基于专利计量分析的技术创新网络研究

1、基于专利计量的电动汽车领域技术创新网络演化研究颜端武刘秋艳陈坤(南京理工大学，南京210094)摘要为了了解全球电动汽车领域技术发展情况，企业之间的合作创新情况，本文采用专利计量方法,对该领域近三十年间专利数据进行分析。借助专利耦合方法和社会网络分析方法，研究电动汽车领域技术创新网络的结构特征演化和技术合作创新网络的演化。并可视化呈现分析结果，得出该领域的技术发展热点和趋势、具有代表性的企业，以及企业之间的合作变化，为企业选择技术发展方向和合作伙伴提供依据。关键词电动汽车；技术创新网络；专利计量；专利耦合；社会网络分析中图分类号G350,F204TheResearchontheEvolutio

2、naryofTechnologyInnovationNetworkintheFieldofElectricVehiclesBasedonPatentometricsYanDuanwuLiuQiuyanChenKun(NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)AbstractTounderstandthetechnologydevelopmentandcooperativeinnovationbetweenenterprisesofglobalfieldofelectricvehicles,thispaperusesp

3、atentometricstoanalyzepatentdataofrecent30years.Theevolutionaryoftechnicalcooperationinnovationnetworkandstructurecharacteristicsofthetechnologyinnovationnetworkisresearchedbythewaysofsocialnetworkanalysisandpatentcoupling.Throughvisualizationanalysisresults,itisconcludedthatthetechnologyhotspotsand

4、trends,representativeenterprisesandcooperationchangesbetweenenterprises,providingbasisofchoosingdevelopmentdirectionsandpartners.KeywordsElectricVehicles;GlobalInnovationNetwork;Patentometrics;PatentCoupling;SocialNetworkAnalysis;1前言技术创新网络是企业在全球范围内选取动态的技术资源，进行知识信息交换的高度开放的网络体系1。随着经济技术全球化的不断深入与国家间日益激烈

5、的竞争，拥有先进技术的发达国家对技术的封锁力度越来越大，企业在国际竞争中能否占据优势地位，获得核心技术资源，关键在于能否主动嵌入技术创新网络。专利数据作为技术创新的最主要来源，通过专利计量分析，可清楚得到产业的创新网络结构、关键技术演变方向、企业在网络中的地位等重要信息，为企业准确找到嵌入到技术创新网络中的关键点提供依据2。近些年来，国内外学者在电动汽车专利方面的研究日益增多。国外学者一般是从专利技术角度研究电动汽车的发展。而国内多是从专利分布、专利影响因素等方面研究其发展趋势3。如2010年，深圳科技图书馆的黄远辉对国内电动汽车发展的趋势和专利技术布局情况进行了客观分析；2013年，杨利锋和

6、陈凯华基于跨国专利的视角，研究我国电动汽车技术在国际上的水平4,5。总的而言，这方面的研究还不够系统深入，所用的专利分析方法也比较单一。本文通过专利计量、专利耦合分析、社会网络分析、可视化等手段对近三十年间电动汽车产业的专利技术进行研究，分析该领域技术创新网络的结构演变、企业间的技术合作演变，为国内电动汽车产业的发展出谋划策。2数据预处理与技术创新网络构建2.1 数据采集与数据预处理本文研究的专利数据来源于欧洲专利局专利检索系统，选择的是espcenet系统中的Worldwide数据库进行1985-2014年三十年间的电动汽车领域专利数据的检索与下载。经过大量查阅电动汽车专利分析方面的文献，本

7、文最终采用以关键词和国际专利分类号(IPC分类号)相结合的方式进行专利的检索。电动汽车专利检索的关键词=("electricvehicle"OR"hybridvehicle"OR"fuelcellvehicle"),同时结合电动汽车相关领域的IPC分类号，如B60L、B60K、B60W、B60H、H01M、H02M等。共检索出专利数据38397条，其中1985-1994年共有947条专利数据，1995-2004年共7308条，2005-2014年共30142条。本文的研究对象是电动汽车领域的企业，需要剔除专利数据中专利权人为个人和高校

