国内外海洋工程装备产业专利竞争力分析

李艳　宋余庆　陆介平

〔摘要〕高技术船舶与海洋工程装备制造是《中国制造2025》重点发展的战略性新兴产业，从生态圈视角出发，对国内外海洋工程装备进行专利分析，研究创新水平和竞争力，为产业发展提供参考和借鉴。对专利申请趋势、区域分布、专利权人、专利地图、专利引证从时间生态因子、空间生态因子、个体生态因子和技术生态因子4个维度进行产业竞争态势的分析，其中，借助相对指标体系RPA比较区域生态位，采用赫芬达尔-赫希曼指数HHI分析技术生态位。该理论及指数反映了此产业的生态竞争态势，揭示了区域的竞争强度，预测了产业内新兴技术，并从3个角度提出产业发展的对策和建议。

〔关键词〕海洋工程装备；生态圈；生态因子；相对指标体系；赫芬达尔-赫希曼指数；专利分析

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2016.09.026

〔中图分类号〕G306；F407〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2016）09-0151-08

〔Abstract〕High-tech ships and ocean engineering equipment manufacturing is one of strategic emerging industries of“China 2025”.The innovation and competitiveness of the industry was studied with the ecosphere theory and patent analysis to provide development reference.Based on the four dimensions，there were time，space，technology and individual niche factors，the patent filing trends，regional distribution，patentee，patent map and citation were analyzed，and related region niche and technology niche were analyzed respectively with the RPA compare relative indicator and the Herfindahl-Hirschman index system.The theory and index reflect the industry ecological competition，revealed the region competitive strength，forecasted the emerging technologies，and proposed suggestions for the industrial development from three perspectives.

〔Key words〕ocean engineering equipment；ecosphere；ecology factor；opposite index system；Herfindahl- Hirschman Index；patent analysis

高技术船舶与海洋工程装备制造是《中国制造2025》重点发展的战略性新兴产业[1]，海洋工程装备是开发、利用和保护海洋所使用的各类装备的总称，是海洋经济发展的前提和基础[2]。经过多年发展，我国海洋工程装备制造能力已居全球首位，但在深海海洋工程装备制造等关键核心领域与国外仍有较大差距，特别是核心知识产权拥有、知识产权运营等方面仍处于较低水平。对我国海洋工程装备产业（下文简称产业）进行专利分析，研究和判断创新水平和竞争力，提出对策建议，促进产业发展。

本文从生态圈视角出发，从时间生态因子、空间生态因子、个体生态因子和技术生态因子对海洋工程装备产业进行专利分析，借助RPA相对指标和HHI指数，重点分析产业的区域生态位和技术生态位。在此基础上，从巩固现实生态位、开辟新的生态位和创新技术生态位的角度提出建议，为我国产业技术创新提供参考，能够通过专利布局提升核心竞争力。

2016年9月第36卷第9期现？代？情？报Journal of Modern InformationSep，2016Vol36No92016年9月第36卷第9期国内外海洋工程装备产业专利竞争力分析Sep，2016〖〗Vol36No91数据来源及分析框架

11检索策略

依据《中国制造2025》等行业报告和专家意见，对产业技术进行整理和归类，结合关键词和分类号开展检索和分析，检索的主要关键词为：海、洋、海洋工程、钻井设备、系泊系统、定位系统、导航系统、港口装备、海上石油、海洋发电、海洋辅助船、Marine、Sea、Ocean、Ocean Engineering、Positioning System、Mooring System、Offshore Production Engineering、Drilling Equipment等。

本文以Thomson Innovation专利数据库作为数据来源，以Incopat数据库作为补充，辅以其它非专利文献资料。为保证查全查准，采用模糊检索，并辅助手工方式对杂质数据项进行剔除，检索日期为2015年10月30日。

