米粉剪切與包裝技術(shù)專利分析

馬文靜，龐 紅，于正河

(中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院，北京 100191；青島大學知識產(chǎn)權(quán)研究院，山東 青島 266071)

0 引言

米粉包括掛面是中國主要食品的重點品種之一，通常所稱的米粉是以大米為原料制成的條狀或線狀的米制食品，米粉的生產(chǎn)和應(yīng)用主要分布在中國的江西、廣東、廣西、浙江、福建和湖南等南方省份。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步、文化的交流，米粉的開發(fā)應(yīng)用正在逐漸走向北方、走向海外。目前，米粉在中國港澳地區(qū)和東南亞、美國、歐洲、加拿大等地均有很好的市場開拓和技術(shù)發(fā)展，且伴隨著人們生活水平的提高和智能科技的發(fā)展，米粉加工技術(shù)的開發(fā)和智能化裝備的需求增長迅猛，米粉的剪切、整理和包裝等加工工藝也在急速提升。米粉加工(包括掛面)工藝技術(shù)及其裝備的相關(guān)專利申請最早出現(xiàn)在1986年，但其后的理論研究和技術(shù)開發(fā)的文獻相對較少。自2000年開始又出現(xiàn)一定數(shù)量的專利申請，并在隨后向眾多方向和技術(shù)領(lǐng)域展開，在全球范圍內(nèi)涵蓋了米粉的制備、米粉深加工技術(shù)、米粉裝備和米粉下游產(chǎn)品等研究熱潮，有關(guān)米粉方面的論文和專利申請開始持續(xù)大幅度增長，熱度至今不減。為了適應(yīng)米粉行業(yè)發(fā)展的需求和變化，米粉的智能機械裝備市場占整個米粉行業(yè)機械的比例逐漸增加[1]。米粉機械裝備隸屬于食品和包裝，指的是用于米粉生產(chǎn)的機械裝備。隨著科技的進步，米粉生產(chǎn)技術(shù)從過去傳統(tǒng)的作坊式走向現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)模式，在其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的過程中需要各種不同的裝備來完成。各段生產(chǎn)工藝之間要銜接恰當，產(chǎn)量協(xié)調(diào)，要求自動化和智能化程度要高，對于會影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵控制點應(yīng)盡可能實現(xiàn)自動化和智能化控制，以保證控制的精確度。米粉行業(yè)對米粉機械裝備的需求依賴度較大，米粉機械裝備不僅要求線體上各種機械加工裝置能自動地完成預(yù)定的各道工序及工藝過程，使產(chǎn)品成為合格的制品，并且要求在裝卸工件、定位夾緊以及工件在工序間的輸送、分揀甚至包裝都能自動地進行[2]。米粉剪切和包裝關(guān)鍵裝備技術(shù)處于整個米粉產(chǎn)業(yè)的末端環(huán)節(jié)，主要包含：米粉智能切斷裝備、稱量捆扎裝備和智能包裝裝備，分別實現(xiàn)米粉的剪切、輸送稱量、捆扎和包裝。本文通過對米粉剪切和智能高效包裝技術(shù)領(lǐng)域進行專利檢索并進行人工去噪，分析目前該技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)外的發(fā)展狀況，為該技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)人員和市場主體進行新技術(shù)開發(fā)和專利布局提供借鑒和思考[3]。

1 技術(shù)構(gòu)成分析

從一般技術(shù)角度來分析，掛面和米粉的制作工藝和包裝技術(shù)基本相同，所以，本文所稱的米粉與掛面屬于同一技術(shù)領(lǐng)域，具有共同含義。米粉的剪切、整理到包裝所涉及的專利種類繁多，技術(shù)分支更是多樣，由于米粉與面條的領(lǐng)域相近，其切斷和包裝的工藝方法近似，因此將米粉剪切、稱量和捆扎設(shè)備的檢索范圍擴展到米粉和面條的切斷、稱量和捆扎技術(shù)方法和裝備，通過Incopat數(shù)據(jù)庫，對2019年12月31號之前的專利進行檢索，經(jīng)過人工去噪和分類，挑選出排名前十的技術(shù)分支進行分析，如圖1所示。

