德\日\中机床工业相关技术专利分布比较分析
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摘要：文章通过比较分析德国、日本和中国典型机床工业技术专利申请的数字分布状况，总结了德国、日本机床行业技术创新发展的成功经验及对中国机床技术创新发展的启示。
关键词：机床工业；专利申请公开；技术创新；数控机床
中图分类号：F740 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2011)10-0006-04
机床工业是一个国家装备工业的核心，它的行业创新实力和技术水平会影响国家整体工业的发展速度。一个国家行业技术专利数量的变化在一定程度上可以用来确认和跟踪这个行业的技术创新活动发展轨迹，表现其行业技术创新的活跃性，反映一个国家的行业技术创新能力强弱。从不同角度比较分析德、日、中三国的机床技术专利数据，比较三个国家行业技术创新发展情况，分析行业技术优势产生的内导因素，找出我国机床工业技术发展中的缺陷，对现阶段的中国机床行业技术创新能力提高和机床工业的加速发展有着重要意义。
一、德国、日本、中国机床专利申请总量变化比较
分别在德国、日本、中国所建立的官方或国家专利数据库中，按照国际统一的专利分类方法IPC国际分类标准B23主分类项下，即：机床；未列入其它类的金属加工项下依年份检索发明专利数字，所得出机床技术集中出现的开端和总量统计值的变化发展趋势图如下：
60年代，德国机床工业就开始依靠着技术创新能力持续上升发展，起点要比日本早15年。然而，70年代末开始，德国在数控机床技术发展的浪潮中，却被日本迅速赶超。
70年代末， 日本善用引进技术、注重保留二次技术创新空间，抓住电脑数控技术引进机床控制的机遇，迅速提高了本国的机床数控技术水平，出现了大批新产品和新企业。日本数控机床产品利用功能优越、制作精良而价格便宜的中低档数控产品冲击市场，迅速占有世界市场份额。日本企业会针对客户的消费习惯和消费能力对产品进行相应的变化和更新。它们的技术创新围绕着市场需求转，是非常典型的应用型创新。
中国的机床工业技术发展在建国初期后的30年里几乎始终徘徊停留在传统老式的通用机床技术领域里。20世纪70年代西方发达的资本主义国家和日本数控机床发展大行其道，争先抢攻的时刻，我国的机床产业和与电子、微电子产业的技术结合领域可以说是一片空白。80年代直到90年代末开始，我国才开始有了数控机床技术的发端，但进步迟缓，整个行业的技术水平始终很低。这种状况持续到新世纪的开始才逐渐加速改善。
需要说明的是曲线图表中的日本机床发明专利公开申请总量上远远超出德国和中国。由于各国发明专利授理的具体标准存在不同之处，单从数量的比较上却并不一定能够绝对说明一个国家的机床技术水平。所以，在此我们仅使用三个国家专利申请量的浮动变化曲线来比较不同国家间机床技术变化发生的显著转变阶段，并不将总数上的巨大差异做为不同国家间技术水平高低比较的重要技术指标。
二、三个国家专利申请人均产出率的比较
德、日两国机床技术发展最鼎盛时期的就业人员数量和申请专利成果总产出量所得出的人均产出量情况如下：
首先是德国，上世纪的70年到80年代是德国机床创新量顶盛时期，以1975年初到1980年初这5年为例，当时德国机床工业的平均从业人数大约为70，000人，这个阶段出现的各类机床相关技术发明专利申请公开量大约为10，015件，人均产出率约为0.143。
日本在上世纪的90年代到达了机床技术创新的顶峰，从1990年初到1995年初，相关发明专利申请公开量达到了约71，245.00件，那个时期日本机床从业人员数量大约为3.8万人，人均创新产出率约为1.875。当然，并不能因为极高的人均创新产出率就说明日本机床技术水平大大超出其他国家，这也需要加入专利审查标准和最终授权率等决定专利质量的因素来综合考察，这一点在下文中会专门提及。
目前，我国的机床行业从业人数约是250，000人，就业数量为德国的3.6倍，日本的6.6倍。2004年初至2009年初从专利数量增长速度最快的时期，各类相关机床类发明专利申请总量为18，232件，人均发明产出率约为0.073。从比较数字看，我国现阶段人均发明产出率为德国机床工业发展顶峰时期的51％，为日本的3.9％，如此大的差距在一定程度上说明了我国技术创新力薄弱的问题。
从总数上看，2006年我国的发明专利申请量就已位居世界第四位。但是，其中近半数发明申请却来自国外，尤其是我国产业技术领域的发明专利明显偏少。
