技术融合角度的京津冀智能制造协同创新研究

张慧颖， 孙亚平

（天津大学管理与经济学部， 天津300072）

京津冀紧临渤海，是我国创新资源较密集、经济产业基础较雄厚的区域，该区域综合竞争力较强，是我国经济增长的重要引擎[1]。2014 年，京津冀协同发展被提升到国家战略层面，交通基础设施互联互通、区域环境联防联治、产业协同发展是京津冀协同发展的三个方面，其中产业协同发展是重中之重，以北京非首都核心功能的有效疏解为重点[2]。2016 年三地合作共建科技园区55 个、创业基地62 个、创新平台157 个，2017年投资22 亿元建设了京津冀科技成果转化中心[3]，虽然近年来京津冀产业协同创新取得了不错的成就，但在京津冀产业协同创新的过程中也存在诸多问题和障碍。京津冀区域的智能制造产业发展迅速，成为继珠三角和长三角之后智能制造产业的又一大板块。作为区域的战略性产业，智能制造产业的分工协作至关重要。

为了解决京津冀协同发展的问题，学者们从不同的角度对京津冀协同创新展开研究。除了关于京津冀协同创新生态系统的动力机制、协调整合机制、保障机制等的研究[4]之外，也有指出影响京津冀产业协同创新的多种因素对三地协同创新能力的影响程度是不同的[5-6]，此外从协同学视角测度京津冀创新系统的协同度[7-8]，以及京津冀产业协同创新主体的关系[9]等都有研究结果。虽然关于京津冀协同创新的研究比较多，但从技术融合的角度来研究京津冀协同创新却几乎没有。研究者关注到，越来越多的创新发明来源于技术的融合和交叉[10]，区域间的技术融合跨越了不同区域技术彼此的边界，打破了不同区域技术之间的壁垒，是对现有不同技术的重组，实现了技术突破和技术创新。区域间技术的融合实现了创新要素的共享和互补，打破了各个区域独立创新的局面，通过区域间技术要素的汇聚发挥了跨部门、跨区域的协同创新优势[3]。通过对京津冀技术融合进行分析一方面可以得出京津冀两两区域间技术的联系、技术融合的热点和重点、技术和产业发展的方向，从技术层面反应区域的协同创新现状，另一方面可以得出京津冀区域间协同创新能力强的技术领域和协同创新能力有待加强的技术领域，从技术层面为区域协同创新发展提供相应的指导方向。

一、 技术融合文献综述

近年来，专利分析是监测技术融合最广泛的方法[11]，专利是技术的载体，它包括了目前技术知识的80%[12]。目前，基于专利展开技术融合的研究有很多。有学者利用研发活动专利成果对技术融合的驱动因素展开研究，得出技术生命周期的阶段越早、技术准备水平越低、研发时间越长、研发费用越少等都会导致技术融合的产生[13]。有学者基于专利数据，利用持续时间模型研究技术特征对技术融合的影响，得出技术领域越紧密相关、技术范围越广，技术融合越频繁，同时技术越复杂，融合的可能性越小[14]。有研究提出了专利技术融合分析的方法框架，并基于生物芯片产业专利展开技术融合的静态分析和动态分析，对于引导新兴产业形成和发展具有重要意义[15]。有些学者运用相关的分类算法、规则和分解模型评估某些领域的核心技术分布、变化情况和技术融合趋势，如LDA-SVM分类算法[16]、关联规则算法[17-18]、LMDI 分解模型[19]。有学者运用专利技术领域共类分析、主题词共现分析，识别不同领域不同阶段的关键技术融合趋势[20-21]。有些学者利用产业和专利的映射关系，构建不同技术领域间知识流动矩阵，基于知识流动网络分析技术融合趋势[22-23]。基于以上分析得出，专利是研究技术融合、交叉和技术知识流动的主要数据源。

以往基于专利的技术融合研究方法主要分为两大类，分别是专利共现分析方法和专利引用分析方法。专利共现分析方法是一种静态的研究方法，用来刻画技术种类的多样性、不同技术之间的交叉和技术融合程度等方面，但这种方法不能反映技术流动过程以及技术演变的路径。专利之间的引用关系所呈现出的技术知识流动关系[24]，为技术融合研究提供了一个很好的切入点。从专利的角度来看，区域间不同技术之间的融合实质是不同区域的技术通过专利之间的引用关系而实现融合的过程。如果区域A 的一个专利被区域B 的一个专利引用，我们可以认为区域A 的某项技术与区域B 的某项技术发生了流动和融合，说明区域A 的技术影响力，影响到区域B 的技术。因而专利之间的引用关系可以形象的反映技术融合、交叉过程和流动趋势。