目前，海洋工程装备主要有海上钻井类装备、海上生产工艺类装备、辅助船舶、水下工程技术、定位和系泊系统及海洋发电等其他海洋工程装备。技术分解见图1。12分析框架

在自然生态系统中，生物圈是一个十分重要的概念。生物圈的概念由奥地利地质学家Suess在1875年首次提出，是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体[3]。生物圈是一个统一的整体，是地球上最大的生态系统[4]。Vladimir Vernadsky将生态学定义为研究生物圈的科学[5]。生态学将自然生态系统划分为个体、种群、群落和生态系统4个层次，在产业生态学中，产业系统被看作人工生态，因此通过类比自然生态系统，可以找到一种映射关系，即个体与企业个体、种群与产业种群、群落与产业群落、生态系统与产业生态系统的对应关系[6]。而产业生态系统的这种层次性体现了技术生态的多样性以及技术生态与生物生态系统类似的由简单到复杂的演化过程，相同层次以及不同层级间的技术都存在着相互作用，彼此联系[7]。图2简单表达了技术生态中的层次结构。产业生态圈是指某种（些）产业在某个（些）地域范围内业已形成（或按规划将要形成）的以某（些）主导产业为核心的具有较强市场竞争力和产业可持续发展特征的地域产业多维网络体系，体现了一种新的产业发展模式和一种新的产业布局形式[8]。而学者们[9-11]也普遍认为专利数据是进行技术相关问题研究的重要且丰富的实证数据资源，可以用来分析产业分布和竞争状况。

在生态学上，生物圈中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接影响或间接影响的因子称为生态因子（Ecological Factor）[12]。物种在生态系统和群落中，与其他物种相互关联所具有的地位和作用称为生态位[13]。因此，产业发展中对技术生存、发展有直接或间接影响的因子就称为产业生态因子，在一定的时间和空间（如地区或国家）内该技术与环境所提供给它各种可利用的资源相互关联所具有的地位和作用称为技术生态位[14]。在产业生态圈中，技术个体、种群、群落和生态系统均具有生态位，产业生态圈就是各生态因子综合作用的结果。因此，通过对相关研究成果的思考，提出产业生态圈的维度体系，如图2；在产业生态圈维度体系基础下构建产业生态因子的研究框架，如表1。表1产业生态因子分析模型

维度含义时间生态因子时间生态因子是指专利申请随时间的变化规律，可以反映出技术的动向与态势。空间生态因子空间生态因子是指技术个体在生态圈中所处的地理空间位置，可用于识别竞争对手，分析技术策略。个体生态因子个体生态因子主要指专利权人以及拥有的技术领域，可以明晰主体的专利布局和竞争态势，如研发重点和研发差异等。技术生态因子技术生态因子是指技术的基本组成单位，主要是指技术元，包括技术的结构、资源、功能等，是与技术密切相关的知识的组合体。2时间生态因子

自然界中的生态系统始终处于不断变化中，产业生态系统也是一个开放、发展的系统。在产业生态系统中，时间生态因子是判别生态关系的重要维度，任何对生态关系的讨论都是以某个特定的时间段作为前提的。通过分析专利申请量的年度分布来反映技术生态系统的发展趋势。

由图3可知，国际在1974年之前，处于技术积累期，专利数量低于150件；经过石油价格在1974-1980年的攀升，刺激了整个产业的发展，申请量从1974年开始上升；1982-1994年产业发展稳定，各国开始逐渐重视在海洋领域占据地位，申请量保持强劲的增长；1996-2011年，申请量保持指数式增长，到2013年，申请量达到顶峰，整体上目前海洋工程装备产业处于技术发展的快速发展期，各国也颁布了相关的政策和规划，以支持该产业的发展。

国内知识产权制度起步较晚，专利申请的时间也较晚，1985-2000年，专利申请处于起步期，低于200件；2000年后，国内逐渐重视海洋领域产业的发展，在颁布一系列政策和发展规划后，整体产业呈现突飞猛进的态势，而在知识产权保护制度的不断完善下，申请量呈现指数式增长模式，到2014年，达到5 138件。在十三五规划、战略性新兴产业发展规划、海洋工程装备产业发展规划等一系列政策刺激下，该技术领域具有很大的发展空间和前景。图3国内外产业专利年度申请量

