上?？茖W技術情報研究所：2024年工業母機專利態勢報告（29頁）.pdf

1、12024 年年第第23期期2工業母機專利態勢工業母機專利態勢編者按編者按工業母機是指制造機器的機器，亦稱機床或工具機。作為眾多制造業的上游基礎行業，機床行業的技術水平對國家汽車、航空、軌道交通、電子信息設備、工程機械等領域發展均有較大影響。受“巴統協議”到“瓦森納協定”等西方國家禁運政策影響，我國高檔數控機床領域“卡脖子”問題突出。我國經濟已由高速增長轉向高質量發展階段，高檔數控機床作為制造業實現轉型升級的重要基石，是我國強鏈補鏈的核心關鍵環節。近五年，中國在工業母機發明專利申請公開量上居全球首位，其次是日本、美國、德國、歐洲，五國合計占 71%。數控機床制造作為工業母機的重要分支，屬于高端

2、制造裝備，是國家培育和發展戰略性新興產業的重要領域。全球數控加工中心專利布局主要集中在3中國、日本、美國和歐洲，占全球總量的 92%，中國和日本數控加工中心制造商是主要的專利布局者。然而，中國高端工業母機雖然仍與國際水平存在較大差距，但在國內自主創新的強勁推動下，已在某些特定領域內具備了與國際競爭對手相抗衡的實力。筆者從知識產權的角度，梳理了工業母機專利競爭格局、工業母機專利發展動態、工業母機專利技術產業化，供讀者參考。4目錄目錄工業母機專利競爭格局工業母機專利競爭格局.4全球工業母機專利分析.4全球數控加工中心專利分析.6工業母機專利發展動態工業母機專利發展動態.9西門子申請多主軸機床控制專

3、利.9法孚蘭迪斯新專利揭示機床操作新時代.9德馬吉森精機新機床專利.10大族數控新專利提高數控機床的換刀效率.11賽納智能革命性銑削數控機床專利.12格力申請新型數控機床專利.13工業母機專利技術產業化工業母機專利技術產業化.13鏡像銑削技術助力我國航空領域“自強”.13自主創新工業母機助推多產業優化.155工業母機專利競爭格局工業母機專利競爭格局全球工業母機專利分析全球工業母機專利分析工業母機是發展智能制造的基礎，工業智能化是工業發展的重要方向。世界主要發達國家紛紛實施以重振制造業為核的“再工業化”戰略，瞄準高端制造領域，謀求打造新的競爭優勢，數控機床行業順勢迎來巨大發展。全球工業母機發明專

4、利申請量整體呈現逐年上升的態勢。截至2023 年底，全球工業母機發明專利申請量達43145 件，近五年年均增速為0.78%，近五年復合增速為0.63%，全球工業母機產業發明專利授權總量為329267件，2018 年至目前發明專利授權量共102545 件，占授權總量的31.14%，五年年均增速為10.71%，近五年復合增速為 10.16%。截至目前，全球工業母機產業有效發明專利共154569項。6圖 1 全球近年工業母機專利發明授權數量工業母機產業專利布局高度集中，五局合計有效發明專利占全球總量的86.13%，中日兩局占全球總量的56.41%。從目標市場（知識產權局）看，截至 2023 年底，中

5、國國家知識產權局的發明專利有效量為63394件，占全球的 41.01%，其次為日本特許廳 23801件，占比15.40%；隨后是美國專利商標局（22367 件，占全球的 14.47%）、韓國特許廳（12638 件，占比8.18%）和歐洲專利局（10937 件，占比 7.08%），五局合計占全球總量的86.13%，中日兩局占全球總量的56.41%。近 5 年，全球工業母機五局發明專利申請公開量排名依次是中國國家知識產權局為203615件，占全球的30.43%，其次為日本特許廳110959 件，占比 16.58%；隨后是美國專利商標局（77429件，占全球的 11.57%）、德國7專利商標局（51