由上，通过研究不同区域某个领域的专利引用情况可以分析两地之间技术的融合和交流，进而反映不同区域某个领域的协同创新状况。本文选择专利引用分析方法，研究区域间产业技术融合过程以及技术和产业发展趋势，需要分析不同区域间技术的流动情况，除了与之前学者们通过专利的引用建立技术流动关系研究某产业的技术融合有相似之处，更重要的是关照到跨区域的技术引用关系，以期揭示京津冀智能制造产业协同创新的基层本质。

二、 研究方法体系

基于各个区域的专利引文数据，本文构建了技术融合和技术流动的研究框架，分为3 部分。

1. 建立IPC 分类号与技术之间的映射关系

建立专利IPC 分类号与技术之间的映射关系是建立技术与技术之间流动关系的基础。虽然一个专利可能有很多个IPC 分类号，但每个专利都只有一个主IPC 分类号，代表着与该专利最相关的技术种类，同时也代表着该专利最核心、最重要的技术种类，因此，本研究选取专利的主IPC 分类号做后续分析。专利IPC分类号由部、大类、小类、大组和小组五个部分组成，参考WIPO 官网公布的IPC-Technology Concordance 表（IPC 技术索引表）可获取IPC 对应的技术类型。基于专利技术索引表可知，专利技术被分为5 个技术部类和35 个技术类别，5 个技术部类使用E、I、C、M 和O 表示，分别代表电气工程、器械、化学、机械工程和其他领域，35 个技术类别用Tech1-Tech35 表示。主IPC分类号与技术种类之间具体的映射流程如表1 所示。

2. 建立技术流动矩阵

这部分首先要收集源专利的主IPC 分类号信息和引文信息，引文信息包括被引证专利的IPC 分类号和源专利的被引证次数，源专利和被引证专利的主IPC 信息代表了进行融合的技术知识种类，引文信息代表了技术知识的流动方向和技术融合强度。根据源专利和被引证专利的主IPC 分类号以及引文信息，就可以建立IPC 流动矩阵，如表2 所示。其中Cm，n表示源专利m被专利n引用的次数，引用的次数越多，说明源专利与被引证专利之间技术知识流动越频繁。

专利中的IPC 分类号划分到小组，而WIPO 官网公布的IPC 技术索引表中技术对应的IPC 分类号划分到小类，所以不同的IPC 分类号可能对应相同的技术种类。基于以上分析，表2 根据专利信息和引文信息建立的专利IPC 分类号的知识流动矩阵仅仅表示源专利主IPC 分类号与被引证专利主IPC 分类号之间的流动情况，并没有反应技术种类之间的流动情况。构建完专利主IPC 分类号的知识流动矩阵，我们需要根据表1 中IPC 分类号与技术种类之间的映射关系建立技术种类之间的技术流动矩阵，如表3 所示，其中Dm，n表示技术m与技术n之间的技术流动次数。Dm，n的数值越大，代表技术m与技术n融合的深度越深。

3.利用社会网络工具将技术流动矩阵可视化

表3 建立的技术种类流动矩阵可以转化为技术融合网络图，技术融合网络图主要有3 个要素组成：节点、线段和箭头。节点的大小表示该技术的重要程度，线段的粗细程度代表技术与技术之间的流动次数，箭头的指向表示技术的流动方向。其中源专利技术种类作为源节点，被引证专利技术种类作为目标节点。一种技术可以只是源节点或者目标节点，代表着这种技术被另一种技术引用或者引用另外一种技术，同时一种技术既可以作为源节点也可以作为目标节点，这样代表着这种技术既引用了别的技术又被别的技术所引用。目前关于知识网络可视化的工具有很多，本文选取Gephi 软件绘制技术融合网络图。从Gephi 软件计算出来的一些指标可以整体把握某个领域技术融合情况，如出入度、进入度和输出度等。

