专利分析方法对技术路线图制定的支撑作用研究

〔摘要〕文章深入剖析了技术路线图过程中的技术创新活动专利特征，深度挖掘专利分析与技术创新活动之间的关系，基于技术创新视角探索了专利分析方法与技术路线图之间相互作用，构建了专利分析方法对技术路线图制定的支撑作用模式，以专利分析方法在电动汽车用锂离子电池技术路线图制定的应用进行实证分析，为技术路线图的制定与技术创新活动的开展与实施提供有效的方法指导。

〔关键词〕专利分析；技术路线图；技术创新；支撑作用；电动汽车；锂子电池

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2017.02.009

〔中图分类号〕G250252〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2017）02-0044-08

〔Abstract〕The article deeply analyzed the innovation patent characteristics in the process of technology roadmap and discussions the relationship between the patent analysis and the technological innovation.Based on Technological Innovation Perspective，the interaction relationships between the patent analysis method and the technology roadmap were explored.Then the paper constructed a patent analysis method for the technology roadmap of supporting function model，carried on the real diagnosis analysis by the patent analysis method in the electric automobile with the lithium ion battery technology road map formulation application，technology roadmap for formulation and implementation of development of innovative activities and provided effective guidance.

〔Key words〕the patent analysis；technical roadmap；technological innovation；support function；electric automobile；lithium ion battery

专利分析的重要性在于规划技术发展方向、突破技术壁垒障碍、拓展自主创新空间、减少研发经费，进而提升国际竞争优势。在技术高速发展的今天，科技界与产业界均高度重视专利分析的重要性。而技术路线图在国家、行业与企业技术预测与前景规划中的应用日益增多。因此，在技术路线图的制定过程中引入专利分析技术对于推动技术创新、提升区域专利竞争力乃至区域创新能力均具有重要的理论价值与实践意义。

1技术路线图制定过程中技术创新活动的专利特征分析11技术路线图制定过程中的技术创新活动分解

在企业的技术决策、产业规划和政府部门战略规划当中常常应用技术路线图，它的使用能够对技术创新活动进行有效管理，预测产业未来市场所需的技术与产品，引导技术研发决策，降低技术创新风险[1]。对技术路线图制定过程汇总的技术创新活动进行分解，如图1所示：

12技术路线图制定过程中的技术创新活动的专利特征第一，技术路线图制定过程中的技术创新反映于产业专利偏好。不同领域技术创新活动的专利偏好不同，主要有两方面原因：其一为技术本身的创新性；其二为技术的保密性。在刨除技术的保密性后，技术创新差异使得技术领域的偏好不同，在技术生命周期、技术发展过程、技术热点演变等方面得以体现[2]。

第二，技术路线图制定过程中技术创新的领域分类在专利分类上的迁移。专利的技术领域分类是创新领域界定的基础，国际上均采用IPC分类标准，即International Patent Classification，在具体研究中，行业或技术领域的界定是指由某一个或某些IPC所界定的范围，根据主题概念将其转换到IPC分类中（可能是多），随后根据IPC分类对专利的相关信息进行查找[3]。

第三，专利信息反映了技术路线图制定中的技术创新的特点。通过对专利信息进行分析能够反映技术路线图制定过程中的技术创新特点，包括创新主体、创新过程、直接反映的创新产出以及创新行业间的关联，同时也包括间接反映的创新投入以及创新组合模式等。在研究技术路线图制定过程中技术创新所使用的某些专业术语，也来自于专利分析或者专利数据库[4]。

第四，专利信息的时间序列是技术路线图制定过程中创新活动的回溯基础。专利申请活动的时间节点组成专利信息的时间序列，记录着创新活动随着时间的推移，记载着创新活动的整个发展轨迹，成为创新过程回溯分析的基础。

2技术创新视角下专利分析方法的内容分解

21专利分析内容作为技术创新活动指标的研究与应用在技术创新的实证研究中，专利作为衡量创新活动的指标被学者们用于刻画与反映技术变化对经济活动的影响上。国外学者Pavitt（1982）对研究开发活动、专利与创新活动进行统计分析，利用专利数据对不同国家的创新活动进行比较，通过不同领域的专利信息反映相关创新活动的效率与方向[5]。许多学者在识别技术发展态势、判断技术发展轨迹以及热门关键技术时，常常运用专利信息分析。专利是研究某一领域技术变化以及相关问题的核心主线，具体包括以下4个研究层面：

第一，对比不同国家和区域间的创新活动。通过考察国内外专利活动差异以反映不同地区创新活动的体量差异。如Pavitt和Soete（1981）通过研究发现不同国家研究开发经费与单位人均专利具有良好的线性关系，但相关性会随着各国专利制度的不同而呈现出一定的差异[6]。

