非织造布机械产业的专利技术路线图分析

孙学军，贺德方，彭 洁，张英杰，齐俊景

(1.中原工学院经济管理学院，河南 郑州 450007;2.中国科学技术信息研究所，北京 100038；3.信息工程大学洛阳校区图书馆，河南 洛阳 410300)

0 引言

纺织工业是中国国民经济的重要组成部分，纺织机械的品种多，门类广，包括诸如化纤机械、纺纱机械、非织造布机械等六百多类产品。长期以来我国纺织行业依赖技术引进，一些关键技术、关键设备和核心部件依赖进口的局面并没有彻底扭转。在 《纺织机械行业 “十三五”发展指导性意见》中，共布局了59项 “重点科技攻关项目”，其中，非织造布机械项目有5项[1]，立足研发、推广一批多功能、组合式、差别化的先进非织造布设备，从而提高行业的技术原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新能力。

近年来，企业重视并不断加大科技投入，创新驱动在纺织行业的转型升级发展过程中起到的带动作用愈发明显。2017年全行业有17项成果获得国家科学技术奖，在中国纺织工业联合会科学技术奖获奖名单中，规模以上企业有效发明专利数是 “十一五”末的3.4倍[2]。技术路线图作为一种实用的技术管理工具，广泛应用于技术预见、技术规划等活动，面对非织造布机械发展创新的问题，本文在纺织传统行业的产业转型升级的大背景下，构建 “非织造布机械”主题专利数据集，并依托专利文本分析工具，构建了非织造布机械技术路线图，希冀能够为非织造布机械的技术创新提供路径参考和支撑，提升纺织行业的科技创新能力。

1 研究现状

技术路线图作为产业部门、政府部门进行产业规划和技术攻关决策方法，着力解决产业发展过程中 “市场需求—产业目标—关键技术—研发需求—资源需求”关键问题，准确有效地对技术创新和技术攻关进行管理，预测产业发展需要的技术与产品，引导行业技术研发决策，降低技术创新风险[3]。在技术路线图的编制过程中，从目前国内外的相关实践可以看出，专家智慧和数据都在其中扮演着重要角色。其中，专家智慧多体现为技术需求梳理，技术愿景规划和技术关联性评估等，多以定性研究为主；而数据则较多地表现为调研活动所形成的调研数据及反映技术进展的专利、论文等科研数据，通过文本挖掘等计算机辅助手段，实现量化研究以期得出较为客观的分析和结论。

技术路线图在各国已经取得了广泛的应用。美国利用技术路线图编制了系列产业发展规划，如1997年锻造工业教育及研究基金会与美国能源部工业技术办公室合作发布 《美国锻造工业技术路线图》[4]；2016年美国国家细胞制造协会 (NCMC)发布 《面向2025年大规模、低成本、可复制、高质量的先进细胞制造技术路线图》[5]。日本经济产业省则在2000年启动编制 《日本战略性技术路线图》后就对其定期更新。2015年，中国国家制造强国建设战略咨询委员会发布了 《中国制造2025》重点领域技术创新路线图[6]，目前已经推出了2017版。

从文献调研来看，专利数据是专家学者开展技术路线图研究的重要数据支撑。如Choi等[7]通过文本挖掘专利信息构建基于SAO结构的技术路线图。王倩等[8]以大数据产业为例，采用专利地图法预见中国大数据产业的共性技术，从近中远三个时间维度，绘制了中国大数据产业的共性技术路线图。杨璧嘉等[9]提出可以将专利网络分析引入技术路线图的想法，并在此基础上研究专利网络分析在技术路线图绘制中具体的实施办法。刘彤等[10]深化了专利网络分析在产业技术路线图中的应用，将多重关系专利网络分析方法应用于产业技术路线图的绘制过程。此外，多种不同数据的融合也广泛应用于技术路线图的编制研究。Jin Gyungmi等[11]利用文本挖掘，绘制技术驱动路线图以识别新的产品与市场机遇。李剑等[12]基于科学引文索引 (SCI)数据，编制了太阳能电池产业化关键技术路线图。李欣等[13]在剖析技术路线图研究机理的基础上，将文献计量和专利分析引入技术路线图应用中，以减少技术路线图对专家经验的依赖。构建基于文献计量、专利分析和技术路线图的新兴技术产业未来发展分析框架。

