翟東升,闞慧敏,李夢(mèng)洋,徐 碩,陳蒙蒙
(北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,北京 100124)
近年來(lái),中國(guó)相繼發(fā)布《國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略綱要》《關(guān)于新形勢(shì)下加快知識(shí)產(chǎn)權(quán)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的若干意見(jiàn)》等文件,認(rèn)定了以專(zhuān)利為核心代表的知識(shí)產(chǎn)權(quán)要素的戰(zhàn)略性資源地位,并提出了提升專(zhuān)利質(zhì)量、強(qiáng)化專(zhuān)利布局等頂層設(shè)計(jì)思路。
任何一家企業(yè)的專(zhuān)利布局策略都是在了解產(chǎn)業(yè)鏈整體技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)的情況下,根據(jù)自身的專(zhuān)利情況及其他企業(yè)的布局現(xiàn)狀及意圖,指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)一步解決實(shí)際問(wèn)題的針對(duì)性策略。但是在實(shí)踐過(guò)程中,中國(guó)企業(yè)在專(zhuān)利布局方面存在認(rèn)知與操作盲點(diǎn)[1],而這一短板在近期中美貿(mào)易爭(zhēng)端中更為凸顯,阻礙了中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的自由發(fā)展。
因此,提出一套有效的專(zhuān)利布局分析方法具有重要意義,幫助企業(yè)了解己方布局缺陷獲取強(qiáng)化建議,同時(shí)識(shí)別競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的布局意圖為己方提供防御策略,以期進(jìn)一步為企業(yè)乃至國(guó)家實(shí)施技術(shù)防御或突破技術(shù)封鎖指引方向,實(shí)現(xiàn)技術(shù)實(shí)施自由,保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定。
近年來(lái),技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,企業(yè)不斷擴(kuò)大專(zhuān)利申請(qǐng),形成了專(zhuān)利聚集現(xiàn)象[2]。為了管理日益增多的專(zhuān)利,Blind等[3]將組合管理思想引入專(zhuān)利管理中,并證實(shí)構(gòu)建特定的專(zhuān)利組合可以獲得遠(yuǎn)大于單件專(zhuān)利的保護(hù)與威脅力度。隨著研究的深入,學(xué)者們也認(rèn)識(shí)到專(zhuān)利組合與企業(yè)戰(zhàn)略的相關(guān)性,將專(zhuān)利組合定義為一種可以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的異質(zhì)專(zhuān)利資源集合[4],本文將這種從戰(zhàn)略性視角提出的專(zhuān)利組合稱(chēng)為專(zhuān)利布局。
為給企業(yè)專(zhuān)利布局提供科學(xué)合理的實(shí)施建議,研究人員從不同角度對(duì)專(zhuān)利布局進(jìn)行了研究。一些學(xué)者從企業(yè)或組織層面開(kāi)展工作,基于市場(chǎng)和技術(shù)維度或是動(dòng)態(tài)發(fā)展角度研究企業(yè)內(nèi)部的核心專(zhuān)利或?qū)@M合的布局情況[5-8],但其都忽略了一個(gè)問(wèn)題,專(zhuān)利布局不能只關(guān)注企業(yè)自身的專(zhuān)利情況,更應(yīng)該將企業(yè)放置到產(chǎn)業(yè)鏈上考慮。產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)侵改骋恍袠I(yè)中具有某種內(nèi)在相關(guān)聯(lián)系的企業(yè)集合,能夠滿(mǎn)足終端客戶(hù)對(duì)某種產(chǎn)品或服務(wù)的需求[9]。企業(yè)之間可能是合作或競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,只有充分考慮產(chǎn)業(yè)鏈上其他企業(yè)的布局情況及意圖,才能更好地了解企業(yè)自身所處的技術(shù)環(huán)境。當(dāng)然也有一些研究人員考慮了行業(yè)內(nèi)其他企業(yè)的專(zhuān)利情況,利用專(zhuān)利地圖、專(zhuān)利路線圖等方法分析并指導(dǎo)專(zhuān)利布局[10-13]。專(zhuān)利地圖等方法雖然可以幫助企業(yè)了解行業(yè)動(dòng)態(tài)并指引技術(shù)發(fā)展方向,但其不能體現(xiàn)專(zhuān)利間存在的技術(shù)關(guān)聯(lián),并且無(wú)法展現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上各布局主體的技術(shù)攻防意圖。因此,鑒于現(xiàn)有研究的局限性,本文刻畫(huà)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈視角下的專(zhuān)利布局情況,并基于此進(jìn)行布局意圖挖掘,以期更好地指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)一步實(shí)施專(zhuān)利布局。