8、的数据，同时要将相同的企业或者子公司的专利数据进行合并。由于检索出的专利数据量很大，而且很多专利权人只申请了个别或者少数几个专利，在总体中占比非常轻，在研究时可以将其忽略。所以针对三个阶段，都选取其中专利数量排名前70的作为主要专利权人，筛选出它们的专利数据。本文数据清理的流程如图2.1所示。图2.1数据清理流程图三个时间段的专利数据处理后，最终所得的有效专利权人数量分别为35、50、50。2.2 技术创新网络构建(1)构建方法本文技术创新网络的构建，包括技术相似性创新网络和技术合作创新网络的构建两部分。构建过程中所采用的主要方法分别是专利耦合分析和社会网络分析方法。专利耦合分析是分析两个专利

9、之间的耦合关系，通过分析两个专利共同引用的专利情况来确定。两个专利共同引用的专利数量越多，则它们之间的耦合强度就越强，耦合关系越显著，即说明这两个专利越相似6,7。专利是企业所拥有的，一定程度上代表了企业的技术水平，故专利间的耦合关系可以同样运用到企业上，通过分析两个企业在特定时间段所有专利的共引情况，来分析两者间的技术相似性程度。专利耦合分析中最关键的一环是耦合强度的计算。目前的相关研究中，关于耦合强度的计算方法有好几种，通过多方对比，本文最终选择采用李英敏8在2013年提出的耦合强度计算方法，该方法能较好地反应技术相似性以及不同企业之间的技术差异性。该方法的计算公式为CI=(C/X)*(C

10、/Y),其中CI代表企业A和B的专利耦合强度，X和丫分别代表企业A和B在特定时间段内所引用的专利总数，C表示企业A与B共同引用的专利数量。本文用专利耦合来构建技术相似性网络，研究技术创新网络的结构特征演化。社会网络分析研究的是行动者之间的关系以及它们的属性9。用来分析的社会网络数据的最基本的形式是邻接矩阵，可用来表示行动者之间的全部关系。借助网络分析的计算机软件，如UCINET,分析社会网络的密度、节点中心度等内部关联性。中心度是社会网络分析中的研究重点。一个节点在社会网络中的中心度指标，可以说明它在这个网络中的中心地位以及影响力指数。本文中研究的社会网络是由电动汽车领域的主要企业以及它们之间

11、的关系构成的，研究它们之间的合作关系演化。(2)可视化分析流程与结果应用电动汽车领域技术相似性创新网络的可视化分析流程包括四个阶段，分别是准备数据、构建耦合频数邻接矩阵、构建耦合强度矩阵、视觉演示。具体操作流程如图2.2所示。准备数据查看专利引文提取共引信息构建耦合频数矩阵构建耦合强度矩阵统计专利权人计算两两耦合强度两两耦合频数计算总耦合强度图2.2技术相似性创新M络，勺司视化分析流程视觉演示多维尺度分析聚类分析技术相似性创新网络可视化的分析结果，可以让企业清楚了解该领域主要专利权人间的技术相似性情况，识别潜在竞争对手，了解可供选择的技术合作伙伴。也可了解技术创新网络结构特征的变化，认识技术热

12、点和技术研究趋势，为企业选择技术发展方向提供依据，从而为其在该行业内的发展取得先机。电动汽车领域技术合作创新网络的可视化分析流程也包括四个阶段，分别是准备数据、构建合作邻接准备数据查看专利摘要提取合作信息构建合作矩阵生成三个0,1合作矩阵视觉演示生成网络图谱社会网络分析网络整体属性网络节点属性矩阵、视觉演示、社会网络分析。具体操作流程如图2.3所示。图2.3技术合作创新网络的可视化分析流程技术合作创新网络可视化的分析结果，可以帮助企业了解该领域主要专利权人之间的技术合作情况,以及该领域内处于重要地位，具有代表性的企业，为企业选择合作伙伴、了解行业形式提供依据。3网络结构特征的演化分析根据前文对

