基于知識(shí)圖譜的國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合動(dòng)態(tài)演化及創(chuàng)新前沿

王鵬飛，程 華

(浙江理工大學(xué)，a.經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院；b.浙江省生態(tài)文明研究院，杭州 310018)

“工業(yè)4.0”時(shí)代已經(jīng)來臨，多種學(xué)科領(lǐng)域間的知識(shí)流動(dòng)，基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈和虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字新技術(shù)的融合，引領(lǐng)了信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的變革[1-2]。技術(shù)融合作為技術(shù)創(chuàng)新的重要手段，不僅給企業(yè)創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型提供動(dòng)力，同時(shí)也加速社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展，為國家的經(jīng)濟(jì)快速增長和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來深遠(yuǎn)的影響[3]。

作為中國的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)和民生產(chǎn)業(yè)，紡織行業(yè)逐漸在高可靠性、高技術(shù)和高附加值的智能化發(fā)展路線上持續(xù)邁進(jìn)。紡織技術(shù)具有的多學(xué)科交叉匯聚、多技術(shù)跨界融合的顯著特征，已經(jīng)成為提高產(chǎn)品價(jià)值增值、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)和實(shí)現(xiàn)紡織科技創(chuàng)新的主要方式。當(dāng)前，受全球“雙碳”目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展理念的影響，智能紡織品技術(shù)創(chuàng)新也呈現(xiàn)出融合化發(fā)展趨勢(shì)，生物技術(shù)、納米技術(shù)、信息技術(shù)和環(huán)保技術(shù)等不斷融合，使得紡織材料具有超性能、智能化和綠色化等多功能特點(diǎn)，而紡織生產(chǎn)的主要趨勢(shì)就體現(xiàn)在智能化、高品質(zhì)、高效率和節(jié)能減排等方向。

目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)研究。婁巖等[2]和陳悅等[4]以技術(shù)群相似度時(shí)序分析法和測(cè)度技術(shù)融合框架的角度，以專利數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析技術(shù)融合所形成的整體網(wǎng)絡(luò)以及構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的各技術(shù)主體，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)的均衡程度進(jìn)行研究，為全面探測(cè)技術(shù)演化路徑提供新的視角和技術(shù)手段。Stylios等[5]和Virili等[6]從提高紡織品性能和美感的新材料設(shè)計(jì)角度出發(fā)，指出紡織行業(yè)科技創(chuàng)新的應(yīng)用范圍，包括紡織服裝供應(yīng)鏈中的可持續(xù)發(fā)展，可持續(xù)產(chǎn)品戰(zhàn)略、可持續(xù)投資、可持續(xù)績效評(píng)估、企業(yè)社會(huì)責(zé)任和環(huán)境管理系統(tǒng)的采用等。Colombo等[7]、Hornborg[8]和Uhlemann等[9]從智能紡織品設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，認(rèn)為紡織行業(yè)結(jié)合新材料和人工智能技術(shù)，會(huì)對(duì)該領(lǐng)域的科技創(chuàng)新產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。綜上所述，雖然學(xué)術(shù)界基于專利數(shù)據(jù)開展技術(shù)融合和創(chuàng)新研究有相應(yīng)的成果，但是21世紀(jì)以來國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合和創(chuàng)新前沿研究文獻(xiàn)比較少，尤其缺乏實(shí)際專利數(shù)據(jù)的支撐。因此通過專利數(shù)據(jù)探究該領(lǐng)域研究進(jìn)展和動(dòng)態(tài)，探尋國內(nèi)企業(yè)已有的智能紡織品技術(shù)成果、動(dòng)態(tài)演化和前沿，具有積極的指導(dǎo)意義。