為更好地刻畫(huà)及分析專(zhuān)利布局,需考慮專(zhuān)利布局的影響因素。一些學(xué)者從戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)以及專(zhuān)利引用等方面開(kāi)展了研究[14-15],但都未能對(duì)其根本性因素進(jìn)行探究,即專(zhuān)利間所具有的微觀技術(shù)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu),而基于這些微觀結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)出的專(zhuān)利組合廣度與強(qiáng)度是決定專(zhuān)利布局質(zhì)量的核心因素[16]。專(zhuān)利布局的核心特征因素總結(jié)為兩大類(lèi),第一類(lèi)是顯性特征,主要是權(quán)利要求數(shù)、專(zhuān)利引證情況等統(tǒng)計(jì)性指標(biāo);第二類(lèi)則包括專(zhuān)利組合多樣性、專(zhuān)利相關(guān)性等特征,該類(lèi)特征通常是第一類(lèi)特征按照一定規(guī)則變換所得的,用于對(duì)復(fù)雜的組合特質(zhì)進(jìn)行表達(dá)[2-3,17-19]。經(jīng)過(guò)研究,學(xué)者們進(jìn)一步確定了第二類(lèi)特征才是影響企業(yè)專(zhuān)利布局的根源性因素,也是企業(yè)分析和實(shí)施專(zhuān)利布局時(shí)需要重點(diǎn)考慮的因素[16]?,F(xiàn)有研究通常都涵蓋了第一類(lèi)特征指標(biāo),而本文從微觀層面引入專(zhuān)利間的結(jié)構(gòu)性與功能性技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系,對(duì)第二類(lèi)特征因素加以刻畫(huà),以此來(lái)獲得更加全面的布局關(guān)鍵特征。
隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)不斷發(fā)展,圖嵌入算法[20]可以將屬性特征圖轉(zhuǎn)換為向量集,在嵌入過(guò)程中對(duì)圖中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息進(jìn)行良好捕捉,實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的表示學(xué)習(xí)。王亦凡等[21]、Moon等[22]將圖嵌入算法應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,通過(guò)圖嵌入從原始的圖空間中學(xué)習(xí)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系,并將獲得的實(shí)體向量應(yīng)用到體現(xiàn)醫(yī)學(xué)實(shí)體的功能及作用的相似病案推薦及藥物重定位領(lǐng)域。因此本文受相關(guān)研究啟發(fā),利用圖嵌入算法學(xué)習(xí)專(zhuān)利間復(fù)雜的技術(shù)關(guān)聯(lián)特征,獲得更加精準(zhǔn)的專(zhuān)利向量表示,并最終應(yīng)用于能夠體現(xiàn)專(zhuān)利功能及作用的專(zhuān)利布局領(lǐng)域。
綜上,基于現(xiàn)有研究存在的問(wèn)題,本文嘗試刻畫(huà)產(chǎn)業(yè)鏈視角下的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu),并基于此進(jìn)行專(zhuān)利布局意圖挖掘。首先,在微觀層面引入結(jié)構(gòu)性與功能性技術(shù)關(guān)聯(lián)知識(shí),修正專(zhuān)利知識(shí)組織結(jié)構(gòu)并以此構(gòu)建領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜;然后,利用圖嵌入算法刻畫(huà)產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu);最后,總結(jié)基本的專(zhuān)利分布模式及其蘊(yùn)含的布局意圖,并基于此進(jìn)行專(zhuān)利布局意圖挖掘,以期能夠動(dòng)態(tài)地指導(dǎo)企業(yè)乃至國(guó)家進(jìn)一步實(shí)施專(zhuān)利布局,實(shí)現(xiàn)技術(shù)實(shí)施自由。
對(duì)于有M項(xiàng)專(zhuān)利的技術(shù)領(lǐng)域,將其圖空間表示為G(V,E),其中V為各類(lèi)實(shí)體節(jié)點(diǎn)的集合,E為各類(lèi)關(guān)系的集合。圖嵌入的實(shí)質(zhì)是通過(guò)某種形式的映射F將G轉(zhuǎn)換至一個(gè)由低維稠密向量表征的空間G',如圖1所示[23]。
圖1 圖嵌入示意圖[23](彩圖請(qǐng)見(jiàn)https://qbxb.istic.ac.cn/CN/volumn/home.shtml)
目前,知識(shí)圖譜嵌入算法包括距離模型[24]、單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[25]、隨機(jī)游走模型[23]、矩陣分解模型[26-27]和翻譯模型[28-30]等幾大類(lèi)。前兩類(lèi)對(duì)實(shí)體關(guān)系的刻畫(huà)能力相對(duì)薄弱,隨機(jī)游走模型受制于學(xué)習(xí)采樣策略容易出現(xiàn)過(guò)擬合與欠擬合問(wèn)題,而在實(shí)際應(yīng)用中矩陣分解模型的效能不如翻譯模型[31]。翻譯模型TransE[28]、TransH[29]算法在處理一對(duì)多、多對(duì)多的關(guān)系時(shí)效果不佳,而TransR[30]算法將實(shí)體和關(guān)系使用不同的語(yǔ)義空間表示,通過(guò)將實(shí)體映射到不同的關(guān)系空間,學(xué)習(xí)其在不同關(guān)系中的特征,能夠獲得更加精確的向量表示。專(zhuān)利知識(shí)圖譜存在多對(duì)多且語(yǔ)義不同的關(guān)系,因此本文選取TransR算法來(lái)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)利技術(shù)向量空間的構(gòu)建。
TransR算法的基本原理及過(guò)程如下:對(duì)于每個(gè)三元組(h,r,t),首先在實(shí)體空間和關(guān)系空間中分別設(shè)置實(shí)體向量h,t∈Rk以及關(guān)系向量r∈Rd,且k與d不一定相等,然后對(duì)每個(gè)關(guān)系r設(shè)置投影矩陣M r∈Rk×d,根據(jù)公式
獲得不同關(guān)系空間中的實(shí)體投影向量h r和t r,并利用公式
計(jì)算映射后三元組得分,最后在關(guān)系空間中利用學(xué)習(xí)訓(xùn)練過(guò)程中的目標(biāo)函數(shù)
進(jìn)行訓(xùn)練,使得h r+r≈t r。其中,對(duì)實(shí)體、關(guān)系向量和投影矩陣實(shí)施約束:||h||2≤1,||r||2≤1,||t||2≤1,||hM r||2≤1,||tM r||2≤1;max(x,y)是取x和y的最大值;γ為正確三元組得分與錯(cuò)誤三元組得分之間的間隔距離;S是正確三元組數(shù)據(jù)集;S′是錯(cuò)誤三元組數(shù)據(jù)集,即負(fù)例。負(fù)例是通過(guò)對(duì)正確三元組的實(shí)體隨機(jī)替換得到的。目標(biāo)函數(shù)采用隨機(jī)梯度下降訓(xùn)練。