13、技术相似性创新网络的构建，针对三个时间段，对创建出的主要专利权人的专利耦合强度矩阵进行多种可视化分析。但是为了进一步规范用来表示专利间耦合强度的数据，使专利权人之间的耦合相关性或者差异性标准化。针对构建出的耦合强度矩阵，用SPSS进行相关分析，计算得到person相关系数矩阵。将相关系数的矩阵作为标准化的专利耦合强度矩阵来进行后续的分析。再进行聚类分析和多维尺度分析，输出专利权人耦合关系的图谱。企业之间的耦合强度在图谱中以点与点之间的距离来表示，同一类别内，专利权人之间的距离越小，则有效耦合强度越大，企业之间的技术越相似，能直观了解主要企业之间的技术相似性和差异性，网络结构特征的变化，技术发展

14、趋势和热点。3.11985-1994年技术相似性创新网络图3.11985-1994年电动汽车专利权人耦合关系图图3.1中，将1985-1994年这个时间段的电动汽车领域35个主要专利权人分成了A、B、C三个组群。组群A代表的是电池技术；组群B代表的是电机技术；组群C代表的是控制器和整车技术。事实上，各个组群之间是有交叉关系存在的，这里的分组是根据相对申请量最大、耦合关系最明显的类别来进行的。可明显观察出，组群B代表的技术是该时间段电动汽车领域技术研究的热点，但就整体而言，主要专利权人之间的耦合关系分布还是比较分散的，联系不紧密，说明各组群内的企业技术有向多元化发展的趋势。各组群内的企业间由于技

15、术研发的相似性，有很强的竞争关系，当然也可以相互合作，形成更强的技术优势，不同的组群之间也能够进行合作交流。图4.2的三个组群中，组群B和组群C中的企业数量一样多，都是20个，组群A则相对较少，组群C中的企业明显比上一阶段要多出很多，说明组群C所代表的技术有成为热点技术的趋势，而组群B中企业数量基本上还保持稳定，它代表的电机技术依旧是电动汽车领点。组群A和组群B内企业间距离相对较短，联系较紧密，企业之间的技术更为相似。总体而言，该阶段的耦合关系图谱中企业之间的距离比上一阶段相比变短，联系更加密切，技术相似程度更高，说明企业之间的技术有向同质化方向发展的趋势。从图中还可以发现，各组群内的企业有交

16、叉情况出现，例如上一阶段在组群A内的日本丰田公司（TOYOTA）,这一阶段属于组群B，说明电动汽车领域内很多企业的研究方向是比较多元化的，会涉及到多个技术方向，不同时期的研究重点可能不相同。3.3 2004-2014年技术相似性创新网络图3.3中，组群C中的企业最多，有22家，说明组群C代表的技术方向逐渐变得更加热门。组群A和组群B中企业熟练相同，均为14家。也有越来越多的企业开始着重对电池技术开展创新和研究，对电机技术的研究就这一阶段来说，相对变少。各组群内的企业间距离整体较短，企业技术上的同质化比较明显。另外，在这一时间段，中国的很多企业加入到了技术创新网络中，并且都在组群A中，说明中国在

17、电动汽车领域的电池技术方面很重视并且有一定的技术优势。2005-2014年的十年时间里，越来越多的主营电子产品的公司出现在了电动汽车领域的全球技术创新网络中，如中国的国家电网(SGCC)、韩国的LG和三星、日本的松下(MATSUSHITA)、德国的西门子(SIEMENS),其中三星集团还开始了电机技术方面的创新，说明汽车及其零部件的制造企业与电子产品公司之间的界限越来越模糊，电动汽车领域的跨行业合作越来越密切。3.4 网络结构特征演化分析总结根据对三个阶段电动汽车领域技术相似性创新网络的研究，将演化分析结果总结如下：(1)电动汽车领域的技术可以划分成三个组群。这三个组群分别代表电池、电机、控制