3空间生态因子

生态系统的演变发展与环境资源需求是相关的，环境特征通常包括地理位置、资源需求、竞争状况等，而技术个体的地理区位与可利用的资源之间具有很强的相关性[15]。空间生态因子是对专利权人所在国家及省市区等区域的专利申请量进行统计和分析，即通过不同国家、地区的专利数量对比，来反映他们的技术水平与实力。同时，利用RPA指数来对各区域的生态位进行比较，来判断区域的竞争能力高低。

由图4可知，海洋工程装备产业的主要申请国家为中国、美国、俄罗斯和日本，分别占比34%、20%、8%和8%。其中美国作为传统的海洋工程装备生产强国，在技术设备及研发方面长期占据领先地位，拥有全球50%海洋石油装备市场。俄罗斯依托本国海洋油气资源开发的巨大需求，近年来通过本国能源公司的系列订单，邀请日韩等造船企业参与本国船厂建设和改造，成为该领域新的竞争者。日本在油气开发平台、海洋工程结构、石油管材和平台配套设备方面均有突出表现。其他较为强势的国家是德国、英国、法国和韩国。虽然中国占比较多，但主要在中低端制造领域，2000年以来，中国建造完成和在建钻井平台40余座，70%以上为欧美公司设计[16]，一定程度上说明我国虽然是专利申请量最多的国家，但存在技术产业化水平低、高水平专利少的情况。

国内主要的申请地区有环渤海圈的北京、山东、辽宁、天津等，其中这4个城市均位列前五，具有相当强的实力。长三角圈的区域主要有江苏、上海和浙江，其中江苏排名第三，也具有非常强的实力。可以看出，环渤海圈的海洋图4国内外产业区域分布

工程装备产业更加强劲，长三角地区优势较为明显。

由于各区域研发策略和专利布局的差异，不适宜直接采用专利数量作为衡量区域生态位的指标。因此，本文基于Schmoch等人在1995年提出的专利相对指标体系（RPA，Revealed Patent Advantage）[17-19]来对各区域的生态位进行比较，这是以某一技术分类的专利件数的规模强度来判断区域的竞争能力高低，即衡量相对领先性的方法。该相对指标体系主要由下述公式（1）、（2）进行构建。

由表2看出，中国的申请量总数最多，并且在3个技术领域RPA为正值，表明其专利布局比较均衡，钻井设备、海上生产工艺和海上发电占据一定优势，但水下工程技术、定位和系泊系统RPA都为负值且最小，明显处于弱势。整体看来，中国在产业链中仍处于劣势地位。

美国的申请量紧随中国之后，有4个技术领域的RPA为正值，体现了其在高技术含量领域的地位，尤其是海上生产工艺RPA值最高。

日本格外引人注目，辅助船舶、水下工程技术、定位和系泊系统以及海洋发电的RPA都为正值且最高，表明其在这些技术领域占据垄断地位和竞争力优势，同时，日本的其余2个RPA都为负值且最小，这也体现日本对高技术海洋工程装备领域极大的重视程度。

欧洲专利申请量总数最少，但钻井设备的RPA值为正值且最高，表明其在该技术领域占据垄断地位和竞争力优势。

4个体生态因子

在产业生态系统中，技术个体为技术的主要承担者。专利分析中的个体生态因子主要为专利权人，通过分析专利权人的专利数量来了解主要竞争对手的技术研发实力。图5国内外主要专利权人的申请量比较

由图5可知，国际专利权人大多涉及石油领域，中石油、中海石、中石化排名其中，说明我国企业在该技术领域中具有一定的实力。美国具有相当强的实力，哈里伯顿能源服务集团、斯伦贝谢科技股份有限公司和贝克休斯公司等在海洋工程装备、石油开发等具有完美的服务体系，可以为海洋工程石油开发领域的客户提供全方位的服务；日本的三菱重工、三井造船和日立造船的服务能力也是非常雄厚。日本和美国的这些国际化企业非常注重知识产权保护，专利策略相对完善。