6、335 件，占比 7.67%）和歐洲專利局（33503件，占比5.01%），五局合計占全球總量的71.25%，中日兩局占全球總量的47.01%。從分年度發明專利授權量趨勢來看，中國國家知識產權局發明專利授權量增速最快，由2018 年的6019件增長到 2023 年的11963件，五年復合增速為 14.73%，高于全球（10.16%）4.57個百分點；其次是歐洲專利局的發明專利授權量由2018 年的746 件增長到2023年的1277 件，五年復合增速為11.35%；日本特許廳的發明專利授權量由2018年的1577 件增長到2023年的 2056 件，五年復合增速為5.45%；韓國特許廳的發明專

7、利授權量由2018 年的984 件增長到2023年的1268 件，五年復合增速為5.20%；美國專利商標局的發明專利授權量由2018 年的1938件增長到 2023 年的2352件，五年復合增速為3.95%。8圖 2中美日韓歐近年工業母機發明專利授權量從全國各?。ㄗ灾螀^、直轄市）看，截至 2023 年底，國內各省市工業母機領域發明專利有效量排名前五位的分別是江蘇?。?0704 件，占比為19.35%）、廣東?。?819 件，占比為 14.13%）、浙江?。?821 件，占比為 10.52%）、山東?。?261 件，占比為 5.89%）、北京市（3071 件，占比為 5.55%），前五省市工業母

8、機領域明專利有效量（30676 件）占國內工業母機領域明專利有效量（55326 件）的55.45%。資料來源：深 知服資料來源：深 知服.深 知服丨 專利 導 航工業母機產業發展態勢分析深 知服丨 專利 導 航工業母機產業發展態勢分析.2024.03.282024-11-12.https:/ 184962 件，從 2014 年到 2016 年申請量逐年上升，從 6424件增加至 8383件。2017 年和2018年申請量迅速增長至 11675 件和 14661 件。2020 年受全球疫情的影響，申請量大幅飆升至20840 件，相比前一年增加了近 4000 件。自 2021 年起申請量開始下降至

9、19042 件，2023 年驟降至 7512 件，與前一年相比減少了 11575 件。從增長趨勢來看，大部分年份專利申請公開量同比增長率呈現正增長。然而，增長10率波動較大，2017 年和 2018 年增長率最高，分別為 39.27%和 25.58%。相反，2021 年的增長率為-8.63%，2022 年僅為 0.24%，2023 年達到了-60.64%的負增長率。其中，2018年-2022 年近五年復合增速為1.06%。20142015201620172018201920202021202220230 5000 10000 15000 20000 25000-80.00%-60.00%-40

10、.00%-20.00%0.00%20.00%40.00%60.00%6424 7823 8383 11675 14661 17005 20840 19042 19087 7512 12.21%21.78%7.06%39.27%25.58%16.06%22.40%-8.63%0.24%-60.64%專利申請量專利申請量同比增長率圖 1 2014-2023 年全球數控加工中心專利申請趨勢從全球專利布局的重點地域來看，中國、日本、美國、和歐洲地區是主要的布局區域，專利申請公開量之和占全球總量的91.56%，具有較高的技術創新和產業實力。且從全球及中國企業的申請量排名情況來看，中國和日本的數控加工中心

11、制造商是主要的專利布局人。從全球、中國市場來看，發那科、大隈、迪思科、山崎馬扎克等企業注重全球專利布局，發那科主要布局日本、美國及中國市場，大隈主要布局德國、日本及中國，迪思科主要布局日本、歐洲、11中國等地區，布魯克主要布局中國、日本及美國地區，以上企業近半專利布局在海外市場。圖 2 數控加工中心專利申請趨勢全球及中國主要申請主體從國內專利布局的重點地域來看，江蘇省、廣東省、浙江省、山東省、安徽省及遼寧省是主要的布局區域。國內數控加工中心領域產業化程度較高，這一現狀在國內企業相關專利申請數量的反映中顯而易見。值得注意的是，國內專利申請前十名中除了哈爾濱理工大學作為高校院所外，其余均為企業，從

