米粉剪切与包装技术专利分析

马文静，庞 红，于正河

(中国科学院科技战略咨询研究院，北京 100191；青岛大学知识产权研究院，山东 青岛 266071)

0 引言

米粉包括挂面是中国主要食品的重点品种之一，通常所称的米粉是以大米为原料制成的条状或线状的米制食品，米粉的生产和应用主要分布在中国的江西、广东、广西、浙江、福建和湖南等南方省份。随着经济的发展、社会的进步、文化的交流，米粉的开发应用正在逐渐走向北方、走向海外。目前，米粉在中国港澳地区和东南亚、美国、欧洲、加拿大等地均有很好的市场开拓和技术发展，且伴随着人们生活水平的提高和智能科技的发展，米粉加工技术的开发和智能化装备的需求增长迅猛，米粉的剪切、整理和包装等加工工艺也在急速提升。米粉加工(包括挂面)工艺技术及其装备的相关专利申请最早出现在1986年，但其后的理论研究和技术开发的文献相对较少。自2000年开始又出现一定数量的专利申请，并在随后向众多方向和技术领域展开，在全球范围内涵盖了米粉的制备、米粉深加工技术、米粉装备和米粉下游产品等研究热潮，有关米粉方面的论文和专利申请开始持续大幅度增长，热度至今不减。为了适应米粉行业发展的需求和变化，米粉的智能机械装备市场占整个米粉行业机械的比例逐渐增加[1]。米粉机械装备隶属于食品和包装，指的是用于米粉生产的机械装备。随着科技的进步，米粉生产技术从过去传统的作坊式走向现代产业化生产模式，在其产业化生产的过程中需要各种不同的装备来完成。各段生产工艺之间要衔接恰当，产量协调，要求自动化和智能化程度要高，对于会影响产品质量的关键控制点应尽可能实现自动化和智能化控制，以保证控制的精确度。米粉行业对米粉机械装备的需求依赖度较大，米粉机械装备不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，并且要求在装卸工件、定位夹紧以及工件在工序间的输送、分拣甚至包装都能自动地进行[2]。米粉剪切和包装关键装备技术处于整个米粉产业的末端环节，主要包含：米粉智能切断装备、称量捆扎装备和智能包装装备，分别实现米粉的剪切、输送称量、捆扎和包装。本文通过对米粉剪切和智能高效包装技术领域进行专利检索并进行人工去噪，分析目前该技术领域国内外的发展状况，为该技术领域研发人员和市场主体进行新技术开发和专利布局提供借鉴和思考[3]。

1 技术构成分析

从一般技术角度来分析，挂面和米粉的制作工艺和包装技术基本相同，所以，本文所称的米粉与挂面属于同一技术领域，具有共同含义。米粉的剪切、整理到包装所涉及的专利种类繁多，技术分支更是多样，由于米粉与面条的领域相近，其切断和包装的工艺方法近似，因此将米粉剪切、称量和捆扎设备的检索范围扩展到米粉和面条的切断、称量和捆扎技术方法和装备，通过Incopat数据库，对2019年12月31号之前的专利进行检索，经过人工去噪和分类，挑选出排名前十的技术分支进行分析，如图1所示。

图1 全球专利技术构成分析

前10位主要技术分支的含义如下：

A21C(49.79%)：制作或加工面团的机械或设备；处理由面团制作的焙烤食品[4]。

B65B(33.05%)：包装物件或物料的机械，装置或设备，或方法。

A23L(9.01%)：食品、食料或非酒精饮料的制备或处理；食品或食料的一般保存[5]。

B26D(3.43%)：剪切；包括用于打孔、冲孔、切割、冲裁或剪切的机器的通用零件。

G01G(1.72%)：检测与称量装置。

B65G(1.29%)：运输或贮存装置；便携式或可移动的举升或牵引器具；用于装载或卸载目的的升降货物的装置。

A22C(0.43%)：肉类、家禽或鱼类的加工。

A23P(0.43%)：未被其他单一小类所完全包含的食料成型或加工[6]。

A47J(0.43%)：厨房用具；咖啡磨；香料磨；饮料制备装置。

F26B(0.43%)：从固体材料或制品中消除液体的干燥[7]。

2 专利活跃度分析

经过国际检索后选取全球排名前十的申请人作为重要申请人，分析其自2000年之后在米粉剪切、称量和包装技术设备的专利申请量占该申请人专利申请总量的比重。

通过对表1的分析可以看出，青岛海科佳电子设备制造有限公司、登封市启明轩程控设备有限公司和张念江个人在米粉切断和称量捆扎设备的研发上均较为活跃，尤其是青岛海科佳电子设备制造有限公司，累计申请总量最多，可见该企业对米粉切断和称量捆扎的研发和知识产权的保护都较为重视。此外，桂林灵川县永祥米业有限公司、博大面业集团有限公司和耿国文个人对于该领域的技术研发也比较重视，该领域专利申请量在总的专利申请量里占比较高，说明沿海发达地区对该技术领域具有较强的创新需求和生产应用。