第二，对比不同行业之间的创新活动。产业行业的专利活动分布数据主要有以下两个方面的应用：其一，用于对创新活动之间关系的理论和模型进行统计和检验；其二，用于对经济和社会变量之间关系理论或模式进行验证。如Scherer（1982）在研究美国不同行业之间的技术流动时采用专利统计的方法对不同行业创新活动的体量差异进行了分析。在美国和英国，不同的行业和产业之间的专利活动和创新活动差异较大，专利和研发活动份额一般在化工和电子电气领域都较高，而专利活动份额在汽车航空领域一般要低于研发活动的份额[7]。

第三，对比不同技术领域的创新活动。不同技术主体各公司的发展状况，创新活动的行业模式和特征能够通过专利数据对行业内技术分析得到。如Walsh（1984）在研究和分析行业的发明和创新模式时运用了专利统计与科学论文和经济活动统计相结合的方法。从属和诱发创新活动的差别在一定程度上能够通过不同类型的专利统计数量得到，但是导致快速增长的主要或重大创新的概貌并不能因此得到[8]。

第四，对比不同公司的创新活动。通过对某一公司的专利申请和授权进行分析能够评估其技术能力和创新活动，对于进行横向和纵向比较分析公司的创新活动发展具有重要意义。《技术评》杂志由麻省理工学院与CHI研究所于1899年合作出版，它通过对美国专利数据进行分析，每年都对8大行业公司进行排序，推出专利记分卡，反映不同公司的技术强度以及变化情况。Liu等人（2006）为了明确世界500强公司在中国专利申请结构、产业分布、垄断趋势、技术创新和国外的投资方向，他们对这些公司在中国的专利申请情况进行了研究和分析[9]。

22专利分析方法的分析内容

专利分析方法复杂多样，其应用的核心算法可分为专利样本结构化、数据聚类、文档聚类等3大类，专利样本结构化是对针对专利间的演进关系，使专利行成“树”、“图”结构，可以对技术发展趋势进行预测，并发掘市场上有潜力的发展空间。数据聚类是对专利的特定指标进行量化分析，可以直观、量化、科学的描述技术发展现状，并从中发现、跟踪研究热点，进而引申其实际应用意义。文档聚类是对专利的特质及质量进行关联性分析，发掘专利的潜在联系，按技术特征来归并有关专利并使其有序化，对同领域的技术进行比较分析，从中发现重点研究对象、关键技术等，并以此为依据对技术发展战略提供支持。

关于技术和发明者信息在专利文献中的表述主要有以下4种，即：

1）描述与专利相关的技术和技术创新活动的信息，包括IPC，申请的专利时间和专利类型等信息。

2）反应技术对应相关创新主体的信息，如发明人或者专利所有权人的信息。

3）分析专利技术的价值以及与技术相关联的信息，如引证信息。

4）反应专利申请国家或者地区相应专利制度的信息，如优先权、权利要求以及公开日期等信息[10]。

在对专利分析内容进行分解时采用了专利分析方法应用的要素分类的方法，结果如图2所示：

在制定技术路线图时，需要对技术创新活动的以下内容进行分析：

1）对行业发展的动态以及趋势进行分析。统计某一区间专利申请数和授权数随时间的变化规律，能够反映该区间行业的创新活跃程度，进而对产生该现象的深层经济和政策原因进行剖析。对比专利申请和授权日期的差异，能够评价专利申请技术的水平[11]。

2）对专利类型以及技术水平进行分析。发明专利往往代表自主知识产权，相对于外观专利、实用新型专利来说其技术含金量相对较高，实用新型专利的技术含金量相对次之，外观设计技术含金量相对较低。通过对专利类型进行分类，能够分析研究活动的质量，进一步评价技术创新能力的高低。

3）对区域创新能力分布水平进行分析。针对在某一国家和地区申请专利的统计，能够分析出某一技术领域的合作伙伴和竞争对手来源，同时针对专利类型进行分类统计，分析专利类别以及IPC分布，进而分析不同国家或者地区在某一时间内的技术发展方向。

4）对行业技术的创新主体进行分析。统计某一行业的申请人和发明人，分析和评价不同类型人员和研究机构在技术创新中发挥的作用，对于寻找合作伙伴或竞争对手具有重要意义；跨国公司可以结合专利分类以及发明来源分析，采取相对应的技术创新以及市场开发战略；运用研究机构的发明人信息查找专利受让机构，能够对发明机构之间的内在关系进行分析。

