基于專利信息的我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)分析與研究

張立娜

(河北京車軌道交通車輛裝備有限公司，河北 保定 072150)

0 引言

轉(zhuǎn)向架是軌道車輛運行的基礎(chǔ)，對軌道車輛的運行安全、穩(wěn)定性、舒適性等起著決定作用。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)骨架，是輪對軸箱裝置、彈簧減振裝置、牽引驅(qū)動裝置、基礎(chǔ)制動裝置等零部件的安裝基礎(chǔ)，同時它將車體懸掛裝置等聯(lián)系起來組成了一個有機整體，實現(xiàn)了輪軌力的有效傳遞，是軌道車輛最重要的承載結(jié)構(gòu)之一。

作為技術(shù)信息最有效的載體，專利信息包含了技術(shù)、經(jīng)濟、法律等多個方面，是用來保護發(fā)明創(chuàng)造的途徑，也是開展競爭情報的重要信息源[1]。通過對某一特定領(lǐng)域的專利信息進行分析，并重點對細分的技術(shù)領(lǐng)域進行深入分析，找出可能的研發(fā)重點或熱點，從而增強對該領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及未來前景的了解，最終為技術(shù)創(chuàng)新提供有力的支撐以及決策依據(jù)。目前來看，利用專利信息分析軌道車輛技術(shù)的專利文獻不多，其中與軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)相關(guān)的數(shù)量則少之又少。郭亮等[2]通過分析全球轉(zhuǎn)向架專利申請信息，對軌道交通轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、軸箱裝置、基礎(chǔ)制動裝置等關(guān)鍵技術(shù)進行研究和技術(shù)判斷，但未專門針對國內(nèi)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)進行深入詳細的討論。韓亞楠等[3]針對變軌距轉(zhuǎn)向架技術(shù)，從專利信息角度進行了研究分析。因此，為了使相關(guān)技術(shù)人員更加了解軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)，本文對軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)在中國的專利申請進行了詳細的分析與統(tǒng)計，并依據(jù)結(jié)論提出對策建議，以期對該技術(shù)的發(fā)展有所借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源和檢索基本方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文中所采用的專利數(shù)據(jù)庫是Baiten網(wǎng)[4]所提供的中外數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)檢索平臺擁有豐富的檢索方式，數(shù)據(jù)權(quán)威可靠，是我國目前設(shè)計比較實用、檢索功能較為完善的專利檢索系統(tǒng)。本文所采用的專利分析工具是Baiten網(wǎng)提供的專利檢索分析平臺，并結(jié)合Excel軟件對專利檢索結(jié)果進行了有效分析，目的是能更加客觀準確地完成對專利的統(tǒng)計分析?？紤]到專利數(shù)據(jù)從申請到公布之間有一定的滯后期，2021年申請的專利很多尚未公開，統(tǒng)計結(jié)果不準確，因此本文將時間范圍截至2020年12月31日。

1.2 專利檢索的基本方法

本文以專利的申請日為專利的起始時間，采用的檢索表達式為ti:(構(gòu)架)and des:(轉(zhuǎn)向架)，專利申請日期時間截止至2020年12月31日，最終通過計算機檢索與人工篩查的方式確定了國內(nèi)公開的關(guān)于軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)的相關(guān)專利，專利數(shù)量共計776項(核實數(shù)量)。

2 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架國內(nèi)專利態(tài)勢分析

2.1 專利數(shù)量規(guī)模分析

根據(jù)專利申請的數(shù)量，對我國軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)發(fā)展階段進行了劃分，專利申請總數(shù)量/發(fā)明專利申請數(shù)量隨時間變化趨勢如圖1所示。總體來說，我國進入轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)研究領(lǐng)域較晚，1995年有第1件專利申請，1995—2005年，我國的專利申請總數(shù)量處于很低的水平，每年專利申請量不超過1件，這一時期屬于我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架研究起步階段；2006—2010年，隨著我國城市軌道交通步入快速發(fā)展時期，專利申請數(shù)量逐漸增長，但每年專利申請量不超過30件，此時期屬于我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架研究緩慢發(fā)展階段；2011—2020年，專利申請總數(shù)持續(xù)大幅度增長，在2020年申請量達到約125件，此時期屬于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架研究快速增長階段。由圖1也可以看出，發(fā)明專利申請量趨勢也與專利申請總數(shù)量趨勢保持大致一致，說明在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架研究方面不斷提高創(chuàng)新性及研發(fā)成本投入，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架研究持續(xù)性較好。由于發(fā)明專利的申請到公開需要18個月(申請?zhí)崆肮_除外)，所以部分2020年申請可能還處于未公開狀態(tài)，未被檢索到。

