船舶橫搖減少裝置專利技術(shù)綜述

章渝　李創(chuàng)蘭

摘? 要：本文采用CNABS和DWPI為主要檢索數(shù)據(jù)庫，通過對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域相關(guān)專利技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行收集、標(biāo)引和梳理，對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區(qū)域布局、主要申請人等情況進(jìn)行分析，并提取出橫搖減少裝置三級分支下的主要技術(shù)主題，并對其發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了研究，以期為創(chuàng)新主體培育相關(guān)高價值專利提供啟示。

關(guān)鍵詞：橫搖減少裝置;;統(tǒng)計分析;高價值專利

1 概述

艦船為具有六個自由度的水面結(jié)構(gòu)物，由于受到環(huán)境因素的擾動，將會在航行過程中產(chǎn)生或大或小的晃動及位移，這些環(huán)境擾動因素主要包括風(fēng)、浪、流等[1]。隨著精密儀器的搭載、船艇舒適度要求的不斷提高，如何減少船舶在航行過程中的搖蕩變得尤為重要。由于船舶的特殊形狀，橫搖是所有搖蕩運動中最嚴(yán)重的。劇烈的橫搖運動可以導(dǎo)致船舶側(cè)翻，船上的建筑物、設(shè)備等損壞，引起甲板浸水，引起船上人員暈船等?？梢?，橫搖減少裝置的發(fā)展是十分必要的。結(jié)合其穩(wěn)定力的實施方式，橫搖減少裝置主要分為重力式、流體動力式、陀螺力式[2]。本文采用CNABS和DWPI為主要檢索數(shù)據(jù)庫，通過對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域相關(guān)專利技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行收集、標(biāo)引和梳理，對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區(qū)域布局、主要申請人等情況進(jìn)行分析，并提取出橫搖減少裝置三級分支下的主要技術(shù)主題，并對其發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了研究。

2 全球市場專利申請情況

2.1 申請趨勢分析

通過對全球范圍各時間段內(nèi)的專利申請進(jìn)行統(tǒng)計得到圖1，圖1中顯示了全球市場范圍內(nèi)船舶橫搖減少裝置的專利申請量隨年份的變化趨勢。通過對該圖顯示的統(tǒng)計情況進(jìn)行分析，以期對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域的專利申請的發(fā)展歷程、申請熱度進(jìn)行初步總體掌握。

根據(jù)上圖的顯示情況可以看出，船舶橫搖減少裝置的專利申請大致經(jīng)歷了三個主要階段：

第一階段（1945年-1975年）為船舶橫搖減少技術(shù)的發(fā)展初期，這一階段的專利申請的年申請量較少，但總體呈現(xiàn)出增長的趨勢，到70年代初期，年申請量達(dá)到50件左右。該階段的船舶橫搖減少技術(shù)發(fā)展比較單一，主要集中在原理簡單的分支。該階段的減搖裝置結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍較窄，對許多復(fù)雜的流體動力性能還沒有比較清楚的認(rèn)識;

第二階段（1975年-2005年）年申請量保持在50-100件之間，這一階段的專利年申請量比較穩(wěn)定，沒有大的波動。船舶橫搖減少技術(shù)的各個分支均出現(xiàn)了少量申請。該階段的申請開始著重對減搖裝置力學(xué)性能開始了研究，也開始發(fā)展出現(xiàn)控制方面的研究。

第三階段（2005年-至今）2005年左右船舶橫搖減少技術(shù)的專利申請量逐步上升，年專利申請量激增至100件到150件之間。2010至2015年間迎來了一次大的爆發(fā)，突破150件，該次專利申請大爆發(fā)至今，該領(lǐng)域的年專利申請量始終保持一個較高的水平。經(jīng)過時代的發(fā)展，這一階段的專利申請主要集中在了幾個船舶橫搖減少技術(shù)的重要分支上。且隨著計算機(jī)、控制技術(shù)等的大發(fā)展，這一時期的船舶橫搖減少技術(shù)也呈現(xiàn)出了聯(lián)合控制、自動化、精確化的趨勢。

2.2 區(qū)域布局分析

本文采用專利申請的優(yōu)先權(quán)國代表技術(shù)原創(chuàng)國，對相關(guān)的專利申請數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，得到了其分布情況（圖2）。通過該圖的顯示可以看到船舶減搖技術(shù)主要集中在日本、中國、美國、韓國。這四個國家是船舶領(lǐng)域公認(rèn)的造船大國。其中日本的申請量占到申請總量的22%，而中國也有較重的申請份額（19%）。而歐洲方面船舶橫搖減少技術(shù)的專利申請主要集中在早期。我國是傳統(tǒng)造船大國，關(guān)于船舶橫搖減少技術(shù)從70年代開始就有了較為系統(tǒng)的研究。90年代后期開始，由于市場的需求，我國對于船舶橫搖減少技術(shù)也逐漸加大了研究力度，從造船大國向造船強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。

