孫藝偉，任 妮，郭 婷，戴紅君

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院信息中心,南京 210014)

1 引言

設(shè)施畜牧業(yè)是在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展之后，采用先進(jìn)設(shè)施和飼養(yǎng)技術(shù)為畜禽創(chuàng)造適宜的生活環(huán)境，并保證飼料營養(yǎng)，使分散的畜禽養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變成規(guī)?；S養(yǎng)殖[1]。目前中國畜牧產(chǎn)業(yè)正處于加快轉(zhuǎn)型的重要時(shí)期，先進(jìn)的畜牧養(yǎng)殖技術(shù)與裝備能夠?qū)崿F(xiàn)畜牧產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的目標(biāo)，而其中以“籠舍技術(shù)”“飼喂飲水技術(shù)”和“環(huán)境控制技術(shù)”為重點(diǎn)的設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)更值得引起重視[2]。在動(dòng)物籠舍方面，設(shè)施畜牧養(yǎng)殖環(huán)境自動(dòng)化控制、籠舍構(gòu)造和內(nèi)部裝置創(chuàng)新研發(fā)等，使得畜牧集約化養(yǎng)殖有效發(fā)展。在飼喂飲水方面，當(dāng)前畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家的畜牧養(yǎng)殖研究和應(yīng)用重點(diǎn)是以信息感知為基礎(chǔ)，在構(gòu)建基于環(huán)境、營養(yǎng)、生理與生產(chǎn)調(diào)控模型的基礎(chǔ)上，將畜牧業(yè)領(lǐng)域知識與養(yǎng)殖設(shè)備結(jié)合起來，形成針對不同畜牧的精準(zhǔn)飼喂理論與管控技術(shù)[3]。在環(huán)境控制方面，除了養(yǎng)殖設(shè)施內(nèi)溫、濕度的控制外，隨著規(guī)?；竽琉B(yǎng)殖業(yè)不斷發(fā)展，大量畜禽糞便在固定區(qū)域內(nèi)集中產(chǎn)生[4]，生產(chǎn)廢棄物的處理也是一大重要問題。發(fā)達(dá)國家曾經(jīng)借助先進(jìn)、實(shí)用技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用使之得到妥善解決，相比之下,中國畜禽廢棄物污染防治技術(shù)研究起步較晚[5]，畜牧養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境控制問題已成為阻礙國內(nèi)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要因素[6]。

專利計(jì)量是競爭情報(bào)研究的重要方法之一[7]，以專利文獻(xiàn)中的信息作為統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)判斷行業(yè)的競爭態(tài)勢[8]。當(dāng)前已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、計(jì)算機(jī)、通訊、能源[9-21]等領(lǐng)域。本文以設(shè)施畜牧業(yè)籠舍、飼喂飲水和環(huán)境控制技術(shù)相關(guān)專利為分析對象，從發(fā)展趨勢、技術(shù)分解、申請人等方面對設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，以期全面的揭示設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的熱點(diǎn)主題、研究布局及發(fā)展態(tài)勢等，為該領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)主體及個(gè)人提供數(shù)據(jù)支撐。

2 數(shù)據(jù)來源及工具

設(shè)施畜牧領(lǐng)域涉及的范圍較廣，筆者通過文獻(xiàn)閱讀、資料查閱和專家咨詢對于設(shè)施畜牧的定義、范圍等內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研分析并構(gòu)建檢索式。在Incopat 數(shù)據(jù)庫檢索的基礎(chǔ)上，從DII 數(shù)據(jù)庫中共獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)40 256 項(xiàng)。根據(jù)IPC 號（表1）從中抽取出與“籠舍技術(shù)”“飼喂飲水技術(shù)”以及“環(huán)境控制技術(shù)”有關(guān)的專利，共計(jì)38 814 項(xiàng)作為本研究分析的數(shù)據(jù)集。使用DDA 等軟件對專利數(shù)據(jù)進(jìn)行了清洗處理。

表1 設(shè)施畜牧業(yè)技術(shù)與對應(yīng)IPCTable 1 Technology of livestock and poultry farming facilities and the corresponding IPC

