我国棉花机械化技术专利分析研究

支丽平 赵晓晓

摘 要：本文统计了1999—2017年我国棉花机械化技术领域申请专利的情况，并从专利申请趋势、申请人类型、国省分布、IPC技术构成、法律及运营等方面对棉花机械化技术进行了分析。最后，从加强科研力度、完善相关政策、专利技术交叉许可等方面提出了几点建议，以提升我国棉花生产机械化技术的整体水平。

关键词：棉花；机械化；专利分析

中图分类号：S233.75；G306 文献标识码：A 文章编号：1671-0037（2018）7-44-7

DOI：10.19345/j.cxkj.1671-0037.2018.07.013

Abstract： The information about the application of patent in the field of cotton mechanization technology in China during 1999—2017 was statistically summarized， and the mechanization technology of cotton was analyzed from the trend of patent application， the type of applicant， the distribution of countries and provinces， the constitution of IPC technology， the law and operation. Finally， some suggestions were put forward to improve the overall level of the mechanization technology of cotton production in China from the aspects of strengthening the scientific research， improving the relevant policies， and the cross licensing of patent technology.

Key words： cotton； mechanization； patent analysis

1 引言

《全国农业机械化发展第十三个五年规划》指出，“十二五”期间，我国农业机械化发展迅速。但目前我国棉花机械化水平仍然较低。近年来，我国更加重视粮食安全，“减棉增粮”的农业政策使得棉花产业面临很大的挑战，其机械化程度低于小麦、玉米、水稻、大豆等农作物[1-2]。我国棉花种植面积持续减少，总产量持续下降，生产成本上升，棉花质量不断下滑。黄河和长江流域产棉区生产机械化进程缓慢，耗费了大量的人力和物力。新疆棉花产区的机械化水平较高，基本实现了棉花从种植到收获的全过程机械化[3]。

棉花机械化生产正面临前所未有的挑战，同样面积的棉花和其他农作物相比耕种耗费工时多2～3倍，尤其是在夏收夏种和秋收秋种这两个农忙季节，劳动力紧张，分工不明确更会影响棉花的产量。由于传统的棉花耕种方式生产成本高、加工效率低，难以满足市场的需求，导致棉花市场供需不平衡。使用棉花机械化设备能提高产棉率和加工效率高，棉籽质量好，棉花产量高。因此，应采用现代化发展理念和经营形式提升、推进、引领我国棉花生产向机械化、集约化、规模化方向发展。机械化、集约化、规模化发展不仅有利于扩大生产规模、提高生产效率，也有利于规避棉花生产波动所引发的风险。

通过分析现阶段棉花加工机械化专利技术存在的优势和劣势，充分利用好我国棉花机械化发展的有利环境，争取棉花播种、移栽、收获、加工等全过程都实现机械设备自动操作。个体研究者、企业、高等院校、科研单位、机关团体等要增加对棉花机械化技术的研发力度，提高我国农业机械化技术的整体水平，增强我国企业在棉花产业方面的市场竞争力[4-6]。

2 数据来源与专利检索

2.1 数据来源

文中所采用的数据主要来自incopat专利信息检索网，该网站专门服务于各行各业的专利信息检索需求，能够有效地对专利数据进行多角度、全方位的分析。

根据incopat专利数据库给出的有关棉花机械化技术的数据进行分析，将关键词和逻辑关系词结合组建检索式，在incopat专利数据库中获得专利信息数据。需要说明的是，由于发明专利从申请到授权大概需要3年时间，专利录入数据库也有一定延迟，故在此只采用了2017年之前的数据，另外，1999年以前的专利转移数据非常少，为更深入、精准地分析我国棉花机械化专利工作，本文采用1999—2017年的统计数据作为研究样本。

2.2 专利检索式

棉花机械化是关于棉花产业的综合机械化设备的推广与应用，并涉及生產、加工、制造过程中的技术研究。棉花机械化不但能扩大我国棉花生产规模，并且能提高各项科学技术在棉花生产中的应用率。棉花机械化生产技术主要包括机械化整地、机械化栽培、机械化种苗、机械化移植、机械化追肥等；棉花机械化加工技术包含堆垛技术、储存技术、棉模技术、籽棉清理技术、轧花技术、棉花加湿技术、皮棉清理技术、打包技术、棉包质量检测技术、剥绒技术等；棉花收获时一般使用气吸式或摘锭式的采棉机。

