基于專利信息分析的豬舍清糞設(shè)備研發(fā)現(xiàn)狀與展望

摘 要：基于Incopat專利數(shù)據(jù)庫信息，梳理了豬舍清糞設(shè)備主要技術(shù)，并從全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)地域分布和中國的申請(qǐng)情況3個(gè)層面對(duì)專利信息進(jìn)行挖掘，明確豬舍清糞設(shè)備研發(fā)現(xiàn)狀，最后對(duì)豬舍清糞設(shè)備技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望。得出結(jié)論：豬舍清糞設(shè)備專利申請(qǐng)目前處于平穩(wěn)發(fā)展階段，在全球?qū)＠暾?qǐng)中我國的專利申請(qǐng)量最大，但技術(shù)創(chuàng)新水平仍有待提高，豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利的轉(zhuǎn)化率較低，國際化專利布局不足，在豬舍清糞設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新主要由企業(yè)、科研院所和大專院校主導(dǎo)，國內(nèi)的相關(guān)申請(qǐng)量將持續(xù)增長，尤其在信息化、智能化等方面的技術(shù)創(chuàng)新仍有較大的研發(fā)空間。

關(guān)鍵詞：專利；信息；分析；豬舍；清糞；研究

中圖分類號(hào)：S817.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-7909（2024）11-140-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.11.032

0 引言

在生豬養(yǎng)殖過程中，豬舍的糞污清理是非常重要的一環(huán)。長時(shí)間積累的糞污會(huì)釋放大量有害氣體，嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，進(jìn)而影響生豬的健康和豬肉的品質(zhì)［1］。相比于人工清理和傳統(tǒng)的清糞作業(yè)，使用清糞機(jī)作業(yè)具有省工省時(shí)省力、提高操作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、保持空氣清新及提高環(huán)保水平等優(yōu)勢(shì)［2］。

專利申請(qǐng)文獻(xiàn)在準(zhǔn)確性方面超過一般的科技文獻(xiàn)［3］?；贗ncoPat專利數(shù)據(jù)庫，用分類號(hào)和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行人工去噪和清洗，得到全球豬舍清糞設(shè)備的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，并以此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。研究梳理豬舍清糞設(shè)備專利申請(qǐng)的主要技術(shù)點(diǎn)，分析全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)地域分布和中國的申請(qǐng)情況，旨在加深對(duì)我國豬舍清糞設(shè)備技術(shù)研究現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)，對(duì)豬舍清糞設(shè)備技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望，為科學(xué)合理的技術(shù)研發(fā)提供參考。

1 豬舍清糞設(shè)備主要技術(shù)現(xiàn)狀

豬舍清糞設(shè)備主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、清糞部件、控制機(jī)構(gòu)和移動(dòng)平臺(tái)等機(jī)構(gòu)和部件。隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，豬舍清糞設(shè)備的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也不斷更新。目前，豬舍清糞設(shè)備領(lǐng)域的專利技術(shù)，主要集中在清糞部件和控制機(jī)構(gòu)方面。

1.1 清糞部件

豬舍清糞設(shè)備的清糞部件主要有刮板式、傳送帶式、沖水式和掃刷式等類型。以下幾種清糞部件多以組合方式設(shè)置在清糞設(shè)備中，能夠提高清糞效率。

1.1.1 刮板式

刮板的接觸面為清糞工作面，可以是豬舍地面，也可以是豬舍漏糞板下的糞溝。如圖1、圖2、圖3所示，刮糞車通過驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)或移動(dòng)平臺(tái)驅(qū)使刮板移動(dòng)以刮除糞便。應(yīng)用最為廣泛的刮板式清糞設(shè)備有2種，一種是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條牽引其上的刮板往復(fù)運(yùn)動(dòng)達(dá)到清糞效果，最早出現(xiàn)于1957年；另一種是移動(dòng)車體，通過在車底部設(shè)置刮板，在移動(dòng)過程中刮除糞便并通過輸送結(jié)構(gòu)送到糞箱內(nèi)，這種類型的清糞設(shè)備最早出現(xiàn)于1932年。

1.1.2 傳送帶式

如圖4所示，傳送帶式清糞部件通常將傳送帶設(shè)置在豬舍漏糞板下方以便承接漏下的糞便，再驅(qū)動(dòng)傳送帶將其上的糞便排出。為了便于傳送帶上的糞便排出，通常在傳送帶排糞部位設(shè)置刮板或刷體將糞便從傳送帶上刮下。

1.1.3 沖水式

此設(shè)備通過水管沖洗的方式清理糞便，如圖4所示，多與刮板式和傳送帶式清糞設(shè)備組合設(shè)置。例如，CN206686860U在傳送帶式清糞設(shè)備上設(shè)置了可搖擺高壓噴水裝置，提高了清潔效率。

1.1.4 掃刷式

如圖5所示，在清糞工作面上通過掃刷移動(dòng)進(jìn)行糞便清理，可以是牽引式，也可設(shè)置在移動(dòng)車體下部。DE2509224A1公開了將旋轉(zhuǎn)刷與刮板結(jié)合進(jìn)行糞便清理的豬舍清糞設(shè)備。CN104521776A的豬舍地面清洗裝置上設(shè)置有清洗水管、滾刷，從而提高了清潔效率。