表1 全球排名前十申请人

3 重点专利与权利人分析

为了进行横向分析和比较，根据把检索到的专利权利要求的数量、引证和被引证次数、专利同族数量、发生异议(或无效、诉讼及许可转让)情况等组成综合衡量指标，并从中筛选出10件技术领域接近的重点专利(见表2)，然后分析其权利要求的技术特征构成和主要创新发明点。

表2 重点专利列表

从检索文献中归纳分析后可以清楚地看到，表2中申请号为CN201420350326.2的专利公开了一种全自动多称挂面包装系统，除了包括挂面输送机以外，还包括输送组合料盒、挂面提升装置、挂面包装机、挂面齐面装置、挂面计量装置、提升料盒和挂面过渡料斗；挂面计量装置设置在提升料盒之上，以对挂面进行定量称重；其中的挂面提升装置与挂面过渡料斗相连接，以将挂面提升并放于挂面过渡料斗中；输送组合料盒设置在挂面输送机上，挂面输送机与挂面齐面装置相连接，以带着输送组合料盒经过输送位置到达挂面齐面装置的位置；挂面齐面装置与挂面输送机末端相连接，该专利的主要发明点集中在智能称量和分料技术，主要技术效果为能够提高米粉自动化包装程度。

表2中申请号为CN201320287004.3的专利公开了一种全自动多称挂面包装装置，包含包装机主机、称位置检测开关、位置凸轮、挂面输送装置、挂面输送料斗、微量计量称、输送线、微量计量料斗、推料板、推料槽、推料板运动架、二次落料斗、一次落料斗、末端送料斗、推料装置、直线导轨及滑块和称量区，挂面输送装置底部的输送线穿越称量区，输送线上均匀设置有数个补料位置料斗和放料位置料斗，挂面输送装置上设置有数个称位置检测开关，称位置检测开关之间设置有位置凸轮，称量区中的称分别与数个称位置检测开关一一对应连接，称量区前端的输送线上部设置有微量计量称，微量计量称下端设置有微量计量料斗；挂面输送装置与输送线之间均匀设置有数个挂面输送料斗，挂面输送装置端部设置有末端送料斗；包装机主机上端设置有推料装置，推料装置上端对应末端送料斗处设置有一次落料斗，一次落料斗下端设置有二次落料斗，二次落料斗下方设置有推料板，推料板固定在推料板运动架上，推料板运动架采用浮动式结构可运动地设置在推料槽内，推料板运动架下端设置有直线导轨及滑块。该专利的主要发明点也是智能称量分料技术，主要技术效果是通过多个称的称量来提高挂面和米粉称量的精确程度。

表2申请号为CN201210568445.0的专利公开了一种挂面立式切断机，包括机架、设于机架上的挂面切断装置、切成挂面输送带和面杆输送机构导轨，在框形机架上安装有两组以上包括定刀、旋转切刀及旋转切刀驱动机构组成的挂面切断装置[8]，每组定刀与旋转切刀配合组成一副挂面切刀，各组挂面切断装置呈水平方向安装于机架的纵向框架上，每副挂面切刀的切割点都在同一个垂直平面内，各组挂面切断装置从框形机架入口由低至高的不同高度位置相应安装，每组挂面切断装置下方均设置有切成挂面输送带，面杆输送机构导轨设置在机架顶部，旋转切刀转速为每分钟30(60转。该专利的主要发明点为旋转切断刀技术，主要技术效果为结构简单、便于调节。

表2中申请号为CN201210289812.3的专利公开了一种挂面生产中的面条切面机，包括机架，机架上设有用于输送长面条的输送带，其特征是机架上设有电气控制机构和刀架导轨，刀架导轨上设有至少3个切刀架，切刀架上安装有气缸的缸筒，刀架与气缸的活塞杆连接，刀架上设有切面刀和压面机构，所述电气控制机构通过对各气缸的顺序控制，将长面条分切成成品挂面长度的面段。该专利的主要发明点为直线切断刀技术，主要技术效果为切断精度高、断面整齐。

