊絲、花紋、使用壽命、激光器、強化、增材等。雖然這些技術關鍵詞出現的年份不一樣，但目前仍是國內模具修復技術應用創新的焦點，特別是近幾年出現的輪胎模具修復、模具修復前后的檢測、打磨、模具花紋和增材制造等關鍵技術應用應重點關注。

圖5 模具修復專利高頻關鍵詞起止年份

3 結束語

運用多種方法對2003～2020年國內模具修復專利進行了研究，得出以下結論和建議。

（1）從專利申請趨勢看，國內模具修復專利申請數量整體呈現上升趨勢，發明專利申請數量相對較多，但專利的總量仍然偏少，建議從事模具修復的企業和科研院所等加大知識產權保護力度，注重專利的申請。

（2）從專利申請人角度看，國內模具修復專利的申請人以企業和大專院校為主，但企業與企業之間，企業與大專院校、科研院所之間合作申請專利較少，說明各主體發揮各自優勢、合作共贏的發展模式還未構成，建議由政府主導積極推進模具修復的政產學研用合作。

（3）從專利申請的技術領域看，國內模具修復專利熱點領域對應的IPC分類號為B23、C23、B24、B22和C22，這些領域均為傳統的機械、材料、冶金領域，但自動化、信息化和計算機的智能制造等相關領域涉及較少，建議模具修復行業應加大投入，走數智化發展之路。

（4）從技術生命周期看，國內模具修復技術應用屬于成熟期，還未出現衰退期的特征，但新技術特征系數在緩慢下降，關鍵原因是模具修復的前沿技術還未突破，部分新技術還處在實驗室階段，建議企業、大專院校和科研院所進一步加大模具修復相關技術創新和成果轉化。

（5）從核心文獻與專利摘要詞頻上看，國內模具修復技術的焦點集中在激光、表面、裝置、堆焊、工藝、熔覆、制造、加工、焊接、系統、合金、粉末、輪胎、檢測、裂紋、打磨、涂層、磨損、汽車、質量、快速、噴涂、型腔、硬度、焊絲、花紋、使用壽命、激光器、強化、增材等。建議從事模具修復研究與應用的主體在緊跟上述技術發展與變化的同時，不斷發展新的模具修復技術。