李樺楠， 楊躍雙， 胡錦寬， 李佳豪

(1.中國商飛上海飛機設(shè)計研究院 大飛機創(chuàng)新谷， 上海 201210； 2.中國民用航空飛行學院 洛陽分院， 河南 洛陽 471000； 3.中南大學 機電工程學院， 長沙 410012)

民用飛機是一項龐大復雜的系統(tǒng)工程，涉及氣動、結(jié)構(gòu)、航電、環(huán)控、材料、測試等眾多高科技技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)鏈。隨著科學技術(shù)的進步，民機技術(shù)也在迅猛發(fā)展[1-9]。從民用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史來看，民機設(shè)計制造業(yè)面對的是全球市場而非區(qū)域性的市場，幾十年來不斷有國家嘗試制造飛機，但是許多老牌飛機制造商被兼并或破產(chǎn)，最終退出了民機領(lǐng)域，而波音和空客公司幾乎形成了壟斷格局[10-15]，致使后進企業(yè)進入的壁壘極高。

在民用飛機發(fā)展迅速的環(huán)境下，民機市場戰(zhàn)暗流洶涌。市場戰(zhàn)的背后是資源戰(zhàn)，而資源戰(zhàn)的強有力支撐則是專利，專利是知識產(chǎn)權(quán)成果的重要組成部分，更是在很大程度上反映了技術(shù)的發(fā)展方向及水平。近年來，專利內(nèi)容分析已逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點。通過對3D技術(shù)[16]、防熱涂層技術(shù)[17]、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)[18]、搜索引擎技術(shù)[19]等各領(lǐng)域的專利研究[20]，可以發(fā)現(xiàn)每項技術(shù)或產(chǎn)業(yè)的發(fā)展脈絡、重點方向、企業(yè)戰(zhàn)略，從而推動技術(shù)創(chuàng)新研究，有力地促進了各項技術(shù)的發(fā)展與進步。

民用飛機是典型的知識密集、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，也是一個國家工業(yè)整體能力體現(xiàn)的重要標桿。專利反映了技術(shù)的發(fā)展和方向，但是由于民機的龐大和復雜性，目前，缺乏對于民機產(chǎn)業(yè)專利技術(shù)的研究，尤其是缺乏大飛機產(chǎn)業(yè)專利布局、風險管控等方面的研究和指導。因此，面對中國民機運營以及出海問題，有必要探索競爭對手所擁有的專利，分析技術(shù)發(fā)展與專利布局，加強對民機技術(shù)領(lǐng)域及方向等的把握，從而提升自身發(fā)展，把控前沿趨勢，為中國民機設(shè)計制造業(yè)及其知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展戰(zhàn)略提供指導。

1 研究方法

國家專利分類(IPC)將所有技術(shù)知識體系進行了不同層級的分割，除了將技術(shù)領(lǐng)域分為8個部分外，又分了多個大小類、大小組。民用飛機所涉及的技術(shù)廣泛，本文基于不同層級的IPC分類號對專利進行分析，從而探索民機領(lǐng)域兩大巨頭波音和空客的發(fā)展路線及重點方向，具體方法及流程如圖1所示。首先，在IncoPat數(shù)據(jù)庫中檢索波音和空客的專利申請情況，根據(jù)年度、數(shù)量等信息劃分區(qū)間并提取不同區(qū)間大組層級IPC分類號，分析從建立之初到2021年的專利發(fā)展，探索民機“先發(fā)者”和“后進者”的成長歷程和經(jīng)驗。其次，分析波音和空客的專利在全球范圍內(nèi)不同國家的布局情況，尤其是在中國的布局狀態(tài)，結(jié)合中國民機的發(fā)展探索中國民機在當前大國博弈過程中的知識產(chǎn)權(quán)布局戰(zhàn)略。然后，提取小類層級的IPC分類號，綜合波音和空客的專利技術(shù)，分析波音和空客共同關(guān)注的重點技術(shù)領(lǐng)域，同時，提取小組層級的IPC分類號，針對性深入挖掘分析兩家公司的重點發(fā)展技術(shù)，發(fā)現(xiàn)其共性及異性。最后綜合給出民機產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的知識產(chǎn)權(quán)建議。

