智能制造專利熱點技術競爭態勢研究＊

孫艷姣

（遼寧省重要技術創新與研發基地建設工程中心，遼寧 沈陽 110168）

智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理和服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行和自適應等功能的新型生產方式[1]。隨著新一輪科技革命和產業變革的蓬勃興起，制造業發展格局正在全面重塑，智能制造已成為制造業發展的重要趨勢。目前我國正處于轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的攻關期，智能制造技術的發展將為傳統制造業注入強勁動力，對于推動我國制造業供給側結構性改革、建設制造強國具有十分重要的意義。

專利信息集技術、法律和經濟信息于一體[2]，能夠體現出技術研發主體的研發策略和行為，以及技術發展的程度和趨勢。對專利信息進行分析可以幫助研發人員了解某領域現有技術水平、發展趨勢和技術競爭態勢[3]，為該領域技術研發提供方向。本研究從專利信息的角度，以國家知識產權局知識產權出版社中國專利數據庫為數據源，對1985-2023 年的智能制造領域專利進行了檢索，檢索日期為2023 年3 月1 日。經過清洗、篩選得到6 511 件相關專利作為本次研究的樣本數據，從技術發展總體趨勢、技術競爭區域、技術競爭重點領域、技術競爭主體等四個方面進行深入分析，以揭示智能制造專利技術研發現狀和競爭態勢，為促進國內智能制造技術發展提供借鑒和參考。

1 專利技術發展總體趨勢分析

圖1 所示為智能制造領域專利申請時間分布情況，可以看出該技術領域的專利申請數量近十年呈現快速增長趨勢。我國的智能制造研究起步較晚，在2002 年之前，該領域無專利申請；2003-2013年為該領域技術發展萌芽期，專利申請數量較少；2014-2019 年為該領域技術發展成長期，隨著《中國制造2025》《智能制造工程實施指南（2016—2020）》《智能制造發展規劃（2016-2020 年）》《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》等一系列促進智能制造產業發展政策措施的施行，相關專利申請數量急速增長，于2019 年達到小高峰；2020 年起該領域技術進入全面發展期，期間國家出臺了《“十四五”智能制造發展規劃》，明確了智能制造未來五年的發展目標和重點任務，啟動實施了科技創新2030-“新一代人工智能”重大項目、國家重點研發計劃智能傳感器及工業軟件等重點專項，該領域技術研發活動更加活躍，相關專利申請數量再創新高。預計未來一段時間內，智能制造領域專利申請數量仍會保持較高的增長態勢。由于專利公開有18 個月的滯后期，故2021 年9 月1 日之后的數據不完整，僅供參考。

圖1 智能制造領域專利申請時間分布情況

2 專利技術競爭區域分析

本次檢索到的6 511 件相關專利中，專利申請數量排名前十位的省市多數分布在東南沿海地區，前十位專利申請合計占總申請量的79.14%，其中，江蘇、廣東和浙江是智能制造專利技術申請數量較為集中的三個省份，合計占比50.55%，是該技術領域的主要競爭區域，如圖2 所示。江蘇在自動化、機器人等方向具有較強的技術研發實力，其智能制造領域專利申請數量排名首位；廣東在智能制造應用和產業化方面有一定的優勢，其專利申請中實用新型專利所占比例較江蘇、浙江兩省略高；浙江擁有扎實的高端裝備制造產業基礎，且民營經濟活躍，較為重視中小企業的智能化轉型，近幾年在智能制造領域專利申請數量較高。

圖2 智能制造專利申請地域分布情況

3 專利技術競爭重點領域分析

智能制造技術可應用于國民經濟的各個方面。如在制造業方面，智能制造技術可應用于傳統制造業的各個環節，包括材料加工、生產流程控制和質量管理等[4-7]，以提高生產效率、降低成本、提升產品質量和創新能力；在農業方面，可通過智能農機、智能溫室等設備，提高農業生產效率、減少農業投入成本以及提高農產品品質[8-12]；在醫療方面，可通過智能醫療設備和系統，提高醫療效率、降低醫療成本，同時實現個性化醫療服務和醫療數據的管理[13-15]；在建筑業方面，可通過3D 打印技術、智能建筑材料等，實現建筑業的自動化生產和高效施工，降低建筑成本、提高建筑質量和安全性[16-19]。