将棉花机械化技术领域设计成检索要素表和专利检索表达式，如表1所示。

棉花机械化专利检索表达式为：

TIAB=（棉AND（育苗OR种苗OR播种OR移栽OR培育OR栽培OR移植OR种植OR耕种OR追肥OR植保 OR采摘OR收获OR脱绒OR采棉OR轧花OR加湿OR粉碎OR回收OR采收OR剥绒OR清理OR打包）AND（机械OR自动OR联动OR非手工）

3 棉花机械化技术专利分析

3.1 专利申请趋势分析

通过申请趋势图能够从宏观层面了解棉花机械化技术在各时期的专利申请热度变化。由图1可知，在1999年，申请量为23件。1999—2008年，专利申请量增长速度较慢，棉花机械化技术发展缓慢；2008—2010年，连续3年专利申请量基本保持不变，增长速度保持稳定。2010—2013年，增长速度最快。2013年专利申请量达到233件，在最近20年中达到最大值。2014年申请量有小幅度减少，但并不影响整体增加的趋势。我国棉花机械化技术的专利申请量越来越多。

由图2可知，中国专利技术总申请量约为1 674项，实用新型专利申请量为1 014件，占申请总量的60.57%，所占比重最大；发明专利申请量为652件，占申请总量的38.95%；外观设计专利8件，占申请总量的0.48%。从数量比例上来看，实用新型专利明显多于外观设计专利，我国比较看重实用新型技术的发展，例如机械打顶技术、棉籽脱绒技术、棉花清理技术等。由于外观不是影响棉花加工设备工作效率的主要因素，所以外观设计申请量最低。棉花机械化技术专利的研發力度在不断增强，反映了棉花生产机械化在我国受到了越来越广泛的关注。

3.2 主要申请人类型分析

表2展示的是棉花机械化主要专利申请人类型的分布（仅统计中国专利）。通过该分析可以明晰棉花机械化技术的类型，并通过对棉花机械化技术的主体性质、研发实力和研发目的的分析了解该技术更偏向基础研究还是商业应用，定位技术在产业链中的位置以及可能的运营模式，为进一步找出在产业内影响力大的、不同类型的棉花生产机械化技术提供依据。值得关注的是，企业申请专利量是870件，约占申请总量的一半；个体研究者专利申请量是663件，约占申请总量的1/3；科研单位179件，大专院校是176件，均约占申请总量的1/10。说明企业更重视有关棉花生产机械化技术的研究，个体研究者相对次之，科研单位和高等院校的研发力度相差不大，机关团体的研发力度最小。进一步表明棉花机械化技术的研究更偏向商业应用，企业通过加大对棉花机械化的研发力度降低劳动成本，扩大生产，提高生产、加工、收获等效率，为企业创造更大的经济效益。用机械设备取代人力劳动是我国棉花产业的必经之路，扩大棉花机械化技术的应用范围十分重要。

3.3 区域统计分析

3.3.1 各国专利申请量统计。图3展示的是棉花机械化技术领域中，不同国家和地区的专利申请量分布情况。通过该分析可以了解不同国家的棉花机械化在我国技术创新过程中的活跃情况，从而发现主要的技术创新来源国和重要的目标市场。中国申请量为1 872条，占比是68.95%，位居国内专利申请第一位，苏联、英国、美国、日本、韩国的申请量相差不大。从数量上看，我国是最大的棉花加工市场，棉花的进口量和出口量均位居世界前列。我国是人口大国，对棉花的需求量自然大，而且我国棉纺织业最近几年发展迅速，带动了棉花机械化技术的发展。

为了保持我国棉花产量的稳定，政府也制定了很多优惠政策。但是对棉农的补贴政策还存在很多需要改进的地方，与美国等西方发达国家相比仍存在很大差距。我国棉花补贴资金总额逐年增加，补贴种类也不断增多，但亩均棉花补贴的标准依旧偏低。只有提高棉花种植的经济效益，保障棉农的基本利益，才能保障我国棉花生产的持续发展[7-9]。

3.3.2 各省市专利申请量分析。图4展示的是棉花机械化技术在中国省级行政区域的分布情况（仅统计中国专利）。通过该分析可以了解到在中国申请专利保护较多的省区市是江苏省、新疆维吾尔自治区、山东省和浙江省，这跟棉花的生长环境有很大关系。棉花是喜热作物，对水分条件有要求，但授粉期和收获期忌多雨、喜光照，因此气候干燥但水源充沛的区域最适合栽种棉花。尼罗河谷地和三角洲、乌兹别克、美国以及中国新疆天山以南区域等都是种植棉花的首选地[10]。

