随着知识产权在企业发展中的重要性日益凸显,创造、运用和保护知识产权成为企业的核心竞争力。核心专利在企业技术产品中具有举足轻重的作用。研究学者认为^[1,2],核心专利是指有原创性并蕴含巨大经济效益和战略意义的专利或者专利组合。目前,核心专利的识别研究方法主要分为两类：一类是基于专家和经验的识别;另一类是基于专利信息属性的指标识别,如技术生命周期、被引频次、主要专利权人、分类号数量、同族专利数量、专利实施、专利许可、专利有效性、专利诉讼、专利维持年限等。基于专家和经验的识别方法对少量数据集的分析十分有效,但是随着大数据时代的到来,其劣势十分明显,基于专利文献内外部信息的综合指标方法可以有效弥补上述不足。马天旗等^[3]在技术引进中融合调研、技术分析、商业价值判断、法律尽职调查等对高价值专利进行筛选和识别。黄剑飞等^[4]提出了一种专利价值评估模型,根据相关经验赋值指标权重,再根据使用领域及发展阶段对各指标进行调整。Allison等^[5]提出专利前引证作为分析专利潜在价值的指标。Harhoff等^[6]对专利自引和他引次数的研究表明重要专利是从基础技术的专利发展而来。国际上很多商业机构开发出成熟的分析系统,如PatentSight、Incopat、Innography、Derwent Innovation、Patentics等利用大数据和人工智能技术自动识别核心专利。

本文利用文献计量方法构建汽车轻量化制造工艺专利的数据集,从技术价值和市场价值两个维度进行指标体系建设,引用PatentSight数据库的综合竞争力计算方法^[7]识别核心专利,旨在为汽车轻量化制造工艺的未来发展提供指导,帮助企业展望未来的竞争格局。

通过对常用的识别核心专利的指标进行优劣比较^[2,5,6,8],从技术价值和市场价值两个维度选择精度高、可操作性强的6个代表性具体指标进行分析。如表1所示。

技术价值用来衡量一项专利对技术发展的影响力,用技术竞争力指数表示,通过计算专利家族受到全球专利的被引频次,同时根据专利生命周期、分类号数量进行调整,得出被评价专利相对于同一技术领域其他专利的竞争力。某一年该专利家族的技术竞争力指数的计算公式为^[9]：

其中,Cited index为经过调整后的被引证指数,cn表示该专利家族在某个国家的被引次数,citedav表示某个国家的平均被引证次数,$\text{cited}av_{IPCm}$表示某个技术分类号在某一年其他专利家族中的平均被引次数,IPC index表示该专利家族多个IPC分类平均被引次数的均值,TR为技术竞争力指数。

为了评价一项专利的市场价值,衡量一项专利在全球范围内的保护程度,引入市场竞争力指数。在PatentSight数据库中,该指数不仅考量了被评价专利申请的同族国家数量以及世界银行公布的各国当年的国民收入总值,还考量了各个同族的申请、授权或失效的法律状态,并分别赋予1（授权）、0.7（申请）和0（失效）不同的计算权重。同族专利分布的国家数量以及处于授权或申请状态的同族专利数量越多,市场影响力越高, 即经济价值和影响力越大。市场竞争力指数计算方法如下^[9]：

其中,$\sum_{i}$表示专利家族的市场竞争力指标,a表示权重,i表示国家,GNIi表示世界银行数据库中i国的国民收入,GNIi’表示i国的国民收入。

核心专利的遴选需要综合考虑每项专利家族的技术价值和市场价值,因此,使用综合竞争力指数进行表征,其计算公式为^[7]：

综合竞争力指数=技术竞争力指数×市场竞争力指数

其中,i表示国家。

汽车作为国家经济重要的产业支柱,车辆的轻量化不仅可以降低原材料消耗、降低车辆的制造成本,还可以节省动力、降低运行费用、减少碳排放。因此,车辆轻量化是车辆设计制造水平的集中体现,甚至代表着一个国家的工业化水平。本文以汽车轻量化制造工艺为研究对象,挖掘其核心专利,为企业产业布局提供参考。

