數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)發(fā)展趨勢

袁慶霓 袁慶云 孫雋楓

隨著國家知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略的推進(jìn)，專利戰(zhàn)略作為知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略的重要組成部分得到國家、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)等主體的高度重視，工業(yè)設(shè)計(jì)和制造的整個(gè)流程基本由計(jì)算機(jī)輔助完成，應(yīng)運(yùn)而生的數(shù)字制造資源漸漸占有重要地位。其中，數(shù)字制造資源共享技術(shù)發(fā)展非常重要，例如:在CAD/CAM應(yīng)用過程中，利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM技術(shù)可以極大地提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和全數(shù)字化制造;企業(yè)資源計(jì)劃ERP是以實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)、供、銷、人、財(cái)、物的管理為目標(biāo);供應(yīng)鏈管理SCM用于實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部與上游企業(yè)之間的物流管理;客戶關(guān)系管理CRM可以幫助企業(yè)建立、挖掘和改善與客戶之間的關(guān)系;以虛擬設(shè)計(jì)和虛擬制造為基礎(chǔ)的虛擬企業(yè)，開發(fā)周期短，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)成功率高。上述技術(shù)的集成整合了企業(yè)的管理，促進(jìn)了從決策層到執(zhí)行層的快速反應(yīng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息流、物流和資金流的高質(zhì)量傳遞。

一、數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)

當(dāng)獲得制造任務(wù)后，為縮短制造時(shí)間，降低成本，提高質(zhì)量和服務(wù)水平，追求最佳經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)，根據(jù)制造任務(wù)及制造要求等相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字制造資源的制造能力、狀態(tài)進(jìn)行檢查，從所有可共享的數(shù)字制造資源中選擇最優(yōu)化的資源進(jìn)行制造過程就是制造資源共享優(yōu)化問題。動(dòng)態(tài)共享是指共享的制造資源是動(dòng)態(tài)性的，資源擁有者可以自由地共享該制造資源和隨時(shí)停止共享服務(wù)。

數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化研究主要有以下兩方面:

第一，數(shù)字制造資源節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)搜索及資源狀態(tài)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)維護(hù)問題。根據(jù)制造任務(wù)，要從整個(gè)數(shù)字制造系統(tǒng)中查找可共享的制造資源，且該資源節(jié)點(diǎn)能夠完成提出的制造任務(wù)。數(shù)字制造系統(tǒng)通過維護(hù)這樣一份共享制造資源的動(dòng)態(tài)鏈表來獲得共享資源的動(dòng)態(tài)信息。

第二，數(shù)字制造節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度問題。數(shù)字制造系統(tǒng)是一個(gè)全球范圍的制造大系統(tǒng)，所有的制造企業(yè)都可以加入到該系統(tǒng)中來，成為系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從多個(gè)可用的制造節(jié)點(diǎn)中選擇合適節(jié)點(diǎn)，使全生命周期制造過程獲得最大的效益是數(shù)字制造系統(tǒng)成功運(yùn)行的關(guān)鍵。

二、數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)專利分析數(shù)據(jù)

本文所涉及的數(shù)據(jù)主要以美國商標(biāo)局USPTO、歐洲專利局WORLDWIDE數(shù)據(jù)庫和中外專利數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)CNIPR的專利文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，采集數(shù)據(jù)為1984年至2012年5月的數(shù)據(jù)，包括發(fā)明、實(shí)用新型。在反復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，為了便于統(tǒng)計(jì)和更有針對性，兼顧數(shù)據(jù)的可比性，最終確定的中文檢索式是:(摘要=制造資源or摘要=動(dòng)態(tài)優(yōu)化or摘要=優(yōu)化調(diào)度)and(主分類號=(G60F)or主分類號=(G06Q)or主分類號=(H04L));英文檢索式是:(ab=(Manufacturing Resources)or ab=(dynamic optimization)or ab=(Optimization dispatchers))and(pic=(G60F)or pic=(G06Q)or pic=(H04L))。經(jīng)過去重和篩選，數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)相關(guān)的專利共計(jì)1911件，其中中國申請量為212件，在后續(xù)所涉及的數(shù)據(jù)分析以此數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)。