本文提出的產(chǎn)業(yè)鏈視角下基于圖嵌入的專(zhuān)利布局意圖挖掘方法整體過(guò)程如圖2所示。主要包括3個(gè)模塊,具體如下。
圖2 產(chǎn)業(yè)鏈視角下基于圖嵌入的專(zhuān)利布局意圖挖掘方法
模塊一:領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜構(gòu)建。
Step1.檢索專(zhuān)利數(shù)據(jù),核驗(yàn)去噪后形成領(lǐng)域?qū)@麛?shù)據(jù)集。
Step2.構(gòu)建專(zhuān)利知識(shí)圖譜本體結(jié)構(gòu),基于此標(biāo)注抽取實(shí)體,構(gòu)建領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜。
模塊二:基于圖嵌入的技術(shù)向量空間專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)研究。
Step3.利用TransR算法獲取實(shí)體與關(guān)系的向量表示,并抽取出專(zhuān)利節(jié)點(diǎn)向量得到技術(shù)向量空間中的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)。
模塊三:基于產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)布局意圖挖掘。
Step4.確定目標(biāo)企業(yè),并基于核心專(zhuān)利指標(biāo)體系判定企業(yè)核心專(zhuān)利。
Step5.根據(jù)與核心專(zhuān)利的距離圈定產(chǎn)業(yè)鏈上專(zhuān)利分析范圍,構(gòu)建目標(biāo)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈待分析專(zhuān)利集合。
Step6.基于Step3得到的專(zhuān)利節(jié)點(diǎn)向量可獲取目標(biāo)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)可視化。
Step7.根據(jù)Step6獲得的產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu),以及5種基本專(zhuān)利分布模式及其蘊(yùn)含的布局意圖實(shí)現(xiàn)專(zhuān)利布局意圖的挖掘。
Step8.更新專(zhuān)利數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)專(zhuān)利布局動(dòng)態(tài)分析。
首先對(duì)專(zhuān)利知識(shí)圖譜的本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文通過(guò)對(duì)專(zhuān)利間存在的技術(shù)關(guān)聯(lián)性進(jìn)行梳理,并對(duì)專(zhuān)利基于技術(shù)關(guān)聯(lián)呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)形成具有特定結(jié)構(gòu)特征的專(zhuān)利知識(shí)圖譜本體,從而達(dá)到在微觀層面引入結(jié)構(gòu)性與功能性技術(shù)關(guān)聯(lián)知識(shí)的目的。
專(zhuān)利之間通常具有4種技術(shù)關(guān)聯(lián)類(lèi)型:集束型、降落傘型、星系型和鏈型[7]。各類(lèi)技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系及結(jié)構(gòu)特征如表1所示。
表1 常見(jiàn)專(zhuān)利間技術(shù)關(guān)聯(lián)類(lèi)型表
專(zhuān)利技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系與專(zhuān)利布局之間存在緊密關(guān)系[32],不同技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的專(zhuān)利進(jìn)行組合可以達(dá)到不同的保護(hù)或?qū)剐Ч?,而?zhuān)利布局內(nèi)部的專(zhuān)利間又體現(xiàn)著不同的技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系。因此,可以根據(jù)技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系將專(zhuān)利組合排布成如圖3所示的專(zhuān)利技術(shù)樹(shù)。
圖3 專(zhuān)利技術(shù)樹(shù)
本文根據(jù)專(zhuān)利技術(shù)樹(shù)將涉及的技術(shù)知識(shí)提取出來(lái),設(shè)計(jì)出如圖4所示的知識(shí)圖譜本體結(jié)構(gòu),主要包含專(zhuān)利、功能、解決方案、改進(jìn)方案、應(yīng)用領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)鏈位置、IPC分類(lèi)7類(lèi)實(shí)體。
圖4 專(zhuān)利知識(shí)圖譜本體結(jié)構(gòu)
其中,功能、解決方案、改進(jìn)方案、應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)鏈位置5類(lèi)實(shí)體用于刻畫(huà)結(jié)構(gòu)性技術(shù)關(guān)聯(lián)信息,而以功能性為主、應(yīng)用性為輔原則編制的IPC分類(lèi)則提供進(jìn)一步的功能性技術(shù)關(guān)聯(lián)信息。
為了分析產(chǎn)業(yè)鏈上專(zhuān)利的整體競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)以及布局意圖,設(shè)計(jì)的專(zhuān)利實(shí)體包括專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)、公開(kāi)日期、公開(kāi)國(guó)家、專(zhuān)利權(quán)人等內(nèi)在屬性。
