增材制造領域領軍人物專利分析——北航王華明院士

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一、概述
1. 王華明教授簡介

△王華明院士（南極熊配圖）

王華明，中國工程院院士，北京航空航天大學教授、博士生導師，激光增材制造領域專家。起步迅速、屢屢破格晉升、擁有大量學術成就的青年學者，2006年“全國五一勞動獎章”及“國家杰出青年科學基金”獲得者，北京航空航天大學材料科學與工程學院“長江學者特聘教授”，2015年12月7日當選中國工程院院士。

2017年5月，獲得全國創(chuàng)新爭先獎。現(xiàn)任材料加工工程學科責任教授、材料加工工程及自動化系主任、航空科學與技術國家實驗室“航空材料與結構”首席科學家。2012年1月18日，王華明教授主持的“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”項目獲得國家技術發(fā)明一等獎。光華龍騰獎中國設計貢獻獎銀質獎章獲得者。如今，王華明教授團隊的高性能難加工大型復雜整體關鍵構件激光直接制造技術已經處于國際領先水平。“金屬3D打印“第一位院士。中國激光3D打印引路人。

研究方向：

1.提出“激光熔覆多元多相過渡金屬硅化物高溫耐磨耐蝕多功能涂層”研究新方向，研究出Cr3Si/Cr2Ni3Si等耐磨性能優(yōu)異并同時具有“反常磨損-載荷特性”、“反常磨損-溫度特性”、“不粘金屬特性”等性質的過渡金屬硅化物多功能涂層材料新體系10余個，系列研究論文被《Advanced Coatings & Surface Technology 》國際期刊“專題報道”；

2.在對高推重比航空發(fā)動機關鍵摩擦副零部件高溫高速“超常”摩擦學行為深入研究基礎上，研究出含碳量高達9～12%的“激光熔覆超高碳Cr-Ni-C高溫自潤滑特種耐磨涂層新材料”，在我國某新型航空發(fā)動機關鍵熱端高溫耐磨運動副零部件上得到成功應用，獲“國防科學技術獎”二等獎；

3.在對鈦合金非接觸激光熔化冶金晶體擇優(yōu)生長特性深入實驗與理論研究的基礎上，發(fā)明“定向生長柱晶鈦合金激光區(qū)域約束熔鑄冶金材料制備與發(fā)動機葉片等復雜零件激光直接成形新技術”，鈦合金高溫持久壽命提高10倍以上；

4.突破飛機鈦合金等高性能金屬結構件激光快速成形關鍵技術及關鍵工藝裝備技術，激光快速成形BT20鈦合金機身關鍵結構件通過裝機試飛前構件全部地面考核并已通過裝機評審即將完成實際裝機應用；將“合金超純凈精煉”、“定向凝固”、“快速凝固”等三大先進高溫合金制備技術與“激光快速成形技術”有機融合為一體，提出“超純凈徑向微細柱晶梯度組織高性能高溫合金渦輪盤”新思路及其近終形零件激光直接成形制造新技術，成功制造出直徑達450mm的超純凈徑向微細柱晶梯度組織高性能高溫合金渦輪盤件；

5.發(fā)明了“水冷銅模激光熔煉爐”及難熔、難加工、高活性金屬材料激光熔鑄材料制備與零件直接成形新工藝”，成功實現(xiàn)W等難熔合金及W/W5Si3等難熔金屬增強超高溫“原位”復合材料及其零件的激光熔鑄冶金制備與成形制造，為難熔難加工高性能合金材料的制備與復雜零件成形制造找到了一條新的途徑；

6.發(fā)現(xiàn)“高Jackson因子小面晶體”光滑液-固界面及臺階生長機制對凝固冷卻速度及界面過冷度的高度不敏感性，對在經典凝固理論中被廣泛接受的“隨凝固冷卻速度或界面過冷度的增加、小面晶體液/固界面結構將由原子尺度光滑向原子尺度粗糙轉變、生長機制由側向生長向連續(xù)生長機制轉變”經典凝固理論“著名推論”的適用范圍進行了合理補充。

2. 專利數(shù)據(jù)

專利數(shù)據(jù)庫：國家知識產權局專利數(shù)據(jù)庫；

檢索檔口：發(fā)明人【王華明】

檢索數(shù)據(jù)量：302件。

注：據(jù)分析統(tǒng)計此數(shù)據(jù)中有大量重名出現(xiàn)，并非王教授本人，因而我們對所搜索的數(shù)據(jù)進行篩選，針對其中部分數(shù)據(jù)進行分析以保證分析的準確性。具體采用其搜索數(shù)據(jù)中，申請人為北京航空航天大學、中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設計研究所的專利進行分析，當然王教授的專利數(shù)量不僅限此。

