基于專利地圖和TRIZ理論的籃球鞋專利技術(shù)發(fā)展態(tài)勢研究

張 偉

(福建師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院，福州 350117)

《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進體育消費的若干意見》確立了“到2025年，基本建立布局合理、功能完善、門類齊全的體育產(chǎn)業(yè)體系……使體育產(chǎn)業(yè)成為推動經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的重要力量”的發(fā)展目標(biāo)。專利技術(shù)是體育制造業(yè)的核心，加強專利技術(shù)研究，對發(fā)展體育制造業(yè)至關(guān)重要。目前體育制造業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)專利技術(shù)研究成果較少，聚焦于具體產(chǎn)品的相關(guān)研究更是不多見?；@球鞋作為運動鞋領(lǐng)域科技含量最高、受眾最廣的產(chǎn)品之一，長期以來卻缺少研究關(guān)注。鑒于此，本研究主要將TRIZ理論和專利地圖、時間序列分析融合判斷籃球鞋專利技術(shù)的進化路線和發(fā)展態(tài)勢，以期為我國籃球鞋產(chǎn)業(yè)發(fā)展及體育制造業(yè)的未來布局提供參考和借鑒。

1 文獻綜述

技術(shù)演化在企業(yè)戰(zhàn)略管理中有重要作用而備受重視。比較有代表性的技術(shù)演化研究方法有文獻計量方法、TRIZ法、文本挖掘法、德爾菲法等[1]。TRIZ英文為“The Theory of Inventive Problem Solving”，中文為發(fā)明問題的解決理論，其是由前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒與一批研究人員在1946—1985年間，通過分析世界各國近250萬份專利并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則而建立起來的理論體系。該理論以其良好的可操作性、系統(tǒng)性和實用性在全球的創(chuàng)新、創(chuàng)造學(xué)研究領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]。

曠景明、蘭小筠等較為全面地綜述了目前國內(nèi)外基于專利引文分析、基于專利網(wǎng)絡(luò)分析、基于關(guān)鍵詞專利地圖和基于TRIZ理論的創(chuàng)新預(yù)測研究方法及其應(yīng)用進展，并分析了這些方法的優(yōu)勢和局限[3]，為我們的研究提供了借鑒。將TRIZ法和專利地圖、技術(shù)路線圖等創(chuàng)新方法融合集成，可以應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)集群的創(chuàng)新研究[4]。如李牧南等根據(jù)TRIZ理論中技術(shù)系統(tǒng)進化的理想度提升法則，綜合使用專利分析、技術(shù)生命周期理論，對石墨烯技術(shù)專利演化階段進行了分析[5]。謝志明等利用技術(shù)專利地圖，對我國3種主要類型新能源汽車的專利信息進行分析，根據(jù)TRIZ技術(shù)進化路徑理論，預(yù)測我國新能源汽車技術(shù)的進化路徑[6]。樓旭明等應(yīng)用專利地圖和關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析方法，通過對技術(shù)申請動向、專利權(quán)國家分布、技術(shù)生命周期、技術(shù)領(lǐng)域和關(guān)鍵詞的分析，識別了無人機的核心技術(shù)領(lǐng)域并分析相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，基于TRIZ理論和技術(shù)進化法則判斷專利申請趨勢、技術(shù)進化路線和發(fā)展趨勢[7]。