圖1 基于專利的民機航空業(yè)發(fā)展研究方法及流程

2 波音和空客專利申請總體趨勢研究

根據(jù)IncoPat數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果，從1915年至2021年8月底，波音在全球范圍內(nèi)申請專利94 063件，涉及30 702項技術(shù)；空客在全球范圍內(nèi)申請專利85 682件，涉及20 333項技術(shù)。兩家專利申請趨勢如圖2和圖3所示。

圖2 1915—2021年波音申請專利趨勢

圖3 1915—2021年空客申請專利趨勢

從圖2中可以看出：波音公司的專利申請經(jīng)過了4個階段：發(fā)展初期(A1)、緩慢成長期(B1)、快速飛躍期(C1)和調(diào)整期(D1)。波音公司成立于1916年，1916—1949年(階段A1)，波音公司的專利經(jīng)歷了從無到有的過程，民機領(lǐng)域技術(shù)開始發(fā)展，該時期申請的專利所涉及的技術(shù)主要集中于起落架、操縱面及操縱、傳動系統(tǒng)、機翼、乘務員、乘客或貨艙的空氣處理裝置等方面，共布局207件專利；1950—2000年(階段B1)，民機技術(shù)緩慢成長，在原有機翼和起落架等基礎(chǔ)上，逐漸開始布局飛機結(jié)構(gòu)及整流裝置、位置、航道、高度、姿態(tài)控制系統(tǒng)、復合材料、噴管、盥洗室、廚房、座椅等領(lǐng)域，在此階段，1952年波音公司投入研發(fā)噴氣式飛機，自此不僅開創(chuàng)了噴氣式客機的時代，還成功打開了世界民航市場，1970年波音公司再次領(lǐng)先推出了世界第一款寬體客機——波音747。前兩段時期雖然發(fā)展較緩慢，但早期研發(fā)者共布局了13 893件專利；2001—2014年，隨著收購麥道后，波音以其民用航空領(lǐng)域優(yōu)先50多年的歷史進入了專利申請的快速飛躍期(階段C1)，該時期波音公司申請的專利實現(xiàn)了兩次大跨越，分別是2001—2007年和2010—2014年，進一步擴大對飛機結(jié)構(gòu)及整流裝置、復材等方面的專利申請，并大量開拓了原有領(lǐng)域以及數(shù)字計算設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備/方法、飛機設(shè)計、制造、裝配、清洗、維修或修理等新技術(shù)，同時涉及了地面設(shè)備、無線電傳輸系統(tǒng)、數(shù)字信息傳輸、通信、半導體器件等諸多民機領(lǐng)域，在快速飛躍期間波音公司共申請49 378件專利，專利技術(shù)涉獵范圍也越來越廣；自2015年之后，波音專利申請趨勢進入了調(diào)整期(階段D1)，該時期擴充并深入原有領(lǐng)域B64F5、B64C1、B29C70、B64D11中所涉及的零部件組裝或工具，同時又新開發(fā)了諸如交通控制系統(tǒng)、自動著陸、防撞、地面控制等用于民機的先進科學技術(shù)及方法。

