基于专利的全球纺织技术创新前沿与演进趋势

刘秀玲 陈浩

摘要： 随着全球经济的发展，纺织产业的地位逐步提升，为了探究全球纺织产业技术创新前沿及其演化趋势，文章从专利视角出发，以德温特专利数据库收录的纺织专利作为技术创新的衡量指标，借助信息可视化软件CiteSpace的词频探测技术，对近十年全球纺织领域的专利与专利权人进行共词分析并绘制了技术热点知识图谱。研究发现，十多年来全球纺织产业技术创新以企业为创新主体，集中围绕纺织工艺、纤维的生产与特性、纺纱、织物处理、纺织应用及相关设备等技术领域形成热点群交替演进，并在细微领域不断拓展延伸。当前全球纺织产业技术创新面临着停滞、衰退的困境和新的发展机遇。

关键词： 纺织产业；技术创新；专利；可视化；知识图谱

中图分类号： TS101.1

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2017）12-0032-11

Abstract： With the development of global economy， the status of textile industry has improved gradually. In order to explore technology innovation forefront of global textile industry and its evolutionary trend， this paper， based on patent perspective， took patent database collected by Derwent Innovations Index as the indicator of technological innovation， carried out co-word analysis of patents and patentees in global textile field in recent decade， and drew knowledge map of technical hotspots by word frequency technology of information visualization software CiteSpace. The study found that， in the process of evolution， the technological innovation of global textile industry relied on enterprises as the main part of innovation and focused on the several technical fields including textile technology， fiber production and properties， spinning， fabric processing， textile applications， related equipment and so on， which formed different technology hotspot groups every year. Meanwhile， more and more technological innovations extend in the tiny field. In the present， the global textile industry technology innovation is faced with the dilemma of stagnation， decline and new development opportunities.

Key words： textile industry； technological innovation； patent； visualization； knowledge map

在当前全球经济中，纺织产业作为传统制造业，对全球经济发展仍有巨大贡献。据联合国商品贸易数据库的数据统计，2015年全球纺织原料及纺织制品出口金额近7000亿美元，占全球总出口量的比重由2013年的4.26%不断上升至2015年的4.52%。在知识经济时代，技术创新决定了产业的发展速度和程度。20世纪初，纺织产业科技贡献率仅20%，20世纪80年代以后发达国家纺织产业的科技贡献率已上升至50%～60%，纺织产业从传统的劳动密集型转为资本技术密集型[1]。专利制度的特点决定了专利承载着最新的技术创新信息。专利是授予专利申请人的一系列专有权，获得专利可以为企业在产品的激烈竞争中提供技术和市场上的凸出位置[2]。专利被全球许多机构视为一个科学技术的性能指标。专利分析是评价一个国家或地区技术能力和技术潜力的有效方法，可以发现其核心技术研究，预测一個领域的技术趋势[3]。基于此，本文从专利视角出发，探究全球纺织产业技术创新的前沿与演化路径。

当前学者对纺织产业技术创新的研究呈现两大特点：一是关注点集中于国内，基本围绕中国纺织产业展开研究；二是研究点集中于技术的微观动向，包括对纺织产业、企业创新、技术平台、技术发展等方面的分析。如李陵申等[4]利用对技术创新优化后的A-U模型实证，分析了中国纺织技术创新与产业升级的关联性；郭伟[5]、韩玥等[6]研究了国内纺织企业技术创新的影响因素、问题现状与发展路径等；丁玉苗等[7-8]调查分析了中国纺织行业共性技术平台研发与扩散机制；肖洪武等[9]深入梳理了绍兴纺织产业技术的发展现状，通过与国内外先进技术水平的分析比较，指出其未来的技术发展方向。在研究方法上，多数学者采用了定性与定量结合分析、实证分析等方法，其中不少学者通过构建评价指标体系进行研究，如姜霄[10]构建了纺织产业技术创新能力的指标评价体系，考察纺织产业技术创新的影响因素与提升路径。

