轨道交通产业全球专利状况分析报告

2016-09-18i智库

城市轨道交通 2016年2期

关键词：南车机车车辆申请量

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轨道交通产业全球专利状况分析报告

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轨道交通包括铁路和城市轨道交通，其中，铁路是国民经济的交通大动脉，城市轨道交通是大中城市的基础性公共交通设施，

这二者在经济发展和居民日常生活中具有这举足轻重的地位。

轨道交通产业重点发展项目包括以下五方面：

（1）机车车辆及主要部套件

大功率交流传动电力、内燃、双动力机车，城际动车组，100-200km/h地铁车辆，低地板现代有轨电车，大轴重货车，快捷货车，轨道检测车，轨道应急救援车辆；高铁轴承，新型刹车系统，牵引电机，同相供电装置，高速动车组转向架、推杆、牵引齿轮、传动轴、电机座、电气连接器、制动件、紧固件等。

（2）轨道交通线路设备

高速铁路钢轨，高速铁路道岔，无砟轨道板模具，高速铁路轨道扣件系统，桥梁关键构件，高速铁路接触网及关键零部件等。

（3）铁路专用施工设备

无砟轨道板数控磨床，钻注一体化设备，多功能标准化台架，连续式线路道岔捣固稳定车，全断面道砟清筛机，铁路道床吸污车，钢轨焊接接头焊后热处理、矫直及外形精整综合车，非自行式移动焊轨车，其他铁路隧道、桥梁专用施工机械等。

（4）铁路电气设备

自主开发的铁路电气控制系统，火灾自动报警及气体灭火系统，自动售检票系统，开关柜，高速铁路车辆通信保障系统等。

（5）运营维护设备

不落轮修复设备，大型铁路养护机械，轨道交通安全系统，其他轨道交通专用运营维护设备。

在此背景下，本报告通过对轨道交通装备制造产业进行国内外专利检索，重点分析了轨道交通装备制造产业全球总体发展状况、中国专利现状、主要申请人及重点（热点）技术发展概况等。

总体概况

申请趋势分析

轨道交通产业全球专利申请的发展趋势

从全球轨道交通产业专利申请发展趋势来看，该领域的研发活动起步较早，十九世纪末即有专利申请，但早期发展较为缓慢，从二十世纪七十年代开始加快了发展速度，出现了两次较为明显的增长，其发展大致可分为三个阶段。（图表 1）

第一阶段（1970年之前）：此阶段全球轨道交通产业的技术发展较为缓慢，专利申请主要分布在欧洲和美国，由于在该领域的技术研发起步较早，以联合铁路信号工程有限公司、通用铁路、西门子等为代表的欧美公司在轨道交通产业领域一直占据着绝对的领先优势，具有较强的研发基础。

图表 1 全球/中国轨道交通产业专利申请趋势对比

第二阶段（1971-1995年）：这一阶段专利申请情况有了明显改观，专利申请量开始逐步上升，研发活动日趋活跃，在这一阶段，日本区域专利申请量大增，涌现出以日立、三菱、东芝等为代表的日本企业，从而造成此阶段专利申请量的快速增长。

第三阶段（1996-至今）：此阶段轨道交通产业领域专利申请的增速较前一阶段又有了一大提升，主要原因是中国区域专利申请量的迅猛增长带动造成的。

总体看来，随着市场的迫切需要和轨道交通技术的快速发展，越来越多的申请人进入该领域，技术持续创新，竞争愈加激烈。

轨道交通产业中国专利申请的发展趋势

和国外相比较，中国轨道交通发展较晚，早期发展较慢，通过近几年的引进和开发，我国轨道交通技术也基本达到世界先进水平，但关键的牵引控制技术仍以国外产品为主。整体来看，轨道交通产业中国专利申请经历可分为两个阶段。

第一阶段（1986-2000年）：此阶段技术发展缓慢，专利申请量较少。值得注意的是：这一阶段已有部分国外企业开始着手在中国进行专利布局。

第二阶段（2001-至今）：2001年开始年申请量突破1000件，随着轨道交通技术的迅速发展、国家政策的大力扶持以及以南车、北车为代表的国内企业和以西南交通大学、北京交通大学为代表的高校科研机构研究成果不断产出，此阶段轨道交通领域的专利申请量一直处于快速增长的态势。

截至2015年3月，全球涉及轨道交通产业的专利/申请共计423646件，中国共计88655件，约占全球专利申请量的17.3%。（图表 2）

随着中国城镇化进程快速发展，预测到2020年，全国的城镇化率将超过60%，巨大的人口涌入城市，将意味着公共交通需承担起更多运量。而伴随着城市轨道交通建设逐渐转入运营，未来几年城市轨道交通仍将处于供小于求的局面。预计到2020年，全国城市轨道交通客运量将超过200亿人次。城市轨道交通作为支撑城市正常运行的大动脉，发展迅速。同济大学《城市轨道交通研究》杂志社社长孙章认为，中国城市轨道交通发展用15年走过了发达国家100年的发展历程，轨道交通的技术和装备也从原来的依赖进口走向自主化、国产化开发。这使得轨道装备的市场前景巨大，已经向建设健全产业链发展，许多企业都希望进入装备的生产和供应领域。