三、專利分析

1.專利申請量趨勢分析。

表1 全球數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利申請量統(tǒng)計(jì)

表1反映的是數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化全球?qū)＠暾埩磕甓融厔?。從表中可以看到，該?xiàng)技術(shù)專利，早在1988年，在美國就有了一件專利，但直到1995年以后，專利申請量才開始出現(xiàn)較為明顯的上升，到2007年數(shù)量上升至233件。從20世紀(jì)90年代開始至90年代末，雖然1999年，2001年兩年的時(shí)間里，專利申請數(shù)量出現(xiàn)了小高潮，但這些年里，數(shù)據(jù)一直維持平穩(wěn)的態(tài)勢，并沒有出現(xiàn)明顯的高潮和低谷。在2000年以后，該項(xiàng)技術(shù)迎來了其技術(shù)革命，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)迎來了新的發(fā)展，2001年申請量已經(jīng)達(dá)到120件，2007年233件迎來了該項(xiàng)技術(shù)申請的高峰。雖然經(jīng)歷了2009年150件、2011年72件的兩個(gè)低潮，但該項(xiàng)專利申請逐步上升的基本態(tài)勢并未改變?？梢姡瑥哪甓确治隹?，該項(xiàng)技術(shù)在今后幾年將可能保持繼續(xù)增長的發(fā)展態(tài)勢。

相對于全球申請而言，該技術(shù)領(lǐng)域在我國的專利保護(hù)和發(fā)展起步較晚。直到1999年開始，每年才有少量的專利申請，直到2006一定數(shù)量的專利申請。這也體現(xiàn)了我國數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新程度在不斷提高。

2.國家/地區(qū)分布。根據(jù)每個(gè)專利申請?zhí)柕那皟晌粐?地區(qū)代碼代表，對422個(gè)全球?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，可以得到數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利申請全球分布情況。

表2 全球數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利國家/區(qū)域分布

表2反映了全球數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利國家/區(qū)域分布情況。從表中可以看出，美國( 1087 件)、世知組織( 325 件)、中國( 212 件)、歐洲( 5 件)、加拿大( 4 件)是數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹饕獓?。美國是電子信息技術(shù)發(fā)展最強(qiáng)的國家，該技術(shù)專利在美國的申請年份跨度很廣，說明該技術(shù)領(lǐng)域在這個(gè)國家已經(jīng)有了良好的市場和研發(fā)基礎(chǔ)。而對于我國來講，進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國在該領(lǐng)域的專利申請量也明顯上升，除與信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展有關(guān)外，還與我國在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與綜合國力日趨增強(qiáng)的背景下，面臨轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在要求，注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量，因而關(guān)注、重視并鼓勵(lì)高新技術(shù)的發(fā)展有關(guān)，從而為數(shù)字制造資源共享領(lǐng)域的專利申請奠定了政策基礎(chǔ)。

3.IPC構(gòu)成。數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化主要在G(物理)和H(電學(xué))部類的專利申請，但在G(物理)中的申請量較大，申請專利384件，占總數(shù)60.57%，而在其他部中的專利申請相對較少。下面將對該技術(shù)專利的IPC大類和小類進(jìn)行分析。

表3反映的是全球數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利IPC小類分布情況。從表中可以看到，數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化G部類下的專利仍然是所有專利中的核心技術(shù)和熱點(diǎn)技術(shù)。涉及G06F(電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理)的專利申請有343件，是擁有專利申請量最多的IPC小類，占該部類申請總數(shù)的48.4%;而涉及 H04L(數(shù)字信號的傳輸)的專利申請有106件，占該部類申請總數(shù)的14.85%;涉及H04Q(選擇)的專利申請有97件，占該部類申請總數(shù)的13.59%。因此可以認(rèn)為，這些IPC小類所代表的技術(shù)領(lǐng)域是全球數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化的熱點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。