時間序列的分析主要經(jīng)歷了4個發(fā)展階段：①早期自然科學(xué)采用單純的描述性分析；②差分、指數(shù)和滑動平均等基本概念帶來了統(tǒng)計性時序分析；③以周期圖方法為核心的頻域分析；④時域分析經(jīng)歷了從AR(2)模型、AR(4)模型→AR(s)模型+MA(h)模型→AR-MA(s，h)模型→ARIMA模型→ARCH、ARCH族模型的漫長過程[8]。錢俊和王永波的研究證實了SAS、SPSS、R和EVIEWS等4種軟件在ARIMA建模中的效果[9]。近年來國內(nèi)學(xué)者使用ARIMA模型對湖南省衛(wèi)生費用數(shù)據(jù)[10]、上海市月度居民消費價格指數(shù)[11]、股票傳媒板塊指數(shù)[12]、河南省玉米的單產(chǎn)[13]、未來玉米價格[14]、國際棉花現(xiàn)貨價格[15]、我國建國以來人口發(fā)展趨勢[16]、北京市能源消耗趨勢[17]、上海市全社會固定資產(chǎn)投資[18]及我國林業(yè)產(chǎn)出數(shù)據(jù)[19]進行了預(yù)測，取得了較好效果，并對ARIMA模型在實踐應(yīng)用中的問題和不足進行了探討。在體育學(xué)研究領(lǐng)域，吳飛等首次利用ARIMA模型對未來全國漢族學(xué)生體重發(fā)展趨勢進行預(yù)測，為體質(zhì)健康測試研究提供了新思路[20]。

2 籃球鞋專利地圖

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來自目前規(guī)模最大、收錄信息最全的德溫特專利索引數(shù)據(jù)庫(Derwent innovations index)，在廣泛閱讀文獻和征求專家意見的基礎(chǔ)上，確定專利技術(shù)檢索式為TS=(basketballshoes OR basketballboots OR hoopshoes OR sneaker)，時間設(shè)定為1968—2020年，截至2020年3月18日，共檢索到3 001條專利信息。

2.2 籃球鞋專利基本情況

對檢索到的籃球鞋專利數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，1968—1995年專利數(shù)量較少，年均數(shù)量在10個以下，增長速度十分緩慢。1996年以后專利數(shù)量保持持續(xù)增長態(tài)勢，其中，1996—2005年專利數(shù)量整體保持穩(wěn)定增長態(tài)勢，增幅較??；2006年專利數(shù)量首次突破100個，2006—2014年國際籃球鞋專利數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢；2015年至今保持穩(wěn)定，已經(jīng)處于技術(shù)生命周期中的成熟期(圖1)。

圖1 1968—2020年籃球鞋專利數(shù)量變化圖

圖2展示了專利數(shù)量前20名的國際籃球鞋專利權(quán)人分布情況。美國的耐克(Nike，不含被其收購的匡威)在籃球鞋專利技術(shù)數(shù)量(2 005項發(fā)明專利，總占比66.81%)方面遙遙領(lǐng)先，德國的阿迪達斯(adidas)緊隨其后，銳步(Reebok)、匡威(CONVERSE)等傳統(tǒng)籃球鞋品牌被收購后依然不溫不火，美國新晉運動品牌安德瑪(Under Armour)后來居上，超越了很多老牌品牌，日本的亞瑟士(ASICS)、美津濃(Mizuno)等品牌戰(zhàn)略重點雖未放在籃球鞋方面，但憑借深厚底蘊依然在榜單上占據(jù)一席之地。而日本的郡是(GUNZE)和中國的361°勉強入圍。

圖2 籃球鞋專利權(quán)人分布圖

2.3 籃球鞋專利核心技術(shù)分析

2.3.1 籃球鞋專利技術(shù)領(lǐng)域分析

專利申請是技術(shù)研發(fā)的準確表征，對籃球鞋專利數(shù)據(jù)IPC主分類號進行歸類整理(表1)發(fā)現(xiàn)，籃球鞋專利技術(shù)主要集中在鞋幫、靴腿、增強件、其他單個鞋部件(A43B-023)；鞋底和鞋跟部件(A43B-013)；鞋的材料特征(A43B-001)；運動鞋(A43B-005)。這4個領(lǐng)域涵蓋了籃球鞋專利技術(shù)的絕大多數(shù)研究。另外，帶有保健或衛(wèi)生設(shè)備的鞋(A43B-007)、鞋縛緊物(A43C-001)和以形狀或用途作為特征的鞋(A43B-003)也是籃球鞋技術(shù)的重要研究領(lǐng)域。