從圖3中可以看出：空客公司的專利申請也經(jīng)過了4個階段：發(fā)展初期(A2)、緩慢成長期(B2)、快速飛躍期(C2)和調(diào)整期(D2)，但是間隔時間與波音有所不同。1970年，空中客車公司由法國宇航公司、聯(lián)邦德國空中客車工業(yè)公司、英國宇航公司和西班牙CASA公司聯(lián)合組建而成。1970—1979年(階段A2)，空客起步，面對落后波音50年的現(xiàn)狀，空客需要盡快發(fā)展并占據(jù)航空領(lǐng)域的一席之地，1972年空客研發(fā)出使用復合材料的寬體中程噴氣式飛機，以成本優(yōu)勢開啟新格局，該時期空客申請的專利技術(shù)主要在特種制品制造、操縱面及操縱、傳動系統(tǒng)、機翼、方向舵等方向，共有18件專利；1980—1988年，空客經(jīng)歷了短暫的成長期(階段B2)，專利涉及飛機結(jié)構(gòu)及整流裝置、盥洗室、廚房、座椅等已有技術(shù)，以及新方向電纜電線安裝保護管、用于裝卸貨物的設(shè)備，便于乘客搭載或具有類似功能的設(shè)備、導電、集電器等電學方面的設(shè)備及方法，為后期電力方面的發(fā)展打下基礎(chǔ)；自1988年第一款數(shù)字電傳飛控系統(tǒng)飛機A320出現(xiàn)后，空客開啟了快速飛躍的發(fā)展時代(階段C2)，且與波音737展開正面對抗，同時在專利技術(shù)保護方面申請了35 226件專利，所涉技術(shù)領(lǐng)域包含B64C1，B64D11、B29C70、G05D1、B64D13，此外還包括無線電導航、陀螺儀、測試、電數(shù)字數(shù)據(jù)處理、數(shù)字通信傳輸?shù)确矫?；飛速發(fā)展過后仍一直保持高數(shù)量專利布局與申請，進入對已有技術(shù)(B64C1、B64D11、B29C70、B64C3、B64C27)的深入挖掘和新興技術(shù)的探索調(diào)整時期(階段D2：2009年至今)?？湛妥鳛槊駲C領(lǐng)域中的后進者，集中資源與人才，并在發(fā)展過程中融入了大量的新技術(shù)，如電傳操縱、“玻璃”駕駛艙以及現(xiàn)代化制造等，并且在專利方面同步布局，得以在波音占據(jù)全部市場的情況下迅速追趕并搶占市場。

3 波音和空客專利布局研究

3.1 波音和空客專利申請區(qū)域布局分析

專利保護具有地域性，因此，同一項技術(shù)在不同的地域申請才能達到全面保護的目的，也能為未來中國民機邁向全世界保駕護航。波音和空客申請專利在全球主要國家的分布狀態(tài)如圖4所示。

圖4 波音和空客在全球主要國家的專利申請數(shù)量

經(jīng)統(tǒng)計計算，波音和空客在本國及國外主要國家的申請專利占比見表1?？梢钥闯?，兩家公司除了在本國申請專利外，均有在其他具有較大發(fā)展?jié)摿?、需求或合作的國家布局，而中國位列前?均>5%)。波音在美國、歐洲專利局、日本、中國、加拿大等國布局比例相對較大，空客在美國、歐洲專利局、法國、德國、中國等國家布局比例相對較大。

表1 波音和空客在主要國家布局的專利占比對比%

3.2 波音和空客在中國布局專利分析

近20年，波音在中國申請專利共計6 248件，空客在中國申請專利共計6 707件，波音和空客在中國申請的專利趨勢如圖5所示。

圖5 1997—2021年波音和空客在中國申請專利的趨勢

從數(shù)據(jù)可以看出，自2002年以來，兩大巨頭在中國民機領(lǐng)域申請的專利顯著增多，持續(xù)到2019年專利申請數(shù)量在調(diào)整中不斷上升，并在2006、2008、2014、2017、2019年達到階段性高峰，并且該發(fā)展時間線和高峰期與中國民機研制立項、制造、運營等時間相當吻合，18年的時間共在中國布局申請專利12 328件。

經(jīng)過研究波音和空客的專利布局可以得出以下啟發(fā)：在專利的布局策略上，一方面針對地域布局，在具有潛在競爭力的國家或地區(qū)布局關(guān)鍵性專利，以保證自己的產(chǎn)品能正常運行，防止周圍環(huán)境的圍追堵截；另一方面要考慮專利技術(shù)上的布局，平衡大環(huán)境下的和諧發(fā)展，充分利用現(xiàn)有技術(shù)，并不斷創(chuàng)新改進，突破核心技術(shù)卡點，構(gòu)建有效的專利壁壘，同時搭建更廣泛的基礎(chǔ)專利。