棉花产区分布的影响因素不仅有气候环境还有社会需求，长江流域棉花产量大的主要原因就是社会需求量大。我国黄河下游的东部沿海地区，降水较少，晴天多，光照充足，有利于棉花的生长，所以山东省和浙江省的棉花产量比较大。总之，江苏省、新疆维吾尔自治区和山东省、浙江省棉花机械化技术的申请量比其他省区市多的决定性因素是棉花的生长环境。我国棉花机械化技术研究者应该充分利用好这个有利条件，在这几个省份加大科研力度，对棉花进行集中式的种植、采摘，利用机械化技术提高工作效率，从实际上改善当前棉花劳动力短缺、劳动成本上涨、棉花种植成本增加的局面。对棉花加工设备进行多次实地实验，增强实用性，促进棉花产业高效、高能、低耗的全面发展[11-12]。

3.4 技术分析

3.4.1 申请趋势分析。图5展示的是棉花机械化在不同技术方向专利申请量的分布情况和发展趋势。分析各阶段的技术分布情况，有助于了解特定时期的重要技术分布，挖掘近期的热门技术方向和未来的发展动向，有助于对行业有一个整体认识，并对研发重点和研发路线进行适应性调整。对比各技术的发展趋势，有助于识别哪些技术发展更早、更快、更强。IPC分类号是A01D类的技术，与收获有关，A01G类与园艺、栽培有关，A01C类与种植、播种、施肥有关。由图可知：IPC分类号是A01D类的技术申请量从2000年开始快速发展，A01G类和A01C类从2002年开始发展，但数量上A01D类的技术专利申请量占绝对优势。可见，涉及棉花收获机械化的技术发展最早、最快，也更强，与棉花种植机械化、栽培机械化有关的技术发展相对较早，速度相对较快。D01G类与纤维的预处理、棉纺织行业有关，在1999—2007年处于技术发展的平稳期；2008年开始快速发展，申请量为18个，仅次于A01D类；2008—2017年属于技术发展增长期，在2014年达到顶峰，为29个，申请量在2010—2015年高于A01G类；2015—2017年低于A01G类，但总体趋势是上升的。

3.4.2 技术地市分布分析。图6展示的是棉花机械化各技术方向在不同城市的数量分布情况（仅统计中国专利）。通过下面的气泡图，可以观察出掌握重要技术方向的城市分布。气泡越大表示专利数量越多，乌鲁木齐的棉花机械化技术是73项，其中52项都是A01D类。石河子的棉花机械化技术是65项，A01D类有33项，A01C类有14项。乌鲁木齐和石河子都位于新疆，新疆的土壤条件和气候环境等都比较适合棉花的大面积种植，所以乌鲁木齐和石河子对棉花机械化技术的研究更加深入，科研投入力度更大，针对棉花生产、加工、收获的专利申请量也最多。

苏州的棉花机械化技术是42项，其中19项都是D01G类，基本达到总量的一半。乌鲁木齐、石河子、南京、上海、常州、昌吉、襄阳这7个城市都是A01D类远远高于其他类，而济南、北京的A01D类和D01G类技术专利申请数量基本持平。并且观察气泡图发现，A01D类附近的气泡最大，说明我国对棉花采摘机械化技术的科研投入最大，取得的技术成果最为显著。

3.4.3 IPC技术构成分析。如表3所示，A01（农业；林業；畜牧业）专利数量有194件，占比是44.68%。D01（天然或人造丝线或纤维；纺纱或纺丝）专利数量有63件，占比是16.64%。根据IPC分类号分析，有关人类生活必需品的申请量最多，占比达到49.79%，然后是纺织、造纸达到23.69%。充分说明棉花机械化技术的应用和推广与人类日常生活是息息相关的，有助于加快棉纺织业的发展速度，提高行业效率。棉花生产机械化技术的核心内容一般包含机械播种、机械育苗、机械栽培、机械移栽、机械中耕追肥、机械植保、机械采摘、机械收获、机械剥绒等。所以近几年棉花加工机械化程度显著提高，专利申请数量增长速度越来越快。