基于以上研究现状，笔者发现对纺织产业技术创新的已有研究存在两点不足：一是研究视角拘于国内，缺乏国际视野；二是对紡织产业技术创新的态势与演化分析不够完善。尽管部分学者如董奎勇[11]通过Spinitsystems纺纱工艺与数码印花技术等案例，对世界主要国家和地区的纺织技术进步路径进行实证分析，但缺乏对技术的量化分析，实证部分未能充分说明纺织产业技术创新的特性与演化过程。

专利是技术发展的先导，本文立足全球视野，以德温特专利数据库收录的纺织相关专利为数据源，通过专利计量进行全球纺织产业技术可视化研究，借助信息可视化软件CiteSpace提供的词频探测技术绘制了纺织产业技术热点与前沿知识图谱，探究全球纺织产业技术创新前沿与演进趋势。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

研究数据来源于德温特专利数据库，该数据库资料回溯至1963年，收录来自全球40多个专利机构，涵盖100多个国家的专利信息，以每周更新的速度提供全球专利信息[12]。以德温特专利数据库作为数据来源，能够保证数据的充分性。

以2006—2015年为检索年份，依据德温特分类体系中的德温特手工代码进行检索，专利分类包括F01、F02、F03和F04，分别代表天然或合成的线和纤维、织物及其产品、织物处理和纺织品应用，最终检索得纺织技术专利共计254130项。

1.2 CiteSpace科学知识图谱

科学知识图谱是以学科知识为计量研究对象，利用引文分析和信息可视化分析系统，分析和显示知识之间的相互联系。CiteSpace作为知识图谱的可视化工具，可通过对科学文献的分析，识别并显示某一学科领域科学发展的新趋势和新动态[13]。

刘中梅等[14]曾借助CiteSpace从专利数量、专利权人和专利布局等方面考查海峡两岸具备竞争实力的生物技术企业和转基因产业的现状，进而对两岸转基因技术产业化的市场竞争态势做出初步预见；孙宁等[15]也曾用CiteSpace对网络舆情的相关文献进行计量分析，利用热点、关键词图谱及时区图找到该领域的研究热点和前沿主题的知识文献，探究发展的动力学机制。因此，可以借鉴以上研究方法，采用CiteSpace软件来探究全球纺织技术创新前沿与演进趋势。

1.3 图谱解读

在CiteSpace中理解网络结构和内容时，寻找特殊点和连接线是非常重要的，特殊点占据着知识网络中的重要位置，可以依据中介中心性和突现性综合考虑二者的Sigma值等来灵活判断[16]。具有突现性的节点称为热点，即短期内频率极速增加的情况。某个聚类中包含的热点越多，该领域就越活跃或是意味着研究的新兴趋势。中介中心用于测度节点在网络中的重要性，具有高中介性的节点通常是连接两个领域的关键枢纽，也称为关键节点。

2 全球纺织产业技术创新总体分析

2.1 全球纺织产业技术专利增长趋势

专利反映了世界上最前沿的科学技术发展相关信息，是衡量技术创新方向和焦点的有效指标。通过对德温特专利数据库的纺织相关专利信息统计分析，得到近10年的全球纺织专利量的变化情况，如图1所示。

2006—2015年全球纺织专利总量超过25万项，2006—2013年全球纺织专利量增长迅速，自2006年起逐年增长，至2013年达到顶峰，共增长约143%。2013年后专利量连续两年出现下降且降幅明显，2015年降幅甚至高达43.2%，说明纺织产业技术变革经历短期的快速发展后有所衰落。

2.2 主要专利权人及其合作关系

专利权人是专利的所有者，对专利权人进行聚类分析有助于明晰全球专利归属情况和分布网络。图2展示了2006—2015年全球纺织技术主要专利权人聚类结果。

图2左上角的参数mean silhouette用于衡量主要专利权人的聚类关系，该值越接近1，则表明同质性越高，其数值为0.4423，小于0.5，表明专利权人之间并未形成很高的聚类。从图2也可观察到，各聚类节点所代表的专利权人虽有合作，但合作网较为杂乱，未形成强合作网络。表1列出了全球纺织专利排名前10位的专利权人总专利数、合作数及合作占比。