2.3 重點申請人

圖3為船舶橫搖減少裝置全球?qū)＠暾埖闹饕暾埲思吧暾埩糠植记闆r統(tǒng)計。通過分析可以看出，船舶橫搖減少技術(shù)領(lǐng)域排名前八的申請人主要集中在中、日、韓等造船大國。且排名靠前的主要集中在日、韓的部分大型造船企業(yè)，如日本的三菱重工、IHI株式會社，韓國的三星重工、現(xiàn)代重工、大宇造船等。其中三菱重工和三星重工這兩個知名企業(yè)占據(jù)了最重的分量。此外，從總量上來看，排名前八的重點申請人的申請總量在整個船舶橫搖減少裝置中占的比例較少，說明船舶橫搖減少技術(shù)領(lǐng)域的申請人相對比較分散，而這一部分較為分散的申請很大一部分集中在歐洲、美國的早期申請。針對我國，分析我國的重點專利申請人可以看出，我國關(guān)于船舶減搖技術(shù)的研究主要集中在高校，而我國造船企業(yè)多以生產(chǎn)、建造為主，針對船舶減搖技術(shù)的自主研發(fā)能力較低，技術(shù)的發(fā)展多依賴高校的科研成果。

2.4 技術(shù)專題分析

通過對船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域相關(guān)專利技術(shù)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行收集、標(biāo)引和梳理，并結(jié)合非專利庫中相關(guān)學(xué)術(shù)研究對船舶橫搖減少裝置涉及的技術(shù)進(jìn)行了分類細(xì)化，建立了船舶橫搖減少裝置技術(shù)分解，見圖4

圖5中顯示了船舶減搖裝置領(lǐng)域一級分支下的申請量分布情況。其中，流體動力式（3608項）比重最高占到了58%，重力式（2260項）其次，占36%?？梢钥闯隼卯a(chǎn)生的流體動力來減少船舶橫搖的技術(shù)發(fā)展較好。而陀螺力式減搖裝置的原理單一，發(fā)展也相對停滯。

圖6顯示了船舶橫搖減少裝置領(lǐng)域各二級技術(shù)分支的申請量份額情況，從圖中可以很直觀地看出，減搖附體的申請量份額占有最重的比例（3296項）。減搖水艙（1547項）和重物減搖（713項）其次，陀螺儀減搖（353項）和推進(jìn)器減搖（311項）申請量都較少，比重相當(dāng)。通過具體量化分析可以發(fā)現(xiàn)，排名第一的減搖附體的申請量占到了整個二級分支總量的52.9%，從申請數(shù)量上就奠定了減搖附體在整個船舶減搖裝置發(fā)展中的重要地位。

3 船舶減搖鰭的發(fā)展

3.1 減搖浮體各分支申請

減搖附體在整個二級分支中占有很高的份額。船舶附體利用在船舶型線外的附加部件在流體介質(zhì)產(chǎn)生阻尼、穩(wěn)定力/穩(wěn)定力矩、等流體動力，從而達(dá)到減小橫搖的目的。減搖附體以其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、應(yīng)用靈活等特點得到了很好的發(fā)展。減搖附體主要具有減搖鰭、舭龍骨、舵減搖等分支。而其中減搖鰭在各個時間段的申請量均高于其余兩種減搖裝置，在減搖附體的發(fā)展中占有絕對的主導(dǎo)地位。在發(fā)展早期各分支的申請量相當(dāng)，都相對較少。發(fā)展中后期減搖鰭迎來了申請量的爆發(fā)，申請量保持穩(wěn)步增長。反觀舭龍骨和舵減搖的發(fā)展歷程，發(fā)展過程中申請量數(shù)量始終維持在較少數(shù)量，并無大的發(fā)展。從數(shù)量上來說，減搖鰭是整個減搖附體技術(shù)分支中的發(fā)展重點。從增長趨勢上來說減搖鰭也是減搖附體中最具發(fā)展勢頭的一個分支，具有較大的發(fā)展、挖掘潛力。

3.2 減搖鰭的發(fā)展脈絡(luò)

