技术-功效分析视域下的高校专利转移对象识别研究*——以石墨烯领域为例

李剑飞 吴 红 张 彪 高道斌 崔 哲

(山东理工大学信息管理研究院 淄博 255049)

0 引 言

本文所指高校专利转移只涉及专利权的转移和许可，不涉及后续的生产、制造、销售等盈利性实施行为。专利转移是高校科技成果走向产业应用、转化为社会发展动力的重要途径，是提升国家创新体系效能的关键。高校作为国家创新系统中的重要行为主体，仅2019年就获批发明专利9万余项，占全国年发明专利总量的25%[1]，但专利转让率仅4.5%[2]，科研资源浪费严重。近年来国家陆续出台了《中华人民共和国促进科技成果转化法》(2017.11.13)、《提升高等学校专利质量 促进转化运用的若干意见》(2020.2.21)等众多文件，其目的就是解决高校因科研环境脱离市场、管理资源有限导致的专利转移不畅的痼疾。面对高校专利，企业多依据专利技术内容与自身资源要素的相容度以及经济效益高低，做出采用或拒绝的决定。其中延续性创新是企业不断提升技术和产品性能最常使用的创新类型，企业可在原有技术轨道进一步开发当前产品/技术以获得附加利润[3]。因此，若能以满足企业减少学习成本、提高产品性能的延续性创新需求为原则，识别出潜在的专利转移对象，对高校有的放矢地进行专利推送、促进科技创新与市场需求的对接有积极意义。

1 文献综述

随着信息传播渠道的拓展与大数据技术的使用，专利转移对象识别研究已取得诸多成果。

在文献计量方法方面，Lee等利用技术路线图分析企业的核心技术发展，识别市场环境中具有研发合作潜力的企业，为技术主体间的专利转移提供了有效方式[4]；Tsay等从受让人角度研究专利合作网络的分布情况，基于Derwent专利库数据以受让人的合作网络结构为公司、高校等寻求合作伙伴或进行并购提供了重要参考[5]；许海云等采用专利权人、技术主题词、机构类型为数据样本，以定量、定性相结合的方法分析网络核心节点在创新链中的竞争力分析，挖掘潜在合作群体[6]；武玉英等采用LDA主题模型结合余弦相似度方法计算专利权人之间的研发主题相似性，以相似性大小确定专利转移对象[7]；Park等使用引文分析进行研究机构间的技术相似度评估，挖掘潜在转移对象[8]。上述研究提出的文献计量方法对于识别专利转移对象具有指导意义。然而其专利分析内容多为标题和摘要，认为技术主题相似即代表适合专利转移，鲜有研究将高校专利技术方案及功能与企业已有专利技术进行对比分析，缺乏对企业当前技术能力、学习成本以及高校专利技术优势的考量。

在企业需求分析方法方面，史敏等以湖南省科技信息研究所开展的工作进行实践分析，指出确认合适的企业并围绕企业需求进行专利推送是高校专利转移的重要方式[9]；吴红等提出高校专利与企业产品的相似度测算模型，进行高校专利转移对象识别[10]；Seo等以KISTI开发的产品数据库与美国专利商标局授权专利为数据源，挖掘行业领先企业的技术发展动态以识别目标企业的技术需求[11]。围绕企业产品及同行发展动态进行情报分析的识别方法更加贴近市场，具有实际意义。然而多数企业出于发展战略等考虑，不会轻易公开其核心技术需求与发展动向，使得市场中广泛且珍贵的隐性需求不易被外界发觉，从而影响上述分析方法的普适性。

此外，政府组织的技术展销会和知识产权机构服务等是较为传统的识别方法[12]，由于其所需的人力、物力较大，且短时间难以让供需双方对专利技术的成熟度及与需求的契合度有足够的了解，因而成交率较低。但不可否认的是，高校专利转移首先要找到与企业发展过程中更为广泛需求的契合点，才能掌握专利转移的主动权。企业在技术创新过程中会面临技术跨度、学习成本以及市场风险等问题，通常倾向于吸纳自身容易理解、掌握的技术方法并追求功效的提升，最终实现原有技术、知识基础上的延续性创新以及专利技术保护。基于以上分析，本研究拟充分挖掘专利说明书发明内容中能充分体现技术方案与相应功效的语义信息，建立校企专利在技术方案层面的关联关系，从技术方案相似度和功效优化程度两个维度评估高校专利的可转移价值，识别专利转移对象，以期提升专利推送的准确性，搭建高校专利与市场需求的“桥梁”。