18、器和整车技术，其中控制器和整车技术逐阶段成为研究热点和重点，电池技术也开始有研究变热的趋势，而对电机技术的研究则略微有下滑的趋势。总的而言，三种技术方向都在该领域占据着重要的位置，对它们的研究逐渐开始均衡分布。(2)企业间在电动汽车技术方面的相似性日趋明显。与各企业间有一定技术关联的企业有变多的趋势，电动汽车领域的技术有同质化发展的趋势。(3)汽车及其零部件制造企业与电子产品企业之间的界限越来越模糊。越来越多的主营电子产品的企业进入到电动汽车技术创新网络中，有的甚至开始进行电机和控制器技术的创新；同样地，很多车企也在对电池技术进行研究和创新，两者的跨界合作也越来越频繁。4技术合作创新的演化分析

19、根据前文技术合作创新网络的构建，本文分别分析了三个时间段的主要企业间的合作网络，再通过对比研究来进行合作网络的演化分析。借助Ucinet软件的Netdraw工具绘制合作创新网络图谱，为了方便研究分析，图谱中用不同的颜色来区分度数中心度不同的节点，用节点的大小来显示中间中心度的高低。通过电动汽车领域合作创新网络的演化分析，可以了解企业间的合作，以及网络中处于中心地位的企业的演变情况，和其他一些关键节点的演变情况。4.1三阶段的技术合作创新网络情况TO5HIEA-IMISSMISJMiTOMO'*MlI'HUGHESDAJFUKJUSANYOFPSQhlMATSUSHITAVALt

20、O"ZEXELPSA*Gb1LUCASYUSOK1AC.产1EPSONRM>JCURTSLERVOYC""LYUhDAl、壮UZL»iU5CKI,i.NISSAfH3US0NICDENSOZEXELHARIMfSSbI/UKIMATSUSHITATiSFIEAQUEEEII'AIN54LDOIWDODELCONGK1EIDEN6HA*日PSANORTHROPWESTINGHOJSE"VAIfOLDTKHFE口SUMHOMOVRENAULT|Lj/MVDAYAZAKITOYOTA-HONDADAIHATSU图4,21995-2004

21、年电动汽车专利权人合作创新网络aBMUNENTW9A.:Ca：ittLYAZDAHITACHINISSANRENAULTHONDA士AH5UNG«70¥04KAV；K：TOYOTAa-LJMIT)f-：8rCWj_二1*DENSOIWt乎(T臼aMITSUBISHI'MAHASUZUKI,产：后：产/OLKSlVAGEN图4,11985-1994年电动汽车专利权人合作创新网络图4.32005-2014年电动汽车专利权人合作创新网络在Ucinet软件中分析得到：(1) 1985-1994年这个时间段内，网络整体的密度为0.0238,非常小，电动汽车领域的36个主要专利

22、权人之间的合作关系很少，联系不紧密，总体较为分散。这可能是由于该阶段是电动汽车的引入期，而且各专利权人申请的专利数量也较少，专利权人大多还处于各自摸索阶段，没有形成广泛合作的意识。网络中中间中心度最高的节点是日本丰田公司，值为18.000,接近中心度最高的节点也是丰田公司，值为3.330,说明了丰田公司在整个网络中处于中心地位，最大程度上控制着其他的节点，起到重要的沟通桥接的作用，同时与该点紧密联系的节点是最多的，其是该网络中与最多企业有合作的节点。(2) 1995-2004年这个时间段内，网络的整体密度为0.0360,是上一阶的1.5倍，但是依然很小。说明电动汽车领域企业之间的合作关系逐渐紧

23、密，但总体而言合作联系还不是很密切。网络中接近中心度数值最高的是日本矢崎公司(YAZAKI)，值为5.512,日本丰田公司(TOYOTA)和日产公司(NISSAN)是网络中中间中心度最高的两个节点，它们处于合作创新网络的核心地位，与它们直接或间接合作的企业也是最多的。该阶段的合作网络中处于核心地位的两家企业都来自于日本，表明日本在电动汽车领域的领先优势十分明显。同时德国戴姆勒公司(DAIMLER)和美国福特公司(FORD)的中间中心度值也很大，说明德国和美国的企业在合作网络中也发挥着越来越重要的作用。(3) 2005-2014年的合作创新网络的密度为0.0424,是第二阶段网络密度的1.2倍。