具体到金属切削机床类技术，以2004年为例， 日本特许厅数据库中公布的B23类项下金切机床类发明专利申请数量为5，936件，根据多组数据的抽样统计，每100件发明专利申请中，非本国公民申请者的件数平均约为6到lo件。也就是说非本国居民的发明申请数量仅为约6％～10％；而同时期的国共有发明专利申请727件，其中，境外申请者的比例高达57％，单单日本一个国家就占有246件，德国占有78件，属于中国发明专利申请的总共只有约310件。
再来总体看中国国家知识产权局专利数据库中金切机床类公开的专利情况。截至2010年8月1日，国家专利局数据库中被公开的金切机床B23分类项下发明专利共计19，558项。其中，公开的发明专利为境外申请者的数量约为7，900件，平均占总量的40％左右。
四、专利申请质量的比较
由于在各个国家不尽相同的专利审查制度体系下作比较，所以不能够单用申请总量上的差别来衡量一个国家机床工业的技术水平，更需要综合专利申请质量指数。专利申请的质量可以主要从两方面来衡量，一是专利申请的有效发明数量，二是专利申请的种类结构。
首先是有效发明数量。发明专利的质量从某种程度上来说可以用申请的授权率，即有效发明数量来评估。
具体到机床类技术专利，首先看日本，由于日本的专利申请门槛较低，往往一个很小的技术改动，企业就会主张专利申请。与申请量相比， 日本的专利授权量上可能会大打折扣。根据多组随机抽样的统计数据， 日本机床类技术的有效发明授权率约平均为33％，也就是说每100项发明专利申请最后有将近2／3是被撤销或不能获得授权。因为日本专利数据库中授理的非本国居民机床技术方面的申请比率并不高，只有6％～10％，所以，可以说日本本国可以占有90％～94％的有效发明专利。
与发达国家相比，我国国内发明专利的质量有一定差距。截至到2011年3月底，在专利数据库中B23类机床技术总共可以检索到28，733项发明专利申请，被授权的发明专利为11，641件，平均授权率约为40.5％。单从总的机床技术发明专利授权率上看，我国的数字要比日本 高，但是联系到国家知识产权局每年授理的大量来自于非本国居民的发明申请成份，就会大大削弱我国本国所拥有的有效发明。例如，日本在我国的4，568项发明申请中就有2，436项是有效专利，授权率为53.3％；德国在我国的1，672项发明申请中获得了737项授权，授权率44％；美国的2，315项中有1，007件有效；台湾地区的755项发明申请中有304项有效；瑞典的550项申请中345件有效等等，这样将许多其他国家和地区的有效发明专利扣减出去，来自中国本土的有效发明就非常有限了。
然后，我们再来比较不同国家专利申请的种类结构。技术专利有两个主要类型：发明和实用新型。其中发明的技术含量高，其比率可反映企业自主创新的核心水平。而根据我国机床技术专利组成结构的对比情况，实用新型申请偏多，发明偏少，说明我国的创新活动强度较低。
具体到机床产业，我国这种结构上的欠缺则也非常明显，利用关键词检索的办法比较一下机床技术方面日本和中国数据库中的专利构成情况。
截至2010年9月12日，使用关键词“车床(卜一又)”在日本专利特许厅数据库中检索得出的结果是特许(发明)共23，607件，实用新案(实用新型)共1，071件，比率为22：1；同样是使用关键词“车床”在中国国家专利局数据库中检索得出的结果是发明共849件，实用新型共2，275件，比率为0.37：1。
中国国家知识产权局数据库中来自于国外的机床技术申请有95％上均为发明专利申请，实用新型申请比例通常很小。中国国内实用新型的申请量一直显著高于国外，而且差距逐年拉大，这说明了中国本土的创新成果质量不高，对核心技术没有突破。截至2010年8月1日，中国国家知识产权局专利数据库中所显示的金切类机床B23项下数据，除去授权给境外发明者的比率部分(约40％左右)，可以得出发明专利授权给中国所有者的件数约为11，658件；实用新型约为25，203件(除去8.4％的境外所有者)。发明专利的比例为31.6％，也就是说国人申请100件关于机床方面技术类的专利，约有3l件为发明，69件为实用新型。
五、数控机床技术领域的外国企业在中国专利申请状况
在中国境内的金切机床技术发明申请数量上，日本公司排名第一。日本三菱、日立、东芝等几个公司是申请大户。以三菱和日立公司为例，截至20lo年8月1日，数据库中检索到的2，880项日本发明专利申请中，三菱集团公司拥有328项，日立公司拥有213项。德国的1，701项发明专利申请中，博世集团拥有133项，西门子集团公司49项。其它的从几十项到几项不等分布在各个中小企业手中。
