表1合作专利数据元矩阵
杨仲基，王宏起，王珊珊，李 玥
(哈尔滨理工大学 经济与管理学院，黑龙江 哈尔滨 150080)
摘要：专利合作是整合产学研创新资源、提升产业创新能力的必然选择。基于动态网络分析方法，以中国石墨烯产业为例，研究其专利合作网络特征及演化态势。结果表明，石墨烯作为发展潜力巨大的新兴产业，其产业专利合作网络整体呈现碎片化，具体表现为区域合作创新水平不均衡、技术合作能力分布不均衡和创新资源分布不均衡等态势。最后，提出相关对策建议，可为我国各级政府产业政策制定和科技创新规划提供方法支撑与思路借鉴。
关键词：动态网络方法；专利合作；石墨烯产业
当前，专利已成为判断产业创新态势的重要指标，随着技术交叉融合的不断增多，越来越多的企业通过合作申请、购买、转让或许可等多种形式的专利网络提升自身竞争力[1]，尤其是在新兴技术不断涌现并持续发展背景下，不同主体间的专利合作成为推动新兴产业创新发展的重要力量。专利合作本质上是基于专利权人社会网络关系开展的知识交互创新过程[1]，其意义在于降低创新成本及风险，实现资源与成果共享[2]，是知识经济时代科技创新网络化的必然结果。因此，开展专利合作网络研究有利于探析产学研技术创新态势，并为创新资源的合理配置提供决策支撑。
专利合作网络构成包含网络节点和各类连接关系[1]。从网络节点类型看，现有研究主要集中在校企间专利合作网络、高校间专利合作网络、企业间专利合作网络和产学研专利合作网络4个方面。张珩等[3]基于江苏省高校与企业间合作申请发明专利数据，分析了该专利合作网络结构及其空间分布演化路径；王健等[4]基于发明专利申请量较大的10所理工大学的合作专利数据，分析了学校间在合作率方面存在共性与差异的主要原因；向希尧等[5]采用中国电力系统技术领域112家中外企业间专利合作网络，验证了技术接近性的调节作用；刘凤朝等[6]通过研究985高校产学研专利网络演化路径，发现其呈现明显的阶段性特征，各子网呈现出不同演化路径与空间演化模式。从专利合作网络研究方法看，社会网络方法被广泛应用于专利合作网络、知识网络、多层次创新网络等多种网络特征研究[7-10]。例如，JEE等[11]基于社会网络方法分析了可穿戴设备领域专利合作网络趋势；刘芳芳等[12]构建了我国省际间专利合作网络，运用社会网络方法研究了跨区域产学研合作网络结构特征。同时，动态网络分析作为社会网络方法的进一步拓展已引起学者广泛关注，该方法提出了更加直接和全面的网络特征测度指标，设计了更加系统的数据分析工具，可将其应用于网络意见领袖识别、纳米技术专利网络演化等领域[13]。
综上所述，已有研究对于不同合作主体间专利合作网络进行了深入探讨，但目前关于产业专利合作的研究主要集中在新能源汽车、ICT产业、生物产业等在我国发展历程较长的产业领域[14-15]。石墨烯作为正在兴起的产业领域(张鹏等，2015)，其产业专利合作研究有待进一步加强。从目前石墨烯领域专利研究进展看，胡光元等(2014)基于科技文献数据库分析了中美两国在该领域的总体概况；PHAM等[16]研究了美国石墨烯领域的专利景观；党蓓等[17]以中韩两国石墨烯专利数据为对象,测度了两国在石墨烯领域的官产学关系；李登杰等[18]以温德特专利数据库为数据源，重点分析了全球石墨烯技术整体态势与中韩重点企业专利情报；陈长益等[19]对中国石墨烯领域专利进行了可视化研究，揭示了该领域存在研发合作强度较弱、研发机构技术优势不明显、研发主体合作意识淡薄3个主要问题。值得注意的是，Klincewicz[20]基于关键词检索对1987-2013年全球石墨烯科技文献进行分析发现，中国已经超越美国成为石墨烯论文产出最多的国家。LV等[21]运用德温特专利数据库，对2001-2010年全球石墨烯专利数据进行计量分析发现，美国和日本是较早关注石墨烯领域的国家，其专利申请自2004年开始快速增长，而韩国、中国、德国相关研究起始于2005年左右，专利申请从2007年前后开始迅速增加。王国华等[22]通过最早优先权分析指出，中国目前处于石墨烯技术原创国首位，其专利受理数量大幅领先于其它国家。