本文以科睿唯安Derwent Innovation Index专利数据库为检索平台,利用主题词和德温特手工代码组合的检索策略,截至2020年4月30日,共检索专利数量13 458项。专利检索策略为：((TS=(car* or automobile* or vehicle* or automotive) and TS=(light-weight or lightweight or lightening or ("weight reduction*") or ("reduce* weight"))) or (TS=auto lightweight)) And (TS= (manufactur* or “metal forming” or “shaping metal” or “Tailor welded blanks” or “Variable Thickness Rolled Blanks” or “Internal High Pressure Forming” or “Tube hydroforming” or “Hot stamping of ultra high strength steel” or “Roll forming” or “Semi-solid forming” or “high pressure die casting” or “low pressure die casting” or “Long Fiber reinforced Thermoplastics-Direct processing-In Line Compounding” or “LFT-D” or “Connection Technology”) or MAN=( Q11-A28 or Q16-D01 or Q51-M or Q52-M or X21-X20 or X22-X20A or P5 or P53-V03))

PatentSight分析平台能够消除指标确定中的人为影响（如注重美国专利数据、不能准确判断专利有效性、专利权人清洗程度不够、专利审查的难度、时间长度以及其他方面的差别等）,还能够对原始数据进行标准化处理（如不同评价指标往往具有不同的量纲和量纲单位）,有效解决数据指标之间的不可对比问题,因此,本文利用PatentSight的分析数据作为核心专利识别模型的输入。

3.2.1 专利生命周期

对汽车轻量化制造工艺技术领域的专利分析发现,该技术整体上处于技术成长期,如图1和图2所示。

（1）萌芽期：1990年之前,专利申请数量和专利权人较少,处于技术的萌芽期。

（2）成长期：1990–2004年,该技术相关专利数量增加明显。2005–2010年,专利申请数量和专利权人数量总体呈现波动性上升。其中,2008–2009年专利数量增长迅速,而这一阶段爆发了全球金融危机,各国均采取了救市政策,如2008年美国政府以134亿美元紧急纾困濒临倒闭的通用、福特、克莱斯勒等三大车厂,2009年成立“汽车沙皇”,全权负责并主导整个援助汽车产业计划。2010年至今,专利申请数量持续增加,专利申请人有所回落,该技术核心的技术主体逐步稳固,并有迈入成熟期的趋势。

3.2.2 被引频次

被引频次是指某个专利被其他专利在背景技术中提到的次数,表征了该专利的影响力,霍尔等人^[10]的研究表明专利的被引频次相对于专利总数来讲更具市场价值。图3显示了被引专利的数量随着时间的发展呈现出稳态分布。在1991年之前,专利的数量不多,专利的前向引证数量同样不多。自1991年之后,专利数量开始出现快速增长,专利的前向引证数量也开始增加。2010年之后,授权专利陆续开始失效,技术逐渐走向成熟,前向引证的专利数量呈现下降趋势。总体来看,前向专利引证的年度趋势展示出汽车轻量化制造工艺的技术逐渐走向成熟。

3.2.3 分类号数量

在汽车轻量化制造工艺专利中申请量排名前10的IPC分类号为B29C（塑料的成型或连接;塑性状态物质的一般成型;已成型产品的后处理,例如修整）、B32B（层状产品,即由扁平的或非扁平的薄层,例如泡沫状的、蜂窝状的薄层构成）、B60R（不包含在其他类目中的车辆、车辆配件或车辆部件（专门适用于车辆的防火、抑制或灭火的入A62C 3/07）、B62D（机动车;挂车）、C08J（加工;配料的一般工艺过程;）、C08K（使用无机物或非高分子有机物作为配料）、C08L（高分子化合物的组合物）、C21D（改变黑色金属的物理结构;黑色或有色金属或合金热处理用的一般设备;通过脱碳、回火或其他处理使金属具有韧性）、C22C（合金）、H01M（用于直接转变化学能为电能的方法或装置,例如电池组）。排名前10的IPC分类号在全部专利IPC分类号中的数量占比如图4所示。

3.3.1 国家/地区分布

专利最早优先权国家/地区在一定程度上反映了某项技术的起源地,通过计量分析,汽车轻量化制造工艺技术专利分布在43个国家/地区。其中,最早优先权国家/地区排名前5位的国家分别是日本、美国、中国、韩国和德国,5国的专利总量占全球该领域专利总量的91.5%,如图5所示。从专利在最早优先权国家/地区的数量来看,日本在汽车轻量化制造工艺领域的专利数量远超其他国家,拥有5 975项专利,占全球该领域专利总量的44.4%;其次是美国和中国,专利数量分别为2 025项和1 879项,分别占全球该领域专利总量的15.0%和13.9%;韩国和德国的专利数量分别为1 317项和1 251项,分别占全球该领域专利总量的9.8%和9.3%。