由此可知，德国、日本企业除了拥有卓越的自主创新能力外，其对专利申请的认知态度已经非常普遍和成熟。他们十分重视把研制出来的技术申请和注册专利，使用专利保护制度作为保护海外市场的盾牌。
以上这些专利统计数字的差距说明了我国机床产业技术领域自主创新能力的欠缺，具有自主知识产权的关键性技术供给严重不足。而德国和日本则是另一番不同的局面。德国在60年代时，准确抓住了机床产品机电一体化的技术转变契机，利用本国基础不错的电子工业，快速进入了采用集成电路的机床数字程控时代。从集成电路控制到小型通用电子计算机控制系统，直到今天的微型计算机控制系统、计算机集成制造系统，德国数控机床产品一直保持技术革新领域的优先地位。日本机床工业的发展只经历了约十年的技术模仿和改进阶段。20世纪80年代初，日本抓住了机床数控技术发展的契机，全力投入和促进电子、计算机技术的发展，在微型计算机控制系统的机床技术开发领域同德国站在了同一起跑线上。
六、差异要点分析及可供选择的对策
上述对日本、德国和中国三个国家机床行业相关技术专利总量、质量、结构等各方面的比较分析中，我们可以看出中国的机床技术创新指标数据与德国和日本存在着很大的差距。总结德、日两个国家机床技术创新成功发展的以下要点，值得中国参考借鉴：
(一)强大的政府引导和扶持作用
德、日这些发达国家之所以取得机床工业技术的发展成功，政府的策划、引导和扶持作用功不可没。随着科技的迅猛发展，信息、电子及计算机技术日渐融合，任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系、相互渗透，这使传统机械行业的技术发展呈现出多标准、多维度、多方向的发展态势。所以，在把握突破方向时，不能依靠各个企业单打独斗，需要一个国家政府扮演总指挥的角色，集中各方面力量对整个世界市场系统分析，审时度势。各企业、研究性机构和行业协会积极配合政府指令，大量投入、集中研究、预测最佳的发展可能、综合分析潜在的市场需求，制定周密的短期和中长期发展规划，并采取切实有效的措施扶持引导生产企业在某一个或某几个技术方面集中人力、财力、物力做技术攻坚，争取用本国自主创新的机床产品引领趋势、主导市场。
关于这个方面， 日本政府是成效卓著的榜样，系列资助补贴政策、适度的经济干预、适时的企业发展策略指导等都是日本机床工业成功腾飞的最有效的助推剂。日本政府在引领本国机床工业发展中真正做到了脉络清楚、层次明晰、阶段目标把握准确，顺利的将本国的机床企业推到了世界产业的领衔位置。像日本政府一样，往往抓对了方向，再集中所有力量攻坚，才能实现某项技术的突破式创新发展。
德国政府则一直特别重视机床工业的发展，讲求“实际”与“实效”，重视理论与实际相结合，基础科研与应用技术并重，订立机床精度标准，更新产品结构，在产品质量上精益求精。
近年来，我国政府也开始高度重视机床工业的重要性和战略地位，进一步加强了引导和支持机床产业发展的力度。例如，2006年的《国务院关于加速振兴装备制造业的若干意见》、发改委的《数控机床发展专项规划》。然而，在这些粗线条的意见和规划下，如何进行具体的布置和实施，具体的检验标准又是什么，仍然需要思考和探索。
(二)注重创新技术力量的培养，为实现突破性创新储备人才
日本、德国两个国家在培养创新人才方面有相当多的可借鉴经验。从高校教育来讲，为了给制造业培养充足的人才， 日本从60年代就开始扩招收理工科学生数量，注重技能训练，培养实用型人才。而德国作为世界上最好的企学研合作典范之一，也有着非常突出的优势。企学研互相合作方面，德国最优秀的方面就是产业界所要的研究课题与大学等所致力的课题联系紧密，使得院校中的科研力量在大学教育中就能够充分的与实际产业开发需要相适配。
从企业人员培训方面讲， 日本企业非常重视通过内部培训提高职工素质，所有的企业都有自己的职工培训计划。培训内容包括学习先进的技术、生产产品的用途及国内外发展情况，有些让老职工传帮带，介绍经验。 德国机床企业则一直高度重视“人”的作用，将提高人员素质，特别是培养熟练的技术工人放在首位。在企业中，新工人必须经严格培训，合格后才能上岗。坚持师徒相传，使老员工的丰富经验得到充分发挥。
反观我国的情况，整个机床行业缺乏专家型人才、企业缺少技术纯熟的技师和工人，更加稀缺具备创新能力的高素质工程师。传统的机械行业积累人才的速度非常慢，一个机床技术工程师需要工作多年以后才能去负责其中一个部分的设计，而如果要培养出在整体融会贯通的基础上做改进创新的能力，则需要更多的时间和经验。我们的企业往往认为自己不是培训机构，不愿意在人员培训上增加企业的成本支出。这样就企业培训不投入、人员知识技能转换不衔接，根本无法保证人才产出的质和量。