然后基于專(zhuān)利知識(shí)圖譜本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息標(biāo)注和抽取,構(gòu)建領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜。
3.4.1 基于圖嵌入的專(zhuān)利技術(shù)向量空間構(gòu)建
我們將TransR算法應(yīng)用到專(zhuān)利知識(shí)圖譜中。首先,根據(jù)領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜獲得如表2所示的9類(lèi)三元組。本文構(gòu)建的為無(wú)向圖,頭實(shí)體與尾實(shí)體的劃分不對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。這里統(tǒng)一規(guī)定表2中第一列為頭實(shí)體H,第二列為尾實(shí)體T。
表2 專(zhuān)利知識(shí)圖譜中的三元組
接著,對(duì)專(zhuān)利知識(shí)圖譜三元組數(shù)據(jù)進(jìn)行嵌入訓(xùn)練。具體過(guò)程的偽代碼,即基于專(zhuān)利知識(shí)圖譜的TransR算法如下。
算法1.基于專(zhuān)利知識(shí)圖譜的TransR算法
輸入.S=(H,R,T):專(zhuān)利知識(shí)圖譜三元組樣本//H為頭實(shí)體,R為關(guān)系,T為尾實(shí)體
e、r初始化、歸一化//e為實(shí)體向量,包括頭實(shí)體h和尾實(shí)體t,r為關(guān)系向量
M r初始化//將關(guān)系映射矩陣M r初始化為k×d維的單位向量
為負(fù)樣本,負(fù)樣本由替換正確三元組的實(shí)體獲得,進(jìn)行負(fù)采樣
最終學(xué)習(xí)得到7類(lèi)實(shí)體節(jié)點(diǎn)與9種關(guān)系的向量表達(dá),取出專(zhuān)利節(jié)點(diǎn)向量構(gòu)建專(zhuān)利技術(shù)向量空間,其涵蓋了專(zhuān)利間的技術(shù)關(guān)聯(lián)與位置關(guān)系,將其作為基于圖嵌入得到的技術(shù)向量空間中專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)。
3.4.2 技術(shù)向量空間中的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)研究
為研究技術(shù)向量空間中的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu),本文基于大量專(zhuān)利數(shù)據(jù),對(duì)其在圖空間G與技術(shù)向量空間G'中的專(zhuān)利分布情況進(jìn)行分析,總結(jié)得到技術(shù)向量空間中的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)示意圖(圖5),其分布規(guī)律如下:
圖5 技術(shù)向量空間中專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)示意圖
(1)技術(shù)相似度越高的專(zhuān)利間距離越近,采用相似技術(shù)方案的專(zhuān)利會(huì)形成小規(guī)模的專(zhuān)利集群。
(2)與核心專(zhuān)利存在集束型、降落傘型、星系型關(guān)聯(lián)的專(zhuān)利會(huì)圍繞核心專(zhuān)利分布,延展出的不同方向代表不同技術(shù)研發(fā)方案。
(3)與核心專(zhuān)利存在鏈型關(guān)系的專(zhuān)利,通常分布較遠(yuǎn),處于邊緣位置。
從算法角度看,TransR嵌入時(shí)會(huì)在某種關(guān)系空間中將具有此關(guān)系的實(shí)體相互拉近,遠(yuǎn)離不具有此關(guān)系的實(shí)體,在多個(gè)關(guān)系空間作用下專(zhuān)利節(jié)點(diǎn)向量不斷更新,會(huì)讓具有更多相同或相似技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的專(zhuān)利在向量空間中彼此靠近。一般而言,互為集束型、降落傘型、星系型的專(zhuān)利,其IPC分類(lèi)、功能等相同或相似,所以空間距離較近;而鏈型專(zhuān)利為上下游專(zhuān)利,其功能、IPC分類(lèi)、解決方案等大不相同,所以與核心專(zhuān)利相距較遠(yuǎn)。因此,技術(shù)向量空間G'中專(zhuān)利分布的距離及整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出上述的分布規(guī)律。
以杜邦公司真實(shí)專(zhuān)利數(shù)據(jù)為例對(duì)分布規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證。圖6是杜邦公司專(zhuān)利在圖空間G中的分布情況,圖7是通過(guò)TransR算法得到的技術(shù)向量空間G'中的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)。核心專(zhuān)利CN1359404-A是一種形成導(dǎo)電性組合物的方法,杜邦公司圍繞其在多個(gè)研發(fā)方向上設(shè)置保護(hù)專(zhuān)利,并做了鏈?zhǔn)綌U(kuò)展。在圖空間G中,不同的研發(fā)方案以顏色作為區(qū)分。其中淡紫色涉及含氟聚合物的膜原料制備專(zhuān)利,桃紅色是含氟聚合物單體擴(kuò)散系的膜原料制備專(zhuān)利,這些專(zhuān)利是實(shí)現(xiàn)膜原料制備功能的不同技術(shù)方案,構(gòu)成集束型關(guān)系;而在技術(shù)向量空間G'中這些專(zhuān)利圍繞核心專(zhuān)利沿不同方向分布,并且技術(shù)方案越相似的專(zhuān)利距離越近,聚集成不同的專(zhuān)利集群。在圖空間G中,藍(lán)色CN103620846-A專(zhuān)利提供了制備復(fù)合聚合物離子交換膜的方法,屬于中游膜生產(chǎn)領(lǐng)域,橘黃色CN1659733-A專(zhuān)利提供一種基于羧酸的離子交聯(lián)聚合物燃料電池,屬于下游應(yīng)用領(lǐng)域,這兩個(gè)專(zhuān)利與核心專(zhuān)利構(gòu)成鏈型關(guān)系,其在技術(shù)向量空間G'中距離核心專(zhuān)利較遠(yuǎn),處于邊緣位置。通過(guò)對(duì)杜邦的專(zhuān)利分布情況進(jìn)行分析,在一定程度上可以看出技術(shù)向量空間G'中的專(zhuān)利分布能夠反映原始圖空間G中專(zhuān)利之間真實(shí)的技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系。