目前，纺织行业企业已经认识到了实施专利战略的价值，运用技术路线图方法研究纺织工业发展技术规划。如陆立军[14]和林建萍[15]分别以浙江和宁波纺织工业为例，从省市两个区域维度，运用技术路线图思维尝试提出了纺织产业技术路线图的编制思路，提出浙江纺织工业转型升级的路径选择。左崇良[16]围绕预测我国纺织科技发展趋势，发布了 “纺织服装产业技术路线图”。程春生等[17]运用产业技术路线图思维，分析研究福建省纺织化纤产业技术发展现状、产业技术发展的需求趋势及产业发展存在的主要共性技术问题，基于技术路线图的纺织化纤产业发展多维度分析，提出福建纺织化纤产业技术提升的路径和政策选择。

总之，从文献调研和相关实践来看，已有对非织造布机械的研究成果多以微观视角，利用技术路线图为非织造布机械产业提供宏观指导的成果鲜有触及，相关企业为确保企业处于市场竞争的优势地位，可积极探索技术路线图在指导产品研发、技术规划中的积极作用。因此，对非织造布机械产业发展进行分析并绘制产业技术路线图具有重大的现实意义。专利分析方法的重要性在于规划技术发展方向、突破技术壁垒障碍、拓展自主创新空间、减少研发经费，进而提升竞争优势。探索利用专利分析工具绘制产业发展的技术路线图，帮助纺织企业清晰认识企业的技术水平，准确认识技术发展方向，选择恰当的技术创新路径，积极稳妥地实施产业转型升级，具有较强的理论和现实意义。

2 数据来源与研究框架

2.1 数据集构建

数据来源是保证分析结果权威性和准确性的基础，本研究在数据库的选择上以数据项的完整、全面和准确为基准，选择国家知识产权局官方数据库系统作为专利数据来源[18]。检索日期为2019年2月20日，将检索的结果进行初步筛选，去除无关专利，得到总计2062件发明专利。检索策略主要采用标题、摘要、权利要求的组合检索策略，选用的关键词包括： “高速梳理机”or “纺丝箱体”or “纺丝喷丝板”or “梳理机”or “交叉铺网机”or “ PP纺粘针刺土工布”or “PET土工布”or “数控粉尘”or “过滤材料”。

2.2 研究框架

本文在文献分析的基础上结合领域专家知识，将专利数据和技术路线图的绘制要素紧密结合起来，构建了专利统计分析和技术路线图绘制的对应关系，具体内容如图1所示。尝试在专家领域知识的支持下，综合运用文献计量法、文本挖掘、数据可视化手段对非织造布机械产业发展进行分析并绘制产业技术路线图，以期为非织造布机械产业转型升级提供参考。

图1 技术路线图与专利数据分析的映射

3 非织造布机械产业技术路线图要素分析

3.1 非织造布机械产业现状分析

2005—2018年，国家知识产权局非织造布机械相关专利总量为2062件，其中发明专利1255件，实用新型732件，外观设计75件。根据专利文献中的申请日信息，统计出该技术主题历年的专利申请量、累积数量，如图2所示。该技术主题专利总体呈现递增趋势，2011年受政策激励出现快速增长的态势，但随后快速回落，近三年都保持在一个持续稳定增长的阶段。从技术生命周期角度来分析，通过绘制技术生命周期图，可以反映历年专利申请数量与专利申请人数量的变化，非织造布机械主题技术符合技术成长期的特征，处于成长期，如图3所示。 综合表明，非织造布机械主题技术在国内已进入稳步换挡后的增长期，具有较大的发展空间和生长潜力。

图2 2005—2018年非织造布机械专利增长情况

图3 非织造布机械主题技术生命周期图

3.2 非织造布机械产业需求分析

非织造布机械市场需求的影响因素众多，通过对行业专利技术聚集领域分析，能够获得非织造布机械相关创新主体在研发领域投入和前沿热点探索能力，从而为产业技术路线图制定提供数据支持。通过对相应专利数据进行整理和统计，可以间接反映目前非织造布机械产业的需求概况，具体分析如下。