由表1可以看出，拥有专利数最多的为Toray Ind Inc，共2014项，其中与其他机构合作195项，占总专利数的9.68%；其次是Procter & Gamble Corp 总专利量为1448项，与其他机构合作数量仅为8项，占总专利数不足1%；排名第三位的为Univ Donghua，专利数量为1262项，但与其他机构合作数量达299项，占总专利数近24%，是前10位机构中合作比例最高的。总观全球前10专利权人合作占比，仅有Univ Donghua、Teijin Ltd、Basf Se三个专利权人的合作占比超过10%，表明全球纺织产业技术专利权人间的合作关系不强。在前10专利权人中，除东华大学外均为企业，其中包括宝洁与巴斯夫等欧美企业，以及东丽、花王、帝人等日本传统化工企业，说明企业对纺织技术创新有很大的推动作用。

3 全球纺织产业技术创新重点

以德温特手工代码为专利分析对象，通过共词分析，可以在共现网络中体现手工代码间的共现关系，显示技术领域间的联系。共现图谱聚类统计可以揭示出全球纺织产业技术领域中的关键技术，有助于明晰全球纺织产业技术创新重点。

图3为纺织技术专利聚类结果，聚成10大类，聚类号以包含的成员数由大到小命名。这些聚类代表了全球纺织产业过去10年来专利的主要涵盖方面，也意味着技术创新的重点方向。

表2统计了图3共现网络中前六大聚类的结果：聚类0主要表示纺织传统工艺技术，包括缝纫、整经、后整理、刺绣等技术专利；聚类1主要是纺织在服装方面的应用及涂层、防火等化学处理；聚类2是纺织在妇幼医用织物方面的应用技术，涉及贴身衣物、婴儿衣物、卫生用品及医用织物等专利。聚类3主要表示纺织材料的专利，如纤维、纱线和过滤材料等；聚类4主要是关于织物编织方面的专利，包括针织方法、经编、纬编等；聚类5主要是纺丝纺纱新工艺的研究，包含化学纤维、合成纤维的成形与生产；其他聚类则是关于织物的机械与化学处理、纤维及其他特定应用材料的研究。

从聚类结果来看，近10年来全球纺织产业技术创新主要集中在传统工艺技术的深化改进、织物的化学处理、纺织应用技術、纺织材料研究、织物编织技术、纺丝纺纱新工艺和其他特定应用材料研究等方面。

4 全球纺织产业技术创新动态演化

共现聚类统计揭示了技术领域的相关情况，对全球纺织产业分阶段进行专利聚类分析可以明确其技术创新重点的变迁。通过解析共现图谱，识别网络重要节点，结合时间轴上共现网络的属性变化，有助于探究全球纺织产业技术创新的动态演化。

4.1 分阶段全球纺织产业专利聚类分析

将2006—2015年分为2006—2009、2009—2012和2012—2015年三个时间段，分别进行专利聚类统计分析，探究纺织产业技术创新重点的演化。

4.1.1 2006—2009年全球纺织技术专利聚类分析

2006—2009年全球纺织专利手工代码共现见图4。表3统计了图4共现网络中前五个聚类包含的内容：聚类0表示对纤维生产加工及其特性的研究；聚类1是关于织物的化学处理；聚类2包含化学纤维及其应用的相关专利；聚类3涉及纺织在妇幼医用织物方面的应用专利；聚类4主要表示纺织在服装辅料方面的应用与传统纺织工艺技术的专利，包括缝纫、整经、后整理、刺绣等。

2006—2009年的聚类包含纤维生产与纺纱、织物的化学处理、妇幼医用织物应用方面及传统纺织工艺技术等多个方面的专利。这一时期的纺织技术创新涉及面广，聚类成员数较多，研究内容繁杂，呈现多重点并进发展的研究态势。