圖1 全球?qū)＠夹g(shù)構(gòu)成分析

前10位主要技術(shù)分支的含義如下：

A21C(49.79%)：制作或加工面團的機械或設(shè)備；處理由面團制作的焙烤食品[4]。

B65B(33.05%)：包裝物件或物料的機械，裝置或設(shè)備，或方法。

A23L(9.01%)：食品、食料或非酒精飲料的制備或處理；食品或食料的一般保存[5]。

B26D(3.43%)：剪切；包括用于打孔、沖孔、切割、沖裁或剪切的機器的通用零件。

G01G(1.72%)：檢測與稱量裝置。

B65G(1.29%)：運輸或貯存裝置；便攜式或可移動的舉升或牽引器具；用于裝載或卸載目的的升降貨物的裝置。

A22C(0.43%)：肉類、家禽或魚類的加工。

A23P(0.43%)：未被其他單一小類所完全包含的食料成型或加工[6]。

A47J(0.43%)：廚房用具；咖啡磨；香料磨；飲料制備裝置。

F26B(0.43%)：從固體材料或制品中消除液體的干燥[7]。

2 專利活躍度分析

經(jīng)過國際檢索后選取全球排名前十的申請人作為重要申請人，分析其自2000年之后在米粉剪切、稱量和包裝技術(shù)設(shè)備的專利申請量占該申請人專利申請總量的比重。

通過對表1的分析可以看出，青島海科佳電子設(shè)備制造有限公司、登封市啟明軒程控設(shè)備有限公司和張念江個人在米粉切斷和稱量捆扎設(shè)備的研發(fā)上均較為活躍，尤其是青島?？萍央娮釉O(shè)備制造有限公司，累計申請總量最多，可見該企業(yè)對米粉切斷和稱量捆扎的研發(fā)和知識產(chǎn)權(quán)的保護都較為重視。此外，桂林靈川縣永祥米業(yè)有限公司、博大面業(yè)集團有限公司和耿國文個人對于該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)也比較重視，該領(lǐng)域?qū)＠暾埩吭诳偟膶＠暾埩坷镎急容^高，說明沿海發(fā)達地區(qū)對該技術(shù)領(lǐng)域具有較強的創(chuàng)新需求和生產(chǎn)應(yīng)用。

表1 全球排名前十申請人

3 重點專利與權(quán)利人分析

為了進行橫向分析和比較，根據(jù)把檢索到的專利權(quán)利要求的數(shù)量、引證和被引證次數(shù)、專利同族數(shù)量、發(fā)生異議(或無效、訴訟及許可轉(zhuǎn)讓)情況等組成綜合衡量指標，并從中篩選出10件技術(shù)領(lǐng)域接近的重點專利(見表2)，然后分析其權(quán)利要求的技術(shù)特征構(gòu)成和主要創(chuàng)新發(fā)明點。

表2 重點專利列表

從檢索文獻中歸納分析后可以清楚地看到，表2中申請?zhí)枮镃N201420350326.2的專利公開了一種全自動多稱掛面包裝系統(tǒng)，除了包括掛面輸送機以外，還包括輸送組合料盒、掛面提升裝置、掛面包裝機、掛面齊面裝置、掛面計量裝置、提升料盒和掛面過渡料斗；掛面計量裝置設(shè)置在提升料盒之上，以對掛面進行定量稱重；其中的掛面提升裝置與掛面過渡料斗相連接，以將掛面提升并放于掛面過渡料斗中；輸送組合料盒設(shè)置在掛面輸送機上，掛面輸送機與掛面齊面裝置相連接，以帶著輸送組合料盒經(jīng)過輸送位置到達掛面齊面裝置的位置；掛面齊面裝置與掛面輸送機末端相連接，該專利的主要發(fā)明點集中在智能稱量和分料技術(shù)，主要技術(shù)效果為能夠提高米粉自動化包裝程度。

