解析全球數(shù)控機床技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢

由于數(shù)控機床在各國工業(yè)和軍事中的重要戰(zhàn)略地位,發(fā)達國家除了投入大量資金和人力進行研發(fā)外，各企業(yè)還在本國及全球范圍內(nèi)大量申請專利，以保證它們在全球的領(lǐng)先地位。2008年國際金融危機發(fā)生后，世界裝備制造業(yè)新一輪的競爭更加激烈，對數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求。與其他國家相比，無論是在數(shù)控機床的技術(shù)領(lǐng)域還是市場方面，美國、日本和德國都占有壓倒性的優(yōu)勢。我國機床行業(yè)經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，雖然在機床主機、刀具及運動部件等多個技術(shù)領(lǐng)域與發(fā)達國家相當(dāng)，但是在數(shù)控系統(tǒng)、仿真模擬及傳感器等高端領(lǐng)域，與發(fā)達國家仍有較大差距。

全球?qū)＠暾埩砍手鹉暝鲩L態(tài)勢

進入21世紀(jì)，數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)進入深入推廣階段，由于各國政府的扶持和智能技術(shù)的引入，全球?qū)＠暾埩砍史€(wěn)步上升態(tài)勢，年均增長率為5.4%。2006年全球數(shù)控機床技術(shù)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量年增長率達到峰值，為38.3%。2010年以后，全球數(shù)控機床領(lǐng)域每年的專利申請量均超過4000件。

數(shù)控機床的專利主要集中在發(fā)達國家和地區(qū)，截至2012年，日本、德國和美國占據(jù)了全球數(shù)控機床技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩康那叭唬麄兊纳暾埧偭空既虻?5%左右，而且這三個國家全球?qū)＠季忠庾R強烈，同族專利數(shù)量較多。韓國和中國臺灣地區(qū)的數(shù)控機床配套設(shè)備發(fā)展相當(dāng)迅速，兩者的專利申請量分別列全球第8和14位。意大利、瑞士和捷克在世界機床出口方面占有重要地位，它們受理的專利申請量分別居世界第12、18和20位。從2003年起，我國成為全球最大的數(shù)控機床進口國和消費國。為了在我國巨大的市場中占有一席之地，各國企業(yè)在我國的數(shù)控機床專利申請數(shù)量增長迅速，目前我國受理的專利申請數(shù)量全球排名第五。

改革開放以來，我國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅猛。經(jīng)過“九五”期間大量引進數(shù)控技術(shù)和“十五”期間的消化吸收，以及“十一五”和“十二五”期間各項政策及重大專項的持續(xù)推動，專利申請量實現(xiàn)了跨越式增長。從改革開放到2001年，我國主要通過引進技術(shù)進行合資生產(chǎn)，作為申請地年均申請專利18件。2002年到2004年，由于我國加入世界貿(mào)易組織及國家科技專項的推動，企業(yè)專利意識增強，年均申請達103件。2005年以后，國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，形成了很多產(chǎn)業(yè)基地，年均申請專利達到1086件。由于我國是數(shù)控機床的重要生產(chǎn)國和消費國，國內(nèi)外許多企業(yè)都將我國作為重點申請地進行專利布局。

從國內(nèi)外企業(yè)在我國申請專利的情況來看，1983年到1997年，國外專利權(quán)人在我國申請專利的比例逐漸增加，1997年達到峰值88%。而我國專利申請量則從1997年逐年增加，2010年達87%以上，反映出我國的數(shù)控機床行業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新并尋求自主知識產(chǎn)權(quán)保護方面取得了巨大進步。

我國數(shù)控機床專利申請的技術(shù)領(lǐng)域相對集中

由于數(shù)控機床在加工速度、精度及質(zhì)量可靠性方面的突出優(yōu)點，與主機及零部件相關(guān)的專利申請數(shù)量占比最大。截至2012年,全球機床整機專利約占66.5%；作為數(shù)控機床技術(shù)核心的數(shù)控及測量系統(tǒng)，專利數(shù)量占比為12.7%；加工工藝類約占12.3%。此外，由于近年來激光及等離子等非切削技術(shù)的發(fā)展，在非切削金屬加工類所占的比例也有所上升，目前約占4.7%。此外，其他技術(shù)領(lǐng)域的專利主要為工程材料類和機械手類，分別占2%和1.8%。

我國數(shù)控機床專利申請的技術(shù)領(lǐng)域相對集中，主要分布在機床主機、零部件和加工工藝等技術(shù)領(lǐng)域，上述領(lǐng)域的專利申請量占到總量的67.8%。側(cè)面反映出我國數(shù)控機床目前仍舊專注于傳統(tǒng)的機床設(shè)計和制造。而數(shù)控及測量系統(tǒng)的專利數(shù)量分別占總申請量的6.6%和2.3%，表明我國本土機床企業(yè)在高附加值的數(shù)控系統(tǒng)、仿真技術(shù)和設(shè)備等方面，與發(fā)達國家主流企業(yè)尚有較大差距。