综上所述，目前中国石墨烯产业已进入快速发展阶段，有关石墨烯产业专利的研究更加注重中外专利对比与专利整体态势分析，鲜有基于不同时间段的对比研究。鉴于此，本文运用动态网络方法，基于产业层面研究专利合作网络问题，一方面可对现有研究成果进行重要补充，另一方面可为政府产业科技政策制定与实施提供一定借鉴。
石墨烯作为一种基础纳米材料，已经成为“中国制造2025”新材料领域的战略重点，同时被列为“十三五”新材料领域重点发展方向。中国石墨烯产业技术创新战略联盟牵头发布的《2017石墨烯技术专利分析报告》指出，截至2016年9月，中国已经成为全球石墨烯技术专利申请量最大国家，对全球石墨烯产业专利申请数量发挥了主导作用[22]。因此，本文以中国石墨烯产业专利合作网络为研究对象，对石墨烯产业专利合作态势进行分析，并提出相关政策建议，为石墨烯产业的提前布局与科学引导提供支撑。
动态网络分析(Dynamic Network Analysis，DNA)是由美国卡内基梅隆大学CARLEY教授及其团队提出的一套集成传统社会网络分析(Social Network Analysis，SNA)、关联分析(Link Analysis，LA)和多智能系统分析(Multi-Agent Systems，MAS)理论与方法体系[23]，其能够分析包括关系型数据在内的多种类型网络数据，其优势在于可对数据不同属性进行关联分析并具有强大的可视化功能，而构建不同类型元矩阵是动态网络分析的基础和关键[24]。根据专利合作数据特点，本文将专利权人作为动态网络主体(Agent)、将国际专利分类(IPC)作为知识[25]、将专利权人所在地区作为区域，构建合作专利数据元矩阵(见表1)，并由此形成一种由主体、知识、区域等要素及其关系构成的网络结构。动态网络分析工具ORA提供了优质的可视化平台，并设计了50多个网络测度指标，既包括经典网络测度指标，如度中心性、聚类系数等，又包括针对动态网络的专有指标，如主导性知识、知识垄断性等(马宁等，2014)。
表1合作专利数据元矩阵
根据研究目的，本文在分析中国石墨烯产业专利合作网络特征时，以专利权人作为网络节点、以合作关系作为网络关系，由于只存在一个行动者集合，且不存在有向连接，因此这是一个单模无向网络。在分析其网络演化过程时，本文分别以专利权人不同属性作为网络节点，且均为单模无向网络。另外，使用Pajek复杂网络分析工具和ORA动态网络分析工具计算相关网络结构指标，并绘制可视化图形。
中国国家知识产权局(SIPO)专利信息服务平台涵盖了来自全球90多个国家和组织的近7 000万件专利文献信息，是我国最权威的专利检索平台。一般而言，发明专利申请数据能够较好地衡量创新活动[26]，而合作申请专利则真实反映了创新主体间的实际合作情况。因此，合作申请发明专利网络动态演化特征能够真实有效地反映产业某一产学研合作创新态势。
本文结合《战略性新兴产业专利检索手册》，参考Klincewicz[20]的研究成果，确定检索策略为“名称={石墨烯 or 单层石墨}”，检索日期为2017年3月20日。由于专利审查存在1～2年滞后期，经过数据整理和清洗发现，从2007年开始正式出现石墨烯发明专利申请，从2010年开始中国国内才出现石墨烯发明专利合作申请，通过对合作申请专利进行初步判断，考虑结果的可比性，按照时间维度将合作专利数据划分为3个时间段，分别为2010-2011年、2012-2013年、2014-2015年。剔除合作专利权人名称重复、存在关联关系等不符合要求的数据后，共得到8 120条自2007年1月1日至2015年12月31日期间申请受理的发明专利数据，其中包括自2010年1月1日至2015年12月31日期间合作申请的发明专利数据824条，合作专利权人381个。
中国石墨烯产业发明专利申请数量和合作发明专利申请数量年度分布情况如图1所示。
图1中国石墨烯产业专利年度分布趋势
数据来源：根据收集的专利数据绘制