(三)企业是机床行业技术创新的生力军，其创新投入比重非常高，拥有强大的技术创新能量
一个行业技术创新的主体必须是企业，企业是行业技术创新发展不可或缺的中坚力量。企业只有站在市场需求的最前沿，面对最实际的问题，有最现场的感受。同时，企业创新也在最大限度上缩短了技术成果转化的通道。
无论是以中、小机床企业为主流的德国机床业，还是拥有众多巨型集团公司的日本，其共同点就是：企业是这些国家最主要的创新成果产出来源。在德国，企学研工作系统结合，企业为技术研发提供大量资金，德国的高校和研究机构，有超过1／5的机床科研经费比例直接来自于企业委托，研究目标非常务实；在日本，几乎所有大一些的公司都有自己的技术开发研究机构，主要负责开发研究新产品、新技术和新工艺。企业研究机构在数量上要远远大于大学、国立和民营的研究机构，企业所拥有的研究人员数量比例占到总研究人员数量的一半以上。日本企业在研究开发方面的投入比重相当高，同时，为了促进企业的创新，充分挖掘技术人员的创新才能，企业不遗余力的想出各种激励和保障措施。
在中国却存在着机床企业技术创新角色的集体缺失状况。我们国家的情况是机床企业大而不强，普遍存在着重生产、轻科研的情况。企业技改部门或机构没有足够的科研能力，不能胜任有实质意义的研究开发工作，大多数的创新成果只及毛皮。多数企业对职务发明的激励力度不大，在创新环境和文化建设上，缺乏“敢冒风险，宽容失败”的创新氛围。
鉴于现阶段，我国企业自主创新能力的形成需要漫长的人才技术力量的积累，所以，要做真正有质量的技术创新，我们可以先借鉴德国的“企学研”合作模式，发挥校、企各自优势，大力推行科研单位创新成果资源和企业生产转化互补共享，推动机床企业技术创新能力提高。除此之外，企业和研究单位的这种你中有我，我中有你的合作模式，也为这一行业的技术人才培养做出了贡献。
(四)拥有素质过硬的机床功能部件生产企业，成熟的机床配套产业集群
机床的配套功能部件产业特征是小商品、大市场，数控机床许多高技术含量的部分，都凝结在配套产品中，一个国家机床关键功能部件的自配率决定着主机的技术水平。德国和日本的共同点就是都十分重视机床基础元部件产业的发展，企业专业化程度高，质量把关严格。在德国和日本，我们可以轻易列举出很多家全球著名的企业，它们从事制造与机床主机配套的基础零部件、刀具、数控系统等名牌产品，例如，德国FAG、INA的轴承；Heidenhain公司的光栅尺；Zeiss集团的光学仪器；德国西门子公司的数控系统更是全世界机床数控系统的主角。同样， 日本也拥有大批这样的著名企业，NTN公司的轴承；日本精工(NSK)的轴承和滚珠丝杠；日研工作所、大昭和精机的刀具；同西门子数控系统齐名的日本法那科数控系统等等。
在日本政府的引导下，其众多机床零部件企业形成配套产业集群，众家企业之间相互促进和带动，形成了产业技术创新发展的合力。日本机床功能部件的生产厂商主要集中在东京、大阪、奈良附近。而日本机床产值前20名的企业集中坐落在东京和名古屋附近，机床企业周围已经形成整了完善的零部件配套产业群，围绕在机床生产企业的周围，这种分工合作关系提高了日本数控机床行业的效率。一般来讲，机床制造商用于采购本国精密零部件的成本占机床总制造成本的10％～20％左右。这一点也在德国得到了淋漓尽致的体现，德国的机床配件企业规模不大，但专业化程度极高，分工明确、互相配套、各施所专、生产效率和质量都得到了最高水准的保证。从地理分布来看，德国的机床行业，西南部的巴登一符腾堡州拥有通快等行业巨头，占全国产值超过50％；首府斯图加特及周边地区共有110多家机床企业。
目前，中国企业的各类机床关键功能部件供应却严重依赖于国外配套。国产部件专业生产效率低、品种少、质量不稳定，仅能满足中低档数控机床的配套需要。中档以上数控系统和功能部件的自配率不到20％，其进口成本占制造成本的40％以上，导致整机产品的造价居高不下，我国国产中高档数控机床毫无价格竞争优势。
发展我国机床功能部件生产配套能力，首要解决的问题是促进机床功能零部件企业生产的专业化、标准化批量生产，控制质量，降低制造成本。然后是解决我国机床零部件企业生产规模小、布局分散、专业化分工程度低的问题。需要在国家政策扶持下集中规划引导产业链配套生产区域，扩大生产规模，形成配套生产的合力，结成产业集群，针对解决我国在机床工业的零部件产品制造上各个企业孤军作战，缺乏合作，都倾向追求生产制造的“大而全”、“小而全”，与专业化、现代化的大工业生产有较大距离的问题。
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