2 研究方法

技术的具体实现方案与功效是企业吸纳外界专利时关注的重要内容。一项新技术与企业原有专利技术方案的契合度越高，其消化吸收的难易程度就越小、与原有专利组合后的市场控制能力也越好[13]。当前技术-功效分析已成为专利分析的重要方法，通过技术-功效图的构建[14-15]以及同其他理论结合应用[16-17]进行技术主题词与功效词的共现分析。对此，本文将进一步剖析技术方案与功效间的对应关系，探析同技术主题下的高校专利相比于企业专利的技术方案相似度与功效优化程度，识别专利转移机会。研究步骤如下：(1)专利信息抽取，采用文本挖掘方法，对校企专利说明书中的技术主题词、技术方案以及对应的功效信息进行规则抽取；(2)技术关联建立，计算双方专利间的技术主题和技术方案相似度并辅以阈值筛选，建立“高校-企业”技术方案关联；(3)专利转移对象识别，构建融入专利技术方案与功效对应关系的技术-功效图，从技术方案相似度和功效优化程度两个维度，对高校专利与企业延续性创新需求的吻合度进行综合评价，识别专利转移对象。具体如图1所示。

图1 研究步骤

2.1专利信息抽取专利文献蕴含着丰富的科学技术信息，且结构规范，便于对专利文本中的技术领域、类型、技术方案与功效等所在句子进行划分与定位：“说明书”部分写明了专利的技术领域、背景技术、发明内容(技术问题、技术方案、有益效果)及实施方式等，发明内容中的有益效果部分(以下简称“有益效果”)要求写明专利的功效具体是由何种技术方案实现，本文对其进行分析有助于解决现有研究中功能效果与具体技术方案的对应模糊问题。另外，研究拟利用Python自然语言处理技术对上述字段进行文本分词、词性标注以及不同规则的文本自动抽取。“发明名称”字段可直接由数据库导出，其中的技术词依靠中文词性制定的规则进行提取；“说明书”中的技术方案的信息抽取是在利用哈工大的语言云平台(LTP)进行依存句法分析后，进行SAO结构的语义抽取[18]；有益效果字段的抽取则依靠“有益”“效果”“如下”“优点”等线索词对其后内容进行提取。由于专利文本的撰写多涉及专有名词的中/英文表述、同义词的交替使用以及惯用词/低频词的噪音问题，笔者在正式抽取前，拟通过人工阅读专利文献，统计出专利所属领域的专有名词、语义过于宽泛的词以及同义表述出现较多的词，并分别建立自定义词典、停用词典和同义词典，用于噪音词的剔除和同义词的替换。步骤详情见表1。

表1 专利信息抽取步骤详情

2.2技术关联建立研究将高校专利视为待转移专利，并以此为线索寻找在技术主题与技术方案两方面与之相似的企业专利，建立校、企专利间的关联关系。首先，将发明名称的技术词抽取结果，通过Python编程逐一计算高校专利与企业专利间的余弦相似度，并设定阈值以判断双方专利间的技术主题相似性；然后，对与高校专利主题相似度最高的前N(N≥0)件企业专利继续进行技术方案相似度的计算，具体过程为对2.1节步骤B的抽取结果以“；”“。”为标识将技术方案划分为包含SAO结构的若干技术手段，依次计算各技术手段间的余弦相似度，设定阈值并对每组校、企专利间相似度达到阈值的技术手段数进行加和，最后统计获得与高校专利技术方案相似度最高的前M(0≤M≤N)件企业专利，建立双方技术关联。主要步骤如下：