结合以上图表可以发现，中国轨道交通产业虽然比欧美日等国家起步晚，但随着近15年的快速发展，目前专利申请量约占全球总量的五分之一。

图表 2 全球/中国轨道交通产业专利申请量对比

区域分布分析

全球专利申请分布

根据全球轨道交通产业专利申请区域分布来看，排名前三位的国家分别为中国、美国、日本，专利占比分别为20.4%、18.6%和17.6%，TOP3国家专利占比达到56.6%。中国区域随着近15年的快速发展，已成为国内外企业专利布局的重点区域。

为了更好的了解专利申请的发展动态情况，我们做了中国、美国、日本、德国这四个重点区域专利申请趋势及年度构成情况。可以发现，1890-2000年期间，德国专利申请处于领先地位，其次是日本；2001-2015年期间，中国专利申请排在第一，其次是日本、美国。从总的申请趋势来看，中国区域专利申请量从2001年开始快速增长，是轨道交通产业的热点区域。

中国本土与国外来华专利分析

从轨道交通产业中国专利申请情况来看，91.3%的专利来自中国本土申请人， 8.7%的专利来自国外申请人。可见，轨道交通领域中国专利申请仍以中国本土申请为主。

中国本土专利申请排名前三的为江苏省、北京市、山东省。

国外来华专利申请主要来自日本、德国和美国，这三个国家是轨道交通产业的传统强国。

从中国轨道交通产业专利主要国外来华专利申请国家来看，虽然国外来华申请量总量不高，但基本都是发明专利，说明国外来华申请专利技术含量高；从申请人类型来看，国外来华申请人类型以企业为主体。

（图表6）

图表 3 轨道交通产业专利申请国家/地区分布

图表 4 轨道交通产业主要国家/地区专利趋势及构成分布

图表 5 轨道交通产业中国专利申请国别和省份分布

图表 6 中国轨道交通产业专利主要国家申请情况综合报表

从中国轨道交通产业专利主要省市申请情况来看，江苏省专利申请总量、发明专利申请量均都排在第一，优势地位明显。从申请人类型来看，大专院校方面，北京申请量排名第一，其次是江苏，四川排在第三；科研单位方面，北京实力雄厚，遥遥领先；工矿企业方面，江苏申请量优势明显，远高于排名第二的北京。

图表 7 中国轨道交通产业专利主要省市申请情况综合报表

申请人分析

全球申请人分析

全球申请人TOP10中，排名第一的为总部在德国的西门子公司；总部在日本的公司有3位，分别为排名第二的日立、第四的三菱、第五的东芝；总部在中国的公司有2位，分别为排名第三的南车集团和排名第六的北车集团；其他的都为总部在美国的公司，共有4位，分别为排名第七的联合信号开关公司、第八的通用电气公司、第九的安施德工业集团和第十的西屋空气制动器公司。从申请数量来看，中国的南车集团和北车集团还是占有一定优势。（图表 8）

图表 8 全球轨道交通产业申请人TOP10

其中排名第九的安施德工业集团是一个多元化的工业部件制造型企业，主要服务于铁路、车辆、建设和建筑市场。它的前身是芝加哥有100多年历史的美国钢铁铸造厂，美国钢铁铸造厂由8家美国钢铁公司联合成立，其中最早的钢铁公司成立于1882年。在1962，美国钢铁铸造厂将公司名称改为安施德工业集团。目前，安施德在北美、南美、欧洲、非洲和亚洲共计11个国家建立了47家工厂，在中国，安施德工业集团在9个不同的城市设立了包括安施德中国总部和涉及5个不同业务领域的多家公司，5个业务单位是Rail（安捷达铁路）、BAC（巴尔的摩）、BN（贝恩）、ConMet（康迈）和Diamond Chain（岱盟德）。安施德工业集团的全球总部设在美国芝加哥，安施德工业集团在中国的总部设在上海。（图表 9）

从专利申请活跃度来看：中国的南车集团和北车集团活动年期短，专利平均年龄不到5年，近五年专利占比超过80%，活跃度高；西门子公司进入该领域时间长，持续有专利产出，近五年专利占比达到22.5%；日本的日立、三菱、东芝活动年期接近50年，持续有专利产出，相比之下近五年专利占比不高。

从专利价值对比情况来看：除了中国的南车集团和北车集团仅在海外有少量专利申请外，其他重点申请人都非常重视海外市场的拓展，均在海外进行了专利布局；其中西门子公司在美国专利申请量最多，占其总申请量的6.0%。