表2中申請?zhí)枮镃N201320287004.3的專利公開了一種全自動多稱掛面包裝裝置，包含包裝機主機、稱位置檢測開關(guān)、位置凸輪、掛面輸送裝置、掛面輸送料斗、微量計量稱、輸送線、微量計量料斗、推料板、推料槽、推料板運動架、二次落料斗、一次落料斗、末端送料斗、推料裝置、直線導軌及滑塊和稱量區(qū)，掛面輸送裝置底部的輸送線穿越稱量區(qū)，輸送線上均勻設(shè)置有數(shù)個補料位置料斗和放料位置料斗，掛面輸送裝置上設(shè)置有數(shù)個稱位置檢測開關(guān)，稱位置檢測開關(guān)之間設(shè)置有位置凸輪，稱量區(qū)中的稱分別與數(shù)個稱位置檢測開關(guān)一一對應(yīng)連接，稱量區(qū)前端的輸送線上部設(shè)置有微量計量稱，微量計量稱下端設(shè)置有微量計量料斗；掛面輸送裝置與輸送線之間均勻設(shè)置有數(shù)個掛面輸送料斗，掛面輸送裝置端部設(shè)置有末端送料斗；包裝機主機上端設(shè)置有推料裝置，推料裝置上端對應(yīng)末端送料斗處設(shè)置有一次落料斗，一次落料斗下端設(shè)置有二次落料斗，二次落料斗下方設(shè)置有推料板，推料板固定在推料板運動架上，推料板運動架采用浮動式結(jié)構(gòu)可運動地設(shè)置在推料槽內(nèi)，推料板運動架下端設(shè)置有直線導軌及滑塊。該專利的主要發(fā)明點也是智能稱量分料技術(shù)，主要技術(shù)效果是通過多個稱的稱量來提高掛面和米粉稱量的精確程度。

表2申請?zhí)枮镃N201210568445.0的專利公開了一種掛面立式切斷機，包括機架、設(shè)于機架上的掛面切斷裝置、切成掛面輸送帶和面桿輸送機構(gòu)導軌，在框形機架上安裝有兩組以上包括定刀、旋轉(zhuǎn)切刀及旋轉(zhuǎn)切刀驅(qū)動機構(gòu)組成的掛面切斷裝置[8]，每組定刀與旋轉(zhuǎn)切刀配合組成一副掛面切刀，各組掛面切斷裝置呈水平方向安裝于機架的縱向框架上，每副掛面切刀的切割點都在同一個垂直平面內(nèi)，各組掛面切斷裝置從框形機架入口由低至高的不同高度位置相應(yīng)安裝，每組掛面切斷裝置下方均設(shè)置有切成掛面輸送帶，面桿輸送機構(gòu)導軌設(shè)置在機架頂部，旋轉(zhuǎn)切刀轉(zhuǎn)速為每分鐘30(60轉(zhuǎn)。該專利的主要發(fā)明點為旋轉(zhuǎn)切斷刀技術(shù)，主要技術(shù)效果為結(jié)構(gòu)簡單、便于調(diào)節(jié)。

表2中申請?zhí)枮镃N201210289812.3的專利公開了一種掛面生產(chǎn)中的面條切面機，包括機架，機架上設(shè)有用于輸送長面條的輸送帶，其特征是機架上設(shè)有電氣控制機構(gòu)和刀架導軌，刀架導軌上設(shè)有至少3個切刀架，切刀架上安裝有氣缸的缸筒，刀架與氣缸的活塞桿連接，刀架上設(shè)有切面刀和壓面機構(gòu)，所述電氣控制機構(gòu)通過對各氣缸的順序控制，將長面條分切成成品掛面長度的面段。該專利的主要發(fā)明點為直線切斷刀技術(shù)，主要技術(shù)效果為切斷精度高、斷面整齊。