在国内排名中，中石油、中海油、中石化占据前三名，其中中海油是目前我国最大的海洋工程装备制造公司，海洋工程装备制造业已初具规模。中石油在该领域虽然起步较晚，但是起点却很高，可以完成固定式桩基平台上部组块和导管架的陆上预制、总装及装船。西南石油大学排名第六，该院校在油气开发和钻井平台技术具有较强的研发实力。排名前10位的专利权人中，企业占了8位，且均为国有大型企业，说明企业，尤其国企是我国该产业的主要技术力量。

5技术生态因子

技术元是技术生态系统的物质基础，技术因子的革新是技术生态系统发生变革的根本动力和强大引擎[20]。专利分析中的技术生态因子主要为专利地图和高被引专利分析，了解产业技术生态系统的热点技术和核心技术；同时通过HHI指数进行技术生态位分析，借此反映未来技术热点，指引技术发展方向。

专利地图能够反映技术领域的热点和空白区域。德温特数据库中海洋工程装备的专利地图如图6所示，白色表示技术主题的专利申请量最多，即研发中的热点技术，图中所示共有9处白色区域。热点1为信号接收传输，有160条专利。热点2为电流电路频率信号控制，有321条专利。热点3为设备安装支持，有103条专利。热点4为支撑架、基地平台，有651条专利。热点5为齿轮驱动，有257条专利。热点6为车轮、支架，有165条专利。热点7为阀控缸，有365条专利。热点8为焊接，有219条专利。热点9为帆桅、帆板，有406条专利。其中热点4专利最多，属于钻井平台技术，可见钻井平台技术为研发的热点技术。

通常情况下，引证次数高的专利很可能就是该领域内的核心技术。前10件高被引专利（表3）均为美国专利。可见美国拥有大部分该领域的关键或核心技术。同时，10件高被引专利中，只有US5917433A技术主题为监控系统，其余9件专利均为钻井设备相关技术，可见钻井技术为该领域的热点和核心技术。

基于图7，对产业技术进行HHI指数分析（表4）。由表4可知，钻井设备不仅申请量最多，占比60%，而且HHI大于HHIAVE。中国在其中占据了一半多的专利，随着中国实施“走出去”战略，欧洲与中国的合作日益增多，这些都促进了技术封锁的解除，但欧洲仍掌握绝大部分核心技术。长远来看，钻井设备技术需要各方求同存异、共同合作，这样才能促使技术有质的突破，因此，随着中欧间关系的转变和共同开发海洋资源的愿景，钻井设备仍旧是未来的技术热点。

海上生产工艺的申请总量虽然不是最多，占10%，但HHI指数大于HHIAVE且差值最大，表明它是未来技术热点。其中，中国申请量最多，表明中国的技术集中度非常高，掌握和垄断了该项技术的大部分专利。随着陆地资源的匮乏，海洋资源热度的提高和中国的海洋战略，未来对海上生产工艺的需求会急剧增加。这些分析表明该技术成为技术热点的可能性较高。

海洋发电的HHI指数也大于HHIAVE，略低于海上生产工艺。随着全球工业的迅猛发展和生活环境的恶劣，传统火力发电等方式饱受诟病，伴随海洋风电、潮汐发电等技术的兴起，这一清洁无污染、地域分布广、随时再生、能源丰富的海洋发电技术日益受到各个国家的重视。《中国制造2025》提出了海洋工程装备产业为重点发展的战略性新兴产业，明确提出了优化海洋产业结构，而海洋发电正是典型的战略新型产业。一半多的专利掌握在中国手中，表明技术集中度较高。