特別是2000年以后，我國數(shù)控機床盡管在數(shù)字控制、刀具與工件進給控制、數(shù)字計算機、機床監(jiān)測與測量裝置方面的專利數(shù)量增長較快，但與發(fā)達國家相比還略有不足。對此，國家需要增加扶持力度，企業(yè)等創(chuàng)新主體應(yīng)加強對上述領(lǐng)域的研發(fā)投入和專利布局。

中國數(shù)控機床技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量排名前10位的研究機構(gòu)均為大學(xué)。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)以及清華大學(xué)，都處于領(lǐng)先地位?？傮w上講，雖然中國研究機構(gòu)在數(shù)控機床領(lǐng)域的起步較晚，但20世紀(jì)90年代以后發(fā)展很快?？蒲袡C構(gòu)申請的專利，基本覆蓋了機床整機、金屬加工、數(shù)控系統(tǒng)以及輔助裝置等在內(nèi)的諸多小類?？傮w上看，我國研究機構(gòu)在數(shù)控機床領(lǐng)域的專利申請，雖然范圍比較廣，但都沒有形成自己的優(yōu)勢技術(shù)領(lǐng)域。此外，企業(yè)和高校聯(lián)合申請的專利還很少，這從側(cè)面說明在數(shù)控機床領(lǐng)域，產(chǎn)學(xué)研的合作和成果轉(zhuǎn)化還不夠深入和完善。

外國企業(yè)憑借自身技術(shù)優(yōu)勢進行重點布局

截至2012年，在中國數(shù)控機床技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埮琶?0位的企業(yè)中，除了2家是中國本土企業(yè)外，其余8家均為外國企業(yè)，其中日本5家、德國3家，反映出日、德等國公司強大的技術(shù)實力和占領(lǐng)中國市場的強烈意圖。雖然外國企業(yè)的專利技術(shù)領(lǐng)域分布范圍較廣，但總體特點是圍繞其自身技術(shù)優(yōu)勢進行重點布局。目前，雖然中國在數(shù)控機床領(lǐng)域的研發(fā)步伐加快，但在市場占有率、自主創(chuàng)新能力等方面與國際先進企業(yè)之間仍然有不小的差距。

日本的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要得益于日本政府持續(xù)的引導(dǎo)和扶持政策，目前已形成非常完整的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)鏈。日本企業(yè)的專利布局既有交叉，也有互補。日本企業(yè)在中國申請的專利，已經(jīng)從機床的主機及零部件、功能部件到數(shù)控系統(tǒng)等多個領(lǐng)域，形成了對中國數(shù)控機床企業(yè)的專利包圍。

德國企業(yè)在中國數(shù)控機床市場的專利布局側(cè)重于高檔數(shù)控機床及功能部件，包括數(shù)字控制、測量系統(tǒng)以及通用手持工具如機械手等。西門子公司申請的專利主要涉及機床的工藝和機器控制、工業(yè)電器設(shè)備等。博世的專利申請側(cè)重于手持小型工具、機床以及工業(yè)電氣設(shè)備中的控制和傳動系統(tǒng)。海德漢申請的專利重點在數(shù)控機床的測量系統(tǒng)，主要涉及用于數(shù)控機床的精密儀器儀表、一般測試方法等。我國數(shù)控機床技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埮琶?0位的中國本土企業(yè)中，主要分布在我國東部地區(qū)，其中遼寧、天津、江蘇各有2家，而甘肅、上海、山東、中國臺灣各有一家。可見，數(shù)控機床作為裝備制造業(yè)發(fā)展的重點技術(shù)領(lǐng)域，在各省尤其是沿海省份的經(jīng)濟發(fā)展中都占有重要地位。從上述10家企業(yè)的專利申請逐年變化情況看，我國企業(yè)的專利申請起步較晚，除南京數(shù)控的專利申請逐年上升外，其他公司的申請數(shù)量起伏較大，與國際知名企業(yè)相比，連續(xù)性和穩(wěn)定性都有待提高。在技術(shù)領(lǐng)域方面，我國企業(yè)專利申請主要集中在機床主機及零部件和工藝方面，在運動部件如軸、軸承、軟軸、曲軸機構(gòu)等，電動機或機電變換器的控制調(diào)節(jié)等部件的專利申請還很少，特別是在數(shù)字控制技術(shù)和測試技術(shù)方面比較薄弱。