基于此，本文運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析軟件Gephi和專利數(shù)據(jù)庫平臺(tái)incoPat，以國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合專利為數(shù)據(jù)源，通過專利計(jì)量繪制科學(xué)知識(shí)圖譜，剖析技術(shù)融合演化過程、研究熱點(diǎn)和研究前沿，發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域發(fā)展脈絡(luò)和創(chuàng)新前沿等，以期為紡織行業(yè)科技創(chuàng)新領(lǐng)域未來的研究提供參考與借鑒[10]。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所采用的專利數(shù)據(jù)來源于incoPat專利數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，其專利檢索及分析系統(tǒng)共收集100多個(gè)國家、地區(qū)和組織的專利數(shù)據(jù)，同時(shí)還收錄了引文、同族、法律狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息。并集成專利檢索、專題庫、分析和監(jiān)視預(yù)警等多個(gè)功能模塊，目前廣泛應(yīng)用于國內(nèi)高等院校和科研機(jī)構(gòu)等。對(duì)于智能紡織品技術(shù)，其內(nèi)容主要涉及服裝、纖維、紡紗、織造和編織等，國際專利分類包括D(紡織)和A41(服裝)兩大類。因此，本文檢索策略是：首先通過分類號(hào)構(gòu)造檢索式((IPC=(D OR A41) AND TIABC=(智能 OR 電子 OR 可穿戴))，檢索號(hào)為#1。然后通過關(guān)鍵詞構(gòu)造檢索式((TIABC=(紡織OR服裝OR纖維OR紡紗OR織造OR編織)) AND (TIABC=(智能OR電子OR可穿戴)))，檢索號(hào)為#2。最后將上述兩個(gè)檢索結(jié)果求并集，即#1U#2，專利狀態(tài)選擇“有效”，時(shí)間范圍不做限制，具體檢索式構(gòu)造策略如 表1 所示。通過以上操作進(jìn)行檢索，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行申請(qǐng)合并和數(shù)據(jù)排查等操作，最終篩選得到與本主題相符的25889條專利數(shù)據(jù)(檢索時(shí)間為2022年3月12日)。

表1 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合專利檢索式構(gòu)造策略Tab.1 Retrieval constructing strategy for technology fusion patents regarding domestic intelligent textiles

1.2 研究方法與工具

本文以國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合專利為研究對(duì)象。參考王媛等[11]、婁巖等[2]和徐茜等[12]對(duì)技術(shù)融合的定義，智能紡織品技術(shù)融合涉及國際專利分類C化學(xué)、F機(jī)械工程、G物理和H電學(xué)等大類。因此，首先對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)融合動(dòng)態(tài)演化分析，以獲得該領(lǐng)域發(fā)展的總體趨勢(shì)，再借助復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析軟件Gephi，計(jì)算節(jié)點(diǎn)、各節(jié)點(diǎn)的連線和相對(duì)距離體現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系緊密度，可以直觀了解組織合作的發(fā)展動(dòng)態(tài)等。最后，基于關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率和共現(xiàn)關(guān)系進(jìn)行聚類計(jì)算，根據(jù)詞之間的相關(guān)度聚出不同類別的詞組，關(guān)系緊密的詞語聚集為一個(gè)聚簇，最終以聚類關(guān)系圖和3D沙盤圖譜進(jìn)行展示。節(jié)點(diǎn)大小代表專利量的數(shù)量，各節(jié)點(diǎn)的連線和相對(duì)距離體現(xiàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系緊密度。通過專利聚類分析了解技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，探索研究趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)國內(nèi)智能紡織品技術(shù)創(chuàng)新前沿研究。

2 智能紡織品技術(shù)融合動(dòng)態(tài)演化

2.1 總體發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，雖然檢索時(shí)間范圍沒有設(shè)置，但是發(fā)現(xiàn)2003年之前沒有符合要求的數(shù)據(jù)，2022年數(shù)據(jù)由于受公開滯后等影響，數(shù)據(jù)量比較小且存在不完整現(xiàn)象，因此把研究時(shí)間范圍定在2003年至2021年。從總體趨勢(shì)看，21世紀(jì)以來國內(nèi)智能紡織品技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)融合數(shù)量呈逐年上升勢(shì)態(tài)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合趨勢(shì)及增長率Fig.1 Technology fusion trend and growth rate fordomestic smart textiles

21世紀(jì)以來，國內(nèi)智能品紡織技術(shù)融合的總體發(fā)展大致可以分為3個(gè)階段，第一階段為2003—2010年，該時(shí)期發(fā)展屬于萌芽期，科研人員和機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域研究剛起步，部分高?？蒲袡C(jī)構(gòu)、外商獨(dú)資和合資企業(yè)參與相關(guān)研究，每年申請(qǐng)的專利數(shù)量偏少。重點(diǎn)以紡織物處理、服裝服飾電子元器件擴(kuò)展功能、有機(jī)高分子化合物和提高紡織品的性能為目標(biāo)，尤其是外資企業(yè)領(lǐng)先的染色技術(shù)為消費(fèi)者生產(chǎn)高附加值紡織品提供了一些新方法[13-15]。第二階段為2011—2015年，該領(lǐng)域的技術(shù)研究進(jìn)入快速增長期，這段時(shí)期出現(xiàn)一次申請(qǐng)高峰，其中2012年申請(qǐng)智能紡織品技術(shù)相關(guān)的專利743項(xiàng)，增長率達(dá)到65.85%。第三階段為2016—2021年，大量國內(nèi)企業(yè)投身到該領(lǐng)域，專利的申請(qǐng)量迅速增長，但增長速度相比較前者開始趨緩，屬于穩(wěn)定發(fā)展期。其中2020年，國內(nèi)該領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量達(dá)到4189項(xiàng)，是2003年申請(qǐng)量的54.40倍，年均增長率達(dá)到21.90%。