分析數(shù)據(jù)量：19件

二、專利信息分析1.   趨勢分析

1.1 申請趨勢分析

本項目分析了專利申請的數(shù)量隨時間的變化情況，每個數(shù)據(jù)點代表該年內有多少專利申請。通常來說，專利申請量隨時間的上升代表了相關技術創(chuàng)新趨向活躍，技術發(fā)展較為迅速；專利申請量的持平和下降則代表技術創(chuàng)新趨向平淡，技術發(fā)展較為遲緩，或技術已經趨于落后并被其他技術取代，專利申請趨勢能夠在一定程度上反應出技術的發(fā)展歷程、技術生命周期的具體階段以及預測未來一段時間內的發(fā)展趨勢。但需注意，因為專利從申請到公開存在的延遲（通常有1～2年）

如下圖所示，王教授作為發(fā)明人的專利申請始于1998年【圖中未顯示】，但是，從增材制造技術來看，王教授在增材制造的第一篇專利為：2002年6月26日申請的水冷銅模激光熔煉爐，權利人為：北京航空航天大學。在2002年之后，王教授的研究重心就放在了增材制造技術領域。

從申請趨勢來看，我們統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中得出，王教授的申請量比較平穩(wěn)，近幾年都會有專利申請，數(shù)量不多，相比較2002年和2013年數(shù)量有所增加，對于發(fā)明人的監(jiān)控角度來說，值得大家予以分析。

由于專利制度的原因，2016年之后的部分專利尚未公開，所以，可以預判王教授在該技術領域的專利申請還會有所增加。

1.2 授權趨勢分析

本項目分析了專利授權的數(shù)量隨時間的變化情況，每個數(shù)據(jù)點代表該年內有多少件專利授權。通常來說，專利授權數(shù)量隨時間的上升代表了相關技術創(chuàng)新趨向活躍，技術發(fā)展較為迅速；專利授權量的持平和下降則代表技術創(chuàng)新趨向平淡，技術發(fā)展較為遲緩，或技術已經趨于落后并被其他技術取代；但是由于受到各專利受理機構審查制度的影響，專利從申請到授權需要一段時間。

如下圖可以看出，王教授作為發(fā)明人的專利授權趨勢呈也處于平穩(wěn)波動，當然也由于本分析采用的數(shù)據(jù)有限，就當前數(shù)據(jù)看來，2005年和2014年的授權量相對較多，近幾年出現(xiàn)下滑，當然受到專利受理機構審查制度的影響，專利授權需要一段時間，尤其發(fā)明專利需要更長的時間，后期還會有王教授的專利陸續(xù)授權。

2.技術構成分析

通過分析不同技術分支內專利數(shù)量的分布情況，來發(fā)現(xiàn)一組專利中較為重要的技術分支。通常來講，相關專利數(shù)量較多，且在總專利數(shù)量中占比達到一定比例的技術分支是較為重要的技術分支。

IPC分類號：本項目分析了技術在專利審查時審查員賦予的分類號，即IPC分布情況，每個數(shù)據(jù)點代表該IPC下共有多少件已公開的專利申請。通常來說，公開專利申請數(shù)量較多的IPC受更多申請人關注，技術創(chuàng)新相對活躍；公開專利申請數(shù)量較少的IPC則僅有少數(shù)申請人從事技術創(chuàng)新工作，總體來講活躍度較弱。需要注意的是，此項分析的效果和理解方向與IPC和所分析專利的相關度有關，不能一概而論。

如下圖可以看出，王教授的研發(fā)重心是B22F3、C23C4、B23K26等技術領域，上述IPC的含義是：

B22F3：由金屬粉末制造工件或制品，其特點為用壓實或燒結的方法；所用的專用設備，【金屬粉末為原料的增材制造技術和設備】

C23C4：熔融態(tài)覆層材料噴鍍法，例如火焰噴鍍法，等離子噴鍍法或放電噴鍍法的鍍覆【增材制造技術】

B23K26：用激光束加工，例如焊接、切割或打孔【增材制造技術】

同時，從整體的IPC排名來看，王教授在增材制造領域的覆蓋度較高，除了上面三個技術領域之外，還有B23K37【非專門適用于僅包括在本小類其他一大組中附屬設備或工藝】、C22C29、【以碳化物、氧化物、硼化物、氮化物或硅化物或其他金屬化合物為基的合金，增材制造材料】C23C24【自無機粉末起始的鍍覆，增材制造工藝】等。

3. 專利質量分析

3.1 專利質量總體分析

本項目分析了所分析的專利的專利質量的分布情況，每一個數(shù)據(jù)點代表的是有多少件專利的專利質量落在該星級上。專利質量綜合反映了專利在技術、權利和市場等各方面的評價結果。需要注意的是，若專利中缺少必要的技術信息，也會影響其本指標的評價結果。