圖6 杜邦公司在圖空間中的專(zhuān)利分布情況
圖7 杜邦公司在技術(shù)向量空間中的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)(彩圖請(qǐng)見(jiàn)https://qbxb.istic.ac.cn/CN/volumn/home.shtml)
前人已經(jīng)對(duì)專(zhuān)利布局結(jié)構(gòu)和模式做了大量研究,并總結(jié)得到了專(zhuān)利布局可呈現(xiàn)出圖8所示的結(jié)構(gòu)體系[32],其包括核心專(zhuān)利,與核心專(zhuān)利形成集束型、降落傘型、星系型關(guān)系的外圍專(zhuān)利保護(hù)圈,以及上下游擴(kuò)展專(zhuān)利等。本文利用TransR算法獲得的技術(shù)向量空間的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)及分布規(guī)律,能夠體現(xiàn)前人總結(jié)出來(lái)的專(zhuān)利布局結(jié)構(gòu),也在一定程度上證明了利用圖嵌入方法刻畫(huà)專(zhuān)利布局結(jié)構(gòu)的有效性和正確性。
圖8 專(zhuān)利布局結(jié)構(gòu)示意圖[32]
3.5.1 產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)的刻畫(huà)
刻畫(huà)目標(biāo)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)時(shí),首先要確定目標(biāo)企業(yè)的核心專(zhuān)利,核心專(zhuān)利是指根據(jù)專(zhuān)利評(píng)價(jià)指標(biāo)體系選取出來(lái)的企業(yè)高質(zhì)量專(zhuān)利。本文具體的指標(biāo)選取過(guò)程如下:經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研[33-34],總結(jié)選取了CII影響指數(shù)、被引專(zhuān)利數(shù)量、平均被引用量、相對(duì)被引證率、引證專(zhuān)利數(shù)量、技術(shù)強(qiáng)度、科學(xué)關(guān)聯(lián)度、科學(xué)強(qiáng)度、IPC數(shù)、權(quán)利要求數(shù)、簡(jiǎn)單同族數(shù)、技術(shù)生命周期、專(zhuān)利壽命、發(fā)明人數(shù)量、專(zhuān)利異議與訴訟15個(gè)指標(biāo),并根據(jù)李清海等[33]關(guān)于專(zhuān)利質(zhì)量指標(biāo)間存在重復(fù)評(píng)估這一問(wèn)題的研究結(jié)論,將上述指標(biāo)列表提交給專(zhuān)利相關(guān)專(zhuān)家們,讓其從數(shù)據(jù)可得性、評(píng)估有效性、企業(yè)專(zhuān)利評(píng)估針對(duì)性等方面考量,篩選得到本文所用的7個(gè)核心專(zhuān)利評(píng)估指標(biāo),即權(quán)利要求數(shù)、發(fā)明人數(shù)量、IPC數(shù)、簡(jiǎn)單同族數(shù)、引證專(zhuān)利數(shù)量、被引專(zhuān)利數(shù)量、專(zhuān)利壽命。
本文利用層次分析法(analytic hierarchy pro‐cess,AHP)計(jì)算得到企業(yè)核心專(zhuān)利評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重,過(guò)程如下。
首先,建立如圖9所示的層次結(jié)構(gòu)圖。
圖9 層次結(jié)構(gòu)圖
然后,專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行評(píng)價(jià),采用1-9標(biāo)度法,得到判斷矩陣。
接著,利用和積法[35]計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax和特征向量W。
最后,檢驗(yàn)判斷矩陣一致性,利用公式
計(jì)算一致性比例CR。當(dāng)CR<0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣的不一致程度在容許范圍內(nèi)。通過(guò)一致性檢驗(yàn),可用其歸一化特征向量W作為權(quán)重,否則要重新調(diào)整判斷矩陣。其中,RI可通過(guò)查詢(xún)平均隨機(jī)一致性表得到[36]。
獲得企業(yè)核心專(zhuān)利后,需要圈定目標(biāo)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈待分析專(zhuān)利,這一范圍可以由與企業(yè)核心專(zhuān)利的距離來(lái)確定,距離選擇越大,所獲取的產(chǎn)業(yè)鏈研究視角就越寬廣,對(duì)企業(yè)所處的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境認(rèn)識(shí)越全面,但分析成本也越大,目標(biāo)集中度越低。在圈定的范圍內(nèi),基于聚類(lèi)算法對(duì)臨近技術(shù)方向上的專(zhuān)利進(jìn)行整合,在小集群內(nèi)進(jìn)行技術(shù)匯總與提煉,由此縮減龐雜的技術(shù)分支干擾,并在專(zhuān)利向量可視化過(guò)程中以不同顏色作為區(qū)分,為后期分析提供便利。
3.5.2 基于產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)的布局意圖挖掘方法
從企業(yè)自身角度出發(fā),專(zhuān)利布局的意圖包括保護(hù)自身、對(duì)抗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手以及未來(lái)的專(zhuān)利儲(chǔ)備。依據(jù)這些布局意圖可將專(zhuān)利布局整體策略分為保護(hù)式布局、對(duì)抗式布局以及儲(chǔ)備式布局[32]?;谇叭藢?duì)專(zhuān)利布局實(shí)施要點(diǎn)的研究[32]并結(jié)合3.4.2節(jié)的技術(shù)向量空間中的專(zhuān)利分布規(guī)律,總結(jié)得到如圖10a~圖10c所示的5種基本的技術(shù)向量空間專(zhuān)利分布模式,并結(jié)合專(zhuān)利權(quán)人等信息挖掘其蘊(yùn)含的布局意圖(表3)。
