解析全球数控机床技术领域发展态势

由于数控机床在各国工业和军事中的重要战略地位,发达国家除了投入大量资金和人力进行研发外，各企业还在本国及全球范围内大量申请专利，以保证它们在全球的领先地位。2008年国际金融危机发生后，世界装备制造业新一轮的竞争更加激烈，对数控机床产业提出了更高的要求。与其他国家相比，无论是在数控机床的技术领域还是市场方面，美国、日本和德国都占有压倒性的优势。我国机床行业经过近半个世纪的发展，虽然在机床主机、刀具及运动部件等多个技术领域与发达国家相当，但是在数控系统、仿真模拟及传感器等高端领域，与发达国家仍有较大差距。

全球专利申请量呈逐年增长态势

进入21世纪，数控机床产业进入深入推广阶段，由于各国政府的扶持和智能技术的引入，全球专利申请量呈稳步上升态势，年均增长率为5.4%。2006年全球数控机床技术领域的专利申请数量年增长率达到峰值，为38.3%。2010年以后，全球数控机床领域每年的专利申请量均超过4000件。

数控机床的专利主要集中在发达国家和地区，截至2012年，日本、德国和美国占据了全球数控机床技术领域专利申请量的前三位，他们的申请总量占全球的45%左右，而且这三个国家全球专利布局意识强烈，同族专利数量较多。韩国和中国台湾地区的数控机床配套设备发展相当迅速，两者的专利申请量分别列全球第8和14位。意大利、瑞士和捷克在世界机床出口方面占有重要地位，它们受理的专利申请量分别居世界第12、18和20位。从2003年起，我国成为全球最大的数控机床进口国和消费国。为了在我国巨大的市场中占有一席之地，各国企业在我国的数控机床专利申请数量增长迅速，目前我国受理的专利申请数量全球排名第五。

改革开放以来，我国的数控机床产业发展十分迅猛。经过“九五”期间大量引进数控技术和“十五”期间的消化吸收，以及“十一五”和“十二五”期间各项政策及重大专项的持续推动，专利申请量实现了跨越式增长。从改革开放到2001年，我国主要通过引进技术进行合资生产，作为申请地年均申请专利18件。2002年到2004年，由于我国加入世界贸易组织及国家科技专项的推动，企业专利意识增强，年均申请达103件。2005年以后，国内数控机床产业高速发展，形成了很多产业基地，年均申请专利达到1086件。由于我国是数控机床的重要生产国和消费国，国内外许多企业都将我国作为重点申请地进行专利布局。

从国内外企业在我国申请专利的情况来看，1983年到1997年，国外专利权人在我国申请专利的比例逐渐增加，1997年达到峰值88%。而我国专利申请量则从1997年逐年增加，2010年达87%以上，反映出我国的数控机床行业在技术创新并寻求自主知识产权保护方面取得了巨大进步。

我国数控机床专利申请的技术领域相对集中

由于数控机床在加工速度、精度及质量可靠性方面的突出优点，与主机及零部件相关的专利申请数量占比最大。截至2012年,全球机床整机专利约占66.5%；作为数控机床技术核心的数控及测量系统，专利数量占比为12.7%；加工工艺类约占12.3%。此外，由于近年来激光及等离子等非切削技术的发展，在非切削金属加工类所占的比例也有所上升，目前约占4.7%。此外，其他技术领域的专利主要为工程材料类和机械手类，分别占2%和1.8%。

我国数控机床专利申请的技术领域相对集中，主要分布在机床主机、零部件和加工工艺等技术领域，上述领域的专利申请量占到总量的67.8%。侧面反映出我国数控机床目前仍旧专注于传统的机床设计和制造。而数控及测量系统的专利数量分别占总申请量的6.6%和2.3%，表明我国本土机床企业在高附加值的数控系统、仿真技术和设备等方面，与发达国家主流企业尚有较大差距。

特别是2000年以后，我国数控机床尽管在数字控制、刀具与工件进给控制、数字计算机、机床监测与测量装置方面的专利数量增长较快，但与发达国家相比还略有不足。对此，国家需要增加扶持力度，企业等创新主体应加强对上述领域的研发投入和专利布局。

中国数控机床技术领域专利申请数量排名前10位的研究机构均为大学。其中，哈尔滨工业大学、上海交通大学以及清华大学，都处于领先地位。总体上讲，虽然中国研究机构在数控机床领域的起步较晚，但20世纪90年代以后发展很快。科研机构申请的专利，基本覆盖了机床整机、金属加工、数控系统以及辅助装置等在内的诸多小类。总体上看，我国研究机构在数控机床领域的专利申请，虽然范围比较广，但都没有形成自己的优势技术领域。此外，企业和高校联合申请的专利还很少，这从侧面说明在数控机床领域，产学研的合作和成果转化还不够深入和完善。

外国企业凭借自身技术优势进行重点布局

截至2012年，在中国数控机床技术领域专利申请排名前10位的企业中，除了2家是中国本土企业外，其余8家均为外国企业，其中日本5家、德国3家，反映出日、德等国公司强大的技术实力和占领中国市场的强烈意图。虽然外国企业的专利技术领域分布范围较广，但总体特点是围绕其自身技术优势进行重点布局。目前，虽然中国在数控机床领域的研发步伐加快，但在市场占有率、自主创新能力等方面与国际先进企业之间仍然有不小的差距。

日本的数控机床产业发展主要得益于日本政府持续的引导和扶持政策，目前已形成非常完整的数控机床产业链。日本企业的专利布局既有交叉，也有互补。日本企业在中国申请的专利，已经从机床的主机及零部件、功能部件到数控系统等多个领域，形成了对中国数控机床企业的专利包围。

德国企业在中国数控机床市场的专利布局侧重于高档数控机床及功能部件，包括数字控制、测量系统以及通用手持工具如机械手等。西门子公司申请的专利主要涉及机床的工艺和机器控制、工业电器设备等。博世的专利申请侧重于手持小型工具、机床以及工业电气设备中的控制和传动系统。海德汉申请的专利重点在数控机床的测量系统，主要涉及用于数控机床的精密仪器仪表、一般测试方法等。我国数控机床技术领域专利申请排名前10位的中国本土企业中，主要分布在我国东部地区，其中辽宁、天津、江苏各有2家，而甘肃、上海、山东、中国台湾各有一家。可见，数控机床作为装备制造业发展的重点技术领域，在各省尤其是沿海省份的经济发展中都占有重要地位。从上述10家企业的专利申请逐年变化情况看，我国企业的专利申请起步较晚，除南京数控的专利申请逐年上升外，其他公司的申请数量起伏较大，与国际知名企业相比，连续性和稳定性都有待提高。在技术领域方面，我国企业专利申请主要集中在机床主机及零部件和工艺方面，在运动部件如轴、轴承、软轴、曲轴机构等，电动机或机电变换器的控制调节等部件的专利申请还很少，特别是在数字控制技术和测试技术方面比较薄弱。