表3 全球數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利IPC小類分布

4.申請人分析。全球數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利的主要申請人及其專利申請量。從國外來看，IBM公司申請了183件專利，是專利申請量最多的申請人，IBM公司是一家美國公司，在過去的幾年里，IBM已經(jīng)完成了業(yè)務(wù)模式的完全轉(zhuǎn)型。目前，IBM的主要業(yè)務(wù)部門包括:全球信息科技服務(wù)部，全球企業(yè)咨詢服務(wù)部，軟件集團(tuán)，系統(tǒng)與科技部。其次是微軟公司，微軟共申請了70件，微軟是目前全球最大的電腦軟件提供商。微軟開發(fā)過多種軟件產(chǎn)品，包括了操作系統(tǒng)、辦公軟件、程序設(shè)計(jì)語言的編譯器以及解譯器、互聯(lián)網(wǎng)客戶程序，例如網(wǎng)頁瀏覽器和電郵客戶端等。還有SIEMENS AG(西門子公司)申請了21件，西門子工業(yè)自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)(IA＆DT)是全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商，基于全集成自動(dòng)化(TIA)和全集成能源管理(TIP)理念，在生產(chǎn)自動(dòng)化、過程自動(dòng)化、樓宇電氣安裝和電子裝配系統(tǒng)領(lǐng)域提供多種創(chuàng)新、可靠、高效和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、系統(tǒng)、解決方案及服務(wù)。IA＆DT的產(chǎn)品和服務(wù)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、機(jī)械、金屬、食品、飲料、包裝、汽車、電力、化工、航空航天等行業(yè)。QUALCOMM INC公司申請了42件。除此以外，其他申請人也申請了一定數(shù)量的數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利。依次可以認(rèn)為，這些申請人比較關(guān)注該技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新，并具有一定的技術(shù)競爭和專利保護(hù)優(yōu)勢。

表4 我國數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利主要申請人統(tǒng)計(jì)

表4反映了我國數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利主要申請人的情況。從表中可以看出，與全球?qū)＠暾埐煌覈谠摷夹g(shù)領(lǐng)域的專利主要科研院所和通訊公司申請，其中申請主要以華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司、國際商業(yè)機(jī)器公司和大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司，其次是北京郵電大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等科研院所。這一方面說明了以上這些申請人在我國數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域具有創(chuàng)新和專利優(yōu)勢，另一方面也說明了我國企業(yè)對于該技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新或?qū)＠暾堃庾R尚待加強(qiáng)。

數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化的研究和開發(fā)，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾堉饕怨緸橹鳎琈ANUGISTICS INC、西門子、IBM公司等已經(jīng)建立起強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行了商業(yè)化運(yùn)作，其主要市場集中在美國。

我國作為最大的發(fā)展中國家，隨著自身經(jīng)濟(jì)和政府政策導(dǎo)向作用的加強(qiáng)，已經(jīng)成為數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化專利量增速最快的國家，但是可以看到，我們?nèi)匀慌c美國存在差距:第一，由于我國對這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)起步較晚，而行業(yè)的先行者已經(jīng)完成了最初的技術(shù)積累;第二，目前，我國企業(yè)信息化剛剛興起，行業(yè)鏈發(fā)展并不完善，制約著數(shù)字制造資源動(dòng)態(tài)共享與優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展;第三，加之我國的研發(fā)力量不夠強(qiáng)大，內(nèi)部競爭程度低，仍然停留在研發(fā)為主的階段，大規(guī)模的具有較強(qiáng)競爭力的研發(fā)團(tuán)隊(duì)尚未成形。

因此，我國應(yīng)著力培育一批有實(shí)力的重點(diǎn)企業(yè)，企業(yè)則可以通過聘請具有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力的高校、研究所合作研發(fā)，盡快加強(qiáng)科研力量并促進(jìn)該領(lǐng)域的創(chuàng)新和研發(fā)。

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