(1)中德瑞是非织造布机械领域的主要需求方。根据专利权人的地址可以识别专利原创国家/地区信息，从统计结果来看，中国、德国、瑞士占据非织造布机械专利申请的前三名，占总专利申请量的92%，其中，中国专利申请总数达到1711件，较第二位的德国多出1450余件。一方面说明我国长期对非织造布机械持续投入研发力量，另一方面也说明德国、瑞士等国家高度重视我国非织造布机械市场。从总体申请趋势来看，受国内外市场环境影响，我国专利申请虽整体保持增长态势，但波动比较大。其他国家诸如德国、瑞士、法国和意大利在我国的专利申请则在逐年减少。经调研行业内专家，基本认同该组专利数据所反映的需求态势，但也补充说明虽然我国非织造布机械总体市场在扩大，但其中的高端市场中，国外依然具有很强的技术优势。

(2)参与市场的专利权人保有数持续增加，增幅缩小。根据对专利数据的专利权人信息进行统计，从2005年的93家增长到了2018年的862家，增长了8倍多，基本揭示了非织造布机械市场的总体情况，如表1所示。在专利权人中，德国特鲁菲舍尔股份有限公司及两合公司专利数量最多，达到82件，基本为发明专利，专利大部分处于授权和实质审查状态。我国的青岛东佳纺机 (集团)有限公司，东华大学专利数量分别为55件和39件。瑞士里特机械公司专利均为发明专利。德国和瑞士尽管专利总量不多，但是专利质量较高。与德国和瑞士相比，我国专利权比较分散且实用新型专利占比较大，具体如表2所示。

3.3 非织造布机械产业目标分析

对非织造布机械产业目标的分析，主要是利用文本挖掘技术，发现技术热点和技术空白点，

表1 专利权人保有数统计 单位：个

表2 主要专利权人专利类型分布 单位：件

从而形成对非织造布主题技术在特定国别和区域的预见和判定。此处应用专利类交叉延伸分析方法，挖掘原创国的技术主题词侧重，对2005—2018年非织造布机械专利IPC分类号进行统计、归纳，得出如表3所示的技术主题词表及变化趋势。在表3中，各时间段与国别的交叉框中，显示的是该国在特定时间段内的主题词，每个词后面的数代表的是在此时间段内的频次。据此，从主题词的角度看原创国/地区之间的技术关联性。其中，德国、瑞士、印度、意大利技术关联相对较强，其他国家/地区之间关联强度较弱。各国家/地区在梳理机上均有侧重；中国在纺丝箱体、纤维、生产工艺方面更加侧重；德国更加侧重纺纱准备、网机、纺纱、纺织机等方面。

表3 主要原创国/地区技术主题词及变化趋势 单位：个

3.4 非织造布机械关键技术分析

将专利分析作为关键技术识别的方法，通过对非织造布机械专利文献随时间的变化关系分析，找到它们之间的联系，获得新技术的发展动向，遴选优先发展的技术，为产业转型升级提供方向和重点参考依据。

首先,对整个专利数据进行文本挖掘，形成主题词聚类，我们发现非织造布机械的主要研究热点大体围绕以下热点词族进行：纤维梳理，生产工艺，梳理机，涤纶，材料，羊绒。

其次，从主题词与专利权人之间的技术关联性来看。特鲁菲舍尔股份有限公司及两合公司、里特机械公司专利技术关联性较大，侧重机械设备；东华大学涉及技术范围广泛，偏向纺织材料，具体如表4所示。

最后，从主题词的时间演化来看，我们按照2005—2007年、2008—2010年、2011—2013年、2014—2018年四个时间段统计出各时间段应用最多的技术热点词，以观察热点词的演化过程，如表5所示。据表可知：梳理机、纤维、纺丝是各时间段都比较集中的技术主题词；2005—2007年的热点词纺纱准备，在之后的时间里不再使用;纺纱箱体、无纺布在2011—2013年时间段较为靠前，2014—2016年时间段略有减少；复合纤维在2011—2013年、2014—2018年时间段较为突出；生产工艺在2014—2016年时间段专利应用得较多。

表4 主要专利权人技术主题词变化趋势 单位：个

表5 热点主题词演化 单位：个

3.5 非织造布机械研发项目分析

非织造布机械产业研发项目分析是在专利分析的基础上，基于产业发展现状，梳理国内外技术发展趋势与方向，以突破产业技术瓶颈为目标而设定的研发项目。参考 《纺织工业 “十三五”发展规划》，并邀请行业专家对初步确定的研发项目进行论证和确认，形成如表6所示的非织造布机械研发项目列表。

