智能制造专利热点技术竞争态势研究＊

孙艳姣

（辽宁省重要技术创新与研发基地建设工程中心，辽宁 沈阳 110168）

智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理和服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行和自适应等功能的新型生产方式[1]。随着新一轮科技革命和产业变革的蓬勃兴起，制造业发展格局正在全面重塑，智能制造已成为制造业发展的重要趋势。目前我国正处于转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期，智能制造技术的发展将为传统制造业注入强劲动力，对于推动我国制造业供给侧结构性改革、建设制造强国具有十分重要的意义。

专利信息集技术、法律和经济信息于一体[2]，能够体现出技术研发主体的研发策略和行为，以及技术发展的程度和趋势。对专利信息进行分析可以帮助研发人员了解某领域现有技术水平、发展趋势和技术竞争态势[3]，为该领域技术研发提供方向。本研究从专利信息的角度，以国家知识产权局知识产权出版社中国专利数据库为数据源，对1985-2023 年的智能制造领域专利进行了检索，检索日期为2023 年3 月1 日。经过清洗、筛选得到6 511 件相关专利作为本次研究的样本数据，从技术发展总体趋势、技术竞争区域、技术竞争重点领域、技术竞争主体等四个方面进行深入分析，以揭示智能制造专利技术研发现状和竞争态势，为促进国内智能制造技术发展提供借鉴和参考。

1 专利技术发展总体趋势分析

图1 所示为智能制造领域专利申请时间分布情况，可以看出该技术领域的专利申请数量近十年呈现快速增长趋势。我国的智能制造研究起步较晚，在2002 年之前，该领域无专利申请；2003-2013年为该领域技术发展萌芽期，专利申请数量较少；2014-2019 年为该领域技术发展成长期，随着《中国制造2025》《智能制造工程实施指南（2016—2020）》《智能制造发展规划（2016-2020 年）》《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等一系列促进智能制造产业发展政策措施的施行，相关专利申请数量急速增长，于2019 年达到小高峰；2020 年起该领域技术进入全面发展期，期间国家出台了《“十四五”智能制造发展规划》，明确了智能制造未来五年的发展目标和重点任务，启动实施了科技创新2030-“新一代人工智能”重大项目、国家重点研发计划智能传感器及工业软件等重点专项，该领域技术研发活动更加活跃，相关专利申请数量再创新高。预计未来一段时间内，智能制造领域专利申请数量仍会保持较高的增长态势。由于专利公开有18 个月的滞后期，故2021 年9 月1 日之后的数据不完整，仅供参考。

图1 智能制造领域专利申请时间分布情况

2 专利技术竞争区域分析

本次检索到的6 511 件相关专利中，专利申请数量排名前十位的省市多数分布在东南沿海地区，前十位专利申请合计占总申请量的79.14%，其中，江苏、广东和浙江是智能制造专利技术申请数量较为集中的三个省份，合计占比50.55%，是该技术领域的主要竞争区域，如图2 所示。江苏在自动化、机器人等方向具有较强的技术研发实力，其智能制造领域专利申请数量排名首位；广东在智能制造应用和产业化方面有一定的优势，其专利申请中实用新型专利所占比例较江苏、浙江两省略高；浙江拥有扎实的高端装备制造产业基础，且民营经济活跃，较为重视中小企业的智能化转型，近几年在智能制造领域专利申请数量较高。

图2 智能制造专利申请地域分布情况

3 专利技术竞争重点领域分析

智能制造技术可应用于国民经济的各个方面。如在制造业方面，智能制造技术可应用于传统制造业的各个环节，包括材料加工、生产流程控制和质量管理等[4-7]，以提高生产效率、降低成本、提升产品质量和创新能力；在农业方面，可通过智能农机、智能温室等设备，提高农业生产效率、减少农业投入成本以及提高农产品品质[8-12]；在医疗方面，可通过智能医疗设备和系统，提高医疗效率、降低医疗成本，同时实现个性化医疗服务和医疗数据的管理[13-15]；在建筑业方面，可通过3D 打印技术、智能建筑材料等，实现建筑业的自动化生产和高效施工，降低建筑成本、提高建筑质量和安全性[16-19]。