表1 籃球鞋專利主要技術(shù)領(lǐng)域分布表

2.3.2 籃球鞋專利技術(shù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析可以分析籃球鞋技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵詞的相關(guān)程度，并對技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)性進行判斷，直觀分析籃球鞋技術(shù)的熱點領(lǐng)域。本文通過CiteSpace V軟件對結(jié)構(gòu)化的德溫特專利數(shù)據(jù)中的DMC(Derwent manual code，德溫特手工代碼)字段進行關(guān)鍵詞共詞分析。運行軟件，Node Type選擇“category”，經(jīng)過適當(dāng)?shù)拈撝翟O(shè)置，生成籃球鞋專利數(shù)據(jù)共詞網(wǎng)絡(luò)知識圖譜(圖3)。圖譜中每一個圓點代表一個節(jié)點(即一個DMC代碼)，節(jié)點最外圈的紫色圓環(huán)代表其中心性(centrality)，它是反映節(jié)點在圖譜網(wǎng)絡(luò)中重要性的指標(biāo)，是節(jié)點間溝通的樞紐；有的節(jié)點中心為紅色，即表明其經(jīng)過突變檢測(burst detection)在短期內(nèi)發(fā)生很大變化，反映其在圖譜網(wǎng)絡(luò)中的重要性。通過共詞網(wǎng)絡(luò)知識圖譜可以看出，籃球鞋專利技術(shù)呈現(xiàn)集群現(xiàn)象，且主要集中在A(plasdoc，塑料)、P(general engineering，一般工程)、F(textiles，paper，cellulose，紡織物與造紙、纖維素)、X(electric power engineering，電力工程)、W(communications，通信)五大類。

從網(wǎng)絡(luò)知識圖譜可以看出，A12-C04(footwear，鞋類)、P22-A(shoes and sandals，鞋和拖鞋)、P22-F03(sport shoes，運動鞋)、P22-T01(soles，insoles and heels，鞋底、中底和腳踝)、P22-B(boots，鞋靴)處于網(wǎng)絡(luò)的中心位置，其他節(jié)點與其關(guān)系非常密切。P22-T03(yppers，bootlegs and tongues，鞋幫、靴腿和鞋舌)、A12-F01(sports and games equipment，體育運動器材)處于網(wǎng)絡(luò)的次中心位置，與其他節(jié)點關(guān)系較緊密。P22-T05(laces and other fastenings，鞋帶和其他緊固件)、P22-F05(orthopaedic shoes矯型鞋)、F04-C05A(footwear鞋類)、P22-M(manufacture of footwear鞋類制造)等節(jié)點的大小、中心性均不如前兩類，但與其他節(jié)點仍有一定的相關(guān)性。

結(jié)合籃球鞋實際功能可以看出，球鞋外底、鞋面材料、中底緩震材料、鞋底抗扭技術(shù)、腳踝鎖定等是籃球鞋技術(shù)研發(fā)的熱點及重點，各大制鞋企業(yè)應(yīng)投入較多資源圍繞核心技術(shù)進行研發(fā)，搶占核心技術(shù)領(lǐng)先位置，不斷提高核心競爭力。鞋幫、鞋舌、鞋帶等是籃球鞋技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的重要保障，應(yīng)堅持創(chuàng)新發(fā)展，保障研發(fā)投入，拓展競爭優(yōu)勢。同時對其他邊緣技術(shù)進一步開發(fā)利用，促進籃球鞋技術(shù)融合發(fā)展，擴大市場規(guī)模。

圖3 籃球鞋專利技術(shù)共詞網(wǎng)絡(luò)知識圖譜

3 籃球鞋專利技術(shù)進化趨勢

3.1 籃球鞋專利技術(shù)成熟度預(yù)測

專利地圖分析的局限性主要集中在對過去的專利技術(shù)情況進行分析，缺乏對未來發(fā)展態(tài)勢的預(yù)測與判斷。本文采用ARIMA模型，即自回歸單整移動平均模型，其完整表達式為ARIMA(p，q，d)。其中，AR是自回歸，p為自回歸項；MA為移動平均，q為移動平均項數(shù)，d為時間序列成為平穩(wěn)序列所做的差分次數(shù)。其中，p值有0和1，q值有0、1和2。根據(jù)p、q和d值確定ARIMA模型的具體表達式，ARIMA模型的具體表達式反映模型的基本特征。