从时间发展趋势来看,各国在汽车轻量化方面的相关法规和战略规划在一定程度上促进了相关技术的发展。1977年之前,各国在汽车轻量化制造工艺相关研究方面进展缓慢,专利数量只有十几项。美国和德国最早开始发展汽车轻量化制造工艺。2000年之后,美国和欧盟汽车轻量化制造工艺进入快速增长期。虽然日本技术研发稍晚于美国和德国,但专利数量增长更快,在90年代后期进入快速增长阶段。中国在80年代初期开始出现该技术专利,但是发展非常缓慢,直到2012年才真正步入高速发展阶段。韩国在90年代初期发展该技术,起步最晚,在2014年之后进入快速增长阶段。

3.3.2 专利有效性

专利有效性表示专利所处的法律状态,与其市场价值密切相关。在汽车轻量化制造工艺的全部专利中,有效专利为6 686项,占全部专利家族的比例为49.68%。其中,授权专利数量为5 052项,占全部专利家族的比例为38%;在审专利数量为1 634项,占全部专利家族的比例为12%。失效专利为6 761项,占全部专利家族的比例为50.24%。其他专利数量为11项,占比为0.08%。

为了便于将本文检索的大量数据进行分级考量和比较,将所有同族专利按照综合竞争力指数值的高低排序,分成十等分,“10”段位为最高段位,“1”段位为最低段位。落入“10”的专利为综合竞争力指数值排名全球前10%的专利。如图6所示,位于“10”段位的同族专利共2 000项,其综合竞争力值合计为8 000。

通常情况下,综合竞争力指数能够有效全面地评价专利价值。但是当专利家族失效或在全球布局不足时,市场竞争力指数值会为零,从而导致综合竞争力指数值为零。但是专利作为在先技术,会被后来的技术所引用,其技术竞争力指数不为零。因此,本文在遴选核心专利时,在关注专利综合竞争力指数的同时,更关注技术竞争力指标。同综合竞争力指数十分位划分相同,按技术竞争力指数值从高到低依次排列,分成十等份。如图7所示,位于“10”段位的同族专利共2 000项,其技术竞争力值的总和为7 000。

综合竞争力指数值和技术竞争力指数值同时位于“10”段位的专利家族共有113项,因此,可认为该113项专利为核心专利。表2列出了113项核心专利中综合竞争力指数值排名前10的专利信息,可以看出,汽车轻量化的主要制造工艺有热轧钢工艺、高强度钢板工艺、纤维复合材料、冷轧钢板工艺、塑料成型工艺、电池制造工艺等,应用领域包括车身骨架、前轴支架、悬挂结构、底盘、调节器、油箱、电池等。本文还通过Incopat数据库计算专利价值（1~10等级）与该方法进行对比。表2的10项专利中有9项的专利价值度为10,另1项的专利价值度为9,与本文方法所得出的核心专利高度匹配,证明了本文方法的有效性。

本文在回顾现有文献的基础上,基于PatentSight分析平台进行了核心专利识别方法的研究。首先利用德温特数据库构建检索式,经过专家判读后作为基础分析数据;其次,通过已有文献对识别指标进行优劣比较,选择了技术价值、市场价值两个维度和技术生命周期、被引频次、分类号数量、国家/地区分布、同族专利数量、专利有效性六个具体指标;再次,利用文献计量学方法对六个具体指标进行分析,将其分析值应用在技术竞争力和市场竞争力模型中;最后,通过综合竞争力模型获得核心专利合集。为了保证核心专利合集的完整性,综合考虑了综合竞争力模型和技术竞争力模型的结合,并利用Incopat数据的专利价值进行对比。结果表明该方法与已有成熟分析平台结论具有一致性,能够为企业在产业布局中识别核心专利提供参考。

根据本文构建的核心专利识别方法,汽车轻量化制造工艺领域核心专利涉及热轧钢工艺、高强度钢板工艺、纤维复合材料、冷轧钢板工艺、塑料成型工艺、电池制造工艺等,其应用部件主要为车身和电池,因此,车身轻量化和电池轻量化是汽车轻量化的主要方向。

本文提出的核心专利识别方法可以清晰有效地识别海量专利数据集中的核心专利,模型具有开放性和灵活性,但是还需要进一步完善。一是本文仅以汽车轻量化制造工艺专利为例,还需要将方法应用到其他技术领域中;二是专利信息属性有十几种,下一步可以考虑更复杂的指标体系以及计算方法对核心专利进行识别。