表2中申請?zhí)枮镃N201410852293.6的專利公開了一種掛面包裝機稱量裝置，由粗稱部分、細稱部分和秤盤部分組成[9]，掛面包裝機稱量裝置粗稱部分的稱量墻板固定在稱量底座上，粗稱左右擋面板固定在稱量墻板內(nèi)側(cè)，粗稱前后滑動底板固定在粗稱前后滑動板上，粗稱前后滑動固定塊固定在粗稱前后滑動板上，前后擺動連桿連接粗稱前后滑動固定塊和前后擺動傳動軸夾，粗稱尼龍輪和前后擺動傳動軸夾同軸，粗稱前后滑動板底部兩側(cè)各安置光軸，形成兩條滑道，左右擺連接軸夾和后撥面軸夾是同一軸夾，作用不同，左右擺連桿連接左右擺連接軸夾和左右擺連接塊，左右擺連接塊固定在左右擺底板上，左右擺滑動連接板和左右擺固定板連接，左右擺固定板固定在左右擺底板上；掛面包裝機稱量裝置細稱部分的稱量墻板固定在稱量底座上，細稱左右擋面板固定在稱量墻板內(nèi)側(cè)，細稱前后滑動底板固定在細稱前后滑動板上，細稱前后滑動固定塊固定在細稱前后滑動板上，前后滑動連桿連接細稱前后滑動固定塊和細稱前后擺動軸夾，尼龍輪和細稱前后擺動軸夾，細稱前后滑動板底部兩側(cè)各安置光軸，形成兩條滑道，左右擺連桿連接左右擺連接軸夾和左右擺連接塊，左右擺連接塊固定在左右擺底板上，左右擺滑動連接板和左右擺固定板連接，左右擺固定板固定在左右擺底板上。該專利的主要發(fā)明點為多重稱量分料技術(shù)，主要技術(shù)效果為切斷精度高、斷面整齊。

表2中申請?zhí)枮镃N201510115681.0的專利公開了一種掛面自動分檢裝置，包括翻面掛鉤、V形稱量托盤、左側(cè)板、稱重傳感器、不合格品收集托盤、右側(cè)板、導面板、凸輪、氣缸、導面板軸、擺桿、支架，翻面掛鉤為兩個，分別固定在擺桿上，擺桿的兩端分別固定在左側(cè)板和右側(cè)板上，左側(cè)板上設(shè)有凸輪、氣缸，V形稱量托盤設(shè)在稱重傳感器上，稱重傳感器固定在支架上所述支架上設(shè)有不合格品收集托盤，導面板軸上設(shè)有導面板，導面板軸的兩側(cè)分別固定在左側(cè)板和右側(cè)板上。該專利的主要創(chuàng)新發(fā)明點為智能稱量分檢技術(shù)，主要技術(shù)效果為自動化包裝精確度高。

表2中申請?zhí)枮镃N201320047218.3的專利公開了一種壓面機面皮或面條長度調(diào)節(jié)裝置，包括壓面機機架、壓面輥、壓面輥支架，其中，壓面輥支架之間設(shè)置位于壓面輥下方的切刀支架，該切刀支架上配置切刀，切刀通過電機控制運動，電機由控制器控制運轉(zhuǎn)；控制器包括編碼器和計數(shù)器；壓面輥支架的兩端設(shè)置有兩個結(jié)構(gòu)相同的面皮或面條厚度調(diào)節(jié)單元，每一調(diào)節(jié)單元均包括旋轉(zhuǎn)手柄、絲桿、軸承滑動套和彈性部件，其中，軸承滑動套套裝在壓面輥的軸承上，絲桿的一端與旋轉(zhuǎn)手柄連接，另一端抵住軸承滑動套的外壁，軸承滑動套的另一側(cè)外壁與壓面輥支架之間設(shè)置彈性部件；彈性部件為彈簧，裝配時該彈簧處于壓縮狀態(tài)。該專利的主要發(fā)明點為電動控制切斷技術(shù)，主要技術(shù)效果為結(jié)構(gòu)簡單且使用方便。