4 專利技術(shù)領(lǐng)域研究

專利反映技術(shù)，能體現(xiàn)一個企業(yè)的發(fā)展方向和競爭策略。根據(jù)《國際專利分類表》(IPC分類)對專利方向進行劃分，通過對專利數(shù)量及重點方向的分析，可以把握近年來民機領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展方向。經(jīng)過檢索統(tǒng)計，波音和空客在近20年來申請專利所屬技術(shù)領(lǐng)域排名前13的有36 697件，其涉及技術(shù)領(lǐng)域構(gòu)成見表2。從表2中可以看出，目前民機領(lǐng)域在飛機，包括機身結(jié)構(gòu)框架、蒙皮、機身、機翼、機窗等(B64C)與飛機配置成套使用或安裝在飛機上的設(shè)備，如餐飲車、儀表、座椅、應急降落裝置、飛機上動力或傳動裝置等(B64D)、機上復合材料的成型及方法、設(shè)備，后期磨削等處理措施(B29C)、電數(shù)字處理或數(shù)據(jù)處理(G06F)等方面發(fā)展廣泛且深入。

表2 排名前13的專利技術(shù)小類領(lǐng)域

經(jīng)統(tǒng)計并研究發(fā)現(xiàn)，波音公司申請的專利排名前15的技術(shù)及占比如圖6所示。在這前15的技術(shù)方向中，B部的IPC分類占據(jù)了11個：包含機身、機翼、穩(wěn)定面、動力學外形(B64C1/00)，涉及部分飛行器設(shè)計、制造、裝配、洗滌、維修或修復，如移動飛機的車輛、自動化裝配、虛擬訓練機器、測試方法(B64F5/00)，乘客或乘務員設(shè)備，如航空餐飲車、電子儲物柜控制(B64D11/00)，機身框架、桁條及支撐件、大梁(B64C1/06)，零件、部件或附件，如復合件壓緊、復合材料成型及方法、工具、隔音面板(B29C70/54)，其他IPC分類不包括的飛機指示裝置或防護裝置，如發(fā)動機熱指示器、失速保護系統(tǒng)、健康監(jiān)測等(B64D45/00)，如壓力差、真空袋、熱壓罐或膨脹橡膠成型(B29C70/44)，飛機的制造或裝配，如其夾具(B64F5/10)，蒙皮板的結(jié)構(gòu)或附件(B64C1/12)，飛機窗戶、機上的門及門組件、艙蓋或通道壁板、外層框架結(jié)、座艙蓋、風擋、飛機雨刷(B64C1/14)，成型復合材料：自動疊鋪，如使用機器人，根據(jù)預定的形式鋪設(shè)長絲(B29C70/38)等；另外，不可忽視的還包含G部和H部的技術(shù)：飛機飛行過程中的高度、位置、速度、航道或姿態(tài)的控制，如自動駕駛儀(G05D1/00)，空間站或機載站，如天線、應答器、衛(wèi)星系統(tǒng)(H04B7/185)，交通控制系統(tǒng)(G08G5/00)，以協(xié)議為特征的電通信技術(shù)(H04L29/06)等都是波音在民用飛機領(lǐng)域的重點研究方向。