12、中國企業的申請量排名情況來看，江蘇省的無錫市航鵠科技、浙江省的海天精工、廣東省的普拉迪科技、黑龍江省的哈爾濱汽輪機廠是主要的專利布局人，這些企業的海外專利布局量較低，主要布局國內市場。我國數控加工中心產業“大而不強”，未能走出“低端內戰、中端爭奪、高端失守”的結構性困局。航空航天、汽車、發電設備和船舶等重點關鍵領域使用的高端數控加工中心90%以上依賴12進口，國防和產業安全受到威脅。全球數控加工中心龍頭企業則主要集中在德國、日本和美國，日本山崎馬扎克公司、德國通快集團以及德日合資的德馬吉森精機公司穩居行業龍頭地位。在專利申請量前十主體中，發那科株式會社在 B23Q3（工件夾固，支承等）、G05

13、B19（程序控制系統）、B23Q15（自動控制和調整）領域擁有數量最多的專利申請，總計為 113 項。山崎馬扎克公司在 B23K26（激光加工）領域擁有數量最多的專利申請，總計為 85 項。三菱電機株式會社在 H01L21（半導體制造或處理）領域擁有數量最多的專利申請，總計為 128 項。其他申請人在此領域的申請數量相對較少。國內專利申請人以企業為主，航鵠科技、海天精工、哈爾濱汽輪機廠處于領先地位，科研機構相關專利申請量不高。我國正在經歷從高速發展向高質量發展的重要階段，對數控加工中心的加工精度、效率、穩定性等精細化指標要求逐漸提升，中高端產品的需求日益增加。我國數控加工中心市場的結構升級將向

14、自動化成套、客戶定制化和普遍的換檔升級方向發展，產品由普通機床向13數控機床、由低檔數控機床向中高檔數控機床升級。資料來源：深知服資料來源：深知服.深知服丨專利導航數控加工中心專利技術發展態勢分析深知服丨專利導航數控加工中心專利技術發展態勢分析.2024.04.032024-11-12.https:/ 2024年4 月。該發明涉及多主軸機床的控制。為了控制具有第一工具主軸和能獨立于其控制的第二工具主軸的多主軸機床，在兩個加工通道中同步地加工零件程序的方式加工第一工件和第二工件。零件程序的加工包含驅控第一機器軸以根據第一工具路徑引導第一工具主軸，并且零件程序的加工包含驅控第二機器軸以根據第二工具

15、路徑引導第二工具主軸。第一工件在第一工具路徑的端部處的加工結果等于第二工件在第二工具路徑的端部處的加工結果。第一機器軸和第二機14器軸被驅控以使在到達第一工具路徑的端部與到達第二工具路徑的端部之間的時間差小于或等于預設的極限值。西門子立足本土、放眼世界、開放創新。截至 2023 年，西門子在中國擁有 21 個研發中心，超過 5400 位創新研發專家，以及 12300 余項有效專利及專利申請。西門子與清華大學、上海交通大學等中國的高校和科研機構開展了約 870 個科研合作項目，并在中國標準化組織中擁有約 100 個專家席位，參與起草超過250項國家標準、30 余項行業標準以及多項團體標準。資料來

16、源：金融界資料來源：金融界.西門子股份公司申請多主軸機床控制專利，能控制多主軸機西門子股份公司申請多主軸機床控制專利，能控制多主軸機床以同步加工零件程序床以同步加工零件程序2024.10.312024-11-14.https:/ 法孚蘭迪斯新專利揭示機床操作新時代 在現代制造業中，機床技術的發展始終是提升生產效率和產品質量的關鍵。近日，法孚蘭迪斯有限公司成功獲得了一項名為“機床及其操作方法”的專利，這是一個令人矚目的成就，標志著機床技術朝著更智能化方向邁出了重要一步。15根據國家知識產權局的數據顯示，該專利的授權公告號為CN114867580B，申請日期為2020 年12月，這一過程顯示了該公