3.5 法律及运营分析

专利许可和转让是知识产权最主要、最基本的利用方式。用IPC分类号来分析专利转让与许可的技术构成情况，表3反映了我国棉花机械化技术专利转让量与许可量排名前10的情况，主要技术领域包括A01D、A01F、A01G、B65B。专利转让与许可量最多的都是A01D类（收获；收割），转让量是104项，许可量是6项。其次是A01F类（脱粒；禾秆、干草或类似物的打捆），转让量是13项，许可量是2项。A01D类和A01F类均是有关棉花收获机械化的技术；D01G类和B65B类跟棉花的加工处理有关，属于棉花加工机械化技术；A01G类和A01C类跟棉花的采摘和栽培有关，属于棉花生产机械化技术。同一类别的技术专利转让量比许可量多，转让量大概是许可量的3～6倍，而且转让量总体比许可量多。我国公司、个体研发者、高等院校等比较注重专利的对外转让，对外许可的专利数量则相对较少。

对外许可方式一般有独占许可、全权许可（排他许可）、普通许可、分许可（再许可）。由表5可知，排名前8的许可人中有1个公司、4位个体研究者、2个研究所、1个高等院校，整体上个体研究者更注重棉花机械化技术的对外许可。许可数量最多的是常州市胜比特机械配件厂，涉及的业务主要有齿轮配件、轴类配件以及其他各种机械配件。该配件厂将专利许可给需要研发机械装备的公司，完成公司之间的技术交流，推动机械化技术的进步，从而实现专利技术的有效应用。毛树春是中国农业科学院研究员，对棉花的栽培技术和优质棉的科技服务研究贡献很大，发表过很多有关棉花种植、培育的高水平文章，涉及棉花机械化技术的专利申请量很多。王礼华是攀枝花兴中钛业有限公司的法人代表，该公司主要从事机械设备的加工、玻璃钢的防腐处理等业务。排名第8的江苏工业学院（现名常州大学），位于江苏省常州市，常州市比较注重机械设备的生产与加工，有很多大中小企业从事电器和机械制造、发动机改造等业务。受常州社会和市场环境的影响，江苏工业学院（现名常州大学）的研究多为器件产业制造技术、机械制造技术、石油化工技术等。排名前8的许可人中有2个是研究所，集安人参研究所主要是针对作物的栽培技术进行研究，新疆农业科学院农业机械化研究所在农业机械化技术方面不断追求创新，力求实现作物从播种到收获的全程智能化管理，进而实现农作物的高效产出。

排名前8的被许可人全是公司，涉及的业务主要是机械配件、塑钢包装、棉花收割技术等。例如，常州市锐金轮机械配件有限公司、新疆赛诺特棉花机械科技有限公司、山东玉丰农业装备有限公司，其业务都是机械化农业及园艺机具、机械零部件的制造和加工。南通御丰塑钢包装有限公司业务范围涉及棉纺织品的生产、加工、销售以及农业加工机械化设备的生产与制造，棉花加工与采摘的机械设备销售等。吉林省瑞泰生物科技有限公司是生产有机肥料的企业，主要的研究领域是作物种植和追肥阶段涉及的技术。山东润丰种业有限公司是一家种子经营企业，该公司比较注重增强自主研发能力，其作为被许可人充分利用许可的技术，结合自身优势研发了更多优质的农作物种子。新疆农业科学院农业工程公司从事的业务主要有农作物灌溉、农产品的保鲜储存、机械加工制造、农用机械配件的制造等。被许可公司的主要业务大部分都与农作物的种植、浇灌、加工、收获有关，我国的企业应该充分利用专利技术，发挥好各个行业的技术优势。高等院校、科研单位、企业、机关团体、个体研究者等要加大对棉花加工机械化技术的研发力度，提高我国农业机械化的整体水平，增强我国企业的市场竞争力。

4 结论与建议

4.1 结论

提高棉花机械化水平，降低劳动成本，增加单位面积棉花产量是当今市场面临的主要问题。我国人民生活水平的提高，人民币的升值，以及生产资料的价格逐年上涨，使得棉花生产成本愈来愈高[13-14]。

棉花机械化技术的研究偏向商业应用，对基础研究的投入较少。研究方向单一，忽略了基础研究的重要性。

我国棉花生产领域分布不均匀，主要集中在黄河和长江流域以及新疆棉花建设兵团。其他地方产棉较少，近几年棉花种植面积逐渐减少。