圖6 波音申請專利排名前15的技術(shù)及占比

同樣對空客公司的專利技術(shù)進行分析(圖7)可以發(fā)現(xiàn)，排名靠前的IPC分類集中在飛機(B64C)和與飛機配置成套使用或安裝到飛機上的設(shè)備(B64D)兩類，且空客的專利數(shù)量更大，除了與波音高度重合的乘客或乘務員設(shè)備(B64D11/00)，機身、機翼、穩(wěn)定面、動力學外形(B64C1/00)，機身框架，桁條及支撐件、大梁(B64C1/06)，飛機上夾具的制造或裝配(B64F5/00)等重點研究方向外，空客的其他重點研究方向如飛機窗戶、機上的門及門組件、艙蓋或通道壁板、外層框架結(jié)、座艙蓋、風擋、飛機雨刷(B64C1/14)，座椅的布置或配備(B64D11/06)，以動力裝置如連桿軸、連接件等安裝結(jié)構(gòu)為特點的飛機(B64D27/26)，用于飛機上諸如環(huán)控沖壓空氣通道、熱交換、氧氣面罩、空調(diào)系統(tǒng)等的空氣處理設(shè)備的布置或配置(B64D13/00)等，相對于波音來說具有更大的專利申請量，表明空客在設(shè)備、動力裝置等零部件以及乘務和客戶舒適度方向研究更深入；此外，在儀表的布置或配置，如座艙顯示裝置或組件、側(cè)滑導引、電子電氣設(shè)備艙(B64D43/00)和指示多于一個導航數(shù)值的組合儀表，如飛機用的兩個或兩個以上運動變量的組合測量裝置，如距離、速度、加速度、輔助駕駛飛機的方法和裝置(G01C23/00)等技術(shù)方向出現(xiàn)的頻次也相當高，表明空客在導航、測試、數(shù)據(jù)鏈、電子設(shè)備儀表等方向也展開了深入研究并布局了大量專利。

圖7 空客申請專利排名前15的技術(shù)及占比

綜上分析，民機領(lǐng)域的兩大巨頭在重點技術(shù)方向中有相同之處也存在差異(圖8)。波音所申請的專利涉及技術(shù)范圍廣泛，不僅包括飛機的結(jié)構(gòu)、機身、機翼、操縱系統(tǒng)、起落架、動力裝置、環(huán)控等多項技術(shù)，還涉及了材料及制造工藝、通信技術(shù)等多個方向，且隨著技術(shù)與時間的累積，在調(diào)整期(D1)波音申請的各項專利技術(shù)更深入底層的方法和架構(gòu)；而空客的專利技術(shù)方向中除了機身、機翼、結(jié)構(gòu)、材料等大方向與波音相同之外，更側(cè)重于機內(nèi)電子設(shè)備、零部件、測量等方向的研究，并且空客更偏向于飛行員及乘務操作方便等人機工效方面和客戶體驗舒適度方向的研究。

綜合兩家專利技術(shù)方向研究，從飛機外形結(jié)構(gòu)、機身機翼，到所用材料、工藝，以及飛機內(nèi)部各個系統(tǒng)、設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸，在搭建了飛機“骨架”的設(shè)計制造技術(shù)后，擴充了飛機的“神經(jīng)”與“血肉”，即其內(nèi)部電子儀器、配電等各零部件和場外支持設(shè)備也面面俱到，其中蘊藏的巨大技術(shù)信息是民機行業(yè)的寶貴財富。根據(jù)專利技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展狀態(tài)，可以總結(jié)出如下重點發(fā)展方向：

1)氣動外形結(jié)構(gòu)：常規(guī)的外形布局一直穩(wěn)定而持久地占據(jù)民機市場，相關(guān)技術(shù)也在不斷深入、改進并成熟。但同時通過采用先進的氣動設(shè)計技術(shù)，可以減小飛機飛行時的阻力，提高升阻比和巡航效率，降低油耗[21]，加大內(nèi)部空間，從而大大提升飛機的經(jīng)濟性，當滿足適航需求、提升性能的先進布局成功后也將會快速占據(jù)一席之地。

圖8 波音和空客專利技術(shù)范圍

2)新型材料與制造工藝：復合材料使飛機輕量化，降低燃油消耗；且設(shè)計靈活，不易腐蝕，從而降低使用成本；并且飛機設(shè)計過程中包含的多種成型工藝、制造設(shè)備及方法也是探索布局的重要領(lǐng)域。