3 技術(shù)發(fā)展態(tài)勢

根據(jù)設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)專利申請時(shí)間，繪制了該領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢圖。如圖1 所示，籠舍、飼喂飲水和環(huán)境控制技術(shù)發(fā)展幾乎同步經(jīng)歷了萌芽期（1988—1974 年）、波動(dòng)發(fā)展期（1975—2006年）、快速發(fā)展期（2007 年—）3 個(gè)階段。其中，在萌芽期3 類技術(shù)的專利申請量均整體偏少；自波動(dòng)發(fā)展期開始，3 類技術(shù)的專利申請量均開始逐步波動(dòng)增長，且各技術(shù)分支占比基本定型；到了快速發(fā)展期，3 類專利的申請量開始飛速增長，呈現(xiàn)直線上升態(tài)勢。

圖1 設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展態(tài)勢Fig.1 Development trend of the key technology of livestock and poultry farming facilities

4 技術(shù)分解

對專利進(jìn)行技術(shù)分解可以對領(lǐng)域的技術(shù)組成有更加清晰、深入的了解。本文根據(jù)IPC 分類號將全球設(shè)施畜牧業(yè)3 類關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分解，如圖2～圖4?；\舍技術(shù)和飼喂飲水技術(shù)主要根據(jù)家畜和家禽適用性進(jìn)行分類，環(huán)境控制技術(shù)則為畜禽的共性技術(shù)。

4.1 籠舍技術(shù)

設(shè)施畜牧業(yè)籠舍技術(shù)指的是對畜牧業(yè)生產(chǎn)設(shè)施及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用，主要分為家畜房舍、家禽籠舍和圍欄技術(shù)3 方面的研究（圖2），其中家畜房舍占比最多，圍欄技術(shù)占比最少。在家畜房舍技術(shù)方面，房舍圈欄和房舍裝置的專利申請量相當(dāng)，房舍裝置的研究重點(diǎn)方向有糞尿清除裝置、墊板、拴系技術(shù)、擠奶站、飼喂架等。在家禽籠舍方面籠舍孵房與籠舍裝置的相關(guān)專利的申請量相當(dāng)，籠舍孵房中81.84%以上為產(chǎn)卵巢/孵房技術(shù)；而籠舍裝置的研究重點(diǎn)方向有糞尿清除裝置、家禽踏板、孵化供熱裝置等。綜合來看，無論是家禽還是家畜，籠舍內(nèi)裝置研發(fā)均側(cè)重于糞尿清除、墊板等技術(shù)。

圖2 籠舍技術(shù)分解Fig.2 Cage technology decomposition

4.2 飼喂飲水技術(shù)

設(shè)施畜牧業(yè)飼喂飲水技術(shù)指的是設(shè)施內(nèi)動(dòng)物飼喂、飲水裝置的研發(fā)與利用，主要從家畜適用和家禽適用的角度進(jìn)行劃分（圖3），其中家畜適用的專利申請量更多。在家畜飼喂飲水技術(shù)方面，專利申請量最多的是飼喂技術(shù)，其次是飲水技術(shù)，而幼畜哺乳技術(shù)較少。家畜飼喂技術(shù)的研究重點(diǎn)方向有自動(dòng)飼喂裝置、飼喂槽技術(shù)、飼喂架等；家畜飲水技術(shù)的研究重點(diǎn)方向有自動(dòng)飲水裝置、動(dòng)物控制式供水、浮子控制式供水等。在家禽飼喂飲水技術(shù)方面，專利申請量最多的是飼喂技術(shù)，飲水技術(shù)等均較少。家禽飼喂技術(shù)的研究重點(diǎn)方向有自動(dòng)喂料技術(shù)、飼喂槽技術(shù)等。綜合來看，無論是家禽還是家畜，飼喂技術(shù)的研究均多于飲水技術(shù)，而飼喂技術(shù)側(cè)重于研發(fā)自動(dòng)化飼喂設(shè)備和飼喂槽裝置，飲水技術(shù)側(cè)重研發(fā)自動(dòng)化飲水裝置。

圖3 飲水飼喂技術(shù)分解Fig.3 Feeding technology decomposition

4.3 環(huán)境控制技術(shù)