从对华战略来看：西门子、日立、三菱、东芝公司都已进入中国市场，在中国进行了相关专利布局，其中西门子公司在华专利布局最多，占比也是最高（6.0%）。

从研发团队及技术联合情况来看：六家公司都具有庞大的研发团队，其中日立公司发明人数最多，达到7792人，且这六家公司都已开展了外部合作，中国的南车集团和北车集团都与铁道部运输局有密切合作，日本的日立、三菱、东芝公司与CENTRAL JAPAN RAILWAY、EAST JAPAN RAILWAY COMPANY这两家或者其中一家公司合作。

从技术布局情况来看：六家公司均在机车车辆及主要部套件、轨道交通线路设备、铁路专用施工设备、铁路电气设备和运营维护设备布局。机车车辆及主要部套件方面，西门子、日立、南车申请量高；轨道交通线路设备方面，西门子公司申请数量优势明显；铁路专用施工设备方面日立公司专利申请最多；铁路电气设备方面，西门子、日立相对较高；运营维护设备方面，西门子公司专利申请量突出。整体来看，西门子公司专利申请布局侧重在运营维护设备和机车车辆及主要部套件；日立公司、南车集团、三菱公司、东芝公司和北车集团专利申请布局均侧重在机车车辆及主要部套件。

中国申请人分析

中国申请人TOP10中，南车下属企业占有5家，北车下属企业占有2家；国外来华企业西门子排在第7；西南交通大学排在第3，北京交通大学排在第10。

从申请数量来看，中国区域国内南车、北车集团实力雄厚；西南交通大学研发实力强。（图表 10 、 11）

从专利申请活跃度来看：除了西南交通大学外，南车株洲电力机车有限公司、南车青岛四方机车车辆股份有限公司、长春轨道客车股份有限公司、南车南京浦镇车辆有限公司和南车长江车辆有限公司活动年期不超过10年，专利平均年龄不超过3年，近五年专利占比超过85%，活跃度高；相比之下，西南交通大学活动年期25年，表示进入该领域时间早，专利平均年龄为4年，近五年专利占比为79.4%。

从专利价值对比情况来看：西南交通大学的发明专利占比明显高于其他申请人，达到58.7%。

从研发团队及技术联合情况来看：排名前六的主要申请人都具有一定规模的研发团队，其中西南交通大学发明人数最多，达到999人；除了南车南京浦镇车辆有限公司没有外部合作外，其他申请人都已开展了外部合作，南车青岛四方机车车辆股份有限公司、长春轨道客车股份有限公司都与铁道部运输局有密切合作，南车株洲电力机车有限公司与上海南济轨道设备科技开发有限公司开展合作，南车长江车辆有限公司和株洲科盟车辆配件有限责任公司开展合作。

从技术布局情况来看：排名前六的主要申请人均在机车车辆及主要部套件、轨道交通线路设备、铁路专用施工设备、铁路电气设备和运营维护设备布局，其中机车车辆及主要部套件是申请人专利布局的重点，其次是铁路电气设备。机车车辆及主要部套件方面，南车株洲电力机车有限公司、南车青岛四方机车车辆股份有限公司申请量高；轨道交通线路设备方面，西南交通大学申请数量优势明显；铁路专用施工设备方面申请量非常少，西南交通大学申请量最多（11件）；铁路电气设备方面，西南交通大学申请量最多；运营维护设备方面，申请量较少，西南交通大学申请量最多（83件）。整体来看，排名前六的主要申请人专利申请布局集中在机车车辆及主要部套件方面，其中南车株洲电力机车有限公司、南车青岛四方机车车辆股份有限公司优势明显，西南交通大学在轨道交通线路设备、铁路专用施工设备方面、铁路电气设备和运营维护设备优势明显。

综合来看，中国本土企业专利申请数量优势明显，作为高校代表排名第三的西南交通大学实力雄厚。

技术分布

从轨道交通产业技术分布可以发现，机车车辆及主要部套件在全球轨道交通产业专利申请量占比最高，达到52.9%，排在第二、三的是铁路电气设备、运营维护设备，占比分别为27.5%、23.1%；铁路电气设备是中国区域轨道交通产业专利申请占比最高，达到53.8%，其次是机车车辆及主要部套件，占比为38.6%。