表3 專(zhuān)利分布模式及其蘊(yùn)含的布局意圖
圖10 專(zhuān)利分布模式示意圖
基于圖嵌入算法獲得技術(shù)向量空間中專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)后,通過(guò)匹配5種基本的專(zhuān)利布局模式對(duì)其進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)布局意圖挖掘。
新能源產(chǎn)業(yè)在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全等方面起到重要作用,而氫燃料電池作為新能源發(fā)展的主流方向之一,成為新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。因此,本文選取氫燃料電池中最為關(guān)鍵的技術(shù)部件質(zhì)子交換膜為例進(jìn)行實(shí)證研究,以驗(yàn)證本文所提方法的可行性,并為我國(guó)在非全氟化質(zhì)子交換膜技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利布局實(shí)施提供建議。
本文采用Derwent Innovation專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù),經(jīng)過(guò)調(diào)研,使用如表4所示的檢索表達(dá)式進(jìn)行檢索。人工核驗(yàn)去重去噪后,最終獲取非全氟化質(zhì)子交換膜領(lǐng)域?qū)@?41條。
表4 檢索表達(dá)式
首先,根據(jù)專(zhuān)利知識(shí)圖譜本體結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)體信息進(jìn)行標(biāo)注抽取,完成領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜的構(gòu)建。其中,專(zhuān)利實(shí)體的各項(xiàng)屬性與IPC分類(lèi)實(shí)體從結(jié)構(gòu)化的專(zhuān)利著錄項(xiàng)中直接抽取。功能、解決方案、改進(jìn)方案、應(yīng)用領(lǐng)域以及產(chǎn)業(yè)鏈位置的實(shí)體信息則由人工抽象總結(jié)標(biāo)注,之后再通過(guò)領(lǐng)域?qū)<易勓杏戇M(jìn)行修正核定。各類(lèi)實(shí)體示例和專(zhuān)利知識(shí)圖譜基本統(tǒng)計(jì)信息如表5、表6所示。
表5 實(shí)體示例
表6 領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜基本信息
之后,將TransR算法應(yīng)用到領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜,獲取專(zhuān)利實(shí)體的向量表示用于構(gòu)建技術(shù)向量空間,為后續(xù)研究奠定分析基礎(chǔ)。訓(xùn)練參數(shù)、專(zhuān)利實(shí)體向量示例與向量空間專(zhuān)利整體分布情況分別如表7與圖11所示。
圖11 領(lǐng)域?qū)@夹g(shù)向量空間的整體分布
表7 專(zhuān)利實(shí)體向量示例
4.3.1 非全氟化質(zhì)子交換膜領(lǐng)域?qū)@傮w分析
非全氟化質(zhì)子交換膜領(lǐng)域上游為膜材料制備,中游為利用膜材料進(jìn)行交換膜制造,下游為交換膜的應(yīng)用。
就全球而言,相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)最早出現(xiàn)于1977年,2000年開(kāi)始進(jìn)入快速成長(zhǎng)期,當(dāng)前正處于成長(zhǎng)期向成熟期過(guò)渡的階段(圖12a)。在該領(lǐng)域,日本、美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先,兩國(guó)專(zhuān)利總占比超過(guò)70%(圖12c);而中國(guó)起步相對(duì)較晚,2002年才有相關(guān)專(zhuān)利出現(xiàn)(圖12b),目前雖已進(jìn)入成長(zhǎng)期,但專(zhuān)利增長(zhǎng)相對(duì)緩慢,今后發(fā)展面臨巨大壓力。
圖12 非全氟化質(zhì)子交換膜領(lǐng)域?qū)@暾?qǐng)總體情況
4.3.2 非全氟化質(zhì)子交換膜領(lǐng)域?qū)@季忠鈭D挖掘研究
本文選取目前在中國(guó)持有該領(lǐng)域?qū)@^多的日本旭硝子、美國(guó)杜邦兩家國(guó)外公司,對(duì)其進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利布局分析及布局意圖挖掘,以期為中國(guó)企業(yè)提供良好的布局學(xué)習(xí)范本。
首先確定企業(yè)核心專(zhuān)利。由10位專(zhuān)家采用1-9標(biāo)度法對(duì)核心專(zhuān)利評(píng)估指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行評(píng)價(jià),并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果取平均值,得到判斷矩陣。接著以和積法得到最大特征根以及各指標(biāo)權(quán)重(保留2位小數(shù)),然后進(jìn)行一致性檢驗(yàn),最終結(jié)果如表8所示。
表8 核心專(zhuān)利評(píng)估指標(biāo)及權(quán)重
然后,本文以與核心專(zhuān)利臨近的20項(xiàng)專(zhuān)利為分析視野,由此獲知目標(biāo)公司在產(chǎn)業(yè)鏈上的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu),并基于此實(shí)現(xiàn)專(zhuān)利布局意圖挖掘。圖13和圖14中以“?”標(biāo)記目標(biāo)公司自身持有的專(zhuān)利,以“×”標(biāo)記競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手持有的專(zhuān)利,聚類(lèi)后以不同顏色區(qū)分不同的研發(fā)方向。