1.1.5 馬桶式

圖6示出了一種智能化母豬馬桶。此設(shè)備根據(jù)母豬習(xí)性（其站立時(shí)就有可能進(jìn)行排便）進(jìn)行設(shè)計(jì)。若探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)被母豬遮擋，則證明母豬已經(jīng)站立并且存在排便的可能；接收到信號(hào)后，動(dòng)接糞車12通過水平移動(dòng)裝置來回于糞便傾倒區(qū)與母豬屁股之間，可以隨時(shí)清理母豬的排泄物。

1.2 控制方面

按照控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)化程度的不同，豬舍清糞設(shè)備可分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)式、自動(dòng)式、智能式。

1.2.1 機(jī)械驅(qū)動(dòng)式

機(jī)械驅(qū)動(dòng)式是指采用電機(jī)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)清糞部件移動(dòng)清糞的方式。早期的專利申請(qǐng)大多是這類機(jī)械驅(qū)動(dòng)式清糞設(shè)備。目前，純機(jī)械驅(qū)動(dòng)式的清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)較少。

1.2.2 自動(dòng)式

將自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)用于清糞設(shè)備，能夠顯著提高清糞工作效率。例如，CN204518791U將單片機(jī)控制器應(yīng)用在刮板式豬舍清糞設(shè)備上，能夠定時(shí)驅(qū)動(dòng)刮板移動(dòng)清糞，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，省時(shí)省力。目前，企業(yè)對(duì)豬糞處理較重視，尤其大型規(guī)模化生產(chǎn)企業(yè)的全程機(jī)械化水平較高，科技和技術(shù)投入高，中小養(yǎng)殖場機(jī)械化生產(chǎn)水平較低，機(jī)械化清糞設(shè)備應(yīng)用水平不高［4］。因此，尚需要政策支持、技術(shù)推廣等多方面發(fā)力，以進(jìn)一步提高我國養(yǎng)殖業(yè)自動(dòng)化、智能化水平。

1.2.3 智能式

智能式清糞設(shè)備是隨著信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的，人工智能技術(shù)的應(yīng)用提高了豬舍清糞設(shè)備的智能化程度。如圖7所示，CN214902918U公開的養(yǎng)豬舍內(nèi)智能清糞機(jī)器人，通過激光雷達(dá)傳感器掃描豬舍內(nèi)環(huán)境并自動(dòng)生成地圖，控制箱據(jù)此制訂路徑規(guī)劃，隨后控制行走機(jī)構(gòu)4向前行駛，在此過程中利用清洗機(jī)構(gòu)和刮糞機(jī)構(gòu)清理糞污理，具有自動(dòng)充電和加水、避障功能。與國外相比，我國養(yǎng)殖舍內(nèi)清潔機(jī)器人研究仍處于起步階段［5］。

2 全球豬舍清糞設(shè)備專利申請(qǐng)趨勢(shì)和申請(qǐng)地域分布

1974—2011年，全球豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)量持續(xù)保持在每年44件以下，相關(guān)專利申請(qǐng)?zhí)幱诎l(fā)展緩慢期。此時(shí)期豬舍清糞依賴于人工操作，機(jī)械化技術(shù)水平不高。勞動(dòng)力充足，勞動(dòng)力成本低，機(jī)械化成本相對(duì)較高，養(yǎng)殖未形成規(guī)模，都制約了豬舍清糞設(shè)備的技術(shù)研發(fā)。2012年，豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)量開始明顯增長，達(dá)到77件；隨后相關(guān)專利年申請(qǐng)量迅速攀升，到2018年達(dá)到425件。該階段為快速發(fā)展期，表明此時(shí)豬舍清糞設(shè)備的技術(shù)研發(fā)非?；钴S。此時(shí)，養(yǎng)殖業(yè)逐步規(guī)?；l(fā)展，豬肉需求量的增加，都促使養(yǎng)殖者提高工作效率，進(jìn)而促使加大對(duì)豬舍清糞設(shè)備的技術(shù)研發(fā)。同時(shí)，工控技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的快速發(fā)展給豬舍清糞設(shè)備的技術(shù)研發(fā)提供了有力的技術(shù)支撐。2019年該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量為424件，沒有明顯增長；經(jīng)過這一個(gè)平臺(tái)調(diào)整期之后，2020年專利申請(qǐng)量繼續(xù)上升達(dá)到628件；2021年專利申請(qǐng)量快速回落，可能與新型冠狀病毒感染對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的影響有關(guān)，總體申請(qǐng)趨勢(shì)平穩(wěn)。

在全球豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)中，中國的專利申請(qǐng)量占比最高，達(dá)到85.99%，表明中國重視豬舍清糞設(shè)備相關(guān)技術(shù)研發(fā)。