通過梳理上述各階段不同時(shí)期的增長態(tài)勢(shì)，發(fā)現(xiàn)與國家發(fā)布的相關(guān)政策文件有比較緊密的關(guān)系。2009年國務(wù)院發(fā)布《紡織工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，提出加強(qiáng)紡織行業(yè)自主創(chuàng)新能力、技術(shù)裝備水平和紡織品質(zhì)量，該文件為中國從紡織大國向紡織強(qiáng)國轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)。2016年國家《長絲織造產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展指導(dǎo)意見》和2017年《中國化纖工業(yè)綠色發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》發(fā)布，明確差異化、功能化、健康化和時(shí)尚化為紡織品開發(fā)的主方向，提出紡織制造技術(shù)遵循綠色可持續(xù)發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈綠色設(shè)計(jì)、綠色制造、綠色采購和綠色工藝技術(shù)等具體目標(biāo)。上述政策文件的發(fā)布和實(shí)施，為國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合發(fā)展起到積極的促進(jìn)與指導(dǎo)作用。

2.2 智能紡織品技術(shù)融合結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)演化

2.2.1 技術(shù)融合結(jié)構(gòu)特征

通過分析國內(nèi)智能紡織品技術(shù)專利每年技術(shù)功效的分布情況和變化趨勢(shì)，可以有助于了解各時(shí)期的技術(shù)融合結(jié)構(gòu)特征，從而掌握技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中功效的變化。本文以便利性、復(fù)雜性、效率、成本、安全性和智能化等6個(gè)維度解析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合功效特征圖譜Fig.2 Feature map of technology fusion efficacy for domestic intelligent textiles

從時(shí)間上分析，2011年之前上述6個(gè)維度的技術(shù)融合功效特征并不明顯。2000年德國電子織物研究公司W(wǎng)ronz Earalab Ltd和美國新材料研究 Peratech公司首次發(fā)布軟開關(guān)技術(shù)，為紡織品與電子元件的結(jié)合成為可能。而國內(nèi)在該領(lǐng)域主要以新型紡織纖維、聚合物開發(fā)、酶技術(shù)和紡織廢水處理等為目標(biāo)，關(guān)注生物技術(shù)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用等[16-18]。隨著新材料的發(fā)展、納米技術(shù)在紡織領(lǐng)域應(yīng)用和電子紡織品的開發(fā)，智能紡織品技術(shù)為智能紡織品的開發(fā)提供了智能系統(tǒng)的組合。因此2012年以后，國內(nèi)紡織行業(yè)由于市場(chǎng)需求和企業(yè)轉(zhuǎn)型，針對(duì)紡織產(chǎn)業(yè)智能制造技術(shù)，提出了紡織產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域智能制造基本范式，以及基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的紡織產(chǎn)業(yè)數(shù)字化管控體系。

從技術(shù)功效維度上分析，紡織品的便利性、復(fù)雜性、效率、成本、智能化和安全性都在發(fā)生不同程度的變化。其中，智能化、安全性和效率在2011年以后，專利技術(shù)融合趨勢(shì)比較明顯。而智能紡織品技術(shù)在提高產(chǎn)品便利性、降低復(fù)雜度和提高效率上，氣泡顯示效果更顯著。表2為國內(nèi)該領(lǐng)域技術(shù)融合演化特征數(shù)值表，可以輔助說明圖2中6個(gè)維度值在不同時(shí)期的演化。

表2 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合演化特征Tab.2 Technology fusion and evolution characteristics of domestic smart textiles