3基于技术创新视角的专利分析方法对技术路线图的支撑模式31专利分析内容与技术路线图制定过程中的技术创新活动的关系专利分析方法对分析内容进行选择，搭配不同专利分析算法，从而得出相应的分析结果，专利分析方法对分析内容的分析结果为技术创新活动提供了支撑依据。对相同的分析内容用不同的算法分析，会产生不同的分析结果，为技术路线图制定过程中不同技术创新活动提供支撑依据。树、图化分析结果为目标设定技术创新活动提供支撑依据，数量统计分析结果为差距识别技术创新活动提供支撑依据，文本聚类分析结果为路径决策技术创新活动提供支撑依据[12]。

通过对上述专利相关信息进行分析，描述技术路线图制定过程中的技术创新活动。这4类信息中前3类属于专利技术信息，第4类属于专利权利信息。对专利分析的内容与技术创新活动中的技术创新特点的对应关系进行归纳如表1所示：

321引文分析

专利引文分析方法和核心专利引证关系族谱分析方法以样本结构化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的引文信息。对应的技术创新活动包括，技术发展趋势、技术溢出、识别核心技术、技术创新扩散、技术转移、技术与技术的关联、技术与学科的关联。技术发展趋势是市场需求分析过程中的技术创新活动，识别核心技术、技术创新扩散、技术与技术的关联、技术与学科的关联是关键技术分析过程中的技术创新活动。因此专利引文分析方法和核心专利引证关系族谱分析方法为技术路线图制定过程中市场需求分析、关键技术分析分别起到了支撑作用。

322PLC分类分析

类交叉延伸分析方法和权利范围要求构建及关系分析方法以样本结构化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的PLC分类信息。对应的技术活动包括技术研究热点、技术领域空白、技术发展趋势、技术与技术的关联、技术与学科的关联。技术研究热点、技术领域空白是发展目标分析过程中的技术创新活动，技术与技术的关联、技术与学科的关联是关键技术分析过程中的技术创新活动。因此类交叉延伸分析方法和权利范围要求构建及关系分析方法为技术路线图制定过程中发展目标分析、关键技术分析分别起到了支撑作用。

323技术领域数量的年份累计分析

技术发展阶段分析方法和技术生命周期分析方法以数据量化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的技术领域数量的年份累计信息。对应的技术活动包括技术成熟度、技术成长能力、创新投入。技术成熟度、技术成长能力、是产业现状分析过程中的技术创新活动，创新投入是研发需求分析过程中的技术创新活动。因此技术发展阶段分析方法和技术生命周期分析方法为技术路线图制定过程中产业现状分析、研发需求分析分别起到了支撑作用。

324申请人及所在区域分析

技术聚集领域分析方法以数据量化算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的申请人及所在区域信息。对应的技术活动包括技术研发主体及研发能力、技术研发区域及研发能力，是市场需求分析过程中的技术创新活动。因此技g聚集领域分析方法为技术路线图制定过程市场需求信息分析起到了支撑作用。

325关键词及其频率分析

专利地图分析方法以文本聚类算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的关键词及其频率信息。对应的技术活动包括识别核心技术、技术演进、技术创新扩散，是关键技术分析过程中的技术创新活动。因此专利地图分析方法为技术路线图制定过程中关键技术分析起到了支撑作用。

326技术发展功效分析

技术功效矩阵分析方法和投资专利组合分析方法以文本聚类算法为要素，在实际应用中主要的分析内容即为专利文献的技术发展功效信息。对应的技术活动包括技术与技术间比较、创新投入，是研发分析过程中的全部技术创新活动。因此技术功效矩阵分析方法和投资专利组合分析方法为技术路线图制定过程中研发需求分析起到了支撑作用。

4实证分析――专利分析方法在电动汽车用锂离子电池的技术路线图制定中的应用当今环保和能源的问题备受关注，为解决这些问题，电动汽车呈现出加速发展的趋势。我国政府高度重视新能源汽车产业发展，出台一系列鼓励措施和补贴政策及产业政策，极大地推动了新能源汽车产业发展。锂离子动力电池是新能源汽车的主要能源，其技术发展水平对于电动汽车的市场化程度影响重大。通过对电动汽车用锂离子电池的专利分析，可为电动汽车用锂离子电池产业的技术路线图制定提供指导。

41技术发展阶段测量方法在电动汽车用锂离子电池产业现状分析中的应用在中国人民共和国国家知识产权局专利检索数据库中，对电动汽车和锂离子电池进行交叉检索，共获得413条有效数据，对电动汽车用锂离子电池2001-2016年已公布的发明专利、实用新型、外观设计的专利进行数量统计，如图4所示：图42001-2016年电动汽车用锂离子电池专利数量图

技术发展阶段测量方法通过计算技术生长率（V）、技术成熟系数（α），技术衰老系数（β）和新技术特征系数（N），根据V、α、β、N的值随时间变化情况测算某技术领域的技术发展阶段，从而为电动汽车用锂离子电池现状分析提供技术事实依据，具体测量方法见表2：