圖14 杜邦公司產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)(彩圖請(qǐng)見(jiàn)https://qbxb.istic.ac.cn/CN/volumn/home.shtml)
旭硝子公司的產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)如圖13所示,其核心專(zhuān)利是2007年申請(qǐng)的CN1938887-A,是一種基于含氟聚合物的膜材料制備方法。旭硝子為保護(hù)其核心專(zhuān)利,在基于含氟聚合物單體擴(kuò)散系的膜材料制備領(lǐng)域先后申請(qǐng)了專(zhuān)利2和專(zhuān)利3,形成了子專(zhuān)利群1,但隨后美國(guó)杜邦、日本大金等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也在該技術(shù)方向上申請(qǐng)了多個(gè)專(zhuān)利(子專(zhuān)利群2),阻礙旭硝子在該方向上的進(jìn)一步發(fā)展,企圖迫使旭硝子公司在后續(xù)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中考慮合作或在專(zhuān)利侵權(quán)中達(dá)成和解,希望以此獲得技術(shù)實(shí)施自由。面對(duì)此威脅,旭硝子又先后在該技術(shù)發(fā)展方向上申請(qǐng)了專(zhuān)利5和專(zhuān)利6,對(duì)子專(zhuān)利群2初步形成外圍包繞的對(duì)抗式專(zhuān)利布局,在一定程度上能夠緩解競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)核心專(zhuān)利圍堵帶來(lái)的消極影響。除此之外,圍繞旭硝子的核心專(zhuān)利,杜邦等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在基于改進(jìn)含氟聚合物的膜材料制備方向上申請(qǐng)多個(gè)專(zhuān)利(子專(zhuān)利群4),面對(duì)這種情況,旭硝子2019年在該技術(shù)發(fā)展方向上申請(qǐng)了專(zhuān)利20,意圖阻礙競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的進(jìn)一步發(fā)展,但由于專(zhuān)利數(shù)量較少,旭硝子仍面臨較大威脅。旭硝子較為重視產(chǎn)業(yè)鏈整體協(xié)同發(fā)展,從2007年開(kāi)始就不斷在中游和下游領(lǐng)域申請(qǐng)擴(kuò)展專(zhuān)利,其中,中游擴(kuò)展專(zhuān)利群主要涉及質(zhì)子交換膜生產(chǎn)領(lǐng)域,下游擴(kuò)展專(zhuān)利群主要關(guān)于膜組件制造等下游應(yīng)用領(lǐng)域,通過(guò)這兩個(gè)專(zhuān)利群分別從中游和下游領(lǐng)域?yàn)樾裣踝釉谥袊?guó)的業(yè)務(wù)發(fā)展提供支持和延續(xù)保護(hù),形成了上中下游貫通的鏈?zhǔn)讲季帧?/p>
圖13 旭硝子公司產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)(彩圖請(qǐng)見(jiàn)https://qbxb.istic.ac.cn/CN/volumn/home.shtml)
杜邦公司的核心專(zhuān)利為CN1359404-A,主要是一種熱熔形成導(dǎo)電組合物的方法,在離子交換膜領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。圍繞核心專(zhuān)利,杜邦在自身具有優(yōu)勢(shì)的含氟聚合物單體擴(kuò)散系的膜原料生產(chǎn)技術(shù)方向上申請(qǐng)了子專(zhuān)利群1,意圖在該技術(shù)方向上對(duì)核心專(zhuān)利進(jìn)行保護(hù)。但后續(xù)旭硝子、3M等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也在該技術(shù)發(fā)展方向上申請(qǐng)了多個(gè)專(zhuān)利(子專(zhuān)利群2),企圖阻礙杜邦在該方向上的進(jìn)一步發(fā)展。除此之外,日本旭硝子、日本大金等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在其他技術(shù)方向上對(duì)美國(guó)杜邦的核心專(zhuān)利進(jìn)行進(jìn)攻和圍堵(子專(zhuān)利群3、子專(zhuān)利群4、子專(zhuān)利群6),企圖利用差異化布局獲得技術(shù)優(yōu)勢(shì),從而在后續(xù)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中獲得主動(dòng)權(quán)。雖然在此過(guò)程中,杜邦公司在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)發(fā)展方向上申請(qǐng)了專(zhuān)利18和專(zhuān)利19,希望通過(guò)外圍包繞式布局進(jìn)行對(duì)抗,但由于專(zhuān)利數(shù)量較少,尚未形成強(qiáng)有力的對(duì)抗形勢(shì),因此仍面臨較大威脅。另外,杜邦公司分別在中游質(zhì)子交換膜制造領(lǐng)域和下游應(yīng)用領(lǐng)域申請(qǐng)了兩個(gè)專(zhuān)利作為后續(xù)產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)展業(yè)務(wù)發(fā)展的基點(diǎn),為其核心專(zhuān)利提供延續(xù)性保護(hù)。
總體而言,國(guó)外公司基本都是采取多技術(shù)路線研發(fā)、上下游生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)等策略對(duì)核心專(zhuān)利進(jìn)行擴(kuò)展和延續(xù)保護(hù),在面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的攻擊和圍堵時(shí),一般采取外圍包繞式、重點(diǎn)突圍式專(zhuān)利布局進(jìn)行對(duì)抗,為其在中國(guó)保持技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)提供支持。目前,各國(guó)外公司間雖然存在一些競(jìng)爭(zhēng)與對(duì)抗,但整體上形成的聯(lián)合專(zhuān)利布局,對(duì)中國(guó)的非全氟化質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的發(fā)展提出了巨大挑戰(zhàn)。