// 2.1节中高校与企业专利的抽取结果存储为excel文件uni-com.xls，并对其中的每行数据执行如下操作:

for (uni-com.xls中高校专利发明名称的抽取结果a1[i]):

—for (uni-com.xls中企业专利发明名称的抽取结果b1[j]):

——if(a1[i]与b1[j]的余弦相似度值>阈值n):

———记录企业技术方案所在的行号j;

———读取校、企专利的技术方案语句为a2[i]和b2[j];

———for (a2[i]中的每个技术手段a3[g]):

————for (b2[j]中的每个技术手段b3[k]):

—————将a3[g]与b3[k]经SAO结构抽取、停用词过滤、同义词替换后的结果存储为texta和textb;

—————if (texta与textb的余弦相似度值>阈值m):

——————相似度结果v=v+1;

记录与高校技术方案相似度排名前M件企业专利;

//关闭相应文档，算法结束。

上述以分句为单位进行的专利技术方案的相似性比较及阈值筛选，保留了以“；”或“。”结尾的若干技术手段的完整语义信息，避免了现有研究以整篇“说明书”的SAO结构进行相似度计算时因语义分散问题造成的误差。此外，由于在技术方案与有益效果字段的撰写过程中技术方案通常会存在对本专利解决所述关键问题起作用较大的技术手段(以下简称“核心技术手段”)，以及作用较弱的技术手段(以下简称“次要技术手段”)。本文有别于现有研究中专利文本存在语义重复即判定专利相似的观点，认为次要技术手段可能会使得两件专利的相似性结果存在偏差。因此，研究针对本节得到的高校与企业专利的相似性匹配结果，拟借助专家知识，进一步判断校、企专利间的相似技术方案是否与专利的技术特征或解决的关键问题密切相关，以确保研究结果的合理性。

2.3专利转移对象识别依据2.1节的信息抽取步骤C抽取出的有益效果语句，利用改进的三维技术-功效图进行校企专利间的比较，从技术方案相似度和功效优化程度两个维度，综合考虑高校专利的可转移价值。改进后的三维技术-功效图：“技术”维度为权利要求包含的技术方案信息，在借助专家知识对不同文字表述的相似技术方案进行规范化表述基础上，归类为若干小的技术手段；“功效”维度是与技术方案对应的有益效果在经过领域专家判断后归类得到的功效类别，每种技术功效的实现可能与一种或多种技术手段有关；新增的“专利”维度用于展示进行技术-功效分析的具体专利，可直观比较两两专利间的技术与功效异同。其中，由于中国专利说明书中的有益效果部分规定技术功效需由具体的技术手段推导得出，本文重点将该部分包含的技术手段视为上述核心技术手段，并纳入技术-功效图进行相应的功效比较。如图2所示，专利a和b分别用圆点和方框表示，专利a凭借“技术手段1”“技术手段2”分别实现“功效1”和“功效3”，专利b凭借“技术手段4”“技术手段2”同样实现“功效1”和“功效3”，但专利a由 “技术手段3”实现的“功效2”可能会使其整体上优于专利b。

图2 三维技术-功效图

由此可知，改进后的三维技术-功效图有助于两两专利间技术方案相似性与功效优化程度的比较。具体的高校专利可转移价值评价维度及含义如表2所示。

表2 专利可转移价值评价维度及含义

3 实证研究

3.1数据来源实证以我国石墨烯领域的高校和企业专利为例。石墨烯作为科学界广泛关注的新材料，在材料、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。另外，石墨烯的制备与应用技术种类多样，不同方法间的优缺点较为明显，适合用以检验本研究方法的可行性。实证数据来源于智慧芽数据库，智慧芽数据库收录的专利数据与字段齐全、更新速度快，能够较好地保证检索结果的全面性与准确性。研究结合文献调研与专家智慧，数据检索时将各字段进行限定，首先对于高校专利：专利名称以“石墨烯”为关键词，IPC主分类号“C01B”，原始专利权人“大学 or 学院”，申请年“2016-2020”，经过人工阅读去噪后得到高校授权发明专利601件。本文仅以近5年高校专利为待转移样本进行实证，主要是受到本研究的实验条件与程序处理的时间成本限制。然后，企业专利检索的名称、IPC分类号限定与上述过程类似，只是将当前专利权人替换为“公司”，申请年为“2001-2020”，最终得到企业发明专利3 146件。检索时间为2021年3月15日。