使用SPSS 24.0軟件構(gòu)建ARIMA模型預(yù)測未來5年籃球鞋專利數(shù)量的步驟如下。首先，將1968—2019年間專利數(shù)量值導(dǎo)入SPSS24.0中，檢驗時間序列的平穩(wěn)性，(不平穩(wěn)時)通過“差分”建立平穩(wěn)序列；其次，基于平穩(wěn)序列建立ARMA(1，2)、ARMA(1，1)、AR(1)、MA(2)和MA(1)5種基礎(chǔ)模型，用于擬合1968—2019年水平。最后，使用經(jīng)過效度檢驗的ARIMA模型預(yù)測。

基于1968—2019年籃球鞋專利數(shù)量，本研究構(gòu)建了ARIMA(1，0，2)預(yù)測模型，模型R方值為0.962，AR顯著性為0.000，MA顯著性為0.002，擬合度良好。根據(jù)過去52年的籃球鞋專利數(shù)量，使用擬合后的ARIMA模型，對2020—2024年的專利數(shù)量進行預(yù)測(圖4)。

圖4 籃球鞋專利技術(shù)成熟度預(yù)測圖

根據(jù)曲線斜率變化分析，籃球鞋專利生命周期已經(jīng)過萌芽期、成長期，進入成熟期，尚未進入衰退期。2006年以前，每年申請的專利數(shù)量不足100項，此階段為籃球鞋專利技術(shù)的萌芽期。自2006年至2014年為成長期，籃球鞋專利數(shù)量激增，申請數(shù)量持續(xù)高速增長。2015年以后進入穩(wěn)定增長的成熟期，并預(yù)測未來5年籃球鞋技術(shù)仍處于穩(wěn)定增長的成熟期(表2)。

表2 未來5年籃球鞋專利技術(shù)數(shù)量預(yù)測結(jié)果

3.2 基于TRIZ理論的籃球鞋專利技術(shù)進化路線分析

傳統(tǒng)觀點認為發(fā)明創(chuàng)造是個體靈光一現(xiàn)的結(jié)果，具有偶然性和不規(guī)律性，但阿奇舒勒認為，發(fā)明創(chuàng)新同樣有規(guī)律可循。解決發(fā)明問題，規(guī)劃技術(shù)進步路線，可以遵循發(fā)明創(chuàng)造共同的規(guī)律，像解題一樣，一步一步得到最終結(jié)果。TRIZ理論將技術(shù)系統(tǒng)進化的一般規(guī)律抽象為八大技術(shù)進化法則，分別是：①技術(shù)系統(tǒng)各部分不可或缺的完備性法則；②傳遞路徑能量損耗最小化的能量傳遞法則；③技術(shù)結(jié)構(gòu)向移動性、控制性和柔性進化的動態(tài)性進化法則；④系統(tǒng)功能、性價比、效率最優(yōu)的提高理想度法則；⑤各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)推進的子系統(tǒng)不均衡進化法則；⑥簡化系統(tǒng)提高性能的向超系統(tǒng)進化法則；⑦系統(tǒng)原件最小化的微觀進化法則；⑧系統(tǒng)各功能部分協(xié)調(diào)一致的協(xié)調(diào)性法則[21]。目前籃球鞋的中底、大底、鞋面、鞋帶、支撐等幾大技術(shù)系統(tǒng)已趨向成熟，因此技術(shù)系統(tǒng)各部分不可或缺的完備性法則不適合現(xiàn)階段籃球鞋技術(shù)進化路線。本文選用余下7種進化法則來探討籃球鞋專利技術(shù)的進化路線。

