数字制造资源动态共享与优化技术发展趋势

袁庆霓 袁庆云 孙隽枫

随着国家知识产权战略的推进，专利战略作为知识产权战略的重要组成部分得到国家、研究机构和企业等主体的高度重视，工业设计和制造的整个流程基本由计算机辅助完成，应运而生的数字制造资源渐渐占有重要地位。其中，数字制造资源共享技术发展非常重要，例如:在CAD/CAM应用过程中，利用产品数据管理PDM技术可以极大地提高产品开发的效率和质量，实现产品无图纸设计和全数字化制造;企业资源计划ERP是以实现企业产、供、销、人、财、物的管理为目标;供应链管理SCM用于实现企业内部与上游企业之间的物流管理;客户关系管理CRM可以帮助企业建立、挖掘和改善与客户之间的关系;以虚拟设计和虚拟制造为基础的虚拟企业，开发周期短，产品设计与开发成功率高。上述技术的集成整合了企业的管理，促进了从决策层到执行层的快速反应机制，实现企业信息流、物流和资金流的高质量传递。

一、数字制造资源动态共享与优化技术

当获得制造任务后，为缩短制造时间，降低成本，提高质量和服务水平，追求最佳经济效益的目标，根据制造任务及制造要求等相关信息进行数字制造资源的制造能力、状态进行检查，从所有可共享的数字制造资源中选择最优化的资源进行制造过程就是制造资源共享优化问题。动态共享是指共享的制造资源是动态性的，资源拥有者可以自由地共享该制造资源和随时停止共享服务。

数字制造资源动态共享与优化研究主要有以下两方面:

第一，数字制造资源节点动态搜索及资源状态数据动态维护问题。根据制造任务，要从整个数字制造系统中查找可共享的制造资源，且该资源节点能够完成提出的制造任务。数字制造系统通过维护这样一份共享制造资源的动态链表来获得共享资源的动态信息。

第二，数字制造节点的动态优化调度问题。数字制造系统是一个全球范围的制造大系统，所有的制造企业都可以加入到该系统中来，成为系统的一个节点，从多个可用的制造节点中选择合适节点，使全生命周期制造过程获得最大的效益是数字制造系统成功运行的关键。

二、数字制造资源动态共享与优化技术专利分析数据

本文所涉及的数据主要以美国商标局USPTO、欧洲专利局WORLDWIDE数据库和中外专利数据库服务平台CNIPR的专利文献为基础，采集数据为1984年至2012年5月的数据，包括发明、实用新型。在反复试验结果的基础上，为了便于统计和更有针对性，兼顾数据的可比性，最终确定的中文检索式是:(摘要=制造资源or摘要=动态优化or摘要=优化调度)and(主分类号=(G60F)or主分类号=(G06Q)or主分类号=(H04L));英文检索式是:(ab=(Manufacturing Resources)or ab=(dynamic optimization)or ab=(Optimization dispatchers))and(pic=(G60F)or pic=(G06Q)or pic=(H04L))。经过去重和筛选，数字制造资源动态共享与优化技术相关的专利共计1911件，其中中国申请量为212件，在后续所涉及的数据分析以此数据库为基础。

三、专利分析

1.专利申请量趋势分析。

表1 全球数字制造资源动态共享与优化专利申请量统计

表1反映的是数字制造资源动态共享与优化全球专利申请量年度趋势。从表中可以看到，该项技术专利，早在1988年，在美国就有了一件专利，但直到1995年以后，专利申请量才开始出现较为明显的上升，到2007年数量上升至233件。从20世纪90年代开始至90年代末，虽然1999年，2001年两年的时间里，专利申请数量出现了小高潮，但这些年里，数据一直维持平稳的态势，并没有出现明显的高潮和低谷。在2000年以后，该项技术迎来了其技术革命，随着网络技术和信息技术的迅速发展，该项技术迎来了新的发展，2001年申请量已经达到120件，2007年233件迎来了该项技术申请的高峰。虽然经历了2009年150件、2011年72件的两个低潮，但该项专利申请逐步上升的基本态势并未改变。可见，从年度分析看，该项技术在今后几年将可能保持继续增长的发展态势。

相对于全球申请而言，该技术领域在我国的专利保护和发展起步较晚。直到1999年开始，每年才有少量的专利申请，直到2006一定数量的专利申请。这也体现了我国数字制造资源动态共享与优化技术创新程度在不断提高。