从中可以看出，从2007年开始石墨烯相关发明专利数量才有所增长，2009年以后中国石墨烯领域发明专利申请量呈井喷式增长，尤其是2011-2015年年均增长63.5%。中国石墨烯产业专利总体指标如表2所示。从中可以看出，2012年开始合作发明专利增速超过发明专利增速，表明技术合作得到更多创新主体重视。发明专利合作率是合作发明专利占发明专利数量的比例，2014-2015年中国石墨烯发明专利合作率显著提高，达到13.6%，表明相关主体产学研合作意愿逐渐增强。
中国石墨烯发明专利前10位专利权人排序如表3所示。从专利权人类型看，前10位专利权人中有9所高校和科研院所，仅有海洋王照明科技股份有限公司1家企业。从数量看，海洋王照明科技股份有限公司在发明专利数量上遥遥领先，说明该企业具备较高的石墨烯技术创新能力。此外，浙江大学、哈尔滨工业大学等一批研究型大学在专利数量上居于领先地位，这一方面得益于政府科技计划对高校石墨烯基础研究的大力支持，为石墨烯产业化奠定了坚实的科学基础；另一方面说明石墨烯作为新兴领域目前进行大规模产业化还存在一定困难。
表2中国石墨烯产业专利总体指标
表3中国石墨烯发明专利前10位专利权人
本文从整体网视角对中国石墨烯产业专利合作网络3个时间段的网络节点和整体属性进行分析。
3.2.1 网络节点中心性特征
社会中心角度理论认为，中心化程度反映网络节点权力与资源掌控情况。因此，本文运用网络中心性衡量网络节点中心化特征[27]。表4计算了中国石墨烯产业专利合作网络点度中心势、接近中心势和中介中心势。
表4中国石墨烯专利合作网络中心势指标
其中，点度中心势是实际点度变异值与相同规模网络最大点度变异值的比值，接近中心势是实际接近中心度变异值与相同规模网络最大接近中心度变异值的比值，这两个指标均是基于节点信息可达性对网络中心化程度进行的考察。从表4可以看出，3个时间段点度中心势呈波动变化，说明伴随专利权人数量的增加，网络中心化程度并未相应增加，核心专利权人没有出现，而3个阶段接近中心势非常小，意味着专利权人间的信息可达性较低，石墨烯技术信息交流不畅。中介中心势是实际中介中心度变异值与相同规模网络最大中介中心度变异值的比值，是基于节点中介性对节点重要程度的考察。由表4可知，3个时间段石墨烯专利网络中介中心势均较小且有下降趋势，意味着未出现具备明显中介作用的专利权人。同时，由于专利权人数量增加，每个专利权人处于中介的机会减少，表明尚未出现掌握石墨烯创新资源的主导组织。
3.2.2 网络整体凝聚特征
高凝聚性意味着网络拥有更多连接。因此，网络整体凝聚性可用密度、平均点度、网络聚类系数和平均路径长度进行考察，表5计算了中国石墨烯专利合作网络凝聚性指标。其中，网络密度是指实际存在的连线占所有可能出现连线的百分比。相比之下，平均点度计算由于不受网络规模的影响，在衡量网络凝聚性方面更具优势(胡平等，2016)。
表5中国石墨烯专利合作网络凝聚性指标
由表5可知，网络密度持续减小是因为有更多专利权人加入到石墨烯专利合作网络，但没能带入更丰富的网络关系，从而导致网络连接未出现增加，而平均点度则呈阶段上升趋势，说明2010-2015年中国石墨烯产业专利合作网络凝聚性有小幅提高。网络平均路径长度是网络传递所需经过的节点平均个数，可用来衡量网络全局特征，平均路径越长说明信息传递需要经过的节点越多。2010-2015年，专利网络平均路径长度阶段性增加，意味着信息传递需要经过更多专利权人。这是因为，专利权人数量大幅增加，但新增合作关系以两两间的单一合作为主，缺乏更多主体间的技术合作。网络聚类系数是所有节点集聚程度的体现，可用来衡量网络局部特征，3个阶段网络聚类系数较小但呈阶段上升趋势，说明局部集聚效果初步显现，且在部分主体间形成了小规模“圈子”。
3.3.1 专利权人合作网络演化
本文以专利权人为网络节点、以专利权人间的合作关系为连线，构建3个时间段中国石墨烯产业专利权人合作动态网络(AA网络)，如图2所示。其中，圆点大小代表专利权人发明专利申请数量，连线宽度代表合作申请的发明专利数量。