2.2.2 技術(shù)融合動(dòng)態(tài)演化特征

結(jié)合時(shí)間維度和技術(shù)融合專利分類，對(duì)上述3個(gè)階段的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，有助于獲得該領(lǐng)域的技術(shù)融合結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)演化過程，結(jié)果如圖3所示。其中2010年之前，智能紡織品技術(shù)領(lǐng)域的交叉滲透比較少，在圖譜的專利分類構(gòu)成上，H01類(電子元器件、電容器和導(dǎo)電連接等)專利申請(qǐng)直到2009年才開始逐漸發(fā)展。D06類(紡織物的處理、紡織品的染色和印花等)、D01類(天然或化學(xué)纖維、紡紗或紡絲；制作人造長絲，線，纖維化學(xué)特征等)和D04類(編織；針織；飾帶；非織造布等)專利申請(qǐng)?jiān)鲩L態(tài)勢(shì)比較明顯。說明此階段智能化纖與電子元器件在紡織品中的應(yīng)用和研發(fā)剛開始發(fā)展，但在市場(chǎng)上并沒有形成規(guī)模，因此該領(lǐng)域的技術(shù)融合專利數(shù)量存在比較少的現(xiàn)象。

圖3 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合網(wǎng)絡(luò)演化圖譜Fig.3 Evolution oftechnology convergence networks concerning domestic smart textiles

到了第二階段，智能紡織品技術(shù)融合的專利數(shù)量明顯增多，同時(shí)在第一階段D06類和H01類等專利發(fā)展的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)A41D類(外衣、防護(hù)服和衣飾配件)、D01H類(紡紗或加捻)、D01F類(制作人造長絲、線、纖維的化學(xué)特征等)和D06B類(紡織材料的液相、氣相或蒸汽處理)等技術(shù)的融合。這與紡織技術(shù)的發(fā)展，可穿戴設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用得到普遍關(guān)注有比較密切的關(guān)系。第三階段中A41類、D06類和D05類相關(guān)的技術(shù)專利占據(jù)主導(dǎo)地位。該時(shí)期隨著節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念的影響，人類對(duì)紡織品消費(fèi)觀念發(fā)生比較大的轉(zhuǎn)變?？沙掷m(xù)時(shí)尚引領(lǐng)的多功能服裝，低碳和生態(tài)綠色紡織品更受市場(chǎng)的關(guān)注。尤其2019年底出現(xiàn)的新冠疫情影響，智能紡織品技術(shù)對(duì)醫(yī)用防護(hù)服和相關(guān)可穿戴設(shè)備的安全性和性能起到比較大的推動(dòng)作用。

將圖3的演化圖譜分階段進(jìn)行專利增長趨勢(shì)分析，得到結(jié)果如表3所示。結(jié)合前文所述不同階段的專利分類申請(qǐng)量，其中前10位專利分類中，年均增長率最高的是H01B類72.52%。21世紀(jì)以來，電子技術(shù)與紡織技術(shù)相融合在第二階段飛速發(fā)展，到第三階段達(dá)到350項(xiàng)專利，增長優(yōu)勢(shì)比較明顯。其次是D06B類專利66.70%、A41D類專利63.41%和D01F類專利60.21%。涉及的技術(shù)包括電子元件、電氣電路、通信技術(shù)、功能性服裝設(shè)計(jì)和機(jī)械加工與制造等，以上技術(shù)與紡織技術(shù)相結(jié)合，對(duì)國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合起到積極的促進(jìn)作用。

表3 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合演化專利增長趨勢(shì)Tab.3 Trend of patent growth for technology fusion and evolution regarding domestic smart textiles

2.3 智能紡織品技術(shù)融合模式分析

技術(shù)融合模式包括復(fù)制模仿、合作開發(fā)以及自主創(chuàng)新3種。在20世紀(jì)初期，國內(nèi)紡織行業(yè)主要以復(fù)制模仿為主要的技術(shù)融合模式。隨著科技的發(fā)展和企業(yè)競(jìng)爭意識(shí)的增強(qiáng)，在國家政策文件驅(qū)動(dòng)下，擁有更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及相關(guān)核心技術(shù)，自主開發(fā)成為國內(nèi)紡織行業(yè)主要的技術(shù)融合模式。同時(shí)，企業(yè)與跨國公司合作開發(fā)，加速技術(shù)升級(jí)和轉(zhuǎn)化進(jìn)程，也成為縮小與國外高端智能紡織品技術(shù)差距的主要方式。

