基于專利信息的我國轉向架構架技術分析與研究

張立娜

(河北京車軌道交通車輛裝備有限公司，河北 保定 072150)

0 引言

轉向架是軌道車輛運行的基礎，對軌道車輛的運行安全、穩定性、舒適性等起著決定作用。轉向架構架作為轉向架系統骨架，是輪對軸箱裝置、彈簧減振裝置、牽引驅動裝置、基礎制動裝置等零部件的安裝基礎，同時它將車體懸掛裝置等聯系起來組成了一個有機整體，實現了輪軌力的有效傳遞，是軌道車輛最重要的承載結構之一。

作為技術信息最有效的載體，專利信息包含了技術、經濟、法律等多個方面，是用來保護發明創造的途徑，也是開展競爭情報的重要信息源[1]。通過對某一特定領域的專利信息進行分析，并重點對細分的技術領域進行深入分析，找出可能的研發重點或熱點，從而增強對該領域內技術發展現狀及未來前景的了解，最終為技術創新提供有力的支撐以及決策依據。目前來看，利用專利信息分析軌道車輛技術的專利文獻不多，其中與軌道車輛轉向架構架技術相關的數量則少之又少。郭亮等[2]通過分析全球轉向架專利申請信息，對軌道交通轉向架構架、軸箱裝置、基礎制動裝置等關鍵技術進行研究和技術判斷，但未專門針對國內轉向架構架技術進行深入詳細的討論。韓亞楠等[3]針對變軌距轉向架技術，從專利信息角度進行了研究分析。因此，為了使相關技術人員更加了解軌道車輛轉向架構架技術，本文對軌道車輛轉向架構架技術在中國的專利申請進行了詳細的分析與統計，并依據結論提出對策建議，以期對該技術的發展有所借鑒。

1 數據來源和檢索基本方法

1.1 數據來源

本文中所采用的專利數據庫是Baiten網[4]所提供的中外數據庫，該數據檢索平臺擁有豐富的檢索方式，數據權威可靠，是我國目前設計比較實用、檢索功能較為完善的專利檢索系統。本文所采用的專利分析工具是Baiten網提供的專利檢索分析平臺，并結合Excel軟件對專利檢索結果進行了有效分析，目的是能更加客觀準確地完成對專利的統計分析。考慮到專利數據從申請到公布之間有一定的滯后期，2021年申請的專利很多尚未公開，統計結果不準確，因此本文將時間范圍截至2020年12月31日。

1.2 專利檢索的基本方法

本文以專利的申請日為專利的起始時間，采用的檢索表達式為ti:(構架)and des:(轉向架)，專利申請日期時間截止至2020年12月31日，最終通過計算機檢索與人工篩查的方式確定了國內公開的關于軌道車輛轉向架構架技術的相關專利，專利數量共計776項(核實數量)。

2 轉向架構架國內專利態勢分析

2.1 專利數量規模分析

根據專利申請的數量，對我國軌道車輛轉向架構架技術發展階段進行了劃分，專利申請總數量/發明專利申請數量隨時間變化趨勢如圖1所示。總體來說，我國進入轉向架構架技術研究領域較晚，1995年有第1件專利申請，1995—2005年，我國的專利申請總數量處于很低的水平，每年專利申請量不超過1件，這一時期屬于我國轉向架構架研究起步階段；2006—2010年，隨著我國城市軌道交通步入快速發展時期，專利申請數量逐漸增長，但每年專利申請量不超過30件，此時期屬于我國轉向架構架研究緩慢發展階段；2011—2020年，專利申請總數持續大幅度增長，在2020年申請量達到約125件，此時期屬于轉向架構架研究快速增長階段。由圖1也可以看出，發明專利申請量趨勢也與專利申請總數量趨勢保持大致一致，說明在轉向架構架研究方面不斷提高創新性及研發成本投入，轉向架構架研究持續性較好。由于發明專利的申請到公開需要18個月(申請提前公開除外)，所以部分2020年申請可能還處于未公開狀態，未被檢索到。

圖1 我國專利申請總數量/發明專利申請數量的發展趨勢

此外，對我國轉向架構架發明專利申請情況進行了進一步統計分析。截至2020年12月31日，我國轉向架構架發明專利申請總量為334件，其中233件專利已結案，101件專利處于在審階段，授權發明專利170件，授權率約73%，授權水平處于我國發明專利授權較高水平(國家知識產權局公布的發明專利授權率平均在50%左右)，說明我國轉向架構架領域的技術創新性較高。

為了進一步說明我國轉向架構架專利申請在全球整個行業所處的水平，我國與國外轉向架構架專利申請增長趨勢比較如圖2所示。國外專利檢索也通過Baiten，采用的檢索表達式為ti:(bog* frame*)。由圖2可以看出國外針對軌道車輛轉向架構架技術研究起步較早，但后期發展緩慢。我國雖然進入轉向架構架技術研究領域較晚，但我國針對轉向架構架技術的研究發展迅速，自2006年以后專利申請量開始追趕并逐漸超越國外專利申請數量，到2020年，專利申請量達到了125項，遠遠高于國外發達國家專利申請數量，可見我國關于轉向架構架研究方面相比于國外國家具有明顯的技術優勢，這與近幾年我國戰略和利好政策的雙重支持是分不開的，在國家利好政策引導和市場強勁需求拉動下我國軌道交通裝備技術呈現規模快速增長模式。從目前來看，未來幾年我國軌道交通轉向架構架技術仍有非常廣闊的技術發展空間。