图2标示了每个时间段发明专利申请排名前10位的专利权人。从中可以看出：首先，高校和科研院所是中国石墨烯合作发明专利申请的主力军。其次，从合作对象类型看，企业与高校、科研院所合作次数有所增加，尤其是科研院所与企业技术合作次数逐渐增多，如2014-2015年中国科学院重庆绿色智能技术研究院与重庆墨希科技有限公司合作申请的发明专利达到42个。最后，从重点专利权人看，目前中国石墨烯产业校企合作通道不畅，如2010-2011年清华大学与鸿富锦精密工业有限公司共同申请了9个发明专利，2012-2013年减少为8个，此后再未有合作申请发明专利出现。
图22010-2015年中国石墨烯产业专利权人合作动态网络
3.3.2 区域合作网络演化
根据专利权人合作伙伴所属行政区域不同(全国四大区域划分参考《中国高技术产业统计年鉴》)，本文构建了不同时间段石墨烯产业区域合作网络(AL网络)，如图3所示。其中，圆点大小代表专利权人发明专利申请数量，区域节点与专利权人节点间的连线表示该专利权人合作伙伴隶属于该区域，连线宽度代表在该区域此专利权人拥有的合作伙伴数量，连线越宽表示有更多的合作伙伴隶属于该区域，连线越密集，意味着该区域合作创新活动越活跃。
由图3可以看出，2010-2015年中国石墨烯专利权人区域内合作与区域间合作均在不断加强。2010-2011年，东北地区未出现合作发明专利申请，此后两个阶段虽然东北地区合作发明专利增多，但数量远远低于其它区域，这一结果与东北地区丰富的石墨资源及较强的科研资源基础极其不匹配。相比而言，东部地区在石墨烯合作发明专利申请数量及合作活跃程度方面占据稳固优势地位，3个阶段发明专利申请前10位的合作伙伴绝大部分位于东部地区。值得注意的是，2014-2015年首次出现了跨区域合作，东部地区优势科研力量开始与中部、西部地区企业、科研院所开展合作，如中国科学院重庆绿色智能技术研究院、清华大学、厦门凯纳石墨烯技术有限公司等各类创新组织开展了跨区域技术合作，这一趋势表明在中国石墨烯研发力量分布不均衡情况下，跨区域技术合作日益加强。
3.3.3 技术合作网络演化
发明专利技术主题IPC分类能够反映产业知识类型和主导性知识主题。根据专利权人合作申请发明专利IPC分类，本文以申请量排名前10位的IPC分类为节点，构建中国石墨烯产业技术合作动态网络(AK网络)，如图4所示。其中，IPC节点与专利权人节点间的连线代表了该专利权人合作申请发明专利所属技术领域，连线宽度代表专利权人在其技术领域合作申请的发明专利数量。
图32010-2015年中国石墨烯产业区域合作动态网络
图42010-2015年中国石墨烯产业技术合作动态网络
由图4可知，2010-2015年中国石墨烯专利权人技术合作领域逐步拓展，各技术领域专利数量逐渐增多，专利权人申请数量最多的技术领域是C01B(非金属元素，其化合物)，尤其是C01B31/04(石墨)、C01B31/02(碳的制备；纯化)等领域始终是研究热点。主导性知识(Dominant Knowledge)通过计算知识节点的点度中心性获取，代表了知识节点的重要程度[22]，3个时间段主导性知识领域排序如表6所示。
表63个时间段主导性知识领域排序
由表6可知，中国石墨烯主导性知识领域逐步稳定，主要集中在C01B(非金属元素，其化合物)、H01M(直接将化学能转变为电能的方法或装置)、B82Y(纳米结构制造或处理)、B01J(化学或物理方法)等领域，涉及石墨烯制备(如液相剥离、化学氧化等方法)及在电池电极、超级电容器材料、电子器件中的应用等多个热点技术领域。由此可见，中国石墨烯专利主要集中在石墨烯制备与应用领域。
中国石墨烯产业正在高速发展，本文基于动态网络分析法，以中国石墨烯产业为例，研究了3个时间段发明专利合作网络特征及其演化态势，通过对产业创新态势进行初步判断，得出以下主要结论：①从中国石墨烯产业专利总体态势看，2009年以后中国石墨烯领域发明专利申请呈爆发式增长，目前依然处于快速增长阶段，石墨烯已经成为发展潜力巨大的新兴产业领域；②从中国石墨烯产业专利合作网络特征看，3个时间段的比较分析表明，中国石墨烯产业发明专利合作网络整体呈现碎片化态势，网络节点持续增多，网络中心化程度相对较低，3个阶段均未形成明显的网络中心节点和中介节点，缺乏网络核心组织，但网络凝聚性出现小幅提升、网络局部集聚效果初步显现；③从专利权人合作网络演化态势看，技术合作能力分布不均衡，大量技术创新成果由高校和科研院所掌握，企业主体地位不显著。从区域合作网络演化态势看，区域合作水平不均衡，大部分技术研发资源聚集在东部地区，而丰富的自然资源聚集在东北地区和中部地区，初步形成了以东部为中心、中西部和东北部为边缘的网络格局。从技术领域合作网络看，技术热点领域逐渐稳定，主要集中在石墨烯制备技术与应用领域。