2.3.1 復(fù)制模仿

復(fù)制模仿，是國內(nèi)紡織行業(yè)短期內(nèi)縮小與先進(jìn)國家紡織技術(shù)水平差距的最有效途徑之一。尤其改革開放初期，國內(nèi)紡織行業(yè)作為國家支柱性產(chǎn)業(yè)和民生產(chǎn)業(yè)，需求更為突出。接下來以技術(shù)轉(zhuǎn)讓為主要參考數(shù)據(jù)，分析通過購買專利技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能紡織領(lǐng)域布局的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選，發(fā)現(xiàn)樣本中技術(shù)轉(zhuǎn)讓的專利有3517項(xiàng)，占樣本總數(shù)的13.58%。

通過對(duì)轉(zhuǎn)讓專利的技術(shù)構(gòu)成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要體現(xiàn)在紡織大類D、化工纖維大類C和服裝大類A等，其次是電子電路大類H等，結(jié)果如圖4所示。其中紡織、服裝、化纖和電子元器件類專利轉(zhuǎn)讓趨勢(shì)比較明顯，市場(chǎng)成熟度也更高。技術(shù)關(guān)注的領(lǐng)域主要包括先進(jìn)紡織復(fù)合與纖維材料、現(xiàn)代紡織技術(shù)、紡織品回收與資源化再生利用技術(shù)和紡織智能制造技術(shù)等熱點(diǎn)研究方向[19-21]。也有部分研究涉及柔性可穿戴技術(shù)及其應(yīng)用案例，分析母嬰市場(chǎng)和老年化市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大及不斷提高的消費(fèi)者訴求，以柔性智能電子紡織品為研究對(duì)象，指出穿戴式的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)分布越來越廣泛，幾乎涵蓋了生活所需的全部產(chǎn)業(yè)等[22-23]。

圖4 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)專利轉(zhuǎn)讓圖譜Fig.4 Technology patent transfer map for domestic smart textiles

2.3.2 合作開發(fā)

為了更有效地實(shí)現(xiàn)智能紡織品技術(shù)布局，國內(nèi)企業(yè)尋求開展對(duì)外技術(shù)交流和科技合作。其中合作開發(fā)是帶來技術(shù)升級(jí)的有效手段之一，通過發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，整合內(nèi)外優(yōu)勢(shì)資源，可以更有效地實(shí)現(xiàn)合作方的目標(biāo)效果。因此以專利申請(qǐng)人數(shù)量大于1為主要參考數(shù)據(jù)，通過分析合作開發(fā)專利，梳理智能紡織品技術(shù)融合的特征。經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選，發(fā)現(xiàn)樣本中合作開發(fā)的專利達(dá)到1714項(xiàng)，占樣本總數(shù)的6.62%。

對(duì)合作申請(qǐng)人及研究團(tuán)隊(duì)分布統(tǒng)計(jì)，借助Gehpi可視化分析軟件生成該領(lǐng)域主要技術(shù)合作關(guān)系共現(xiàn)圖譜。主要步驟為：首先設(shè)置生成作者及研究團(tuán)隊(duì)合作矩陣，通過公式2*edges/nodes計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接邊的平均度(Average degree)；然后分析各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的分離程度，比較任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的平均路徑長度(Average network distance)，值越小代表網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連接度越大；最后通過計(jì)算模塊化指數(shù)(Modularity index)，來衡量網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)的模塊化程度，得到結(jié)果0.947，大于0.44，說明該網(wǎng)絡(luò)圖達(dá)到較高的模塊化程度。結(jié)果如圖5所示。

圖5中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表不同的合作開發(fā)申請(qǐng)人，相互之間的連線代表作者相互之間的合作關(guān)系。不同顏色的節(jié)點(diǎn)和連線粗細(xì)表示不同團(tuán)隊(duì)之間合作頻率，圖5中顯示有藍(lán)色、綠色、紫粉色和黑色等主要合作開發(fā)核心團(tuán)隊(duì)。圖5中最大的紫粉色圓點(diǎn)是國家電網(wǎng)有限公司，與其合作的機(jī)構(gòu)包括國網(wǎng)上海電力公司、吉林電力有限公司電力科學(xué)研究院和其他下屬公司研究機(jī)構(gòu)等，其在H類紡織印刷領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用合作比較廣泛，這與其行業(yè)性質(zhì)有比較大的關(guān)聯(lián)。另外綠色節(jié)點(diǎn)的東華大學(xué)和黑色節(jié)點(diǎn)的海爾智家股份有限公司，也是分別聚焦C類化纖和A41、D06服裝紡織品處理等技術(shù)合作。圖5中入圍的高校還有浙江大學(xué)、江南大學(xué)、浙江理工大學(xué)和華南理工大學(xué)等，上述高校結(jié)合學(xué)科優(yōu)勢(shì)和自身特點(diǎn)在紡織纖維、紡織材料和紡織品儀器設(shè)備制造、精密加工等技術(shù)領(lǐng)域研究上競(jìng)爭力比較明顯。