三、 智能制造数据分析

本文以incopat 数据库为数据来源，研究京津冀在智能制造方面的协同创新。由于智能制造产业涉及到多种行业，仅仅依靠检索关键词“智能制造”或者“Intelligent Manufacturing”难以完整的检索出智能制造产业申请的专利，因此本文通过关键词搜索找出智能制造产业的核心技术，通过检索智能制造产业的核心技术获得完整的智能制造产业申请的专利。本文采用的检索范围是全文检索，以“智能制造”或“Intelligent Manufacturing”为检索关键词，时间设定为2016.1.1～ 2018.12.31，检索近三年来智能制造领域申请的专利，删除掉有效性为“无效”的专利，筛选出“有效”和“审中”的专利。根据incopat 中国际专利分类号（IPC）出现次数的排序，选择排名前25 的IPC，经过统计得知前25 个IPC 分类号的占比达到75%，说明前25 个IPC 分类号能够代表智能制造产业的核心领域。本文将京、津、冀两两之间专利引用关系分为6 种，分别为冀津、冀京、津冀、津京、京冀和京津，其中冀津代表河北的专利被天津的专利引用，津冀代表天津的专利被河北的专利引用。

1. 冀津和津冀

将冀津和津冀放到一起进行对比分析。筛选出前25 个IPC 分类号之后，利用IPC 分类号进行重新搜索，选择申请人所在地域为“河北”，就能精确的找出河北智能制造领域的专利，然后选出包含被引证的专利，进一步筛选出被引证专利申请人所在省市为“天津”的专利，构成冀津智能制造领域协同创新研究的数据库。经过手工整理，本文共得到119 条源专利，由于一个专利可能被多个专利引用，共得到296 对专利引证关系。本文中专利申请人所在省市为“河北”的专利是源专利，专利申请人所在省市为“天津”的专利为被引证专利。

（1） 冀津智能制造领域专利主IPC 分类号与技术种类的映射关系。基于296 对引证专利和IPC 技术索引表，我们建立了冀津智能制造领域专利主IPC 分类号与技术种类的映射关系，如表4 所示。从表4 中，我们可以看出296 对引证专利涵盖了5 个技术部类和24 个技术种类，说明河北和天津在智能制造领域技术融合的范围广。

表4 冀津主IPC 分类号与技术种类的映射流程

（2） 冀津智能制造领域技术流动矩阵构建。根据河北专利主IPC 分类号、天津专利主IPC 分类号以及专利之间的被引证次数建立IPC 流动矩阵，如表5 所示。由于专利包含的IPC 分类号（小类）种类太多，所占空间太大，本文都只截取了部分表格。根据表4 中IPC 分类号与技术种类的映射关系，将表5 转化成技术种类之间的流动矩阵，如表6 所示。

（3）冀津智能制造领域技术融合网络图的绘制与分析。将整理好的表6 导入到Gephi 软件中生成技术融合网络图，如图1 所示。从图1 可以看出技术种类25、32、13、6 和12 与其他技术流动密切，是冀津智能制造领域技术融合的核心技术。河北的专利被天津的专利引用，相当于河北是技术的输出地，天津是技术的输入地，河北的技术相当于网络图中箭尾的节点，天津的技术相当于箭头的节点。基于以上分析，我们计算了各个节点的出入度来分析河北技术的输出情况和天津技术的输入情况，从技术输出度和输入度的角度分析冀津智能制造领域的协同创新情况。各个节点的出入度指标如表7 所示。表7 中Authority 代表每个节点输入度的比值。用某个节点输入度和除以全部节点的输入度和，这个比值体现某个节点在整个网络中的输入程度和重要性。表7 中Hub 代表每个节点输出度的比值。用某个节点输出度和除以全部节点的输出度和，这个比值体现某个节点在整个网络中的输出程度和重要性。对全部节点的输入度和输出度进行了排序，借鉴以往的研究，用某个节点的输入度和输出度之和表示该节点的重要程度，即该技术在整个冀津智能制造领域的影响程度。某个节点的输入度和输出度之和越大，表示该节点越重要，该技术的影响程度越大。

表5 IPC 流动矩阵

表6 技术流动矩阵

图1 冀津智能制造技术融合网络

从表7 可以看出，技术12、2、6 和32 的输出度和输入度均处于前面，表明这几种技术在网络图中处于中心位置，是冀津智能制造领域技术融合的核心技术且这几种技术对其他技术影响比较大，这几类技术也是冀津智能制造领域协同创新的核心技术，这些技术领域也是未来冀津智能制造领域协同发展的方向。从表7 中Authority 的排序可以看出，技术6、32、7 和12的输入度很高，说明了天津智能制造领域正在大力发展这几种技术，这几种技术正在吸收和融合河北的其他技术。从表7 中Hub 的排序，可以看出技术12、13、4 和2 的输出度很高，说明河北的这几种技术比较成熟，对天津其他技术影响很大，也说明了这几种技术的原创性比较好，属于智能制造领域的基础技术。通过以上分析，我们可以得出冀津智能制造领域在技术12、2、6、32 和13 等方面协同创新能力强，同时冀津正在通过技术25 和32、技术25 和26、技术2 和6、技术13 和16 等技术之间的流动和融合实现两个地方智能制造领域的协同创新发展。