表6 非织造布机械研发项目

4 非织造布机械技术线路图的绘制与讨论

4.1 非织造布机械技术线路图的绘制

经过二十多年的发展，国内外非织造布机械行业有了较为系统的发展，基本形成了中国、德国、瑞士三强并立的态势，但随着非织造布产业的利润减少，产业界和学术界创新的速度正在变缓，继而影响到非织造布产业和非织造布装备制造业的发展。

综合技术路线图的制定是依据非织造布机械现状分析、产业需求分析、产业目标分析、关键技术分析和研发项目分析等汇总，找出技术发展的衔接点，依次得出非织造布机械整体技术路线图，根据非织造布机械产业技术发展路线和产业资源需求状况，结合纺织工业特点，以 “近期、中期、远期”为标准，力争使非织造布设备研发能够形成有机整体并相互协调，实现大型、高产和高速设备研发用以提高产量，智能化、绿色化设备研发用以实现节能和资源的循环利用。利用专利数据进行技术路线图的绘制，实现了技术路线图制定的数据化支撑，以期实现可持续发展，在综合专家智慧的基础上，形成了非织造布设备技术路线图，如图4所示。

4.2 非织造布机械技术线路图的讨论与建议

围绕非织造布装备的转型升级，通过专利技术路线图，我们可以发现：

(1)基于专利技术路线图的编制，能够快速对主题领域内的主要技术权利人、主要技术热点、技术发展趋势，技术原创国家/地区、技术侧重和技术关联性等内容进行全面了解，这与其他方法相比，具有全面性、客观性特征。从产业转型升级的全局把握来看，中国、德国、瑞士在非织造布机械技术领域形成三足鼎立局势，尽管中国专利数量优势明显，但是其专利质量有待提高，德国与瑞士在专利质量上的优势将是中国专利申请人及专利权人的主要竞争对手。

图4 非织造布机械整体技术路线图

(2)从转型升级过程中的技术难点来看，通过专利技术路线图的编制，梳理明确了若干中长期需要攻克的技术，如近期需要优化梳理机结构提高设备可靠性、碳纤维等改进设备重量；中远期需要优先解决纺粘生产过程中的气流牵伸、针刺固结等；开发纺丝箱体、研制纺丝喷丝板、皮芯结构的牵伸系统研制；伺服运动控制、伺服速度控制、粉尘过滤技术开发等内容；远期需要布局开发气流成网技术。

(3)从转型升级过程中的技术关联方来看，从专利权人的技术关联揭示发现，特鲁菲舍尔股份有限公司及两合公司、里特机械公司专利技术关联性较大，侧重机械设备；东华大学涉及技术范围广泛，偏向纺织材料。这一方面说明国内相关公司和高校虽然在非织造布机械方面拥有的专利数据比较多，但直接相关专利依然由国外的公司掌握，因此，非织造布机械装备将是未来中国专利努力的主要方向，增加该领域的专利申请数量，提高其专利质量，打破该领域长期以来的国外技术垄断趋势，增加中国在非织造布机械领域高端装备、高性能纤维的自主创新能力，具体如中国梳理机可靠性、稳定性，非织造布机械的粉尘过滤技术、气流成网技术等。

同时，通过分析专利权人专利类型分布和专利权人申请趋势，我们可以发现非织造布机械研发力量既有生产企业，也有高等院校。通过主要专利权人技术侧重与技术关联分析，勾勒专利权人持有专利技术的关联，比如东华大学、苏州大学、浙江古纤道新材料有限公司、江苏迎阳无纺机械有限公司、张家港大成纺机有限公司、苏州市邓尉喷胶棉厂、常州纺兴精密机械有限公司、苏州敏喆机械有限公司、常熟市伟成非织造成套设备有限公司；天津工业大学、北京中丽制机工程技术有限公司等不仅具有地域优势，分属于长江三角带、京津冀，同时也存在技术关联性，具有非织造布机械产业链综合竞争优势，为非制造布产业区域协同发展提供便利条件，初步形成区域产业结构调整新局面。

总之，加快非织造布机械产品结构调整，发展满足市场需求的新型高端装备。采用数控技术、信息技术提高产品自动化、智能化水水平，采用新材料、研究装备与零部件制造工艺技术，提高非织造布机械的制造质量和可靠性，加快非织造布装备自主品牌建设，提升非织造布机械制造企业竞争实力成为今后一段时间非织造布机械产业发展的重点。