圖1 我國專利申請總數(shù)量/發(fā)明專利申請數(shù)量的發(fā)展趨勢

此外，對我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架發(fā)明專利申請情況進行了進一步統(tǒng)計分析。截至2020年12月31日，我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架發(fā)明專利申請總量為334件，其中233件專利已結(jié)案，101件專利處于在審階段，授權(quán)發(fā)明專利170件，授權(quán)率約73%，授權(quán)水平處于我國發(fā)明專利授權(quán)較高水平(國家知識產(chǎn)權(quán)局公布的發(fā)明專利授權(quán)率平均在50%左右)，說明我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新性較高。

為了進一步說明我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架專利申請在全球整個行業(yè)所處的水平，我國與國外轉(zhuǎn)向架構(gòu)架專利申請增長趨勢比較如圖2所示。國外專利檢索也通過Baiten，采用的檢索表達式為ti:(bog* frame*)。由圖2可以看出國外針對軌道車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)研究起步較早，但后期發(fā)展緩慢。我國雖然進入轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)研究領(lǐng)域較晚，但我國針對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)的研究發(fā)展迅速，自2006年以后專利申請量開始追趕并逐漸超越國外專利申請數(shù)量，到2020年，專利申請量達到了125項，遠遠高于國外發(fā)達國家專利申請數(shù)量，可見我國關(guān)于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架研究方面相比于國外國家具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，這與近幾年我國戰(zhàn)略和利好政策的雙重支持是分不開的，在國家利好政策引導(dǎo)和市場強勁需求拉動下我國軌道交通裝備技術(shù)呈現(xiàn)規(guī)?？焖僭鲩L模式。從目前來看，未來幾年我國軌道交通轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)仍有非常廣闊的技術(shù)發(fā)展空間。

圖2 我國與國外轉(zhuǎn)向架構(gòu)架專利申請增長趨勢比較

2.2 申請人分析

我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架專利的主要申請人如圖3所示。根據(jù)申請數(shù)量對本領(lǐng)域主要申請人的申請量進行統(tǒng)計分析，專利申請量排名前10的申請人主要集中在中車系統(tǒng)內(nèi)幾家實力較強的頭部公司手中，其他企業(yè)的市場競爭力比較弱。說明中車系統(tǒng)內(nèi)這幾家實力較強的頭部公司在專利申請方面具有明顯領(lǐng)先優(yōu)勢，對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動和引領(lǐng)作用。另外，西南交通大學(xué)、北京交通大學(xué)兩所院校作為軌道車輛技術(shù)的龍頭院校，在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)的研究中起到了明顯的帶頭作用。

圖3 我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架專利的主要申請人

2.3 重點熱點領(lǐng)域分析

本文重點對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)專利內(nèi)容研究領(lǐng)域進行了詳細分析，采用的是IPC分類法，IPC(international patent classification)國際專利分類體系是世界通用的分類方法，它按照專利文獻的技術(shù)主題對專利進行分類。根據(jù)專利文獻的IPC主分類號，對專利申請所屬的IPC小類進行統(tǒng)計分析，申請量前10位的IPC小類結(jié)果如表1所示。我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架方面的專利基本集中在B61F、B23K和G01M中，首先是B61F的專利最多，共430件，占55.4%；其次是B23K共97件，占12.5%；再次是G01M共46件，占5.9%。除了B61F、B23K和G01M 3個領(lǐng)域以外，其他領(lǐng)域的專利申請量相對要少許多。

表1 我國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架專利的主要申請人

IPC小組是對專利相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的細分，通過IPC小組可以深入了解相關(guān)專利的技術(shù)信息。對以上基于IPC小類分類后的數(shù)據(jù)進行深入分析，篩選出專利申請數(shù)量前10位IPC 小組，結(jié)果如表2和圖4所示。