国家知识产权局专利局采用IPC 国际专利分类法对专利所属技术领域分类，含A 部（人类生活必需）、B 部（作业、运输）、C 部（化学、冶金）、D 部（纺织、造纸）、E 部（固定建筑物）、F 部（机械工程、照明、加热、武器和爆破）、G 部（物理）、H 部（电学）共8 个部及若干大类、小类和小组。本次检索到的6 511 件相关专利的IPC 主分类号涉及8 个部、107 个大类、339 个小类、2 234个组，表明智能制造专利技术涉及领域非常广泛。本研究通过分析IPC 小组分布数量情况来了解智能制造专利技术的研发重点和发展方向。

3.1 专利技术热点分析

本次检索到的6 511 件相关专利，约有77.71%的专利申请分布在B 部和G 部。其中，B 部主要集中在B23（机床；其他类目中不包括的金属加工）和B65（输送；包装；贮存；搬运薄的或细丝状材料）领域，主要涉及智能制造中的自动化装备等相关技术；G 部主要集中在G06（计算；推算或计数）领域，主要涉及智能制造中的数据处理、人工智能等相关技术。图3 所示为智能制造专利技术分布情况，可知G05B19/418（全面工厂控制，即集中控制许多机器，例如直接或分布数字控制DNC、柔性制造系统FMS、集成制造系统IMS、计算机集成制造CIM）、G06Q10/06（资源、工作流程、人员或项目管理；企业或组织规划；企业或组织建模）相关技术为智能制造专利申请的热点技术领域，专利申请数量明显高于其他技术领域，其次为G09B25/02（工业生产过程的；机器的）、B65G47/90（捡取或放下物件或物料的装置）等相关技术。

图3 智能制造专利技术分布情况

3.2 专利技术发展趋势分析

由图4 可以看出，G05B19/418 相关技术始终是智能制造领域的重点研发方向，在智能制造技术发展萌芽期、成长期和全面发展期均有专利申请，且始终保持较高的专利申请量，是该技术领域的主要技术竞争点；G06Q10/06、G09B25/02 相关技术自智能制造技术发展成长期开始有专利申请，且研发热度较高，成为当时的研究热点，进入技术全面发展期后，G06Q10/06 相关技术的研发热度持续升高，仍是该技术领域的重要技术竞争点，而G09B25/02相关技术研发热度在此时期有所下降；B65G47/90、B25B11/00（不包含在B25B1/00 至B25B9/00 各组中的工件夹持装置或定位装置，例如磁性工件夹持装置、真空夹持装置）相关技术为智能制造技术全面发展期兴起的热门研究方向，是该技术领域新的技术竞争点。

图4 智能制造历年专利申请技术热点变化情况

3.3 重点专利分析

智能制造领域的重点专利具有较高的技术和商业价值，对推动行业发展和提升企业竞争力具有重要作用。通过对专利被引证次数进行统计分析，得到智能制造领域的重点专利，如图5 所示。重点专利IPC 主分类号包括G05（控制；调节）、H04（电通信技术）、H01（电元器件）、B23、G06 等五个大类。G05 大类主要涉及智能制造的控制系统相关技术，如CN110580026A 公开了一种包括基础建模、计划排程、综合生产、物流管理、质量管理等多个模块的智能制造MES 系统，能够实现智能制造全流程监控[20]；CN108919765A 公开了一种基于数字孪生的智能制造工厂虚拟调试和虚拟监控方法及系统，通过基于数字孪生的智能制造工厂平台，实现了产品的数字模型与现场设备实时协同[21]。H04 大类主要涉及智能制造的物联网、云计算、移动通信等相关技术，如CN107040459A 公开了一种智能工业安全云网关设备系统和方法，能系统地防止用户数据泄露和网络病毒攻击，是构建安全可靠的工业云服务智能系统的核心设备[22]，该专利为智能制造领域被引证次数最多的专利。H01 大类的重点专利为CN101859613A，涉及一种立体电路制造的工艺和激光塑胶原料的复合组份、制造方法，属于智能制造工艺的创新[23]。B23 大类的重点专利为CN106078208A，涉及一种基于工业机器人的智能制造系统，属于机器人自动化系统技术领域[24]。G06大类的重点专利为CN105427055A，公开了一种基于互联网+工业4.0 智能制造管理的方法及系统，涉及互联网营销与物联网智能制造的结合应用[25]。