2.国家/地区分布。根据每个专利申请号的前两位国家/地区代码代表，对422个全球专利进行统计分析后，可以得到数字制造资源动态共享与优化专利申请全球分布情况。

表2 全球数字制造资源动态共享与优化专利国家/区域分布

表2反映了全球数字制造资源动态共享与优化专利国家/区域分布情况。从表中可以看出，美国( 1087 件)、世知组织( 325 件)、中国( 212 件)、欧洲( 5 件)、加拿大( 4 件)是数字制造资源动态共享与优化技术领域专利申请的主要国家。美国是电子信息技术发展最强的国家，该技术专利在美国的申请年份跨度很广，说明该技术领域在这个国家已经有了良好的市场和研发基础。而对于我国来讲，进入21世纪以来，我国在该领域的专利申请量也明显上升，除与信息技术、网络技术的迅速发展有关外，还与我国在经济快速发展与综合国力日趋增强的背景下，面临转变经济发展方式，调整经济结构的内在要求，注重经济发展的质量，因而关注、重视并鼓励高新技术的发展有关，从而为数字制造资源共享领域的专利申请奠定了政策基础。

3.IPC构成。数字制造资源动态共享与优化主要在G(物理)和H(电学)部类的专利申请，但在G(物理)中的申请量较大，申请专利384件，占总数60.57%，而在其他部中的专利申请相对较少。下面将对该技术专利的IPC大类和小类进行分析。

表3反映的是全球数字制造资源动态共享与优化专利IPC小类分布情况。从表中可以看到，数字制造资源动态共享与优化G部类下的专利仍然是所有专利中的核心技术和热点技术。涉及G06F(电数字数据处理)的专利申请有343件，是拥有专利申请量最多的IPC小类，占该部类申请总数的48.4%;而涉及 H04L(数字信号的传输)的专利申请有106件，占该部类申请总数的14.85%;涉及H04Q(选择)的专利申请有97件，占该部类申请总数的13.59%。因此可以认为，这些IPC小类所代表的技术领域是全球数字制造资源动态共享与优化的热点和关键技术。

表3 全球数字制造资源动态共享与优化专利IPC小类分布

4.申请人分析。全球数字制造资源动态共享与优化专利的主要申请人及其专利申请量。从国外来看，IBM公司申请了183件专利，是专利申请量最多的申请人，IBM公司是一家美国公司，在过去的几年里，IBM已经完成了业务模式的完全转型。目前，IBM的主要业务部门包括:全球信息科技服务部，全球企业咨询服务部，软件集团，系统与科技部。其次是微软公司，微软共申请了70件，微软是目前全球最大的电脑软件提供商。微软开发过多种软件产品，包括了操作系统、办公软件、程序设计语言的编译器以及解译器、互联网客户程序，例如网页浏览器和电邮客户端等。还有SIEMENS AG(西门子公司)申请了21件，西门子工业自动化与驱动技术集团(IA＆DT)是全球工业自动化领域的领先供应商，基于全集成自动化(TIA)和全集成能源管理(TIP)理念，在生产自动化、过程自动化、楼宇电气安装和电子装配系统领域提供多种创新、可靠、高效和优质的产品、系统、解决方案及服务。IA＆DT的产品和服务广泛应用于钢铁、机械、金属、食品、饮料、包装、汽车、电力、化工、航空航天等行业。QUALCOMM INC公司申请了42件。除此以外，其他申请人也申请了一定数量的数字制造资源动态共享与优化专利。依次可以认为，这些申请人比较关注该技术领域的创新，并具有一定的技术竞争和专利保护优势。

表4 我国数字制造资源动态共享与优化专利主要申请人统计

表4反映了我国数字制造资源动态共享与优化专利主要申请人的情况。从表中可以看出，与全球专利申请不同，我国在该技术领域的专利主要科研院所和通讯公司申请，其中申请主要以华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、国际商业机器公司和大唐移动通信设备有限公司，其次是北京邮电大学、西安交通大学、清华大学、浙江大学、西安电子科技大学等科研院所。这一方面说明了以上这些申请人在我国数字制造资源动态共享与优化技术领域具有创新和专利优势，另一方面也说明了我国企业对于该技术领域的创新或专利申请意识尚待加强。

数字制造资源动态共享与优化的研究和开发，随着信息技术和网络技术的发展而发展的。该技术领域专利申请主要以公司为主，MANUGISTICS INC、西门子、IBM公司等已经建立起强大的研发团队，进行了商业化运作，其主要市场集中在美国。

我国作为最大的发展中国家，随着自身经济和政府政策导向作用的加强，已经成为数字制造资源动态共享与优化专利量增速最快的国家，但是可以看到，我们仍然与美国存在差距:第一，由于我国对这项技术的研发起步较晚，而行业的先行者已经完成了最初的技术积累;第二，目前，我国企业信息化刚刚兴起，行业链发展并不完善，制约着数字制造资源动态共享与优化技术的发展;第三，加之我国的研发力量不够强大，内部竞争程度低，仍然停留在研发为主的阶段，大规模的具有较强竞争力的研发团队尚未成形。

因此，我国应着力培育一批有实力的重点企业，企业则可以通过聘请具有较强研发实力的高校、研究所合作研发，尽快加强科研力量并促进该领域的创新和研发。

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