圖5 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)主要申請(qǐng)人合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖譜Fig.5 Network map of cooperative relationship of major applicants for domestic smart textile technology

上述主要申請(qǐng)人合作開發(fā)也是產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新深化的體現(xiàn)。20世紀(jì)90年代末，教育部提倡開展產(chǎn)學(xué)研合作教育，對(duì)國內(nèi)校企合作模式起到積極的促進(jìn)作用。2015年，中國校企協(xié)同產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新聯(lián)盟的成立，將校企協(xié)同創(chuàng)新的內(nèi)容進(jìn)一步完善，成為促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新的一項(xiàng)重要國策，并為該政策的實(shí)際效果提供了理論基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)證據(jù)[24-25]。

2.3.3 自主創(chuàng)新

隨著改革開放政策的不斷深入，自主創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展和提升產(chǎn)品競(jìng)爭力的主要手段。在此基礎(chǔ)上，加大研發(fā)新產(chǎn)品投入，企業(yè)專利申請(qǐng)數(shù)和發(fā)明專利數(shù)以及擁有發(fā)明專利的數(shù)量逐年上升。通過設(shè)置專利申請(qǐng)人數(shù)量為1，二次篩選得到數(shù)據(jù)20602項(xiàng)，占樣本總數(shù)的79.78%，說明絕大多數(shù)企業(yè)堅(jiān)持走自主創(chuàng)新，來掌握市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)和核心競(jìng)爭力。分析該領(lǐng)域申請(qǐng)人排名，獲得排在前10位的自主創(chuàng)新主體。結(jié)果如圖6所示。

圖6 國內(nèi)智能紡織品技術(shù)專利自主創(chuàng)新申請(qǐng)人排名圖譜Fig.6 Ranking map of independent innovation applicants for technology patents concerning domestic smart textiles

對(duì)該領(lǐng)域申請(qǐng)人主體分析發(fā)現(xiàn)，前10位排名中包含國內(nèi)7所高校和3家跨國企業(yè)。其中東華大學(xué)以146項(xiàng)智能紡織品技術(shù)融合專利排在首位，其次是江南大學(xué)105項(xiàng)和華南理工大學(xué)72項(xiàng)。作為國內(nèi)著名的紡織背景重點(diǎn)高校，其紡織學(xué)科的影響力和競(jìng)爭力非常明顯。3家跨國企業(yè)中蘋果公司和聯(lián)想公司是著名的高科技企業(yè)，其智能可穿戴設(shè)備、電子飾品和智能紡織品等研發(fā)在國內(nèi)占據(jù)非常重要的地位。而日本跨國企業(yè)東麗株式會(huì)社主要從事復(fù)合材料和碳纖維等產(chǎn)品研發(fā)，在我國紡織行業(yè)布局比較廣，包括江蘇南通的纖維和織染業(yè)務(wù)、珠海和青島的制衣針織業(yè)務(wù)和蘇州的精密科技等。

通過分析前10位申請(qǐng)人智能紡織品技術(shù)分布特征，可以發(fā)現(xiàn)東華大學(xué)、江南大學(xué)、浙江理工大學(xué)和蘇州大學(xué)等具有紡織學(xué)科優(yōu)勢(shì)的高校，專利技術(shù)分布主要以D01(天然纖維化纖)、D06(紡織物處理)和A41(服裝大類)的技術(shù)研發(fā)為主。華南理工大學(xué)、大連理工大學(xué)和浙江大學(xué)等高校以H01(電子元器件和電子電路)、G01(物理測(cè)試)和C08(有機(jī)高分子化合物)等為主要研究方向，為紡織行業(yè)提供與學(xué)科特色相關(guān)的技術(shù)支持。結(jié)果如表4所示。

表4 前10位申請(qǐng)人智能紡織品技術(shù)分布特征Tab.4 Technology distribution characteristics of smart textiles among the top ten applicants