为此，针对目前的产业专利合作态势，本文提出如下建议：
(1)实施石墨烯产业差异化创新发展战略。遵循“有所为，有所不为”的创新驱动发展思路，本文建议实施差异化创新发展战略，以形成特色鲜明、优势互补及结构合理的产业发展新格局，可将全国分为3类地区进行石墨烯产业战略布局。其中，一类地区是指中国东部地区创新基础相对雄厚的省市，鼓励和支持其开展石墨烯产业创新研究，加快科技成果转化及产业化进程；二类地区是指中国东北等石墨资源丰富且在创新发展方面拥有一定基础的省市，鼓励和支持其对石墨烯相关基础材料及其制备进行深度开发和标准化研究，以满足其它行业对石墨烯材料应用的需要；三类地区是指在石墨烯产业创新发展和资源储备方面相对薄弱的其它省市，鼓励和支持其结合本省市优势产业创新领域，开展石墨烯应用创新研究，并加速其产业化进程。
(2)制定区域石墨烯产业专项计划。各省市应结合本地区石墨烯创新发展基础和需要，制定相应的科技计划。建议上述一类地区积极实施石墨烯产业创新发展科技专项计划，以支持石墨烯产业创新相关优势领域实施深层次研究和高端应用开发。二类地区制定和实施石墨烯材料及其制备方面的科技专项计划，这一计划的出台加快石墨烯新材料开发和标准化材料制备及相关应用研究，为其它省市石墨烯应用开发提供技术支持并保障各类基础材料供给。例如，2016年6月黑龙江省政府颁布实施了《黑龙江省石墨烯产业三年专项行动计划(2016-2018)》，加快推动了石墨烯产业创新发展。三类地区可结合本地实际需要，将石墨烯应用开发作为重点纳入本地“十三五”科技发展计划，并予以支持。
(3)构建技术创新服务平台网络。目前，石墨烯新产品及其衍生品检测检验是其研发生产的必要环节，一般企业不具备独立检测检验条件，因而成为制约石墨烯产业创新发展的重要因素。因此，面向区域石墨烯产业等相关产业发展战略需求及科技计划需要，建立相应的石墨烯产业技术及产品研发与生产所需的检测检验等技术创新服务平台体系，形成服务于石墨烯不同创新环节的平台网络具有重大现实意义。建议石墨烯产业一类地区重点建立石墨烯产业技术及产品研发及产业化检测检验创新服务平台；二类地区重点建设石墨烯材料及技术研发检测检验创新服务平台；三类地区重点建设石墨烯应用技术及产品检测检验等创新服务平台。地方政府既要鼓励石墨烯行业重点优势企业成立技术创新服务平台，又要鼓励政产学研用联盟成立公共技术服务平台，同时还要制定相应的科技计划引导机制和激励约束机制，保障各平台实现高效率和低成本检测检验、共性技术研发与管理咨询等服务。
(4)加快石墨烯产业领军企业培育。目前，我国石墨烯产业专利合作网络中心化程度低、缺乏核心节点，亟需加快领军企业培育，以发挥领军企业的行业引领作用和示范作用。建议一类和二类地区重点培育拥有核心技术和自主知识产权的创新型领军企业，通过收购、联盟、兼并重组等多种形式整合上游原材料供应商、石墨烯制备企业、石墨烯器件加工企业和终端用户，形成涵盖研发、转化和产业化的石墨烯创新生态链；三类地区鼓励支持特色优势领域重点企业，重点开展石墨烯应用研发，加快优势领域产品提档升级，充分发挥石墨烯的优越特性，提高重点企业及产品的市场竞争力。
(5)鼓励石墨烯专利技术转移与转化。针对目前大部分石墨烯专利技术集中在高校和科研院所的现状，应充分发挥政府在专利技术成果转移转化中的推动作用。具备石墨烯资源和技术优势的一类和二类地区，应加快整合区域石墨烯优势资源，充分利用高校和科研院所掌握的应用价值较高的石墨烯专利技术成果，通过举办石墨烯产品展会、专利成果推介会、技术对接峰会等多种形式，加快石墨烯专利技术在本区域或跨区域的转移转化；三类地区可根据优势产业石墨烯应用研发实际，提出特定材料、技术及产品等实际需求，积极与一类和二类地区重点企业、高校和科研院所开展合作，形成跨区域、跨领域石墨烯产业协同创新格局。