表7 冀津出入度指标

经过手工整理，本文共得到110 对津冀专利引证关系，参照冀津智能制造领域技术融合网络图的绘制，进而绘制了津冀智能制造领域技术融合网络图，如图2 所示，并计算津冀智能制造领域技术融合网络图中各个节点的出入度，如表8 所示。技术10、1、12、6 和2 这几种技术在网络图中处于中心位置，是津冀智能制造领域技术融合的核心技术且这几种技术对其他技术影响比较大，这几类技术也是津冀智能制造领域协同创新的核心技术，这些技术领域也是未来津冀智能制造领域协同发展的方向。从表8 中Authority 的排序可以看出，技术12、30、4 和10 的输入度很高，说明河北智能制造领域正在大力发展这几种技术，这几种技术正在吸收和融合天津的其他技术。从表8 中Hub的排序，可以看出技术1、10、6 和2 的输出度很高，说明天津的这几种技术比较成熟，对河北影响很大，也说明了这几种技术的原创性比较好，属于智能制造领域的基础技术，对其他技术影响比较大。通过以上分析，可以得出津冀智能制造领域在技术10、1、12、6 和30等方面协同创新能力强，同时津冀正在通过技术6 和2、技术6 和12、技术8 和21 等技术之间的流动和融合实现两个地方智能制造领域的协同创新发展。

图2 津冀智能制造技术融合网络

表8 津冀出入度指标

2.京津和津京

经过手工整理，本文共得到340 对京津专利引证关系和408 对津京专利引证关系。同理绘制了京津和津京智能制造领域技术融合网络图，如图3、4 所示，并计算京津和津京智能制造领域技术融合网络图中各个节点的出入度，如表9、10 所示。

从图3 可以看出，技术10、12、6、3 和4 这几种技术在网络图中处于中心位置，在网络中的影响力较大，是京津智能制造领域技术融合的核心技术且这几种技术对其他技术影响比较大，这几类技术也是京津智能制造领域协同创新的核心技术，这些技术领域也是未来京津智能制造领域协同发展的方向。从表9 中Authority 的排序可以看出，技术3、4、6 和10 的输入度很高，说明天津智能制造领域正在大力发展这几种技术，这几种技术正在吸收和融合北京的其他技术。从表9 中Hub 的排序，可以看出技术12、10、6 和7 的输出度很高，说明北京的这几种技术比较成熟，对天津影响很大。通过以上分析，可以得出在智能制造领域，京津在技术10、12、6、4 和3 等方面协同创新能力强，同时京津正在通过技术12 和6、技术12 和3、技术12 和4、技术6和2 等技术之间的流动和融合实现两个地方智能制造领域的协同创新发展。

从图4 可以看出，技术10、12、6、1 和4 这几种技术在网络图中处于中心位置，在网络中的影响力较大，是津京智能制造领域技术融合的核心技术且这几种技术对其他技术影响比较大，这几类技术也是津京智能制造领域协同创新的核心技术，这些技术领域也是未来津京智能制造领域协同发展的方向。从表10中Authority 的排序可以看出，技术10、1、12 和2 的输入度很高，说明北京智能制造领域正在大力发展这几种技术，这几种技术正在吸收和融合天津的其他技术。从表10 中Hub 的排序，可以看出技术6、10、12和4 的输出度很高，说明天津的这几种技术比较成熟，对北京影响很大。通过以上分析，我们可以得出在智能制造领域，津京在技术10、12、6、1 和4 等方面协同创新能力强，同时津京正在通过技术4 和2、技术12 和32、技术6 和2、技术4 和6 等技术之间的流动和融合实现两个地方智能制造领域的协同创新发展。

表10 津京出入度指标

3. 冀京和京冀

经过手工整理，本文共得到327 对冀京专利引证关系和130 对京冀专利引证关系。冀京和京冀智能制造领域技术融合网络图如图5、6 所示，冀京和京冀智能制造领域技术融合网络图中各个节点的出入度如表11、12 所示。