3 中國豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)概況

根據(jù)中國豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，實(shí)用新型專利申請(qǐng)占比78.18%，發(fā)明專利申請(qǐng)占比21.57%，PCT申請(qǐng)僅占0.25%。由此可見，雖然中國豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)量在全球占比最高，但是技術(shù)創(chuàng)新水平還有待進(jìn)一步提高；PCT申請(qǐng)量僅占0.25%，表明中國豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利申請(qǐng)缺乏國際化布局，可能也與技術(shù)創(chuàng)新水平不足有關(guān)。

在中國豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利中，有效專利占比49.34%，失效專利占比35.04%。這一方面提示相關(guān)養(yǎng)殖者、企事業(yè)研發(fā)單位和個(gè)人可充分利用這些失效專利，另一方面提示存在豬舍清糞設(shè)備相關(guān)專利轉(zhuǎn)化度不高的問題。

在豬舍清糞設(shè)備專利申請(qǐng)量排名前列的專利申請(qǐng)人中，牧原食品股份有限公司申請(qǐng)量為39件，比排在第二位的哈爾濱天河自動(dòng)化設(shè)備有限公司的19件多出1倍多。該公司是牧原集團(tuán)旗下子公司，其核心產(chǎn)業(yè)為生豬養(yǎng)殖，通過“全自養(yǎng)、全鏈條、智能化”的養(yǎng)殖模式實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)工業(yè)化。上述數(shù)據(jù)表明，該公司在豬舍清糞設(shè)備方面的技術(shù)研發(fā)能力較強(qiáng)，技術(shù)創(chuàng)新水平處于全國領(lǐng)先地位，并且其相關(guān)專利技術(shù)創(chuàng)新得到了較好的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。從排名前列的專利申請(qǐng)人性質(zhì)來看，豬舍清糞設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新以企業(yè)、科研院所和大專院校為主。這是由于企業(yè)處于養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)一線，對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的需求更為直接，能及時(shí)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，而科研院所和大專院校則有著科研技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4 趨勢(shì)與展望

豬舍清糞工作是生豬養(yǎng)殖的重要環(huán)節(jié)。糞污不及時(shí)處理便會(huì)揮發(fā)氨氣、硫化氫等有害氣體，會(huì)降低舍內(nèi)空氣質(zhì)量，影響豬的生長性能和繁殖性能。而自動(dòng)化、智能化清糞設(shè)備能夠提高清糞效率，減少人工勞動(dòng)量，降低勞動(dòng)力成本。目前，雖然自動(dòng)化、智能化清糞設(shè)備在一些規(guī)模化養(yǎng)殖場已經(jīng)得到初步應(yīng)用，但是由于技術(shù)水平、養(yǎng)殖場結(jié)構(gòu)差異等因素，其應(yīng)用還不廣泛。隨著養(yǎng)豬場規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人工成本的增加，現(xiàn)代化養(yǎng)豬企業(yè)對(duì)自動(dòng)化、智能化養(yǎng)殖設(shè)備的需求將更加突出。這會(huì)促使相關(guān)企事業(yè)單位增加豬舍清糞設(shè)備的研發(fā)投入，相關(guān)專利申請(qǐng)量會(huì)持續(xù)增加。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)與豬舍清糞設(shè)備關(guān)鍵部件的結(jié)合及其應(yīng)用將會(huì)成為研發(fā)重點(diǎn)?？紤]到我國相關(guān)專利轉(zhuǎn)化率不高的現(xiàn)狀，應(yīng)增強(qiáng)企業(yè)專利意識(shí)，引導(dǎo)企業(yè)在生產(chǎn)中注意挖掘關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)影響企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)專利和核心專利預(yù)先進(jìn)行布局。充分利用專利技術(shù)，有助于提高企業(yè)核心競爭力。此外，智能化設(shè)備在我國沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且國產(chǎn)率相對(duì)較低、價(jià)格昂貴。因此，在生產(chǎn)研發(fā)過程中，要重視專利標(biāo)準(zhǔn)化工作，促進(jìn)重要的專利盡快轉(zhuǎn)變成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而為豬舍清糞設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

分析可知，在豬舍清糞設(shè)備領(lǐng)域，我國的相關(guān)專利申請(qǐng)量處于穩(wěn)步發(fā)展?fàn)顟B(tài)，中國的申請(qǐng)量占比最高，表明中國重視豬舍清糞設(shè)備領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)。企業(yè)、科研院所和大專院校在機(jī)械化、自動(dòng)化清糞設(shè)備的技術(shù)研發(fā)方面取得了顯著的成效，但是專利轉(zhuǎn)化率不高，應(yīng)用水平不高。目前，中國豬舍清糞設(shè)備領(lǐng)域相關(guān)專利申請(qǐng)缺乏國際化布局，國際專利保護(hù)防御體系建設(shè)相對(duì)滯后。為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，規(guī)模養(yǎng)殖場對(duì)智能化清糞設(shè)備的需求將持續(xù)增加。因此，相關(guān)的研發(fā)投入和專利申請(qǐng)量也將持續(xù)增加，在物聯(lián)網(wǎng)、信息化、智能化的結(jié)合適配方面還有較大技術(shù)研發(fā)空間。

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