42技术领域聚集在电动汽车用锂离子电池产业需求分析中的应用市场需求的影响因素众多，难以准确评价其分析结果，通过对创新主体的专利技术聚集领域分析，能够获得相关创新主体在研发领域投入和前沿热点探索能力，可作为产业技术路线图制定中产业需求分析的补充数据。根据布拉德福定律，分析不同区域刊载专利情况能够衡量研究主题领域内的核心技术分布、核心研发群体分布，从而确定高产出群体，掌握创新源头情况和创新动态。

电动汽车用锂离子电池2001-2016年共公告专利413件，通过数据整理和统计，该技术在我国各省份的聚集情况如图6所示：

由图6可知，广东作为锂离子电池的主要产地专利数量远远领先于其他省份；北京、上海由于拥有高校资源，因此凭借科技创新人才和高水平的研发能力，也有较多的专利数量；安徽的奇瑞汽车股份有限公司、天津的中国电子科技集团公司第十八研究所以自身的研发力量带动了区域技术发展，代表了产业技术发展先进水平。值得注意的是以汽车产业为支柱产业的吉林省在该技术上无任何专利，存在着巨大的市场空白。此外，拥有超大型汽车制造厂的湖北省、四川省也几乎处于技术空白的阶段。

对我国电动汽车用锂离子电池申请人数据进行分析，累计专利数在5项以上的专利申请人共13个，如表3所示，约494%的发明人（华南理工大学、奇瑞汽车股份有限公司、北京科技大学等13个发明人）完成了236%的专利申请，是该领域专利创新的核心人群，华南理工大学和奇瑞汽车股份有限公司的专利数居首位，其技术处于领先水平，奇瑞汽车锂离子电池在电动汽车的应用上处于国内领先地位。因此来自这两类创新主体的专利信息可以为电动汽车用锂离子电池产业市场分析提供极具说服力的事实依据。

43专利类交叉延伸分析在电动汽车用锂离子电池产业目标分析中的应用产业目标分析是在市场需求分析的结果上，综合技术预见分析结果并加以凝练而成。在技术预见的过程中，首先就要锁定目标技术区域，也就是具有发展潜力的技术热点，或是空白的技术领域。本文应用专利类交叉延伸分析方法，表现专利核心技术主题与交叉学科、技术间的关系。以此寻找技术发展热点和目标技术领域。对2001-2016我国电动汽车用锂离子专利IPC分类号进行统计、归纳，结果如表4所示：表4我国电动汽车用锂离子电池涉及关键技术主题表

IPC分类技术主题H01用于直接转变化学能为电脑的方法或装置，如电池组H02供电或配电的电路装置或系统；电能存储系统B60电动车辆的电力装备或动力装置；一般车用电力制动系统G01测量电变量；测量磁变量C01金属的生产或精炼，原材料处理，锂的化合物B82非金属元素，其化合物G05一般的控制或调解系统，这种系统的功能单元，用于这种系统或单元的监视或测试装置注：表中所列技术主题为IPC分类占专利申总数1%以上数据。构建电动汽车用锂离子电池专利交叉延伸模型，横线上的数字代表横线两端技术主题的交叉次数，如图7所示。

由图7可知，H01、H02、B60和G01为电动汽车用锂离子电池的专利核心技术主题，其中H01是目前的研究重心所在，其与C01、B82的交叉联系最为紧密，也就是如何利用新型材料的生产或精炼提高电动汽车用锂离子电池的各项性能，增强其实用性。B60（电动车辆的电力装备或动力装置；一般车用电力制动系统）是这一技术的新兴研究热点，其与H02、G05产生了交叉，也就是锂离子电池与电动车整车系统的配合，以及提高其应用性、稳定性的研究。

综上所述，我国电动汽车用锂离子电池技术研究热点仍处于提高电池性能的研究过程中，仍在通过与不同的技术交叉联系改善锂离子电池自身安全性、稳定性等。而该项技术的发展趋势是在电动汽车锂离子电池的远程控制、检测与管理等研究提高以锂离子电池为动力的电动汽车可实践性的研究。

5结束语

随着技术创新能力在国家竞争力中的作用日益突出，作为反映创新产出和创新过程的核心数据，专利具有信息全面、数据充分以及容易获得等优势，同时由于在企业、产业以及国家在制定发展规划过程中，技术路线图作为一种预测技术发展路径的工具能够降低创新的不确定性，为企业提供有效的技术策略和反竞争情报手段。因此基于技术创新视角的专利分析方法在技术路线图制定中的应用，能够为发现技术领导者、制定专利发展战略乃至国家创新战略具有重要指导作用和参考价值，为我国打造“中国制造2025”实现制造业由大变强的发展过程中提供支撑作用。

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