表2中申請?zhí)枮镃N201320810070.4的專利公開了一種高效定量自動切斷拉面機，包括機體，機體由液壓站控制的液壓缸、設(shè)置在液壓缸下面用于支撐液壓缸的支架、設(shè)置在液壓缸下方用于壓面的活塞、設(shè)置在支架右側(cè)用于切斷面條的切斷裝置、設(shè)置在支架底面可調(diào)換漏孔的漏面模具；切斷裝置由電磁鐵、傳動桿、復位彈簧、L形擺桿、切斷刀片組成，所述電磁鐵下端連接有傳動桿，傳動桿上套有復位彈簧，傳動桿下端連接有L形擺桿的一端，L形擺桿的的另一端上部通過螺絲固定在支架上，L形擺桿的的另一端端部通過緊固螺絲固定連接有切斷刀片；漏面模具由模具座、帶把手模具、模具漏網(wǎng)組成，帶把手模具外壁上設(shè)置有用于固定在模具座上的卡位，模具座外壁上設(shè)置有用于固定在支架上的卡位，模具座內(nèi)固定有可拆卸、調(diào)換的模具漏網(wǎng)，模具漏網(wǎng)與模具座通過卡位固定在一起，并且在模具漏網(wǎng)下部與模具座之間還設(shè)置有用于緊固位置的卡簧。該專利的主要創(chuàng)新發(fā)明點為定量剪切和整理技術(shù)，主要技術(shù)效果能夠高效、快捷的完成剪切和整理任務(wù)。

表2中申請?zhí)枮镃N201520666589.9的專利公開了一種全自動M型立體袋掛面包裝機，包括稱重分組機構(gòu)，稱重分組機構(gòu)與提升機構(gòu)連接[10]，提升機構(gòu)與接面機構(gòu)連接，接面機構(gòu)分別與推面機構(gòu)、上袋機構(gòu)、移送機構(gòu)連接，所述的移送機構(gòu)與熱合封口機構(gòu)連接，熱合封口機構(gòu)上連接有后蹲袋機構(gòu)，移送機構(gòu)上連接有前蹲袋機構(gòu)，移送機構(gòu)與撐袋機構(gòu)連接[11]。該專利的主要創(chuàng)新發(fā)明點為智能式全自動包裝操作技術(shù)，主要技術(shù)效果為無人式全自動機械操作，節(jié)省人力物力。