設(shè)施畜牧業(yè)環(huán)境控制技術(shù)主要指對設(shè)施內(nèi)的溫度、濕度、生產(chǎn)廢棄物等的調(diào)控及處理，可以分為三大類（圖4）：廢棄物處理技術(shù)、空氣調(diào)節(jié)技術(shù)和房舍清潔刷洗技術(shù)，其中專利申請量最高的是廢棄物處理技術(shù)，研究重點(diǎn)是糞尿清除技術(shù)；空氣調(diào)節(jié)技術(shù)的研究重點(diǎn)方向有保溫加熱、通風(fēng)技術(shù)和空氣調(diào)節(jié)等。

圖4 環(huán)境控制技術(shù)分解Fig.4 Technology decomposition of environment control

5 重點(diǎn)申請人

5.1 專利申請量分析

根據(jù)全球設(shè)施畜牧業(yè)3 類關(guān)鍵技術(shù)的專利申請量，本文分別選擇排名前四位的申請人作為重點(diǎn)申請人進(jìn)行對比分析（圖5）。設(shè)施畜牧業(yè)3 類關(guān)鍵技術(shù)共涉及8 個(gè)重點(diǎn)申請人，其中，牧原食品股份有限公司在3 個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的專利量均排前二位，VAN DER LELY NV C在籠舍技術(shù)和環(huán)境控制技術(shù)方面專利量均排第一位，表明他們在該領(lǐng)域的技術(shù)投入和創(chuàng)新成果較多。從重點(diǎn)申請人所屬類型來看，8 個(gè)重點(diǎn)申請人中僅有一所大學(xué)（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)）和一所科研機(jī)構(gòu)（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院），其余均為企業(yè)，且企業(yè)專利量明顯較多，說明在設(shè)施畜牧技術(shù)領(lǐng)域企業(yè)是重要的研發(fā)投入群體。

圖5 設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)申請人Fig.5 Key applicants of livestock and poultry farming facilities

5.2 專利技術(shù)布局分析

如圖6 所示，通過氣泡圖來展示設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的8 個(gè)重要申請人的具體技術(shù)分布情況?？梢钥闯?，由于各個(gè)申請人的主營業(yè)務(wù)或類型不同，各申請人之間技術(shù)研究的差異較大，幾乎都在各自的主要業(yè)務(wù)或研究方向上聚焦。其中，牧原食品股份有限公司的主營業(yè)務(wù)是生豬養(yǎng)殖，其專利技術(shù)主要布局在家畜房舍、家畜飼喂飲水和環(huán)境控制方面；VAN DER LELY NV C 和TETRA LAVAL Group 主要從事奶牛和乳業(yè)的發(fā)展，所以這兩位申請人對房舍、擠奶站技術(shù)方面的研究較多，VAN DER LELY NV C 在糞尿清除和清潔刷洗技術(shù)方面也有較多專利布局；青島田瑞牧業(yè)科技有限公司主要從事肉雞的養(yǎng)殖業(yè)務(wù)，其在家禽的籠舍和飼喂飲水方面的研究較多；四川農(nóng)業(yè)大學(xué)和TOYO SYSTEM KK 的專利主要布局在環(huán)境控制技術(shù)方面；CTB INC 公司在家禽、家畜方面的業(yè)務(wù)都有所涉及，專利布局主要側(cè)重于家禽、家畜的飼喂飲水技術(shù)；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院專利主要分布在家畜飼喂飲水和環(huán)境控制技術(shù)方面，其中自動(dòng)飼喂和糞尿清除技術(shù)是布局重點(diǎn)。

圖6 重點(diǎn)申請人技術(shù)布局Fig.6 Technical layout of key applicants

6 不同階段重點(diǎn)專利

本文根據(jù)專利的被引頻次統(tǒng)計(jì)了全球設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)不同階段的重點(diǎn)專利及其技術(shù)要素，如圖7～圖9，可以看出設(shè)施畜牧業(yè)關(guān)鍵技術(shù)早期的重點(diǎn)專利主要集中在歐洲、美國、德國、澳大利亞、加拿大等國家/地區(qū)，近些年重點(diǎn)專利中的國內(nèi)專利明顯增多，原因主要有兩個(gè)方面：一是國內(nèi)設(shè)施畜牧業(yè)快速發(fā)展及知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識提升，二是國內(nèi)市場越來越受到國外的重視。