3)電子設(shè)備系統(tǒng)：從空客和波音的專利技術(shù)申請趨勢以及發(fā)展經(jīng)驗來看，電子設(shè)備及相關(guān)系統(tǒng)越來越成為關(guān)注和探索的渠道，也蘊含著多項“彎道超車”的技術(shù)，比如先進的航電系統(tǒng)及動力傳動系統(tǒng)越來越成為飛機運行和客戶滿意的關(guān)鍵考量。

5 結(jié)論與建議

本文通過對波音、空客的專利進行檢索和研究，得出以下結(jié)論：民機發(fā)展的歷程都經(jīng)歷了起步、緩慢成長、快速飛躍及調(diào)整期。波音以噴氣式飛機成功打開世界民航市場，空客作為后起之秀則通過策略上抱團發(fā)展，技術(shù)上以復材、電傳飛控等新技術(shù)快速打開市場，占領(lǐng)一席之地；另外，波音和空客除了在本國申請專利之外，還在其他潛在競爭國家布局了大量專利，尤其在中國布局專利的時間和國內(nèi)民機行業(yè)發(fā)展時間相當吻合；最后綜合分析了民機領(lǐng)域目前的重點發(fā)展方向，波音和空客在建立了有效的專利組合外，不斷開拓布局材料、氣動、高端設(shè)備制造等新技術(shù)和新領(lǐng)域。

針對上述專利技術(shù)發(fā)展與布局分析，為有效提升中國在民機領(lǐng)域的競爭力，促進中國民航專利技術(shù)水平的提升，總結(jié)如下對策建議為中國民機設(shè)計制造業(yè)及其知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略提供參考。

1)加強專利技術(shù)規(guī)劃布局。當前中國民機處于快速成長的關(guān)鍵時期，應充分研究行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，以市場為導向，結(jié)合自身情況，以民機結(jié)構(gòu)、機身、機翼等基本方向為基礎(chǔ)，針對新興領(lǐng)域抓住機會彎道超車，爭取占領(lǐng)專利制高點，同時啟動相關(guān)標準的研發(fā)；另外，綜合布局技術(shù)方向，地域上，除國內(nèi)以外，在具有潛在競爭力的國家或地區(qū)布局關(guān)鍵性專利，技術(shù)上，平衡大環(huán)境下的和諧發(fā)展，構(gòu)建有效的技術(shù)組合專利，形成攻守兼?zhèn)涞膶＠趬?，同時搭建更廣泛的基礎(chǔ)專利，做到知識產(chǎn)權(quán)方面的進可攻退可守。

2)催化高價值專利產(chǎn)生。短期內(nèi)，可以技術(shù)引進的方式，以市場換技術(shù)，但同時需要開展基礎(chǔ)知識的研究，獨立自主是根本更是關(guān)鍵。針對復雜的民機領(lǐng)域，劃分系統(tǒng)及其分支，識別關(guān)鍵技術(shù)點，充分利用公開可用的專利文獻，開展技術(shù)可行性分析，并深度挖掘高價值專利，開拓新方向，以點概面，從而構(gòu)建民機領(lǐng)域的專利技術(shù)地圖。在該過程中，一方面實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)的自主可控，另一方面形成自己的高價值高水平專利，提升中國民機的專利技術(shù)水平，建立主動方的攻守局勢。

3)推動科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。借鑒優(yōu)秀的成長經(jīng)驗，推動合作發(fā)展。形式上，積極展開多方合作，凝聚現(xiàn)有力量和資源，充分發(fā)揮政府與企業(yè)、企業(yè)與高校、企業(yè)與企業(yè)的強強聯(lián)合，協(xié)同發(fā)展；機制上，深化知識產(chǎn)權(quán)服務，優(yōu)化專利價值評估，建立高價值專利保護、成果轉(zhuǎn)化及激勵制度；技術(shù)上，實現(xiàn)通用技術(shù)的軍民融合或基礎(chǔ)問題的跨界融合，依靠成熟的已有技術(shù)發(fā)展轉(zhuǎn)化民機技術(shù)，并積極溝通建立人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)與民機的結(jié)合，促進各方產(chǎn)業(yè)和技術(shù)成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，帶動民機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。