從下圖可以看出，以王教授為發(fā)明人的專利質量中核心部分是2星半質量，說明其專利質量并不是很高。

3.2 權利要求數(shù)分析

本項目分析的是所分析的專利的權利要求的數(shù)量分布情況，每一個數(shù)據(jù)點代表的是有多少件專利具有的權利要求數(shù)量落在該區(qū)段。一般來說，專利權利要求的個數(shù)可以反映該專利的技術創(chuàng)新程度，技術覆蓋范圍和權利穩(wěn)定性，有價值的專利一般都表現(xiàn)為權利數(shù)量多且技術覆蓋范圍廣。因此，權利要求數(shù)量較多的專利，技術含金量較高，技術覆蓋范圍也相對較廣，權利較為穩(wěn)定。

如下圖所示，以王教授為發(fā)明人的權要數(shù)量主要集中于6-10項，由于國內權項多于10項要額外收附加費，所以，該公司的權要數(shù)量屬于國內普遍情況。相比較而言，權要數(shù)量多的專利更值得我們關注，其往往是該公司的高價值專利。

3.3 PDF全文頁數(shù)分析

本項目分析的是所分析的專利的PDF全文頁數(shù)的分布情況，每一個數(shù)據(jù)點代表的是有多少件專利其PDF全文的頁數(shù)落在該區(qū)段內。PDF全文頁面的多少，能在一定程度上反映了專利質量和創(chuàng)新性。一般來說，PDF全文頁數(shù)較多，專利質量相對較高。

如下圖所示，以王教授為發(fā)明人的專利全文主要是6-10頁，也屬于國內普通情況，本文不過多闡釋。需要提醒的是，仍需關注11-15頁、16-20頁的專利文獻。

4.法律狀態(tài)分析

4.1專利類型分析

本分析項分析了專利類型分布情況，每一個數(shù)據(jù)點代表的是該專利類型下有多少件專利。受到各專利受理機構審查制度的影響，發(fā)明專利一般來說都需要經過實質審查才能授權，一般來說發(fā)明專利的技術含金量和專利質量都比較高，因此對于專利類型的研究能夠從一個側面反映專利的質量，相關技術的技術含金量和技術先進性。通常來講，所分析的專利中，發(fā)明專利數(shù)量較多且達到一定占比，說明相關技術技術含金量高，而且專利質量較高。

如下圖所示，以王教授為發(fā)明人的專利發(fā)明占比較高，達到73.7%，說明創(chuàng)新度比較高。

4.2各類型的專利申請趨勢分析

本項目分析的是發(fā)明專利、實用新型專利和外觀設計專利各自的申請數(shù)量隨時間的變化情況。受到各專利受理機構審查制度的影響，發(fā)明專利一般來說都需要經過實質審查才能授權，一般來說發(fā)明專利的技術含金量和專利質量都比較高，因此對于專利類型的研究能夠從一個側面反映專利的質量，相關技術的技術含金量和技術先進性。通常來講，所分析的專利中，如果發(fā)明專利數(shù)量較多且申請數(shù)量隨時間呈上升趨勢，則說明相關技術含金量較高，且創(chuàng)新趨向活躍，技術發(fā)展較為迅速；如果發(fā)明專利數(shù)量較少且申請數(shù)量隨時間趨于平緩或呈下降趨勢，則說明相關技術創(chuàng)新趨向平淡，技術發(fā)展較為遲緩。

從下圖可以看出，王教授作為發(fā)明人的專利中，主要以發(fā)明為主，雖然發(fā)明較多，但根據(jù)下圖可以看出，發(fā)明的趨勢近些年來有所下降，而實用新型的申請量趨勢有所上升，當然這與專利的審查制度也是有關系的，存在部分未公開的現(xiàn)象，綜合來看，王教授對于實用新型和發(fā)明專利均較為重視，發(fā)明專利數(shù)量偏多說明其技術創(chuàng)新趨向活躍，相關技術含金量較高。

4.3當前法律狀態(tài)分析

本項目分析了所分析的專利的當前狀態(tài)的分布情況，每個數(shù)據(jù)點代表的是該狀態(tài)下?lián)碛械膶＠�申請的�?shù)量。專利當前狀態(tài)，能夠從側面反應出專利本身的價值和技術含金量，例如，通常來說處于有效狀態(tài)的專利比處于無效狀態(tài)的專利有價值。

如下圖所示，王教授作為發(fā)明人的專利中，放棄/終止情況的專利占比較高，達到了52.6%。這些專利中可能會存在技術金礦值得關注。下一階段，隨著王教授團隊的專利管理能力的不斷提升，未來的授權專利占比將會更高。

5.其他分析

5.1共同申請人分析

由于我們選擇分析的數(shù)據(jù)為申請人是北京航空航天大學、中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設計研究所的專利，因而王教授作為北京航空航天大學教授、博士生導師其主要專利為就職單位，專利占比為84.2%，另外作為同是航空領域的中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設計研究所與其有合作，申請專利量占比為15.8%。當然不排除還有一些公司和高校與王教授有共同申請的專利，我們后期再進一步考證分析。