類(lèi)似地,我們對(duì)中國(guó)質(zhì)子交換膜龍頭企業(yè)山東東岳進(jìn)行專(zhuān)利布局分析并提供針對(duì)性布局建議。其核心專(zhuān)利為CN106654328-B,是一種燃料電池用含氟離子交換膜的制備方法,屬于中游膜生產(chǎn)領(lǐng)域。山東東岳主要在其具有優(yōu)勢(shì)的金屬離子摻雜含氟聚合物的質(zhì)子交換膜制備領(lǐng)域申請(qǐng)了子專(zhuān)利群1,希望對(duì)核心專(zhuān)利起到保護(hù)作用。但從圖15中可以看出,旭硝子、日東等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在其他多個(gè)技術(shù)方向上對(duì)核心專(zhuān)利進(jìn)行圍堵和攻擊(子專(zhuān)利群2~子專(zhuān)利群5),從當(dāng)前情況來(lái)看,山東東岳并沒(méi)有采取有效的專(zhuān)利保護(hù)或?qū)勾胧?,其在中游膜生產(chǎn)領(lǐng)域仍較大程度受制于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,可能會(huì)對(duì)其未來(lái)的發(fā)展造成隱患。山東東岳的專(zhuān)利主要集中在中游膜制備領(lǐng)域,在上游質(zhì)子交換膜材料生產(chǎn)領(lǐng)域以及下游膜應(yīng)用領(lǐng)域未發(fā)現(xiàn)設(shè)置支撐性專(zhuān)利,上游及下游生產(chǎn)能力的薄弱未來(lái)可能會(huì)對(duì)其中游產(chǎn)業(yè)造成很大影響,限制企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展壯大。
圖15 中國(guó)山東東岳公司專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)
現(xiàn)今,中國(guó)在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的研發(fā)與生產(chǎn)單位稀少,其各自的專(zhuān)利申請(qǐng)尚未形成規(guī)模,且產(chǎn)業(yè)鏈上中下游貫通發(fā)展意識(shí)較弱。面對(duì)國(guó)外企業(yè)形成的聯(lián)合專(zhuān)利布局,中國(guó)企業(yè)當(dāng)前應(yīng)以防御技術(shù)封鎖、維護(hù)產(chǎn)業(yè)安全為目標(biāo),一方面采取規(guī)避封鎖重點(diǎn)突圍、設(shè)置延續(xù)保護(hù)性專(zhuān)利的布局戰(zhàn)略,不斷探索并強(qiáng)化中國(guó)自身優(yōu)勢(shì)技術(shù)方向,同時(shí)注重對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行疏通整合形成整體優(yōu)勢(shì);另一方面通過(guò)設(shè)置阻絕障礙性專(zhuān)利,限制國(guó)外公司在中國(guó)的布局速度及發(fā)展,從而維護(hù)企業(yè)乃至國(guó)家的技術(shù)實(shí)施自由。
本文首先根據(jù)專(zhuān)利間存在的技術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系,構(gòu)建了專(zhuān)利布局內(nèi)的專(zhuān)利樹(shù)狀結(jié)構(gòu)模型,基于此進(jìn)一步提出了一種新的專(zhuān)利知識(shí)本體結(jié)構(gòu),利用該本體結(jié)構(gòu)構(gòu)建出的專(zhuān)利知識(shí)圖譜,可以在微觀層面引入結(jié)構(gòu)性與功能性技術(shù)關(guān)聯(lián)知識(shí),為專(zhuān)利布局結(jié)構(gòu)的刻畫(huà)獲取更為豐富的關(guān)鍵特征因素。
然后,本文探索了基于圖嵌入的產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)刻畫(huà)方法,能夠更為科學(xué)、直觀地展現(xiàn)出企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈專(zhuān)利布局情況。接著總結(jié)了5種基本的專(zhuān)利分布模式及其蘊(yùn)含的專(zhuān)利布局意圖,并基于此實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈視角下的專(zhuān)利布局意圖挖掘。
最后,本文以非全氟化質(zhì)子交換膜技術(shù)領(lǐng)域?yàn)槔_(kāi)展實(shí)證研究,為中國(guó)非全氟化質(zhì)子交換膜產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展提出了應(yīng)對(duì)建議。
本文提出的產(chǎn)業(yè)鏈視角下基于圖嵌入的專(zhuān)利布局意圖挖掘方法,能夠幫助企業(yè)乃至國(guó)家,快速實(shí)現(xiàn)專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)可視化,洞察產(chǎn)業(yè)鏈上各布局主體的專(zhuān)利布局策略與意圖,以期為進(jìn)一步實(shí)施專(zhuān)利布局指引方向,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)布局的優(yōu)化。
本文的研究工作存在一些局限與不足。首先,本文初步探索了利用領(lǐng)域?qū)@R(shí)圖譜進(jìn)行專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)刻畫(huà)的方法,其中對(duì)專(zhuān)利技術(shù)信息的提取仍相對(duì)依賴(lài)于專(zhuān)家的工作,專(zhuān)利技術(shù)信息自動(dòng)挖掘與抽取算法有待進(jìn)一步研究;其次,本文是基于TransR算法,后續(xù)將進(jìn)一步尋找效果更好的圖嵌入算法以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的專(zhuān)利分布結(jié)構(gòu)刻畫(huà)。