表2中申請?zhí)朇N200620155106.X的專利公開了一種米粉碾壓松散及切斷設(shè)備，包括機架、安裝在機架上的米粉碾壓裝置、設(shè)置在米粉碾壓裝置的米粉出口端的米粉切斷裝置、與米粉碾壓裝置相連的第一驅(qū)動裝置以及與米粉切斷裝置相連的第二驅(qū)動裝置[12]，米粉碾壓裝置包括若干層首尾相接的由皮帶主動輥、從動輥與皮帶組成的皮帶傳動副以及置于皮帶上的若干個用于碾壓米粉的壓輥，皮帶主動輥與第一驅(qū)動裝置相連。該專利的主要創(chuàng)新發(fā)明點為集合了米粉的碾壓松散以及剪切技術(shù)，主要技術(shù)效果是一機多用，功能齊全，生產(chǎn)效率提高。針對檢索到的重點專利與專利權(quán)人，特別是針對表2所列的10項具有代表性的重點專利技術(shù)情況及其內(nèi)在相關(guān)性進行綜合歸納與橫向?qū)Ρ确治?可以看出，我國是米粉剪切與包裝技術(shù)的發(fā)源地和創(chuàng)新核心技術(shù)的所在國，在該技術(shù)領(lǐng)域中的重點專利及其權(quán)利人的主要權(quán)利人均來自于中國企業(yè)或個人。從分支技術(shù)領(lǐng)域來分析，涉及到米粉剪切技術(shù)及其設(shè)備的專利占比40%以上;涉及到米粉包裝設(shè)備及其技術(shù)的專利占比近30%;涉及到加工過程中的稱量、分揀和長度調(diào)節(jié)技術(shù)及其設(shè)備的占比近30%。從專利申請期間來分析，可以清楚地看到，申請主體企業(yè)或個人在2010～2015年期間出現(xiàn)了米粉加工技術(shù)及其裝備研發(fā)的高峰期，特別是在2013、2014和2015年三年期間的專利申請占總有效專利的比例37%以上，說明在這個期間，相關(guān)申請主體對米粉加工技術(shù)及其裝備高度關(guān)注，并投入了大量的研發(fā)資源。從專利權(quán)人的地域布局來看，沿海地區(qū)的企業(yè)在該領(lǐng)域中申請專利的活躍度遠大于內(nèi)陸地區(qū)，特別是也遠大于米粉生產(chǎn)的原產(chǎn)地的專利申請量,并具有明顯的突出標志性特點，說明我國內(nèi)陸地區(qū)及其企業(yè)在該領(lǐng)域的研發(fā)投入遠遠低于沿海發(fā)達地區(qū)。另外,從專利權(quán)人的屬性來分析，企業(yè)主體作為專利權(quán)人在米粉剪切及其包裝技術(shù)領(lǐng)域的占比大于90%，說明在該領(lǐng)域中，職務(wù)發(fā)明創(chuàng)造占比遠遠大于非職務(wù)發(fā)明創(chuàng)造。從專利申請量的發(fā)展狀態(tài)來分析，可以得出下列結(jié)論：在米粉剪切與包裝設(shè)備及其加工技術(shù)領(lǐng)域，我國的專利申請前景有待于進一步提高，特別是在自動化和智能化剪切、稱量、長度調(diào)節(jié)和包裝運輸?shù)燃夹g(shù)方向還有較大的研發(fā)和創(chuàng)新空間，未來將成為相關(guān)企業(yè)主體發(fā)明創(chuàng)造的重點考慮方向。

對表2中的10項重點專利技術(shù)進行技術(shù)關(guān)聯(lián)度橫向比較可以看到，這10項同一技術(shù)領(lǐng)域的重點專利目前均處于有效地保護期限內(nèi)，而且最長的保護期限已經(jīng)超過了近10年，但是，這些專利技術(shù)方案基本沒有涉及到采用智能化設(shè)備和機器人技術(shù)進行米粉剪切和包裝，說明該技術(shù)方向還具有較大的創(chuàng)新預(yù)期空間，有關(guān)研發(fā)主體應(yīng)當積極開展該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。

4 結(jié)論

在米粉(包括掛面)剪切和智能化包裝領(lǐng)域的專利技術(shù)主要集中在米粉的剪切、稱量、整理、包裝、運輸和儲存等技術(shù)領(lǐng)域，在該領(lǐng)域中，青島海科佳電子設(shè)備制造有限公司和登封市啟明軒程控設(shè)備有限公司等發(fā)明主體的專利申請和擁有量位列前茅，技術(shù)活躍度較高，參考價值明顯。目前該技術(shù)領(lǐng)域的主要技術(shù)瓶頸是無人式智能化全自動的高效的米粉(包括掛面)剪切技術(shù)及其裝備的研發(fā)，這將是未來米粉和掛面經(jīng)營行業(yè)研發(fā)與生產(chǎn)中的市場主體進行發(fā)展戰(zhàn)略布局、科技創(chuàng)新管理、技術(shù)市場開拓、知識產(chǎn)權(quán)保護預(yù)警和專利挖掘布局與導航的熱點和重點。