张立娜
(河北京车轨道交通车辆装备有限公司，河北 保定 072150)
转向架是轨道车辆运行的基础，对轨道车辆的运行安全、稳定性、舒适性等起着决定作用。转向架构架作为转向架系统骨架，是轮对轴箱装置、弹簧减振装置、牵引驱动装置、基础制动装置等零部件的安装基础，同时它将车体悬挂装置等联系起来组成了一个有机整体，实现了轮轨力的有效传递，是轨道车辆最重要的承载结构之一。
作为技术信息最有效的载体，专利信息包含了技术、经济、法律等多个方面，是用来保护发明创造的途径，也是开展竞争情报的重要信息源[1]。通过对某一特定领域的专利信息进行分析，并重点对细分的技术领域进行深入分析，找出可能的研发重点或热点，从而增强对该领域内技术发展现状及未来前景的了解，最终为技术创新提供有力的支撑以及决策依据。目前来看，利用专利信息分析轨道车辆技术的专利文献不多，其中与轨道车辆转向架构架技术相关的数量则少之又少。郭亮等[2]通过分析全球转向架专利申请信息，对轨道交通转向架构架、轴箱装置、基础制动装置等关键技术进行研究和技术判断，但未专门针对国内转向架构架技术进行深入详细的讨论。韩亚楠等[3]针对变轨距转向架技术，从专利信息角度进行了研究分析。因此，为了使相关技术人员更加了解轨道车辆转向架构架技术，本文对轨道车辆转向架构架技术在中国的专利申请进行了详细的分析与统计，并依据结论提出对策建议，以期对该技术的发展有所借鉴。
1.1 数据来源
本文中所采用的专利数据库是Baiten网[4]所提供的中外数据库，该数据检索平台拥有丰富的检索方式，数据权威可靠，是我国目前设计比较实用、检索功能较为完善的专利检索系统。本文所采用的专利分析工具是Baiten网提供的专利检索分析平台，并结合Excel软件对专利检索结果进行了有效分析，目的是能更加客观准确地完成对专利的统计分析。考虑到专利数据从申请到公布之间有一定的滞后期，2021年申请的专利很多尚未公开，统计结果不准确，因此本文将时间范围截至2020年12月31日。
1.2 专利检索的基本方法
本文以专利的申请日为专利的起始时间，采用的检索表达式为ti:(构架)and des:(转向架)，专利申请日期时间截止至2020年12月31日，最终通过计算机检索与人工筛查的方式确定了国内公开的关于轨道车辆转向架构架技术的相关专利，专利数量共计776项(核实数量)。
2.1 专利数量规模分析
根据专利申请的数量，对我国轨道车辆转向架构架技术发展阶段进行了划分，专利申请总数量/发明专利申请数量随时间变化趋势如图1所示。总体来说，我国进入转向架构架技术研究领域较晚，1995年有第1件专利申请，1995—2005年，我国的专利申请总数量处于很低的水平，每年专利申请量不超过1件，这一时期属于我国转向架构架研究起步阶段；
2006—2010年，随着我国城市轨道交通步入快速发展时期，专利申请数量逐渐增长，但每年专利申请量不超过30件，此时期属于我国转向架构架研究缓慢发展阶段；
2011—2020年，专利申请总数持续大幅度增长，在2020年申请量达到约125件，此时期属于转向架构架研究快速增长阶段。由图1也可以看出，发明专利申请量趋势也与专利申请总数量趋势保持大致一致，说明在转向架构架研究方面不断提高创新性及研发成本投入，转向架构架研究持续性较好。由于发明专利的申请到公开需要18个月(申请提前公开除外)，所以部分2020年申请可能还处于未公开状态，未被检索到。
图1 我国专利申请总数量/发明专利申请数量的发展趋势
此外，对我国转向架构架发明专利申请情况进行了进一步统计分析。截至2020年12月31日，我国转向架构架发明专利申请总量为334件，其中233件专利已结案，101件专利处于在审阶段，授权发明专利170件，授权率约73%，授权水平处于我国发明专利授权较高水平(国家知识产权局公布的发明专利授权率平均在50%左右)，说明我国转向架构架领域的技术创新性较高。
为了进一步说明我国转向架构架专利申请在全球整个行业所处的水平，我国与国外转向架构架专利申请增长趋势比较如图2所示。国外专利检索也通过Baiten，采用的检索表达式为ti:(bog* frame*)。由图2可以看出国外针对轨道车辆转向架构架技术研究起步较早，但后期发展缓慢。我国虽然进入转向架构架技术研究领域较晚，但我国针对转向架构架技术的研究发展迅速，自2006年以后专利申请量开始追赶并逐渐超越国外专利申请数量，到2020年，专利申请量达到了125项，远远高于国外发达国家专利申请数量，可见我国关于转向架构架研究方面相比于国外国家具有明显的技术优势，这与近几年我国战略和利好政策的双重支持是分不开的，在国家利好政策引导和市场强劲需求拉动下我国轨道交通装备技术呈现规模快速增长模式。从目前来看，未来几年我国轨道交通转向架构架技术仍有非常广阔的技术发展空间。