表2中申请号为CN201410852293.6的专利公开了一种挂面包装机称量装置，由粗称部分、细称部分和秤盘部分组成[9]，挂面包装机称量装置粗称部分的称量墙板固定在称量底座上，粗称左右挡面板固定在称量墙板内侧，粗称前后滑动底板固定在粗称前后滑动板上，粗称前后滑动固定块固定在粗称前后滑动板上，前后摆动连杆连接粗称前后滑动固定块和前后摆动传动轴夹，粗称尼龙轮和前后摆动传动轴夹同轴，粗称前后滑动板底部两侧各安置光轴，形成两条滑道，左右摆连接轴夹和后拨面轴夹是同一轴夹，作用不同，左右摆连杆连接左右摆连接轴夹和左右摆连接块，左右摆连接块固定在左右摆底板上，左右摆滑动连接板和左右摆固定板连接，左右摆固定板固定在左右摆底板上；挂面包装机称量装置细称部分的称量墙板固定在称量底座上，细称左右挡面板固定在称量墙板内侧，细称前后滑动底板固定在细称前后滑动板上，细称前后滑动固定块固定在细称前后滑动板上，前后滑动连杆连接细称前后滑动固定块和细称前后摆动轴夹，尼龙轮和细称前后摆动轴夹，细称前后滑动板底部两侧各安置光轴，形成两条滑道，左右摆连杆连接左右摆连接轴夹和左右摆连接块，左右摆连接块固定在左右摆底板上，左右摆滑动连接板和左右摆固定板连接，左右摆固定板固定在左右摆底板上。该专利的主要发明点为多重称量分料技术，主要技术效果为切断精度高、断面整齐。

表2中申请号为CN201510115681.0的专利公开了一种挂面自动分检装置，包括翻面挂钩、V形称量托盘、左侧板、称重传感器、不合格品收集托盘、右侧板、导面板、凸轮、气缸、导面板轴、摆杆、支架，翻面挂钩为两个，分别固定在摆杆上，摆杆的两端分别固定在左侧板和右侧板上，左侧板上设有凸轮、气缸，V形称量托盘设在称重传感器上，称重传感器固定在支架上所述支架上设有不合格品收集托盘，导面板轴上设有导面板，导面板轴的两侧分别固定在左侧板和右侧板上。该专利的主要创新发明点为智能称量分检技术，主要技术效果为自动化包装精确度高。

表2中申请号为CN201320047218.3的专利公开了一种压面机面皮或面条长度调节装置，包括压面机机架、压面辊、压面辊支架，其中，压面辊支架之间设置位于压面辊下方的切刀支架，该切刀支架上配置切刀，切刀通过电机控制运动，电机由控制器控制运转；控制器包括编码器和计数器；压面辊支架的两端设置有两个结构相同的面皮或面条厚度调节单元，每一调节单元均包括旋转手柄、丝杆、轴承滑动套和弹性部件，其中，轴承滑动套套装在压面辊的轴承上，丝杆的一端与旋转手柄连接，另一端抵住轴承滑动套的外壁，轴承滑动套的另一侧外壁与压面辊支架之间设置弹性部件；弹性部件为弹簧，装配时该弹簧处于压缩状态。该专利的主要发明点为电动控制切断技术，主要技术效果为结构简单且使用方便。

表2中申请号为CN201320810070.4的专利公开了一种高效定量自动切断拉面机，包括机体，机体由液压站控制的液压缸、设置在液压缸下面用于支撑液压缸的支架、设置在液压缸下方用于压面的活塞、设置在支架右侧用于切断面条的切断装置、设置在支架底面可调换漏孔的漏面模具；切断装置由电磁铁、传动杆、复位弹簧、L形摆杆、切断刀片组成，所述电磁铁下端连接有传动杆，传动杆上套有复位弹簧，传动杆下端连接有L形摆杆的一端，L形摆杆的的另一端上部通过螺丝固定在支架上，L形摆杆的的另一端端部通过紧固螺丝固定连接有切断刀片；漏面模具由模具座、带把手模具、模具漏网组成，带把手模具外壁上设置有用于固定在模具座上的卡位，模具座外壁上设置有用于固定在支架上的卡位，模具座内固定有可拆卸、调换的模具漏网，模具漏网与模具座通过卡位固定在一起，并且在模具漏网下部与模具座之间还设置有用于紧固位置的卡簧。该专利的主要创新发明点为定量剪切和整理技术，主要技术效果能够高效、快捷的完成剪切和整理任务。