3.2信息抽取及技术关联建立研究在信息抽取前，首先提取出实证样本中全部的动词与名词并进行词频统计，依据统计结果将频次过高、会影响抽取效果的111个噪音词(如“进行”“方法”等)和频次为1、对相似性计算结果作用较弱的2 408个低频词(如“伴以”“运出”等)纳入停用词典，并通过人工阅读归纳出149个语义相似的惯用词(如“降低”“降到”“下降”等)后统一替换为其中词频较高的词，然后进行有中/英文书写差异的597个专属名词(如“氧化石墨烯”“GO”等)的替换。利用Python自然语言处理技术和制定的抽取规则，对专利文本“说明书”的部分内容进行语义抽取，分别得到高校与企业专利的技术主题词、技术方案及有益效果字段。部分结果如表3所示。

表3 专利信息语义抽取(部分)

然后，进行相似技术匹配。首先，结合以上字段中抽取出的语义信息，构建专利数据集合，分别放入高校与企业的技术主题、技术方案、有益效果信息的抽取结果以及专利权人等信息。其次，依据2.2节所述方法进行Python编程，从高校专利出发并以此为线索寻找在技术主题与技术方案两方面与之相似的企业专利，并依据测试结果反复试验后将上述字段余弦相似度的阈值分别设置为0.6和0.5，以此在技术方案最为相似的校、企专利间建立起关联关系。部分结果如图3所示。图中“技术主题与方案相似结果”一列是程序返回的与高校专利技术主题、方案相似度最高的前3项企业专利的行号，“相似技术手段定位”一列为校、企专利间相似技术手段的输出结果，其中的数字代表企业专利在数据集中的行号，其后跟的文字为程序对上述相似技术手段进行的定位。最后，辅以专家判断，以相似技术手段是否属于该专利的关键/次要技术手段为依据进行结果核验。其中，本文所指的核心技术手段能对专利技术特征或解决的问题起到关键性作用。例如，一种高稳定性氢氧化钙/石墨烯纳米复合材料的制备方法中“将20-80mg氧化石墨烯粉末溶于60ml去离子水……再加入0.5-2g纳米氢氧化钙粉形成混合溶液”与最终材料的制备、成型密切相关；而次要技术手段是指某领域中用于解决发明相关技术问题的公知常识，例如上述制备方法中的“将500mg石墨粉加入23ml浓硫酸中，置于冰水浴中搅拌；先后再加入3g高锰酸钾和500mg硝酸钠……”就属于传统的Hummers法制备氧化石墨烯的常规方法，与专利具有的特殊功效关联较弱。初步筛选后，得到102件潜在可转移的高校专利。

图3 数据集合(部分)

3.3专利可转移价值评价与转移对象识别在上述得到的技术关联结果基础上，继续将信息抽取过程中得到的有益效果字段进行技术维度与功效维度的划分，并利用改进后的三维技术-功效图进行可视化分析。如图4所示，以个别案例为例，图中圆点与方框分别代表华南理工大学的专利a：“一种纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备方法及其应用”和中科院广州化学有限公司的专利b：“一种氧化石墨烯增强碳气凝胶材料的制备方法和应用”，且圆点与方框的位置可反映出两件专利各自包含的技术方案与有益效果。企业在原有技术方案基础上留其优势、补其不足，可在实现新技术、新工艺的同时降低创新成本，加快技术吸收。因此本文结合专家建议，以技术方案相似性和技术功效优化程度为准则进行高校专利可转移价值评价。具体的，本文基于共现词汇将上述专利的相似技术手段抽取结果“纤维素 氧化石墨烯 凝胶 在 氮气 保护 碳化 盐酸 刻蚀 干燥 得到 碳气凝胶”和“间苯二酚 加入 氧化石墨烯 溶液 甲醛 密封 凝胶 干燥 得到 碳化 碳气凝胶”统一用“高温碳化制备碳气凝胶”来表述，并将其对应的功效抽取结果“增加 碳气凝胶 比表面积 提升 吸附 面积”与“得到 低 密度 高 比表面积 碳气凝胶”统一表述为“增大产物比表面积与吸附面积”。其它同上。最终由图4可知，两件专利技术方案的差别主要在于高校专利所述方法“凝胶前混入纤维素溶液”，这一差别使得该碳材料“表面上具有丰富的羟基、羧基、羰基等官能团，而且掺杂着大量N、O元素”，进而“增强对水体金属离子吸附活性”。因此，本文认为该高校专利对于所述企业而言具有可转移价值。