國家知識產權局專利局采用IPC 國際專利分類法對專利所屬技術領域分類，含A 部（人類生活必需）、B 部（作業、運輸）、C 部（化學、冶金）、D 部（紡織、造紙）、E 部（固定建筑物）、F 部（機械工程、照明、加熱、武器和爆破）、G 部（物理）、H 部（電學）共8 個部及若干大類、小類和小組。本次檢索到的6 511 件相關專利的IPC 主分類號涉及8 個部、107 個大類、339 個小類、2 234個組，表明智能制造專利技術涉及領域非常廣泛。本研究通過分析IPC 小組分布數量情況來了解智能制造專利技術的研發重點和發展方向。

3.1 專利技術熱點分析

本次檢索到的6 511 件相關專利，約有77.71%的專利申請分布在B 部和G 部。其中，B 部主要集中在B23（機床；其他類目中不包括的金屬加工）和B65（輸送；包裝；貯存；搬運薄的或細絲狀材料）領域，主要涉及智能制造中的自動化裝備等相關技術；G 部主要集中在G06（計算；推算或計數）領域，主要涉及智能制造中的數據處理、人工智能等相關技術。圖3 所示為智能制造專利技術分布情況，可知G05B19/418（全面工廠控制，即集中控制許多機器，例如直接或分布數字控制DNC、柔性制造系統FMS、集成制造系統IMS、計算機集成制造CIM）、G06Q10/06（資源、工作流程、人員或項目管理；企業或組織規劃；企業或組織建模）相關技術為智能制造專利申請的熱點技術領域，專利申請數量明顯高于其他技術領域，其次為G09B25/02（工業生產過程的；機器的）、B65G47/90（撿取或放下物件或物料的裝置）等相關技術。

圖3 智能制造專利技術分布情況

3.2 專利技術發展趨勢分析

由圖4 可以看出，G05B19/418 相關技術始終是智能制造領域的重點研發方向，在智能制造技術發展萌芽期、成長期和全面發展期均有專利申請，且始終保持較高的專利申請量，是該技術領域的主要技術競爭點；G06Q10/06、G09B25/02 相關技術自智能制造技術發展成長期開始有專利申請，且研發熱度較高，成為當時的研究熱點，進入技術全面發展期后，G06Q10/06 相關技術的研發熱度持續升高，仍是該技術領域的重要技術競爭點，而G09B25/02相關技術研發熱度在此時期有所下降；B65G47/90、B25B11/00（不包含在B25B1/00 至B25B9/00 各組中的工件夾持裝置或定位裝置，例如磁性工件夾持裝置、真空夾持裝置）相關技術為智能制造技術全面發展期興起的熱門研究方向，是該技術領域新的技術競爭點。

圖4 智能制造歷年專利申請技術熱點變化情況

3.3 重點專利分析

智能制造領域的重點專利具有較高的技術和商業價值，對推動行業發展和提升企業競爭力具有重要作用。通過對專利被引證次數進行統計分析，得到智能制造領域的重點專利，如圖5 所示。重點專利IPC 主分類號包括G05（控制；調節）、H04（電通信技術）、H01（電元器件）、B23、G06 等五個大類。G05 大類主要涉及智能制造的控制系統相關技術，如CN110580026A 公開了一種包括基礎建模、計劃排程、綜合生產、物流管理、質量管理等多個模塊的智能制造MES 系統，能夠實現智能制造全流程監控[20]；CN108919765A 公開了一種基于數字孿生的智能制造工廠虛擬調試和虛擬監控方法及系統，通過基于數字孿生的智能制造工廠平臺，實現了產品的數字模型與現場設備實時協同[21]。H04 大類主要涉及智能制造的物聯網、云計算、移動通信等相關技術，如CN107040459A 公開了一種智能工業安全云網關設備系統和方法，能系統地防止用戶數據泄露和網絡病毒攻擊，是構建安全可靠的工業云服務智能系統的核心設備[22]，該專利為智能制造領域被引證次數最多的專利。H01 大類的重點專利為CN101859613A，涉及一種立體電路制造的工藝和激光塑膠原料的復合組份、制造方法，屬于智能制造工藝的創新[23]。B23 大類的重點專利為CN106078208A，涉及一種基于工業機器人的智能制造系統，屬于機器人自動化系統技術領域[24]。G06大類的重點專利為CN105427055A，公開了一種基于互聯網+工業4.0 智能制造管理的方法及系統，涉及互聯網營銷與物聯網智能制造的結合應用[25]。