3.2.1 基于能量傳遞法則的緩震系統(tǒng)融合發(fā)展路線

3.2.2 基于動態(tài)性進化法則的鎖定系統(tǒng)進化路線

現(xiàn)代籃球比賽速度更快，轉(zhuǎn)換更多，為使球員能達到最佳狀態(tài)，球鞋必須一上腳就足夠貼合，并持續(xù)提供動態(tài)鎖定及穩(wěn)定包裹。鞋面鎖定系統(tǒng)從最初的天然皮革或人造皮革材料，逐漸過度到工程網(wǎng)布、熱熔材質(zhì)，最后變革到當(dāng)前的編織材料、飛線技術(shù)。例如耐克的Flyknit、阿迪達斯的Primeknit等均為輕薄穩(wěn)定的鞋面，結(jié)合Flywire等鎖定技術(shù)，搭配內(nèi)靴、阿基里斯腱支撐等，將足部牢牢固定，保持運動中的穩(wěn)定性。在鞋帶技術(shù)方面，耐克和阿迪達斯遙遙領(lǐng)先，其分別提供了不同的動態(tài)鎖定思路，如Air Jordan 33和Kobe NXT FastFit中的FastFit技術(shù)，只需簡單拉起鞋面的拉繩，便會帶動球鞋內(nèi)部鎖定系統(tǒng)拉緊線纜，實現(xiàn)360度的足部鎖定，如需解開鞋子，只需拉動另一個拉環(huán)，便可松開。耐克還將這一鎖定過程改為電動控制，Adapt BB球鞋上可以通過鞋身按鍵或手機App控制鎖定松緊。阿迪達斯則另辟蹊徑，NEXT LEVEL的無鞋帶技術(shù)，通過全鞋面分區(qū)域不同密度的Primeknit，結(jié)合內(nèi)部多層結(jié)構(gòu)包裹，提供持續(xù)穩(wěn)定包裹。各種飛線技術(shù)、鞋帶技術(shù)等不斷涌現(xiàn)，使整個球鞋鎖定系統(tǒng)處于動態(tài)、持續(xù)的進化過程中。

3.2.3 基于提高理想度法則的系統(tǒng)優(yōu)化進化路線

在籃球鞋各系統(tǒng)技術(shù)已發(fā)展成熟穩(wěn)定的背景下，一味堆砌科技和用料未必能實現(xiàn)最佳的實戰(zhàn)效果，更重要的是如何優(yōu)化組織各子系統(tǒng)的功能。例如風(fēng)靡一時的“噴”“泡”球鞋，鞋面采用Foamposite技術(shù)發(fā)泡成型，中底Zoom Air，還有大號碳板加持，科技配置豪華，但球場表現(xiàn)較差。反觀一些球星簽名鞋的支線球鞋，正在做“減法”，例如Irving Low 2，前后Zoom搭配Mesh網(wǎng)布鞋面，科技配置一般，卻被眾多網(wǎng)友評價為2020年最佳低幫實戰(zhàn)鞋。國內(nèi)球鞋品牌已跨越模仿階段，開始形成自己的品牌產(chǎn)品特色，更要避免走“加法”道路。要牢記籃球鞋的使命是幫助球員獲得最佳表現(xiàn)，如何取舍，如何化繁為簡，合理組合各子系統(tǒng)性能，產(chǎn)生一加一大于二的最優(yōu)化效果，是我國籃球鞋產(chǎn)業(yè)需要持續(xù)思考的問題。

3.2.4 基于子系統(tǒng)不均衡進化法則的差異化進化路線

不同時代的籃球技戰(zhàn)術(shù)打法影響到球鞋技術(shù)不同子系統(tǒng)的發(fā)展。上世紀90年代，籃球講究對抗激烈、攻防轉(zhuǎn)換快，籃球鞋緩震系統(tǒng)得到較大發(fā)展，氣墊緩震、結(jié)構(gòu)緩震、材料緩震三大緩震系統(tǒng)齊頭并進，產(chǎn)生了很多延續(xù)至今的經(jīng)典緩震技術(shù)。進入當(dāng)前的小球時代，投籃范圍更大，攻守轉(zhuǎn)換速度更快，球鞋的鎖定系統(tǒng)即鞋帶和鞋面技術(shù)日新月異，經(jīng)過皮質(zhì)—塑料—網(wǎng)面—編織技術(shù)的演化，發(fā)展到分區(qū)域不同密度的編織鞋面、無鞋帶的鎖定系統(tǒng)。整體來看，籃球鞋各個子系統(tǒng)的跳躍性、差異化進化路線，一定要適應(yīng)不同時代籃球運動的發(fā)展需要，始終以服務(wù)籃球運動為中心。