圖7 籠舍技術(shù)重點(diǎn)專利及技術(shù)要素Fig.7 Key patents and technical elements of cage

圖8 飼喂飲水技術(shù)重點(diǎn)專利及技術(shù)要素Fig.8 Key patents and technical elements of feeding

圖9 環(huán)境控制技術(shù)重點(diǎn)專利及技術(shù)要素Fig.9 Key patents and technical elements of environment control

6.1 籠舍技術(shù)

家禽籠舍技術(shù)方面的重點(diǎn)專利主要包括籠舍結(jié)構(gòu)、揀蛋裝置、禽類運(yùn)輸裝置等方面的研究。關(guān)于籠舍結(jié)構(gòu)的研究早期主要有窗簾控制裝置（US3915377A）、育雛設(shè)備（US4480588A）、移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)式籠子（EP19891A1、CA1188578A1）、入口保護(hù)（CA1315618C）等，后期主要有加熱通風(fēng)（US5123595A）、照明（CN101925296A）、飼喂槽組件（US20050263085A1）、發(fā)酵床（CN101779600B）等；關(guān)于揀蛋技術(shù)研究從早期的各種雞蛋收集裝置（US4159696A、US4364332A、CA2002588A1）發(fā)展到近些年的雞蛋自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置（CN101073312B）。

家畜房舍技術(shù)方面的重點(diǎn)專利主要包括籠舍和擠奶機(jī)械兩個(gè)方面的研究。早期籠舍技術(shù)已經(jīng)開始著重于通風(fēng)（US3915377A）、廢棄物處理（US3982499A、US3980050A）等方面的研究；但在隨后較長一段時(shí)間內(nèi)，重點(diǎn)專利均與擠奶設(shè)備相關(guān)，包括自動(dòng)擠奶杯（DE3474090D1）、超聲波定位自動(dòng)擠奶（DE3681924D1）、基于傳感器的擠奶機(jī)器人（DE3875414D1、NZ332623A、DE69621272D1）、旋轉(zhuǎn)擠奶站（EP689762A1、CN102711448A）、有質(zhì)量分析功能的預(yù)擠奶設(shè)備（NZ580383A）等。

6.2 飼喂飲水技術(shù)

家禽飲水飼喂技術(shù)的重點(diǎn)專利主要包括輸送裝置、喂食裝置等方面的研究。飼料輸送裝置早期由總分式（US3811412A）、螺旋式（US3911868A）等發(fā)展到后期的自動(dòng)可調(diào)式（CA1216542A1）、懸掛式（AU643832B）；喂食裝置方面，早期已有針對不同食性的喂食器（US4102308A），隨后出現(xiàn)了流量控制式（EP68023A1）、套筒式（DE68901335D1）、懸掛式（CA2026791C）、折疊式（US6073582A）、可回收式（CA2610527C）等多種喂食器。

家畜飲水飼喂技術(shù)的重點(diǎn)專利主要側(cè)重于研究養(yǎng)殖設(shè)備與飼喂機(jī)制的結(jié)合。在飼喂設(shè)備方面，由早期的便攜式（US3885524A、NL197613634A）發(fā)展到后期的懸掛式（AU643832B）、兩側(cè)式（CN1265004A）飼喂裝置；從飼喂機(jī)制方面來看，早期已有根據(jù)行為來控制飼喂量（DE3218438A1）、個(gè)性化口糧輸送系統(tǒng)等（US4712511A）專利，后期更多的是應(yīng)用各種技術(shù)的飼喂控制綜合管理系統(tǒng)（CA1311057C、FR2689727 A1、CN101861837A、CN102105050A）等。

6.3 環(huán)境控制技術(shù)

廢棄物處理技術(shù)方面的重點(diǎn)專利主要包括糞尿清除和廢棄物綜合利用等。糞尿清除技術(shù)的研究主要有傳送裝置（CA1041033A1）、刮板（US4321887A）、墊板（CA1125591A1）、明礬沖洗（US5890454A）、清潔滑軌（DE69913016D1）、可自動(dòng)更換墊板（US20040050338A1）等；在廢棄物綜合利用方面，由早期的閉環(huán)式收集好氧堆肥（US3982499A）、干燥處理（DE3701677C1、DE3715735A1）等發(fā)展到了近期的發(fā)酵床技術(shù)（CN101779600B）。