3 智能紡織品技術(shù)創(chuàng)新前沿分析

3.1 智能紡織品技術(shù)融合聚類分析

基于文本挖掘技術(shù)自動(dòng)提取技術(shù)關(guān)鍵詞，根據(jù)詞之間的相關(guān)度將不同類別的詞組進(jìn)行組合。聚類分析以專利文本信息(包括標(biāo)題、摘要)提取的關(guān)鍵詞為分析對(duì)象，基于關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率和共現(xiàn)關(guān)系進(jìn)行聚類計(jì)算，最終形成的聚簇以圖形進(jìn)行展示。結(jié)果如圖7所示。在文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中，關(guān)鍵詞的共詞方法常用來確定該文獻(xiàn)集所代表學(xué)科中各主題之間的關(guān)系，采用共現(xiàn)關(guān)系(co-occurrence)構(gòu)造任兩點(diǎn)之間的邊，以此來確定該領(lǐng)域的研究前沿。圖7中形成以下4個(gè)主要聚類：深藍(lán)色代表“智能化制造”聚類，用標(biāo)簽1#表示，淺藍(lán)色表示“電子可穿戴”聚類，用標(biāo)簽2#表示，紅色表示“紡織品處理”聚類，用標(biāo)簽3#聚類，橙色表示“新型紡織材料”聚類，用標(biāo)簽4#表示。其中標(biāo)簽1#和標(biāo)簽2#聚類節(jié)點(diǎn)大小更突出，且與其他聚類之間邊數(shù)和連線更多，說明其關(guān)聯(lián)緊密度更高。通過歸納上述聚類的關(guān)鍵詞，表明國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合分為智能制造新模式、智能紡織裝備及共性技術(shù)和新型紡織材料三大領(lǐng)域，這構(gòu)成了當(dāng)前紡織行業(yè)科技創(chuàng)新的研究熱點(diǎn)。

另外，傳感器、石墨烯、控制器、電極、碳纖維和控制系統(tǒng)等，作為智能紡織品技術(shù)融合的核心內(nèi)容，也在圖7中顯示較為突出。

圖7 智能紡織品技術(shù)融合聚類分析圖譜Fig.7 Smart textile technology fusion and cluster analysis map

在當(dāng)前“雙碳”目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展理念影響下，國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合的重點(diǎn)是通過數(shù)字經(jīng)濟(jì)賦能與綠色轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此包括紡織工藝特點(diǎn)、紡織新材料研發(fā)和智能可穿戴系統(tǒng)等技術(shù)融合，與市場(chǎng)推廣的低成本和循環(huán)再利用體系存在比較密切的關(guān)系，從循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中探討市場(chǎng)化道路，實(shí)現(xiàn)紡織行業(yè)進(jìn)入資源再利用領(lǐng)域。

3.2 技術(shù)前沿分析

借助3D專利沙盤推演功能，可以更直觀、更動(dòng)態(tài)地展示企業(yè)專利攻防布局，輔助呈現(xiàn)行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。圖8所示為智能紡織品技術(shù)專利3D沙盤圖譜，可以發(fā)現(xiàn)智能服裝、防護(hù)服、納米纖維和柔性壓力傳感器等呈現(xiàn)比較明顯，智能制造、控制系統(tǒng)和智能化等表現(xiàn)比較突出，結(jié)合專利數(shù)據(jù)分析，可以得出紡織成型制造、紡織纖維新材料、先進(jìn)紡織制品、綠色染整技術(shù)、智能紡織裝備與可穿戴系統(tǒng)等近兩年迅速發(fā)展，成為該領(lǐng)域的研究前沿。目前，在數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動(dòng)背景下，融合紡織、電子、醫(yī)學(xué)和信息技術(shù)等于一體，促進(jìn)智能紡織產(chǎn)品研究與開發(fā)已成為一種主要的趨勢(shì)。

圖8 智能紡織品技術(shù)專利3D沙盤圖譜Fig.8 3D sand table map for smart textile technology patent

雖然中國在紡織產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域推進(jìn)智能制造取得一定的成效，但與發(fā)達(dá)國家“工業(yè)4.0”相比還存在一定的差距。根據(jù)國家《紡織行業(yè)“十四五”發(fā)展綱要》，主要任務(wù)是聚焦新技術(shù)與紡織工業(yè)的深度融合，加快行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。因此，以推進(jìn)紡織成套裝備研發(fā)和紡織領(lǐng)域智能制造系統(tǒng)集成商協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)以紡織裝備數(shù)字化和紡織行業(yè)智能制造為主要目標(biāo)，整體提升我國智能紡織品技術(shù)融合效率。