图2 我国与国外转向架构架专利申请增长趋势比较
2.2 申请人分析
我国转向架构架专利的主要申请人如图3所示。根据申请数量对本领域主要申请人的申请量进行统计分析，专利申请量排名前10的申请人主要集中在中车系统内几家实力较强的头部公司手中，其他企业的市场竞争力比较弱。说明中车系统内这几家实力较强的头部公司在专利申请方面具有明显领先优势，对转向架构架技术的发展起着重要的推动和引领作用。另外，西南交通大学、北京交通大学两所院校作为轨道车辆技术的龙头院校，在转向架构架技术的研究中起到了明显的带头作用。
图3 我国转向架构架专利的主要申请人
2.3 重点热点领域分析
本文重点对转向架构架技术专利内容研究领域进行了详细分析，采用的是IPC分类法，IPC(international patent classification)国际专利分类体系是世界通用的分类方法，它按照专利文献的技术主题对专利进行分类。根据专利文献的IPC主分类号，对专利申请所属的IPC小类进行统计分析，申请量前10位的IPC小类结果如表1所示。我国转向架构架方面的专利基本集中在B61F、B23K和G01M中，首先是B61F的专利最多，共430件，占55.4%；
其次是B23K共97件，占12.5%；
再次是G01M共46件，占5.9%。除了B61F、B23K和G01M 3个领域以外，其他领域的专利申请量相对要少许多。
表1 我国转向架构架专利的主要申请人
IPC小组是对专利相关技术领域的细分，通过IPC小组可以深入了解相关专利的技术信息。对以上基于IPC小类分类后的数据进行深入分析，筛选出专利申请数量前10位IPC 小组，结果如表2和图4所示。
表2 IPC小组专利申请量及占比统计表
图4 IPC小组专利申请量
从整体的分布情况看，B61F5/52专利布局量较大，B61F5/52代表转向架构架，主要涉及构架的结构设计，表明对构架的结构设计重视程度较高，研发势头最强劲。构架作为转向架的核心部件，起着连接各功能组件、承受载荷、传递各个方向的力的作用，因而对构架的焊接质量有着更严格的要求，与构架焊接相关的专利分类领域为B23K31/02，然而从目前数据结果来看，相关专利数量仅为9件，说明技术创新性研究还很薄弱。从授权专利内容来看，主要涉及构架组焊工艺、如何提高构架强度和生产效率方面，例如中车青岛四方机车车辆股份有限公司公开一篇“转向架构架的组焊装置、组焊系统及组焊方法”专利，专利号为CN201910935472.9，该专利介绍了一种转向架构架的组焊装置、组焊系统及组焊方法，具有装夹速度快、焊接变形量小、可以有效减少作业胎位的优点。中车唐山机车车辆有限公司公开一篇“转向架构架及其制造方法”，专利号为CN201310071553.1，该发明提供的转向架构架及其制造方法，分别利用钢板拼接并焊接形成箱体结构的横梁和侧梁，将横梁和侧梁对接处采用对接焊缝的型式进行焊接，然后在基础构架上采用对接焊缝的型式焊接附加装置，得到转向架构架，现有技术采用模具压制的方法制造横梁和侧梁时存在压型质量不稳定以及避免钢板表面被划伤的缺点，利用本发明技术即可避免此现象发生，不会出现大应力区，从而提升构架的强度。长春轨道客车股份有限公司公开一篇“城轨客车转向架构架全方位焊接方法”，专利号为CN201010545269.X，文中介绍采用全位置焊接，保证焊接质量，同时增大刚性约束，减小横梁组成的焊接变形，保证各部位的加工量，从而提高生产效率。这些研究对提高转向架构架焊接技术发展提供了新思路，具有重要意义。但结合转向架构架重要性而言，目前对转向架构架焊接技术的技术创新研究投入还远远不够，未来还应加强对该领域研发能力提升及知识产权保护。
专利信息是衡量技术发展现状与势的重要信息资源，可为技术发展提供重要参考。本文通过对1995—2020年国内转向架构架领域相关专利的检索统计，从专利数量规模、申请人、重点热点领域进行分析，并针对各层面的分析结果汇总总结，得出以下结论和建议。
1)目前，国内转向架构架技术整体发展趋势良好，专利申请数量也达到了近几年的发展高峰，甚至近几年的专利申请数量远超国外，但未来在转向架构架研究方面还须不断提高创新性及研发成本投入，保证国内转向架构架技术持续发力。
2)国内转向架构架专利主要集中在构架结构设计上，对构架焊接技术领域研究力度还不够。构架质量与焊接性能密切相关，所以应加强对该领域研发能力提升及知识产权保护，有效推动轨道交通行业转向架构架技术的发展。
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