圖5 智能制造領域重點專利

4 專利技術競爭主體分析

4.1 專利主要申請人申請數量分析

通過對智能制造專利申請人的申請數量進行統計分析，可以了解該領域技術競爭的主體及其研發實力。智能制造領域專利申請人數量較多，在該領域的專利申請數量普遍較少，專利申請較為分散。該領域72.27%的專利申請人申請專利數量僅有1 件，合計專利申請數量占該技術領域專利申請總量的46.55%，說明多數申請人在該技術領域的研發實力不強，競爭力相對較弱。專利申請數量超過20 件的專利申請人共9 個，包括上海愛餐機器人（集團）有限公司、成都秦川物聯網科技股份有限公司、重慶大學等，是該領域的主要技術競爭主體，如圖6 所示。在智能制造9 個主要專利申請人中，企業和院校是最主要的申請人類型，占據了絕大部分的專利申請量，是智能制造專利申請的主要力量，個人在前9 位申請人中的專利申請比重較小。

圖6 智能制造主要申請人專利申請數量

4.2 專利主要申請人申請趨勢分析

由圖7 可知，成都秦川物聯網科技股份有限公司和華為技術有限公司為該領域近期較為活躍的專利申請人，這兩個企業進入該領域時間相對較晚，分別于該領域技術全面發展期和技術發展成長后期開始進行有相關專利申請，且近幾年的專利申請數量較多。重慶大學是前9 位申請人中最早進入該技術領域的專利申請人，于2011 年申請1 件專利，此時該領域技術發展處于萌芽期，該申請人在技術發展成長期和全面發展期均有專利申請，但年均專利申請量不高。上海愛餐機器人（集團）有限公司、佛山海格利德機器人智能設備有限公司、佛山科學技術學院以及個人申請人劉道靈于2018 年左右進入該領域，并在2018—2019 年期間集中申請了大量專利，專利申請峰值均超過20 件，此時亦為該領域整體專利申請數量的第一個高峰期，之后幾年這幾位申請人幾乎沒有相關專利的申請。

圖7 智能制造主要申請人發展趨勢

4.3 專利主要申請人技術構成分析

專利主要申請人的技術構成情況反映了其在智能制造領域的技術優勢和競爭態勢。由圖8 可以看出，智能制造領域主要申請人的專利申請集中分布在G06 和A47（家具；家庭用的物品或設備；咖啡磨；香料磨；一般吸塵器）兩個大類。重慶大學、南京航空航天大學、佛山科學技術學院、北京航空航天大學在G06 大類布局了較多專利，是G06 大類相關領域的主要技術競爭主體。其中，重慶大學和佛山科學技術學院在G06 和G05 大類均有大量專利布局，同時在B23、G01（測量；測試）等大類有少量專利布局，兩者技術構成相似度較高，有可能在相應技術領域內存在競爭關系。上海愛餐機器人（集團）有限公司在A47 大類中專利申請數量占據絕對優勢，擁有該領域全部專利，表明該申請人在智能餐飲領域，特別是在智能炒菜機方面有較強的競爭力。成都秦川物聯網科技股份有限公司在B23 大類相關技術領域有較大優勢，該申請人專注于物聯網與智慧城市相關技術和產品的研發與應用，在智能燃氣表等方面擁有較高的技術實力。華為技術有限公司作為知名的通信設備供應商和智能手機制造商，在G01 和H04 大類相關技術領域具有較強的技術創新能力和優勢。相對而言，佛山海格利德機器人智能設備有限公司的專利布局較為分散，在各大類的專利申請數量沒有明顯的領先優勢。個人申請人劉道靈的專利申請大部分集中在B 部，如B23 等大類中，表明該申請人在工業設計及機械領域的技術研究和創新能力較強。

圖8 智能制造專利主要申請人技術構成

5 結語

總體來說，國內智能制造專利技術正處于全面發展期，技術競爭日趨激烈。從專利技術競爭區域來看，江蘇、廣東、浙江作為我國制造業大省，在先進制造產業、軟件與信息技術產業等智能制造基礎產業方面發展水平較高，智能制造領域相關技術研發能力較強，擁有豐富的智能制造技術儲備，是該領域主要的技術競爭區域。從專利技術競爭重點領域來看，G06、G05、B23 和B65 等大類相關技術是國內智能制造的技術競爭重點領域，代表著不同的智能化制造研發方向和應用場景，其中G05B19/418、G06Q10/06 小組相關技術是國內智能制造專利申請的熱點，也是未來一段時間的重要技術競爭點。從專利技術競爭主體來看，國內智能制造主要專利申請人有企業、院校和個人三種類型，其技術構成復雜多樣，企業申請人的專利申請主要分布在A47、B23、H04 等大類中，涉及自動化裝備技術、物聯網技術、智能控制系統等；高校申請人的專利申請主要分布在G06、G05 和G01 等大類中，涉及數據處理技術、人工智能技術和智能化設計技術等；個人申請人的專利申請主要分布在B23大類中，涉及自動化裝備技術等。