4.1.2 2009—2012全球纺织技术专利聚类分析

2009—2012年全球纺织技术专利手工代码共现见图5。表4统计了图5共现网络中前三个聚类包含的内容：聚类0主要表示纺织在服装辅料等方面的应用与传统纺织工艺技术的专利，包括缝纫、整经、后整理、刺绣等技术专利；聚类1包含了纤维生产、纺纱工艺及纤维特性的专利；聚类2主要表示织物的化学处理。

这一时期，纺织技术创新的重点和方向有所转变，如对纺织产业的传统工艺技术的关注有所增加，但在纤维生产、加工处理方面与织物的化学处理方面的研究力度均有所减弱，化学纤维及其应用方面的技术创新也大幅减少。

4.1.3 2012—2015全球纺织技术专利聚类分析

2012—2015年全球纺织技术专利手工代码共现见图6。表5统计了图6共现网络中前三个聚类包含的内容：聚类0主要表示纤维生产与纺纱工艺方面的专利；聚类1主要是与工业织物、纤维及纱线的热处理工艺、缝纫及印染技术等相关的专利；聚类2是关于织物的化学处理。

2012—2015年的聚类成员数略有下降，聚类内容也有所变化。对织物化学处理的研究力度进一步减弱，纺织技术创新重点从传统纺织工艺技术迁移到工业织物、纤维及纱线的热处理工艺、缝纫与印染等技术领域。

4.2 热 点

热点是对突发性的观测指标，代表出现频率短期内急速增加的情况，体现该领域的新兴研究趋势。

表6统计了2006—2015年全球纺织技术专利热点，但由于2010年后未出现新热点，故表中仅显示2006—2010年的热点统计结果。2006年的热点是对纤维纺纱、妇幼医用及其他织物应用的研究；纺织品在绳索、电缆的应用在2007年成为新热点；2008年的研究热点包括织物机械处理方法和整经工艺，以及纺织在服装辅料方面的应用；2009年延续对纺织品应用的研究，并开始关注地毯与纸板涂层处理；2010年兴起了对纤维生产工艺及织物物理特性的研究。

由表6可以看出，全球纺织技术创新热点在不断迁移，涵盖纤维生产、纺纱、纺织应用、织物处理、服装辅料研究和织物特性等多个技术领域。其中，纺织应用在2006、2007和2009年均为热点，仅是应用领域有所变更。而2011—2015年间的热点缺失也意味着近年来纺织技术创新有所停滞。

4.3 关键点

在CiteSpace中，以节点的出现次数（或被引次数）和节点的中介中心为标准对节点的重要性进行衡量，提取关键节点。表7是2006—2015年全球纺织技术专利关键节点统计归类结果，以中心度大于0.1为节点的筛选标准；个别年度无中心度大于0.1的节点，则列出中心度大于0的节点；极少年份存在中心度为0的节点，则以当年出现频次最高的节点代替。

由表7可知，2006年主要关注纤维、织物的生产与处理及纺织在妇幼医用织物方面的应用；2007年的技术重点是纤维及纬编针织；2008年的关键点涉及纤维与织物的加工与应用；2009年注重织物化学处理设备，以及纺织在裤、袜上的应用；2010年重点研究纤维纱线的热处理；2011年注重专用货物的缝纫；2012年侧重纤维特性与其他服装的研究；2013年则是探究蛋白质聚合物；2014年的节点中介中心性低于0，按最高频率确定关键点为混纺工艺和印染设备；2015年关键点是溶液纺丝和纤维纱线的其他加工。

关键点统计结果显示，近十年来，纺织纤维、工艺流程和纺织品的应用一直是纺织产业关注度较高的技术领域，纺织技术发展集中，但随着时间推移，纺织技术创新在细微领域却不断拓展深入。