減搖鰭作為一種主動減搖附體，它是通過船體中兩舭伸出的一對機(jī)翼型葉片在水中產(chǎn)生升力，當(dāng)船在風(fēng)浪中橫搖時，左右兩側(cè)的鰭的升力形成復(fù)原力矩，用于抵抗風(fēng)浪左右的力矩，從而減小船舶的橫搖運動[3]。 減搖鰭的主體結(jié)構(gòu)主要為鰭葉和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成方式。鰭葉用于產(chǎn)生水動力效果，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成鰭葉的運動，包含了鰭葉的繞軸轉(zhuǎn)動和可回收式鰭葉的回收。在減搖鰭的整個發(fā)展過程中，重點也主要集中在執(zhí)行機(jī)構(gòu)、鰭葉水動力性能提升這兩方面。圖7展示了減搖鰭的主要發(fā)展演進(jìn)情況，其發(fā)展情況大致可以分成三個階段。

60-80年代，減搖鰭的執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)歷了革命性的變化。從早期的固定式向可收放式發(fā)展。這一轉(zhuǎn)變使得減搖鰭在靜水中的阻力大大減小，但同時也為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。該時期的減搖鰭的收放形式主要為沿著減搖鰭轉(zhuǎn)軸的軸線方向?qū)Ⅵ捜~進(jìn)行回收。而減搖鰭的水動力性能方面，70年代初期開始，人們逐漸開始意識到機(jī)翼形狀的鰭葉端部會產(chǎn)生渦流，并認(rèn)識到其危害性。研究人員開始從機(jī)翼的結(jié)構(gòu)形式、機(jī)翼表面的微處理發(fā)面著手改進(jìn)其水動力性能。該時期減搖鰭處在技術(shù)改進(jìn)的發(fā)展初期。

80-90年代后期，減搖鰭回收方式從軸向回收向折疊回收轉(zhuǎn)變。而針對減少渦流的研究的到了進(jìn)一步的發(fā)展，專利申請中也涌現(xiàn)出了一批關(guān)于減少渦流革命性改進(jìn)。該時期減搖鰭水動力性能研究的重點集中在從增加機(jī)翼拱度來提高機(jī)翼升力方面。

90年代后期開始，執(zhí)行結(jié)構(gòu)向著液壓控制的方向發(fā)展。這一時期開始，隨著海洋工程的發(fā)展，人們對減搖鰭的需求有了新的認(rèn)識。傳統(tǒng)減搖鰭減搖機(jī)理產(chǎn)生于船舶航行中，航行的水流在具有一定角度的鰭面上產(chǎn)生作用力，且減搖的效果取決于船舶的航速。可見傳統(tǒng)減搖鰭的功能對于高航速有較大的依賴性，當(dāng)航速較小或甚至為零的情況下，傳統(tǒng)減搖鰭并不能發(fā)揮作用。隨著海洋工程的發(fā)展，需要在零航速下作用的船舶越來越多，為了在風(fēng)浪條件下完成海上定點作用，迫切需要進(jìn)行零航速減搖。由于傳統(tǒng)減搖鰭在零航速條件下鰭上、下表面無壓力差，無法產(chǎn)生升力，因此針對零航速減搖鰭的研究主要集中在了減搖鰭的周期性振動產(chǎn)生升力，也就是變形減搖鰭上。

結(jié)語

通過對全球橫搖減少裝置專利的申請趨勢、區(qū)域布局、主要申請人等情況進(jìn)行分析，可以看出，該領(lǐng)域主體的專利技術(shù)仍然掌握在中、美、日、韓等傳統(tǒng)造船大國手中。而與其他國家相比，我國關(guān)于船舶減搖技術(shù)的研究主要集中在高校。隨著精密儀器的搭載、船艇舒適度要求的不斷提高，減搖裝置的創(chuàng)新在現(xiàn)代造船市場中具有越來越重要的地位，在我國也具有很大的發(fā)展空間，船舶領(lǐng)域的各類創(chuàng)新主體應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)專利保護(hù)意識，并進(jìn)一步提升高價值專利占比，以促進(jìn)我國船舶行業(yè)的大力發(fā)展。（第二作者對本文的貢獻(xiàn)與第一作者等同）

參考文獻(xiàn)：

[1]楊輝.船舶減搖方式介紹及發(fā)展趨勢[J].江蘇船舶，2007，24（04）：10-12.

[2]張杰薦.船舶減搖水艙測試系統(tǒng)設(shè)計及控制策略研究.內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015.

[3] 董美華等.船舶減搖技術(shù)研究進(jìn)展. 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008， 22（02） ：183-188.

作者簡介：章渝（1988—），男，湖南邵陽人，知識產(chǎn)權(quán)師，工學(xué)碩士，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心專利審查員;李創(chuàng)蘭（1988—），女，四川內(nèi)江人，知識產(chǎn)權(quán)師，工學(xué)碩士，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心專利審查員（等同第一作者）。