17、司在創新領域持久的探索與研究。該專利涉及一種機床，包括：具有加工參考平面的加工底座；第一旋轉加工軸和第二旋轉加工軸，并具有與加工參考平面平行、間隔開和垂直的相應的第一旋轉參考軸和第二旋轉參考軸；由所述第一旋轉加工軸承載的線性加工軸；以及旋轉定位機構，旋轉定位機構由所述線性加工軸承載，并且包括可旋轉支撐件和旋轉定位機構底座，其中，可旋轉支撐件能夠相對于所述旋轉定位機構底座圍繞與所述第一旋轉參考軸和所述第二旋轉參考軸平行的支撐件旋轉參考軸旋轉，并且所述旋轉定位機構限定所述可旋轉支撐件相對于所述旋轉定位機構底座的兩個或更多個預定分度位置，并便于從所述預定分度位置選擇?？偟膩砜?，法孚蘭迪斯的這一專利表

18、明了公司在技術創新方面的持續努力，預示著機床行業在未來將會迎來更大的變革。這不僅是企業發展的勝利，也是整個制造行業向前邁進的重要一步。資 料 來 源：資 料 來 源：搜 狐搜 狐.法 孚 蘭 迪 斯 新 專 利 揭 示 機 床 操 作 新 時 代法 孚 蘭 迪 斯 新 專 利 揭 示 機 床 操 作 新 時 代.162024.10.292024-11-14.https:/ B 軸旋轉，并在垂直于 B軸的平面中進行線性移動。這種多功能的設計，不僅提升了機床的生產能力，也大幅度降低了設備的空閑時間，實現了更高的資源利用率。在實際應用中，該機床的設計能夠有效提高加工精度。例如，在車間操作17過程中，

19、工人只需簡單調整工作單元的位置，即可快速完成不同工件的加工。這種靈活性對于中小型企業尤其重要，因為它們通常需要應對多樣化的客戶需求與較短的交貨時間。此外，優質的折彎工藝能夠提高工件的整體強度，確保最終產品能夠更好地滿足使用要求，具有更長的使用壽命?？偟膩砜?，德馬吉森精機的新專利不僅是一項技術創新，更是對制造業未來發展趨勢的積極響應。隨著技術的不斷演進，行業內更多企業也應尋求類似的創新，通過合作與共享技術，推動整個行業的進步與變革。資料來源：資料來源：搜狐搜狐.德馬吉森精機貝加莫新專利：優化機床加工與折彎工件的技術德馬吉森精機貝加莫新專利：優化機床加工與折彎工件的技術創新創新.2024.11.0

20、52024-11-14.https:/ 年6月17 日消息，深圳市大族數控科技股份有限公司申請一項名為“一種自動料倉裝置及刀盤更換系統”的專利，申請日期為 2022年12 月。該發明屬于機械加工技術領域，特別是涉及一種自動料倉裝置及刀盤更換18系統。自動料倉裝置包括升降機構、移栽機構以及料倉機構，當升降機構帶動儲料倉移動，直至儲料倉一層中的第一齒輪與運載機構的第三齒輪嚙合時，儲料倉當前層的第一輸送件與運載機構的第二輸送件對接，第一輸送件將待搬運件輸送至第二輸送件上，或者第二輸送件將待搬運件輸送至第一輸送件上。本發明中，移栽機構可以在固定的位置將待搬運件輸送至儲料倉的每層的安裝空間中，也可以在固

21、定的位置接收儲料倉每層輸送的待輸送件；該自動料倉裝置可以應用于數控機床的上下料或刀具盤的更換，提高了數控機床的換刀效率，降低了換刀成本。自 2002 年成立以來，大族數控一直致力于PCB專用設備的研發與生產。公司經歷了多次技術革新和產品升級，如推出系列數控機械鉆孔機、激光直接成像機等。近年來，大族數控在自動化、數字化、智能化方面取得了顯著進展，推出了多款新型設備以滿足市場需求。憑借其在PCB 專用設備領域的卓越表現，大族數控獲得了多項榮譽。資料來源：數控編程網資料來源：數控編程網.大族數控申請新專利，提高數控機床的換刀效率，降低大族數控申請新專利，提高數控機床的換刀效率，降低19了換刀成本了換