24、网络中接近中心度和中间中心度最高的节点是日本丰田公司(TOYOTA)和日产公司(NISSAN),控制着网络中极大部分的信息资源，对其他节点的影响力很大，中心度数其次高的是德国戴姆勒公司(DAIMLER)和法国雷诺公司(RENAULT),说明专利权人合作网络开始呈现出多元化趋势，越来越多的企业和国家开始在电动汽车合作网络中占据着重要的位置。除此之外，在该阶段还发现越来越多的专注于生产电子产品的公司开始计入到电动汽车合作网络的行列，如韩国的LG、德国的SIEMENS、中国的国家电网SGCC。4.2技术合作创新演化总结对电动汽车领域三个阶段的企业合作创新网络的演变研究的发现，可总结归纳为以下几点。(

25、1)合作创新网络的密度在逐阶段增大。反映了电动汽车领域主要企业之间的合作越来越密切，联系越来越紧密，各个国家之间也在不断地加强合作。研究中发现，很多企业是通过与其他企业进行合作研发进入到技术创新网络的，并且它逐渐成为一种在激烈的产业竞争中取得技术优势的有效途径。但整体而言，合作创新网络的密度还是偏低的，各个国家的企业在电动汽车领域的合作技术创新有待进一步发展。(2)网络中的重要节点数逐渐增多。三个阶段的合作创新网络中度数中心度、接近中心度和中间中心度的值很高的节点都在增加，即位于网络中心位置的节点在增多。说明越来越多的节点开始控制着网络中的大部分行动者和资源信息。也反映出电动汽车领域的竞争逐渐

26、白热化，越来越多的企业掌握着该领域的核心技术，取得了技术上的优势地位，不再是一家独大的局面，但日本丰田公司在三个阶段中一直都处于合作创新网络中的核心位置，引领着电动汽车产业的发展，它长期保持成功的原因值得我们探究和借鉴。(3)创新网络中的核心节点逐渐突显。三个阶段的创新网络中代表着主体地位和权利的指标：度数中心度、接近中心度和中间中心度的均值在逐渐上升，说明处于网络核心地位的企业对网络中信息的控制程度越来越大，控制能力越来越强，对其他主体的影响力也越来越强，更能区分出与其他节点的主次位置，核心地位逐渐明朗。(4)汽车企和电子产品公司的合作越来越密切。三个阶段中，加入到电动汽车合作创新网络中的主

27、营电子产品的公司越来越多，并且也逐渐在整个网络中占据着较为重要的地位，一定程度上反映了该领域的电池技术在不断升级和发展，也说明了电动汽车领域内的相关技术一直在寻求突破。5结论本文通过对1985-2014年电动汽车领域专利数据的下载和清理，运用专利计量分析、社会网络分析、可视化分析和专利耦合分析方法，分成三个阶段构建了这三十年间电动汽车领域的技术相似性创新图谱和技术合作创新图谱，分析研究电动汽车技术创新网络结构特征的演化和技术合作创新的演化情况。目前电动汽车的专利技术主要集中在电池、电机、控制器和整车技术三个大类上。日本在该技术领域处于遥遥领先的地位。通过对技术创新网络结构特征三阶段的演化分析，揭示了电动汽车三种技术有逐渐均衡发展的趋势，也表明了主要企业之间技术相似性和差异性情况，企业可以借此确定发展方向和选择合作伙伴。通过对合作创新网络整体的演化分析，显示了此领域主要企业之间的合作越来越密切，越来越多的企业加入到了合作网络中，通过主动加入合作创新网络企业能获得技术发展，企业之间、国别之间的竞争也更加激烈。本文在每一阶段都选取的是排名前几十的专利权