表2中申请号为CN201520666589.9的专利公开了一种全自动M型立体袋挂面包装机，包括称重分组机构，称重分组机构与提升机构连接[10]，提升机构与接面机构连接，接面机构分别与推面机构、上袋机构、移送机构连接，所述的移送机构与热合封口机构连接，热合封口机构上连接有后蹲袋机构，移送机构上连接有前蹲袋机构，移送机构与撑袋机构连接[11]。该专利的主要创新发明点为智能式全自动包装操作技术，主要技术效果为无人式全自动机械操作，节省人力物力。

表2中申请号CN200620155106.X的专利公开了一种米粉碾压松散及切断设备，包括机架、安装在机架上的米粉碾压装置、设置在米粉碾压装置的米粉出口端的米粉切断装置、与米粉碾压装置相连的第一驱动装置以及与米粉切断装置相连的第二驱动装置[12]，米粉碾压装置包括若干层首尾相接的由皮带主动辊、从动辊与皮带组成的皮带传动副以及置于皮带上的若干个用于碾压米粉的压辊，皮带主动辊与第一驱动装置相连。该专利的主要创新发明点为集合了米粉的碾压松散以及剪切技术，主要技术效果是一机多用，功能齐全，生产效率提高。针对检索到的重点专利与专利权人，特别是针对表2所列的10项具有代表性的重点专利技术情况及其内在相关性进行综合归纳与横向对比分析,可以看出，我国是米粉剪切与包装技术的发源地和创新核心技术的所在国，在该技术领域中的重点专利及其权利人的主要权利人均来自于中国企业或个人。从分支技术领域来分析，涉及到米粉剪切技术及其设备的专利占比40%以上;涉及到米粉包装设备及其技术的专利占比近30%;涉及到加工过程中的称量、分拣和长度调节技术及其设备的占比近30%。从专利申请期间来分析，可以清楚地看到，申请主体企业或个人在2010～2015年期间出现了米粉加工技术及其装备研发的高峰期，特别是在2013、2014和2015年三年期间的专利申请占总有效专利的比例37%以上，说明在这个期间，相关申请主体对米粉加工技术及其装备高度关注，并投入了大量的研发资源。从专利权人的地域布局来看，沿海地区的企业在该领域中申请专利的活跃度远大于内陆地区，特别是也远大于米粉生产的原产地的专利申请量,并具有明显的突出标志性特点，说明我国内陆地区及其企业在该领域的研发投入远远低于沿海发达地区。另外,从专利权人的属性来分析，企业主体作为专利权人在米粉剪切及其包装技术领域的占比大于90%，说明在该领域中，职务发明创造占比远远大于非职务发明创造。从专利申请量的发展状态来分析，可以得出下列结论：在米粉剪切与包装设备及其加工技术领域，我国的专利申请前景有待于进一步提高，特别是在自动化和智能化剪切、称量、长度调节和包装运输等技术方向还有较大的研发和创新空间，未来将成为相关企业主体发明创造的重点考虑方向。

对表2中的10项重点专利技术进行技术关联度横向比较可以看到，这10项同一技术领域的重点专利目前均处于有效地保护期限内，而且最长的保护期限已经超过了近10年，但是，这些专利技术方案基本没有涉及到采用智能化设备和机器人技术进行米粉剪切和包装，说明该技术方向还具有较大的创新预期空间，有关研发主体应当积极开展该领域的技术创新和研发。

4 结论

在米粉(包括挂面)剪切和智能化包装领域的专利技术主要集中在米粉的剪切、称量、整理、包装、运输和储存等技术领域，在该领域中，青岛海科佳电子设备制造有限公司和登封市启明轩程控设备有限公司等发明主体的专利申请和拥有量位列前茅，技术活跃度较高，参考价值明显。目前该技术领域的主要技术瓶颈是无人式智能化全自动的高效的米粉(包括挂面)剪切技术及其装备的研发，这将是未来米粉和挂面经营行业研发与生产中的市场主体进行发展战略布局、科技创新管理、技术市场开拓、知识产权保护预警和专利挖掘布局与导航的热点和重点。