水下工程技术的HHI低于HHIAVE，表明其技术成熟度已较高，技术热度已降低，难以引领未来技术发展。而且相对于其它技术，其HHI值更接近于0，表明此技术分散度较高，被多个专利权人所掌握。深入分析发现，在申请数量上，美国占41%，中国占27%，表明该技术大部分掌握在美国和中国手中，进一步分析发现，由于近几年美国重返亚太的战略，以及长久以来对中国的关键技术封锁和技术出口限制，尤其跟海洋军事装备相关的技术，造成该技术难以突破，这些都表明定位与系泊系统未来几年成为技术热点的可能性很低。

6对策与建议

从整体分析结果来看，欧美基本垄断海洋工程装备设计和高端制造领域，我国虽然专利占比较多，但主要在中低端制造生产领域，在产业生态圈中处于劣势地位。为促进产业发展，我国应适当随着竞争程度的变化不断调整生态圈中的组成因子，创建比较巩固的现实生态位，形成生态竞争优势。

61巩固现实生态位——维持竞争地位

竞争是生物间普遍存在的行为关系。类似的，技术竞争存在于技术生态的各个层面，从技术个体间、技术种群间到技术群落间都存在着竞争，影响着技术的演化过程[7]。我国应依据竞争情况适当保留具有竞争优势的生态因子。目前国内该产业主要集中在环渤海圈和长三角圈，建议利用地区的种群优势，加大集群创新，完善创新系统。同时，国内技术主要集中在中石油、中海石、中石化等大型企业，这些企业个体应把握当前发展的良好时机，不断研发核心技术，加快专利保护，巩固已有生态位，提升核心竞争力。此外，RPA指数显示我国在钻井设备、海上生产工艺和海上发电占据一定优势，HHI指数均预测这3类技术为未来技术热点，建议保持钻井设备和生产平台的优势，推进海洋发电，培养高价值专利，形成技术集聚，维持竞争态势。

62开辟新的生态位——实现技术共生

生物间存在着竞争的同时也存在着很多的共生现象；同样的，技术间存在着竞争也存在着共生[7]。在技术生态的演化过程中，与其它技术普遍共生的技术更容易获得较高的生存能力。不同的产业群落有着各自的生态位，技术个体可以跨越技术边界，整合其他技术的优势生态因子，进行技术共生，重新开创一个新的生态空间，使产业能够获得新的发展。RPA值显示我国在水下工程技术、定位和系泊系统处于弱势，建议我国在这些领域具有研发实力的高校和科研机构，如浙江海洋学院、河海大学等，利用其行业背景和资源，启动大学、科研院所和企业研发部门三者之间的互动研发机制，在新的生态空间提供人才支撑和技术保障，走“专、精、特、新”的专业化生产道路，实现技术共生，形成相对完善的专利布局。

63创新技术生态位——升级产业价值链

技术是产业生态系统变化的根本要素。技术个体之间要根据情况进行生态因子的合理调整，从价值链的节点上发挥能动性，寻找和创造新的生态空间。HHI指数显示水下工程技术成熟度已较高，相关企业个体应该减少该技术研发投入，控制成本。而HHI指数显示钻井设备、海上生产工艺以及海洋发电是未来技术热点，相关企业个体应结合自身优势，关注这些热点技术，创造新的生态位，升级产业价值链，形成生态竞争优势。此外，我国相关部门运用补助、贴息、风险投资、担保费用补贴等多种方式提供有效支持，引导海洋工程装备优势地区的资本、园区开发经验、人才等优势资源与弱势地区的土地、环境承载力、人力等资源互补，同时以招商引资等政策辅助形式，不断引进国外先进技术，通过联动开发推进海洋战略性新兴产业加快发展。

总之，通过专利技术分析，能够预测产业内新兴技术。政府部门、企业个体和高校等相互协作，围绕提高海洋工程装备产业的研发-设计-生产的系统性能力，以国际市场需求为导向，形成一批具有较强竞争力的优势产业、园区、产业集群、骨干企业，开展自主创新研究，培养高价值专利，提升产业生态竞争力，率先引领我国在海洋工程装备产业生态系统中占据国际制高点。

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（本文责任编辑：马卓）