图5 智能制造领域重点专利

4 专利技术竞争主体分析

4.1 专利主要申请人申请数量分析

通过对智能制造专利申请人的申请数量进行统计分析，可以了解该领域技术竞争的主体及其研发实力。智能制造领域专利申请人数量较多，在该领域的专利申请数量普遍较少，专利申请较为分散。该领域72.27%的专利申请人申请专利数量仅有1 件，合计专利申请数量占该技术领域专利申请总量的46.55%，说明多数申请人在该技术领域的研发实力不强，竞争力相对较弱。专利申请数量超过20 件的专利申请人共9 个，包括上海爱餐机器人（集团）有限公司、成都秦川物联网科技股份有限公司、重庆大学等，是该领域的主要技术竞争主体，如图6 所示。在智能制造9 个主要专利申请人中，企业和院校是最主要的申请人类型，占据了绝大部分的专利申请量，是智能制造专利申请的主要力量，个人在前9 位申请人中的专利申请比重较小。

图6 智能制造主要申请人专利申请数量

4.2 专利主要申请人申请趋势分析

由图7 可知，成都秦川物联网科技股份有限公司和华为技术有限公司为该领域近期较为活跃的专利申请人，这两个企业进入该领域时间相对较晚，分别于该领域技术全面发展期和技术发展成长后期开始进行有相关专利申请，且近几年的专利申请数量较多。重庆大学是前9 位申请人中最早进入该技术领域的专利申请人，于2011 年申请1 件专利，此时该领域技术发展处于萌芽期，该申请人在技术发展成长期和全面发展期均有专利申请，但年均专利申请量不高。上海爱餐机器人（集团）有限公司、佛山海格利德机器人智能设备有限公司、佛山科学技术学院以及个人申请人刘道灵于2018 年左右进入该领域，并在2018—2019 年期间集中申请了大量专利，专利申请峰值均超过20 件，此时亦为该领域整体专利申请数量的第一个高峰期，之后几年这几位申请人几乎没有相关专利的申请。

图7 智能制造主要申请人发展趋势

4.3 专利主要申请人技术构成分析

专利主要申请人的技术构成情况反映了其在智能制造领域的技术优势和竞争态势。由图8 可以看出，智能制造领域主要申请人的专利申请集中分布在G06 和A47（家具；家庭用的物品或设备；咖啡磨；香料磨；一般吸尘器）两个大类。重庆大学、南京航空航天大学、佛山科学技术学院、北京航空航天大学在G06 大类布局了较多专利，是G06 大类相关领域的主要技术竞争主体。其中，重庆大学和佛山科学技术学院在G06 和G05 大类均有大量专利布局，同时在B23、G01（测量；测试）等大类有少量专利布局，两者技术构成相似度较高，有可能在相应技术领域内存在竞争关系。上海爱餐机器人（集团）有限公司在A47 大类中专利申请数量占据绝对优势，拥有该领域全部专利，表明该申请人在智能餐饮领域，特别是在智能炒菜机方面有较强的竞争力。成都秦川物联网科技股份有限公司在B23 大类相关技术领域有较大优势，该申请人专注于物联网与智慧城市相关技术和产品的研发与应用，在智能燃气表等方面拥有较高的技术实力。华为技术有限公司作为知名的通信设备供应商和智能手机制造商，在G01 和H04 大类相关技术领域具有较强的技术创新能力和优势。相对而言，佛山海格利德机器人智能设备有限公司的专利布局较为分散，在各大类的专利申请数量没有明显的领先优势。个人申请人刘道灵的专利申请大部分集中在B 部，如B23 等大类中，表明该申请人在工业设计及机械领域的技术研究和创新能力较强。

图8 智能制造专利主要申请人技术构成

5 结语

总体来说，国内智能制造专利技术正处于全面发展期，技术竞争日趋激烈。从专利技术竞争区域来看，江苏、广东、浙江作为我国制造业大省，在先进制造产业、软件与信息技术产业等智能制造基础产业方面发展水平较高，智能制造领域相关技术研发能力较强，拥有丰富的智能制造技术储备，是该领域主要的技术竞争区域。从专利技术竞争重点领域来看，G06、G05、B23 和B65 等大类相关技术是国内智能制造的技术竞争重点领域，代表着不同的智能化制造研发方向和应用场景，其中G05B19/418、G06Q10/06 小组相关技术是国内智能制造专利申请的热点，也是未来一段时间的重要技术竞争点。从专利技术竞争主体来看，国内智能制造主要专利申请人有企业、院校和个人三种类型，其技术构成复杂多样，企业申请人的专利申请主要分布在A47、B23、H04 等大类中，涉及自动化装备技术、物联网技术、智能控制系统等；高校申请人的专利申请主要分布在G06、G05 和G01 等大类中，涉及数据处理技术、人工智能技术和智能化设计技术等；个人申请人的专利申请主要分布在B23大类中，涉及自动化装备技术等。