图4 三维技术-功效图应用案例

同样的，通过对样本中其它校企间的相似性专利进行如上分析，最终从3.2节所得的102件高校专利中识别出82件对于特定企业具有转移价值的专利。为了检验本文方法的实践价值，研究另请领域专家，从企业实现高校专利技术的难易程度和利益实现效果两方面，对识别出的可转移专利进行评分，评分范围为0～10分，认为5分以上的高校专利可视为具有高的可转移价值，部分结果如表4所示。识别出的82件高校专利中有62件的可转移价值在5分以上，占比接近75%，证实了本研究方法的现实意义。

表4 高校专利可转移价值评价结果(部分)

在本文分析方法识别出的82件高校可转移专利中，现实中真正被相应企业吸纳的有10件，如表4中的浙江大学在首次与长兴德烯科技有限公司进行专利转移后，又多次对不同技术进行专利申请与转移，具体涉及一种石墨烯膜在检测电压稳定性、光强稳定性、真空度稳定性等不同方面的应用，一种高褶皱的石墨烯薄膜、石墨烯纸和石墨烯微球的制备等等，反映出企业技术改进需求的客观实在性。部分高校专利未能识别出合适的转移对象，可能是因为高校专利研发脱离市场环境，其技术方案与企业专利差异较多而导致企业学习成本较大，又或是该技术的改进程度与功能效果有限，以及需要其它昂贵材料而不利于企业整体利益，等等。这也从一定程度上反映出多数高校专利与企业现有技术的关联并不密切，专利转移时会增加企业对新技术的学习成本。高校专利转移不能只依靠高价值专利的培育，还应注重专利技术与企业原有技术的契合度，在可帮助企业实现技术改进或产品升级的基础上实现专利的精准推送。

4 结 语

本文立足于企业对于减少学习成本、增加功能收益的延续性创新需求，针对当前研究认为主体间研发主题相似即适合专利转移、较少关注企业技术发展中的潜在需求动机等问题，提出一种高校专利转移对象识别方法：首先，采用文本挖掘方法对高校和企业专利说明书中发明内容部分包含的技术方案和有益效果信息进行规则抽取；然后，依次计算双方专利间的技术主题与技术方案相似度并辅以阈值筛选，建立“高校-企业”技术关联关系；最后构建融入专利技术方案与功效对应关系的技术-功效图，以技术方案相似度和功效优化程度综合评估高校专利的可转移价值，识别专利转移对象。

相比于已有研究，本文的创新在于：(1)立足于企业需求实际，首次将高校专利技术与企业的延续性创新需求进行科学关联对比，细粒度分析高校专利在技术方案相似度和功效优化程度两个维度与企业当前技术需求的吻合度，提高了识别方法的科学性和有效性；(2)以校企专利说明书中的发明内容信息为样本，对其进行不同规则的语义抽取，并构建融入专利技术方案与功效对应关系的技术-功效图，发明内容部分以因果关系对技术方案与功效的阐述，提高了技术-功效图构建的准确性，为研究结果的客观性奠定良好基础。

本研究的不足之处在于专利转移对象识别仅是从技术层面进行考量，没有考虑企业发展阶段、领导决策等因素，后续将从更多因素入手，进一步加深、完善。