空氣調(diào)節(jié)技術(shù)方面的重點(diǎn)專利主要是利用空氣調(diào)節(jié)部件對舍內(nèi)溫度和濕度的控制研究。在通風(fēng)控制方面，早期有窗簾控制（US3915377A）、排風(fēng)機(jī)（DE2556630A1、US4079665A）、空氣循環(huán)系統(tǒng)（EP47043A2）等，后來有空氣擴(kuò)散器（FR2713317A1）、超聲波空氣清潔器（JP2003014267A）、地道風(fēng)空調(diào)裝置（CN1442637A）、供氣百葉窗（CN101303157B）等；在溫度控制方面，早期有地板加熱（CH628948A5）、供暖系統(tǒng)（US4700887A）等，后來有了循環(huán)冷卻噴霧（JP2002051657A）、可控溫組合式溫室（CN20117861 9Y）、地?zé)崾诫u舍（CN204272912U）等。

7 結(jié)論與討論

本文對全球設(shè)施畜牧業(yè)籠舍、飼喂飲水和環(huán)境控制三大關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢、技術(shù)分支、重要研發(fā)力量、重點(diǎn)專利等進(jìn)行了分析，主要結(jié)論有：①籠舍、飼喂飲水和環(huán)境控制技術(shù)發(fā)展幾乎同步經(jīng)歷了萌芽期、波動(dòng)發(fā)展期、快速發(fā)展期3 個(gè)階段，當(dāng)前該領(lǐng)域?qū)＠纳暾埩砍尸F(xiàn)直線上升的態(tài)勢。早期的重點(diǎn)專利主要集中在歐洲、美國、德國、澳大利亞、加拿大等國家/地區(qū)，近些年重點(diǎn)專利中的國內(nèi)專利明顯增多。技術(shù)研發(fā)主體以企業(yè)為主，各研發(fā)單位之間技術(shù)布局差異性明顯。②籠舍技術(shù)方面裝置研發(fā)均側(cè)重于糞尿清除、墊板等技術(shù)。其中，家禽籠舍技術(shù)的重點(diǎn)專利主要包括籠舍結(jié)構(gòu)、揀蛋裝置、禽類運(yùn)輸裝置等，家畜籠舍技術(shù)的重點(diǎn)專利主要包括籠舍和擠奶機(jī)械。③飼喂飲水技術(shù)方面飼喂技術(shù)的研究多于飲水技術(shù)，且均側(cè)重于研發(fā)自動(dòng)化設(shè)備。其中，家禽飲水飼喂技術(shù)的重點(diǎn)專利主要包括輸送裝置、喂食裝置等，家畜飲水飼喂技術(shù)的重點(diǎn)專利主要側(cè)重于研究養(yǎng)殖設(shè)備與飼喂機(jī)制的結(jié)合。④環(huán)境控制技術(shù)側(cè)重于廢棄物處理技術(shù)、空氣調(diào)節(jié)技術(shù)和房舍清潔刷洗技術(shù)。其中，廢棄物處理技術(shù)的重點(diǎn)專利主要包括糞尿清除和廢棄物綜合利用等，空氣調(diào)節(jié)技術(shù)的重點(diǎn)專利主要是利用空氣調(diào)節(jié)部件對舍內(nèi)溫度和濕度的控制研究。

通過對設(shè)施畜牧業(yè)三大技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行深入分析，可以發(fā)現(xiàn)全球設(shè)施畜牧業(yè)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)活躍，創(chuàng)新性強(qiáng)，尤其是中國近些年發(fā)展迅速。下一步研究可從技術(shù)-功效和專利引證分析的角度出發(fā)，針對重點(diǎn)申請人的系列專利進(jìn)行分析，構(gòu)建技術(shù)路線圖以發(fā)現(xiàn)前沿新興技術(shù)，并預(yù)測未來技術(shù)的發(fā)展方向。