图5 冀京智能制造技术融合网络

图6 京冀智能制造技术融合网络

从图5 可以看出，技术32、10、12、6 和1 这几种技术在网络图中处于中心位置，在网络中的影响力较大，是冀京智能制造领域技术融合的核心技术且这几种技术对其他技术影响比较大，这几类技术也是冀京智能制造领域协同创新的核心技术，这些技术领域也是未来冀京智能制造领域协同发展的方向。从表11 中Authority 的排序可以看出，技术32、10、12 和6 的输入度很高，说明北京智能制造领域正在大力发展这几种技术，这几种技术正在吸收和融合河北的其他技术。从表11 中Hub 的排序，可以看出技术10、1、7 和12的输出度很高，说明河北的这几种技术比较成熟，对北京影响很大。通过以上分析，可以得出冀京智能制造领域在技术10、12、1、7 和6 等方面协同创新能力强，同时冀京正在通过技术10 和1、技术12 和10、技术10 和15 等技术之间的流动和融合实现两个地方智能制造领域的协同创新发展。

表11 冀京出入度指标

从图6 可以看出，技术6、12、10、1 和2 这几种技术在网络图中处于中心位置，在网络中的影响力较大，是京冀智能制造领域技术融合的核心技术且这几种技术对其他技术影响比较大，这几类技术也是京冀智能制造领域协同创新的核心技术，这些技术领域也是未来京冀智能制造领域协同发展的方向。从表12 中Authority 的排序可以看出，技术6、1、12 和32 的输入度很高，说明河北智能制造领域正在大力发展这几种技术，这几种技术正在吸收和融合北京的其他技术。从表12 中Hub 的排序，可以看出技术10、6、12 和2的输出度很高，说明北京的这几种技术比较成熟，对河北影响很大。通过以上分析，可以得出京冀智能制造领域在技术6、12、10、1 和2 等方面协同创新能力强，同时京冀正在通过技术1 和4、技术6 和10、技术4 和3、技术10 和1 等技术之间的流动和融合实现两个地方智能制造领域的协同创新发展。

表12 京冀出入度指标

四、 结 语

本文建立了基于专利间技术融合的区域协同创新研究框架，并绘制了京津、津京、京冀、冀京、津冀和冀津两两区域之间的技术融合网络，通过分析得到冀津在调节、视听技术、计算机技术、运输和医疗技术等方面协同创新能力强，津冀在测量、电气机械、装置、能源、调节、计算机技术和机械工程等方面协同创新能力强，京津在测量、调节、计算机技术、数字通讯、电信、通讯产品等方面协同创新能力强，津京在测量、调节、计算机技术、电气机械、装置、能源、数字通讯等方面协同创新能力强，冀京在测量、调节、电气机械、装置、能源、信息技术管理方法、计算机技术等方面协同创新能力强，京冀在计算机技术、调节、测量、电气机械、装置、能源、视听技术等方面协同创新能力强。本文还得出北京智能制造领域的视听技术、计算机技术、信息技术管理方法、测量、调节技术对天津和河北影响比较大，北京正在重点发展电气机械、装置、能源、视听技术、运输、计算机技术、测量、调节这几种技术；天津智能制造领域的电气机械、装置、能源、视听技术、数字通讯、计算机技术、测量、调节技术对北京和河北影响比较大，天津正在重点发展电信、通讯产品、数字通讯、信息技术管理方法、测量、调节、运输、计算机技术这几种技术；河北智能制造领域的电气机械、装置、能源、视听技术、数字通讯、信息技术管理方法、测量、调节、医疗技术对北京和天津影响比较大，河北正在重点发展电气机械、装置、能源、数字通讯、计算机技术、测量、调节、机械工程、运输这几种技术。通过以上分析，我们对京津冀两两区域之间智能制造协同创新现状有了一个清晰的认识，一方面得出了区域间技术的联系、技术融合的热点和重点、技术和产业发展的方向，从技术层面反映区域的协同创新现状；另一方面得出了区域间协同创新能力强的技术领域和协同创新能力有待加强的技术领域，从技术层面为区域协同创新发展提供相应的指导方向。

本文从技术融合的角度研究区域协同创新，为区域协同创新研究提供了新的视角，丰富了技术融合和区域协同创新方面的相关研究。从技术融合的角度分析京津冀智能制造协同创新现状，一方面对京津冀区域资源配置、产业融合和协同发展等方面具有指导性作用，另一方面为其他区域协同发展、产业布局优化提供决策参考。本文的研究也存在一些不足和局限，比如本文只使用了专利的引文信息，对于专利文本的其他信息利用有待进一步挖掘。