圖2 我國與國外轉向架構架專利申請增長趨勢比較

2.2 申請人分析

我國轉向架構架專利的主要申請人如圖3所示。根據申請數量對本領域主要申請人的申請量進行統計分析，專利申請量排名前10的申請人主要集中在中車系統內幾家實力較強的頭部公司手中，其他企業的市場競爭力比較弱。說明中車系統內這幾家實力較強的頭部公司在專利申請方面具有明顯領先優勢，對轉向架構架技術的發展起著重要的推動和引領作用。另外，西南交通大學、北京交通大學兩所院校作為軌道車輛技術的龍頭院校，在轉向架構架技術的研究中起到了明顯的帶頭作用。

圖3 我國轉向架構架專利的主要申請人

2.3 重點熱點領域分析

本文重點對轉向架構架技術專利內容研究領域進行了詳細分析，采用的是IPC分類法，IPC(international patent classification)國際專利分類體系是世界通用的分類方法，它按照專利文獻的技術主題對專利進行分類。根據專利文獻的IPC主分類號，對專利申請所屬的IPC小類進行統計分析，申請量前10位的IPC小類結果如表1所示。我國轉向架構架方面的專利基本集中在B61F、B23K和G01M中，首先是B61F的專利最多，共430件，占55.4%；其次是B23K共97件，占12.5%；再次是G01M共46件，占5.9%。除了B61F、B23K和G01M 3個領域以外，其他領域的專利申請量相對要少許多。

表1 我國轉向架構架專利的主要申請人

IPC小組是對專利相關技術領域的細分，通過IPC小組可以深入了解相關專利的技術信息。對以上基于IPC小類分類后的數據進行深入分析，篩選出專利申請數量前10位IPC 小組，結果如表2和圖4所示。

表2 IPC小組專利申請量及占比統計表

圖4 IPC小組專利申請量

從整體的分布情況看，B61F5/52專利布局量較大，B61F5/52代表轉向架構架，主要涉及構架的結構設計，表明對構架的結構設計重視程度較高，研發勢頭最強勁。構架作為轉向架的核心部件，起著連接各功能組件、承受載荷、傳遞各個方向的力的作用，因而對構架的焊接質量有著更嚴格的要求，與構架焊接相關的專利分類領域為B23K31/02，然而從目前數據結果來看，相關專利數量僅為9件，說明技術創新性研究還很薄弱。從授權專利內容來看，主要涉及構架組焊工藝、如何提高構架強度和生產效率方面，例如中車青島四方機車車輛股份有限公司公開一篇“轉向架構架的組焊裝置、組焊系統及組焊方法”專利，專利號為CN201910935472.9，該專利介紹了一種轉向架構架的組焊裝置、組焊系統及組焊方法，具有裝夾速度快、焊接變形量小、可以有效減少作業胎位的優點。中車唐山機車車輛有限公司公開一篇“轉向架構架及其制造方法”，專利號為CN201310071553.1，該發明提供的轉向架構架及其制造方法，分別利用鋼板拼接并焊接形成箱體結構的橫梁和側梁，將橫梁和側梁對接處采用對接焊縫的型式進行焊接，然后在基礎構架上采用對接焊縫的型式焊接附加裝置，得到轉向架構架，現有技術采用模具壓制的方法制造橫梁和側梁時存在壓型質量不穩定以及避免鋼板表面被劃傷的缺點，利用本發明技術即可避免此現象發生，不會出現大應力區，從而提升構架的強度。長春軌道客車股份有限公司公開一篇“城軌客車轉向架構架全方位焊接方法”，專利號為CN201010545269.X，文中介紹采用全位置焊接，保證焊接質量，同時增大剛性約束，減小橫梁組成的焊接變形，保證各部位的加工量，從而提高生產效率。這些研究對提高轉向架構架焊接技術發展提供了新思路，具有重要意義。但結合轉向架構架重要性而言，目前對轉向架構架焊接技術的技術創新研究投入還遠遠不夠，未來還應加強對該領域研發能力提升及知識產權保護。

3 結語

專利信息是衡量技術發展現狀與勢的重要信息資源，可為技術發展提供重要參考。本文通過對1995—2020年國內轉向架構架領域相關專利的檢索統計，從專利數量規模、申請人、重點熱點領域進行分析，并針對各層面的分析結果匯總總結，得出以下結論和建議。

1)目前，國內轉向架構架技術整體發展趨勢良好，專利申請數量也達到了近幾年的發展高峰，甚至近幾年的專利申請數量遠超國外，但未來在轉向架構架研究方面還須不斷提高創新性及研發成本投入，保證國內轉向架構架技術持續發力。

2)國內轉向架構架專利主要集中在構架結構設計上，對構架焊接技術領域研究力度還不夠。構架質量與焊接性能密切相關，所以應加強對該領域研發能力提升及知識產權保護，有效推動軌道交通行業轉向架構架技術的發展。