4.4 时区视图

时区视图侧重于从时间维度表示知识的演进、展示文献的更新和相互影响，图7展示了全球纺织技术专利发展的时区视图，各节点按初现年份分布。

图7显示，2006年全球纺织产业技术创新涉及多个技术领域，专利关键词聚类集中度高，与其他年份均有连线，且与2015年节点间的连线密度较大，说明全球纺织技术历经十年的变迁后，技术间仍具有传承关系，也间接表明了2006年的纺织技术研究成果是奠基性的。此外，除2011和2014年外的年份均出现明显的紫圈节点，即有明确的纺织技术创新重点。

综合以上分析结果，在2006—2015年期间，全球纺织产业技术历经数年的快速发展后，面临停滞与衰落的困境。在這一时期，纺织专利量飞速增长，全球纺织产业技术创新重点在纤维生产与加工、纤维纺纱技术、织物的化学处理技术、妇幼医用织物的应用技术、缝制与染整技术及纺织设备技术等领域不断迁移，且各技术领域的研究也不断深化和拓展。2015年节点出现明显的紫圈代表新的技术重点出现，有望成为纺织技术发展的新起点。

5 结 论

本文以CiteSpace作为计量工具，利用专利计量法及专利引文图谱中关键节点和突现节点，对德温特数据库纺织产业领域的专利文献进行计量、分类排序，阐述了2006—2015年全球纺织产业技术创新前沿、演进趋势与其特性。从“专利文献追踪”的角度挖掘纺织领域的技术基础、研究热点和发展脉络，是对纺织产业研究的一个新的尝试。2006—2015年全球纺织技术创新发展呈现如下趋势特点。

5.1 以企业为创新主体，推动纺织技术进步

当前全球纺织产业技术创新呈现以企业为创新主体，少数巨头企业领导创新的发展态势。2006—2015年全球前10位纺织技术专利权人所拥有的专利总数达9913项，占总数3.9%。而在这10位专利权人中，除东华大学外均为企业，其中前3位专利权人拥有专利4724项，仅占总数1.86%，但比排名后3位的专利权人多出3倍以上，说明这些企业仍有强大的创新能力，但未垄断技术创新，纺织技术的进步仍需依靠众多企业的共同推动。此外，专利权人的个数虽多，但合作关系不强，表明纺织产业的技术创新更为独立自主。

5.2 纺织技术发展集中，创新向微领域深入

纵观近十年来全球纺织产业技术的演化发展，其创新的重点集中于以下几个方面：1）纺织工艺，包括对传统纺织纤维生产、加工、纺纱和织物编织等技术的革新研究，以及对纺丝纺纱新工艺的研究；2）纺织纤维、过滤材料及特定材料等纺织材料的特性研究；3）织物处理，包括化学处理与物理、机械处理；4）纺织在服装、妇幼医用织物方面的应用；5）用于纺纱、印染、纤维合成、织物处理等方面的纺织相关设备。全球纺织技术创新重点与前沿始终围绕上述技术领域变迁，在同一时期内，研究重点往往囊括一个或多个技术领域，形成技术热点群，并在技术领域的不断变更中滚动演进。

尽管创新重点集中，但从发展趋势看，随着时间推移，全球纺织技术创新仍然在细微方面不断演化拓展，其技术领域的创新逐步走向深化发展，纺织技术的深度微创新或将成为未来的新趋势。

5.3 发展步入新阶段，困境与机遇并存

当前全球纺织产业技术创新在经历了高速发展阶段后，进入了一个新时期。纺织技术趋于成熟，但也陷入停滞与衰落。全球纺织专利量自2006年始，连年增长至2013年达到峰值后出现连续两年的大幅下降；2011年至今没有新的热点出现；结合2011年后的关键点变化可以发现，近年来的纺织技术创新重点涉及面逐步缩小，研究热度有所减弱。但2015年关键词较高的关键值、时区图中明显的2015年节点紫圈及节点与早期技术专利明显的传承关系等特征，均表明当前纺织技术创新有着明确的重点，且应是基于早期研究的进一步探索。随着新兴研究的推进，未来可能迎来新一轮纺织技术创新热潮。

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