3.2.5 基于微觀進化法則的智能化進化路線

人工智能和物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，也為籃球鞋技術(shù)帶來了新的發(fā)展機遇。智能化球鞋開始出現(xiàn)，運動數(shù)據(jù)記錄、自動系帶功能等都已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。例如耐克的Hyperdunk即可測量起跳高度、沖刺速度等數(shù)據(jù)并隨時同步到手機App上。而Adapt BB更是以電動鎖定取代了鞋帶系統(tǒng)。球鞋智能化的趨勢不可阻擋，隨著技術(shù)的進步智能設(shè)備的體積不斷縮小，甚至比常規(guī)的球鞋部件更小、功能更強大，其正在逐步取代常規(guī)的球鞋部件。未來的籃球鞋技術(shù)將向著自動鎖定、智能緩震、數(shù)據(jù)記錄等不斷微觀化的態(tài)勢發(fā)展。

3.2.6 基于向超系統(tǒng)進化法則的簡化結(jié)構(gòu)路線

籃球鞋初期結(jié)構(gòu)較為簡單，邁向成熟發(fā)展階段之后，主要有外底、中底、抗扭裝置、鞋面、鞋墊等部件組成。伴隨技術(shù)的發(fā)展和需求的拉動，籃球鞋的設(shè)計理念不斷更新，其更注重以需求為導(dǎo)向、精準服務(wù)專項用途，為此針對比賽需求要學(xué)會化繁為簡，移除不必要的部件并根據(jù)需要增加新的部件。如耐克的Kobe NXT 360和匡威的Pro BB只有外底、鞋墊、鞋面、鞋帶組成，中底緩震系統(tǒng)、中底布、鞋墊和抗扭系統(tǒng)全部集成在鞋墊部分，鞋面則是全新的整片式編織。而Kobe AD NXT FF則在此基礎(chǔ)上，進一步簡化，將鞋面鎖定系統(tǒng)集成在鞋面之下，替代了鞋帶系統(tǒng)。無獨有偶，阿迪達斯的NEXT LEVEL將鞋帶系統(tǒng)直接取消，通過鞋面不同密度的編織技術(shù)進行精確分區(qū)鎖定，即使沒有鞋帶也能提供超出常規(guī)球鞋的包裹與鎖定。在保障性能的基礎(chǔ)上最大程度簡化系統(tǒng)組件，是籃球鞋技術(shù)的主要進化路線之一。

3.2.7 基于協(xié)調(diào)性法則的整體性進化路線

當(dāng)籃球鞋制造產(chǎn)業(yè)進入到較成熟的發(fā)展階段，各大廠商將走上提高系統(tǒng)功能、注重組合效益的整體優(yōu)化路線。如Air Jordan 34，采用了前掌大Zoom加后掌六邊形Zoom結(jié)合中底Eclipse Plate，為雙腳提供極佳的爆發(fā)力并保持穩(wěn)定，鞋面薄如蟬翼，整體重量極輕，只在發(fā)力點位置給予強化。未來籃球鞋技術(shù)將繼續(xù)提高各部分匹配程度，提高整體組合效能，更好發(fā)揮整體功能。

4 結(jié)語

專利技術(shù)是衡量技術(shù)發(fā)展的重要指標(biāo)?；@球鞋市場需求巨大，專利技術(shù)的發(fā)展將不斷推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。緩震融合、鎖定動態(tài)化、系統(tǒng)簡化、子系統(tǒng)差異化、智能微觀化、簡化結(jié)構(gòu)、整體協(xié)調(diào)是籃球鞋技術(shù)的七大進化路線。目前我國在體育用品制造業(yè)研發(fā)領(lǐng)域還處于相對落后的位置，政府應(yīng)進一步加強政策配套措施，積極鼓勵創(chuàng)新研發(fā)。體育用品制造業(yè)廠商應(yīng)不斷加快技術(shù)研發(fā)，合理分配資源，逐步打造自身的核心競爭力。