图表 10 中国轨道交通产业申请人TOP10

（图表 12、13、14）

机车车辆及主要部套件领域，中国排名第三，与排名第一、二的美国、日本专利申请量具有一定差距。

轨道交通线路设备领域，中国排名第一，但该领域是轨道交通产业专利申请量仅高于铁路专用施工设备的领域。

图表 12 轨道交通产业技术分布

图表 13 轨道交通产业重点及热点技术布局

图表 14 轨道交通产业技术分支专利申请对比分析表

铁路专用施工设备领域，中国排名第三，与排名第一、二的日本、美国专利申请量具有一定差距。

铁路电气设备领域，中国区域优势明显，排在第一。

运营维护设备领域，中国排名第四，与排名第一、二的日本、德国专利申请量存在一定差距。

从申请数量来看，机车车辆及主要部套件是轨道交通产业全球专利申请布局的重点领域；铁路电气设备是轨道交通产业中国区域专利申请布局的重点领域。从排名情况来看，中国区域在轨道交通线路设备和铁路电气设备方面优势明显。

结合全球、中国轨道交通产业的技术研发重点与热点情况，以下将选取机车车辆及主要部套件、铁路电气设备领域进行较为详细的专利分析。

机车车辆及主要部套件

全球机车车辆及主要部套件专利申请起步早，早期发展缓慢，经历了萌芽、平缓发展阶段后，从20世纪90年代末开始进入了快速增长期；中国区域机车车辆及主要部套件专利申请起步阶段虽然年申请量不到百件，但专利申请一直处于增长态势，2002年年申请量突破500件，2006年年申请量突破1000件，2008年年申请量突破2000件，目前专利申请处于急速发展阶段，总体来看，近年来由于中国区域专利申请的猛增增长拉动了全球专利申请的快速增长。

（图表 15、 16、17）

图表 15 机车车辆及主要部套件专利申请趋势

根据机车车辆及主要部套件专利申请区域分布来看，排名前三位的国家分别为美国、日本、中国，专利占比分别为22.0%、19.1%和14.9%。

中国区域随着近15年的快速发展，已成为国内外企业专利布局的重点区域。中国区域机车车辆及主要部套件专利申请以中国本土申请为主，专利申请比例达到92.3%，国外来华申请比例占7.7%；中国本土申请省市排名前三的为北京、江苏和山东；国外来华申请主要来自德国、日本，代表申请人有德国的西门子公司，日本的日立、三菱公司。（图表 18）

根据上表可以发现，机车车辆及主要部套件全球排名前列的国外申请人专利申请数总量多，活动年期长，如西门子公司活动年期达到103年，日立公司活动年期为48年，三菱公司活动年期为45年，专利持续产出，近5年专利占比不超过30%，专利平均年龄长，基本在20年左右；与国外申请人相比，国内的南车、北车活动年期短，南车为18年，北车为23年，近5年专利占比高，南车为85.52%、北车为83.32%，专利平均年龄短，不到5年，技术创新活跃。

机车车辆及主要部套件中国区域排名前列的申请人除了排名第四的西南交通大学以外，南车下属公司三家、北车下属公司一家。

图表 16 机车车辆及主要部套件专利申请区域分布

图表 17 机车车辆及主要部套件中国专利来源及地域分布

铁路电气设备

全球铁路电气设备专利申请起步早，早期发展缓慢，经历了萌芽、平缓发展阶段后，从20世纪90年代末开始进入了快速增长期；中国区域铁路电气设备专利申请起步阶段虽然年申请量不到百件，但专利申请一直处于增长态势，2002年年申请量达到676件，2005年年申请量达到1259件，2008年年申请量达到2447件，目前专利申请处于急速发展阶段，总体来看，近年来由于中国区域专利申请的猛增增长拉动了全球专利申请的快速增长。

（图表 19、 20、21）

根据铁路电气设备专利申请区域分布来看，排名前三位的国家分别为中国、日本、美国，专利占比分别为40.0%、14.4%和13.6%，中国区域是路电气设备专利申请的重点区域。

中国区域铁路电气设备专利申请以中国本土申请为主，专利申请比例达到91.4%，国外来华申请比例占8.6%；中国本土申请省市排名前三的为江苏、浙江、山东，；国外来华申请主要来自日本、德国、美国，代表申请人有日本的日立、三菱公司，德国的西门子公司。（图表 22）

根据上表可以发现，铁路电气设备全球排名前列的国外申请人专利申请数总量多，活动年期长，如西门子公司活动年期达到89年，日立公司活动年期为47年，三菱公司活动年期为45年，专利持续产出，近5年专利占比不超过20%，专利平均年龄长，基本在20年左右；与国外申请人相比，国内的南车活动年期短，为18年，近5年专利占比高，达到85.18%，专利平均年龄短，为3年，技术创新活跃。

铁路电气设备中国区域排名前列的申请人类型多样，本土企业由排名第一的国家电网公司和第五的南车株洲电力机车有限公司，国外公司有排名第二的丰田和第四的博世公司，大学方面有排名第三的西南交通大学。值得注意的是专利申请排名第一的国家电网公司活动年期短，仅为5年，专利平均年龄为1年，近5年专利占比为100%，技术创新非常活跃，是铁路电气设备中国区域的新进入者。