表2 IPC小組專利申請量及占比統(tǒng)計表

圖4 IPC小組專利申請量

從整體的分布情況看，B61F5/52專利布局量較大，B61F5/52代表轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，主要涉及構(gòu)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，表明對構(gòu)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計重視程度較高，研發(fā)勢頭最強勁。構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架的核心部件，起著連接各功能組件、承受載荷、傳遞各個方向的力的作用，因而對構(gòu)架的焊接質(zhì)量有著更嚴格的要求，與構(gòu)架焊接相關(guān)的專利分類領(lǐng)域為B23K31/02，然而從目前數(shù)據(jù)結(jié)果來看，相關(guān)專利數(shù)量僅為9件，說明技術(shù)創(chuàng)新性研究還很薄弱。從授權(quán)專利內(nèi)容來看，主要涉及構(gòu)架組焊工藝、如何提高構(gòu)架強度和生產(chǎn)效率方面，例如中車青島四方機車車輛股份有限公司公開一篇“轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的組焊裝置、組焊系統(tǒng)及組焊方法”專利，專利號為CN201910935472.9，該專利介紹了一種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的組焊裝置、組焊系統(tǒng)及組焊方法，具有裝夾速度快、焊接變形量小、可以有效減少作業(yè)胎位的優(yōu)點。中車唐山機車車輛有限公司公開一篇“轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及其制造方法”，專利號為CN201310071553.1，該發(fā)明提供的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架及其制造方法，分別利用鋼板拼接并焊接形成箱體結(jié)構(gòu)的橫梁和側(cè)梁，將橫梁和側(cè)梁對接處采用對接焊縫的型式進行焊接，然后在基礎(chǔ)構(gòu)架上采用對接焊縫的型式焊接附加裝置，得到轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，現(xiàn)有技術(shù)采用模具壓制的方法制造橫梁和側(cè)梁時存在壓型質(zhì)量不穩(wěn)定以及避免鋼板表面被劃傷的缺點，利用本發(fā)明技術(shù)即可避免此現(xiàn)象發(fā)生，不會出現(xiàn)大應(yīng)力區(qū)，從而提升構(gòu)架的強度。長春軌道客車股份有限公司公開一篇“城軌客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架全方位焊接方法”，專利號為CN201010545269.X，文中介紹采用全位置焊接，保證焊接質(zhì)量，同時增大剛性約束，減小橫梁組成的焊接變形，保證各部位的加工量，從而提高生產(chǎn)效率。這些研究對提高轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接技術(shù)發(fā)展提供了新思路，具有重要意義。但結(jié)合轉(zhuǎn)向架構(gòu)架重要性而言，目前對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接技術(shù)的技術(shù)創(chuàng)新研究投入還遠遠不夠，未來還應(yīng)加強對該領(lǐng)域研發(fā)能力提升及知識產(chǎn)權(quán)保護。

3 結(jié)語

專利信息是衡量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與勢的重要信息資源，可為技術(shù)發(fā)展提供重要參考。本文通過對1995—2020年國內(nèi)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架領(lǐng)域相關(guān)專利的檢索統(tǒng)計，從專利數(shù)量規(guī)模、申請人、重點熱點領(lǐng)域進行分析，并針對各層面的分析結(jié)果匯總總結(jié)，得出以下結(jié)論和建議。

1)目前，國內(nèi)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)整體發(fā)展趨勢良好，專利申請數(shù)量也達到了近幾年的發(fā)展高峰，甚至近幾年的專利申請數(shù)量遠超國外，但未來在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架研究方面還須不斷提高創(chuàng)新性及研發(fā)成本投入，保證國內(nèi)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)持續(xù)發(fā)力。

2)國內(nèi)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架專利主要集中在構(gòu)架結(jié)構(gòu)設(shè)計上，對構(gòu)架焊接技術(shù)領(lǐng)域研究力度還不夠。構(gòu)架質(zhì)量與焊接性能密切相關(guān)，所以應(yīng)加強對該領(lǐng)域研發(fā)能力提升及知識產(chǎn)權(quán)保護，有效推動軌道交通行業(yè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架技術(shù)的發(fā)展。