機(jī)床行業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)分析及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

■ 焦作煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 （河南焦作 454191） 錢(qián) 江

■ 機(jī)械工業(yè)信息研究院 （北京 100037） 牛江蓉 胡端陽(yáng)

1. 全球機(jī)床專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)與產(chǎn)值發(fā)展基本一致

2010—2019年，全球機(jī)床有效專(zhuān)利累計(jì)申請(qǐng)量達(dá)到68.3萬(wàn)件，如圖1所示，全球機(jī)床專(zhuān)利申請(qǐng)基本呈平穩(wěn)上升的態(tài)勢(shì)，其中2018年全球機(jī)床專(zhuān)利申請(qǐng)達(dá)到11.9萬(wàn)件，為歷年最高。

圖1 2010—2019年全球機(jī)床專(zhuān)利發(fā)展趨勢(shì)

2. 國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)熱情高漲

2010—2019年，我國(guó)機(jī)床行業(yè)專(zhuān)利申請(qǐng)量達(dá)到78.5萬(wàn)件，年均增長(zhǎng)22.4%。發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到35.5萬(wàn)件，年均增長(zhǎng)29.3%。近年來(lái)，機(jī)床發(fā)明專(zhuān)利占比不斷提高，2015—2019年連續(xù)5年發(fā)明專(zhuān)利數(shù)量占總量的比重超過(guò)了40%。

圖2 2010—2019年我國(guó)機(jī)床專(zhuān)利變化趨勢(shì)

3. 各國(guó)十分重視在中國(guó)的專(zhuān)利布局

2015年以來(lái)，各國(guó)機(jī)床行業(yè)在我國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)占專(zhuān)利申請(qǐng)總量的4%左右。其中，美國(guó)、日本及德國(guó)在我國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)量占各國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)總量的2/3左右。2010年后美國(guó)、日本及德國(guó)加速在我國(guó)機(jī)床領(lǐng)域的專(zhuān)利布局，特別是日本的機(jī)床專(zhuān)利申請(qǐng)量在2019年突破了1 600件，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)高出美國(guó)和德國(guó)。美國(guó)、日本及德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在我國(guó)專(zhuān)利布局主要側(cè)重于具有高速度、高精度及高附加值特征的激光加工、半導(dǎo)體制造裝備、磨床等先進(jìn)制造工藝和裝備。

4. 近年來(lái)世界機(jī)床專(zhuān)利很多源自典型用戶企業(yè)

對(duì)近五年申請(qǐng)專(zhuān)利量最多的前15家企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，日本有11家，美國(guó)2家，德國(guó)與瑞士各一家（前5家申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量見(jiàn)表1）。從前15家企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品看，機(jī)床行業(yè)專(zhuān)利較多的企業(yè)主要分布在刀具、控制系統(tǒng)、材料等領(lǐng)域。

同時(shí)可以看出，機(jī)床用戶企業(yè)也申請(qǐng)了較多的機(jī)床專(zhuān)利，如豐田汽車(chē)等，表明用戶的特殊工藝要求對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床功能具有巨大影響。

表1 申請(qǐng)專(zhuān)利量前5家企業(yè)

5. 從知識(shí)產(chǎn)權(quán)角度看機(jī)床行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（1）綠色化 激光加工技

術(shù)是美國(guó)、日本等國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。近年激光加工技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在激光去除金屬領(lǐng)域，涉及激光打孔技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)和激光蝕刻技術(shù)等。此外，高速進(jìn)給系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)正裝置，以及在激光加工機(jī)床中除屑或排氣裝置也已成為當(dāng)前激光加工技術(shù)的主要研究領(lǐng)域（見(jiàn)表2）。

表2 激光加工技術(shù)主要分布領(lǐng)域

另外，少無(wú)切削加工技術(shù)裝備與工藝也倍受美國(guó)、日本企業(yè)重視，特別是日本在燒結(jié)方法、粉末制備等多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展粉末冶金技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，取得了大量的技術(shù)成果與專(zhuān)利。從制造金屬粉末的方法看，主要集中在化學(xué)方法制造粉末和采用液體金屬化合物制造粉末（見(jiàn)表3）。

表3 粉末冶金裝備技術(shù)分布領(lǐng)域

（2）智能化 信息技術(shù)的發(fā)展及其與傳統(tǒng)機(jī)床的融合推動(dòng)機(jī)床向數(shù)字化、集成化和智能化方向發(fā)展，數(shù)字化制造裝備、數(shù)字化生產(chǎn)線和數(shù)字化工廠的應(yīng)用空間將越來(lái)越大。而采用智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多信息融合下的重構(gòu)優(yōu)化的智能決策、過(guò)程適應(yīng)控制及誤差補(bǔ)償智能控制等功能，將大幅提升成形和加工精度，提高制造效率。

從多年來(lái)世界機(jī)床專(zhuān)利分布領(lǐng)域看，數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等控制系統(tǒng)一直是技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)。隨著各國(guó)對(duì)控制系統(tǒng)的重視，控制系統(tǒng)專(zhuān)利不斷增多，從而使機(jī)床的智能化發(fā)展也邁向更高的水平，智能制造趨勢(shì)越發(fā)凸顯。

（3）模塊化 電主軸、刀具及測(cè)量?jī)x器等功能部件和數(shù)字化工具系統(tǒng)及量?jī)x成為提高機(jī)床技術(shù)的重要因素。

功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。如電主軸、全數(shù)字交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)裝置、力矩電動(dòng)機(jī)等功能部件的性能指標(biāo)不斷提高。

高速、高效、復(fù)合、高精度、高可靠性及環(huán)保是數(shù)控刀具的發(fā)展方向。發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控刀具制造技術(shù)在刀具材料、刀具鍍層技術(shù)、刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀具連接件和工具系統(tǒng)及切削數(shù)據(jù)庫(kù)等方面都取得了突出成就，使得數(shù)控刀具提高到一個(gè)嶄新的水平。

數(shù)字化、高精度、智能化、非接觸測(cè)量?jī)x器和在線測(cè)量技術(shù)取得新的進(jìn)展，新的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為代表的精密測(cè)量?jī)x器應(yīng)用擴(kuò)大；帶CCD數(shù)字?jǐn)z像頭、激光測(cè)頭及觸發(fā)測(cè)頭的多傳感測(cè)頭光學(xué)坐標(biāo)測(cè)量?jī)x得到快速發(fā)展；激光干涉測(cè)量系統(tǒng)和球桿儀在數(shù)控機(jī)床幾何精度和運(yùn)動(dòng)精度的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控中，得到了廣泛應(yīng)用。

從專(zhuān)利申請(qǐng)量上看，對(duì)新型金屬、復(fù)合材料等新型切削刀具材料的研究成為了現(xiàn)代機(jī)床刀具研究的重點(diǎn)。應(yīng)用方面，用于鉆頭、車(chē)刀、柄式銑刀、鏜刀頭及可轉(zhuǎn)位刀具的研究不斷促進(jìn)了金屬切削機(jī)床加工精度和加工效率的提高（見(jiàn)表4）。

表4 刀具技術(shù)主要分布領(lǐng)域