4 總結(jié)與展望

本文從專利計(jì)量的角度，探討國內(nèi)智能紡織品技術(shù)融合動(dòng)態(tài)演化和創(chuàng)新前沿，包括總體發(fā)展趨勢(shì)、融合結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)演化過程、融合模式和創(chuàng)新前沿等，得出以下主要結(jié)論。

a) 21世紀(jì)以來，國內(nèi)智能紡織品技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)融合數(shù)量發(fā)展大致分為3個(gè)階段，總體呈逐年上升趨勢(shì)。2011年之前，便利性、復(fù)雜性、效率、成本、安全性和智能化等6個(gè)維度的技術(shù)融合功效特征并不明顯。2012年以后，國內(nèi)紡織行業(yè)由于市場(chǎng)需求和企業(yè)轉(zhuǎn)型，智能化、安全性和效率等專利技術(shù)融合趨勢(shì)比較明顯，其中在提高產(chǎn)品便利性、降低復(fù)雜度和提高效率上，技術(shù)融合動(dòng)態(tài)效果更顯著。

b)通過對(duì)技術(shù)融合動(dòng)態(tài)演化特征數(shù)據(jù)可視化分析，得出第一階段2003—2010年，智能紡織品技術(shù)領(lǐng)域的交叉滲透比較少，此階段智能化纖與電子元器件在紡織品中的應(yīng)用和研發(fā)沒有形成規(guī)模，因此該領(lǐng)域的技術(shù)融合專利數(shù)量存在比較少的現(xiàn)象。第二階段2011—2015年，智能紡織品技術(shù)融合的專利數(shù)量明顯增多，可穿戴設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用得到普遍關(guān)注。第三階段2016—2021年，可持續(xù)時(shí)尚引領(lǐng)的多功能服裝，低碳和生態(tài)綠色紡織品更受市場(chǎng)的關(guān)注。尤其2019年底出現(xiàn)的新冠疫情影響，該領(lǐng)域技術(shù)對(duì)醫(yī)用防護(hù)服和相關(guān)可穿戴設(shè)備的安全性和性能起到積極的推動(dòng)作用。

c) 對(duì)智能紡織品技術(shù)融合模式分析，發(fā)現(xiàn)在20世紀(jì)初期，國內(nèi)紡織行業(yè)主要以購買專利技術(shù)進(jìn)行復(fù)制模仿為主。樣本中技術(shù)轉(zhuǎn)讓專利3517項(xiàng)，占樣本總數(shù)的13.58%，通過吸收其他國家的技術(shù)擴(kuò)散來帶動(dòng)自身的技術(shù)升級(jí)。同時(shí)自主開發(fā)專利20602項(xiàng)，占總數(shù)的79.78%，說明隨著科技發(fā)展和企業(yè)自主創(chuàng)新意識(shí)的增強(qiáng)，堅(jiān)持走自主創(chuàng)新來掌握市場(chǎng)主動(dòng)權(quán)和核心競(jìng)爭力，成為國內(nèi)紡織行業(yè)主要的技術(shù)融合模式。而企業(yè)與跨國公司合作開發(fā)，加速技術(shù)升級(jí)和轉(zhuǎn)化進(jìn)程，也成為縮小與國外高端智能紡織品技術(shù)差距的主要方式。

d) 通過聚類分析和文本挖掘，該領(lǐng)域智能制造新模式、智能紡織裝備及共性技術(shù)和新型紡織材料等是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。紡織成型制造、紡織纖維新材料、先進(jìn)紡織制品與可穿戴系統(tǒng)等構(gòu)成了該領(lǐng)域的研究前沿。

由于部分專利數(shù)據(jù)獲取限制，導(dǎo)致影響全球紡織技術(shù)融合特點(diǎn)分析，使相關(guān)研究缺乏完整性和系統(tǒng)性，這也是本文研究的不足之處，也是后期值得繼續(xù)完善和關(guān)注的部分。從專利計(jì)量數(shù)據(jù)與圖譜分析結(jié)果看，雖然我國在智能紡織品技術(shù)領(lǐng)域取得一定的成果，但與發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體國家在核心技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面相比還存在一定的差距[26]。希望接下來在國家政策文件驅(qū)動(dòng)下，爭取在“十四五”時(shí)期，圍繞打造世界紡織技術(shù)強(qiáng)國，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈制造高效化、清潔化、低碳化和循環(huán)利用等可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。