通过中国石墨烯产业合作申请发明专利网络态势所反映出的产业合作创新发展现状，可为产业创新战略与政策制定提供一定依据。但限于专利数据存在一定滞后性，未来将及时更新合作专利数据，进一步分析石墨烯产业全球专利合作态势，以更好地为政府产业创新管理提供更加充分的科学依据和决策参考。
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Yang Zhongji, Wang Hongqi, Wang Shanshan, Li Yue
(School of Economics and Management, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080,China)
Abstract：Patent cooperation is an inevitable choice of integrating innovation resources and promoting industrial innovation ability. Based on dynamic network analysis method, this paper makes research on the characteristics and evolution state of patent cooperation network by taking the Chinese graphene industry for an example. The results show that graphene industry is a great potential emerging industrial field, the whole network shows a fragmentation trend, which indicates there are disequilibrium of the level of regional cooperation innovation, the distribution of technology cooperation capability and the distribution of innovation resources. At last, some tactics are proposed according to the results. This study aims at providing method support and decision reference for governments' industry policy making and science and technology planning.
KeyWords:Dynamic Network Analysis Method; Patent Cooperation; Graphene Industry
收稿日期：2017-09-25
基金项目：国家自然科学基金面上项目(71173062)；国家自然科学基金青年项目(71203047)；教育部人文社会科学研究青年基金项目(16YJC630061)；黑龙江省青年科学基金项目(QC2014C084)
作者简介：杨仲基(1989-)，男，陕西宝鸡人，博士，哈尔滨理工大学经济与管理学院讲师，研究方向为高新技术发展与战略管理；王宏起(1958-)，男，黑龙江哈尔滨人，博士，哈尔滨理工大学经济与管理学院教授、博士生导师，研究方向为高新技术发展与战略管理；王珊珊(1980-)，女，黑龙江哈尔滨人，博士，哈尔滨理工大学经济与管理学院教授，研究方向为科技创新管理；李玥(1980-)，女，吉林长春人，博士，哈尔滨理工大学经济与管理学院副教授，研究方向为高新技术发展与战略管理。
DOI：10.6049/kjjbydc.2017080045
中图分类号：F426.7
文献标识码：A
文章编号：1001-7348(2018)09-0059-07
(责任编辑：王敬敏)