22、刀成本.2024.06.182024-11-14.https:/ 年10月28 日，賽納智能制造（山東）有限公司取得的一項銑削數控機床專利則為解決這一難題提供了新的思路和技術支持。這項專利不僅具有技術創新性，更為數控機床的使用帶來了更為便利的拆裝方式，直接影響到工業生產的效率提升。根據國家知識產權局的信息，賽納智能制造的這一銑削數控機床專利（專利號 CN221871252U）申請于2024年3 月，該機床包括固定座、固定架及銑削裝置等關鍵部件。最值得注意的是，專利中設計的定位組件通過簡單的滑動機制，有效地解決了現有銑刀安裝和更換時需要依賴螺栓的繁瑣流程。這一設計不僅簡化了操作步驟，還顯著提升了

23、拆裝效率，為工業標準化、智能化邁出了重要一步。20傳統的銑削裝置在使用過程中，面對銑刀更換的頻繁需求，往往會造成不必要的時間浪費和生產延誤。賽納智能制造的這一新型銑削數控機床所采用的定位組件，使得用戶在更換銑刀時只需輕輕滑動，就可以快速取出或更換裝置，極大地降低了操作復雜度。這一創新無疑為制造企業提供了更高的靈活性，支持快速切換生產任務，從而加快產品上市的時間，增強市場競爭力。展望未來，隨著制造業對靈活性與效率的日益追求，賽納智能制造的銑削數控機床將在各類生產線中顯現出巨大潛力。該技術的推廣不僅會推動銑削機床技術的進步，還可能引領整個行業向更加智能化、人性化的方向發展。這一專利的成功，將促使其

24、他企業紛紛跟進，加速智能制造技術的普及，提高整體行業的自動化水平，最終實現更高的生產效率與經濟效益。資料來源：資料來源：搜狐網搜狐網.革命性銑削數控機床專利：賽納智能制造引領智能制造新模革命性銑削數控機床專利：賽納智能制造引領智能制造新模式式.2024.10.282024-11-14.https:/ 電子、家電、醫療等。格力機床的特點包括結構穩定、精度高，采用全閉環高速高精控制技術、多軸聯動動態特性技術、整體床身溫度控制技術等。資料來源：數控編程網資料來源：數控編程網.格力申請數控機床專利！格力申請數控機床專利！.2024.07.152024-11-14.http:/ 21%。在國產大飛機上，

25、蒙皮已采用了輕量化高強度的鋁鋰合金新材料，最薄處僅和雞蛋殼差不多。國產大飛機能夠自主生產精度如此之高的關鍵部件，離不開一項關鍵國產設備的誕生。2023 年5月26 日，2022年度上海市科學技術獎授獎揭曉。上海交大王宇晗團隊“航空航天大型曲面蒙皮/箱底雙五軸鏡像銑削技術與裝備”項目獲技術發明獎特等獎。在傳統飛機蒙皮生產技術中，一般采用化銑方式進行加工，也帶來了精度低、污染重等問題。尤其是大尺寸大柔性超薄曲面材料生產過程中，無法采用常規機械銑削加工，這是國際公認的制造難題。而隨著國產大飛機和運載火箭項目“上馬”，對于高端銑削設備的需求也更加緊迫。如何解決這一難題，當時項目團隊提出“三條”路徑來實

26、現我國航空、航天領域的自立自強。第一條是買世界最先進的，第二條是與國內頂尖廠商合作研發，第三條是攻堅克難實現自23研。經過兩年的努力，我國相關機構發現采購世界最先近的部件仍達不到鏡像銑性能提升要求，與國內專業廠家的聯合研發也以廠家研發失敗而告終。擺在中國科研人面前的只有組織攻關團隊自主研發這一條道路。此時，上海交通大學研究員、博士生導師王宇晗帶領團隊成功實現了加工壁厚的高精度控制。該技術不僅專業應用于鏡像銑加工場景，核心參數也全面領先競爭對手，還實現了零部件全國產化。由其團隊研發的是一款“五軸鏡像銑削技術裝備”，其原理是在蒙皮材料加工過程中，在材料的正反兩面同時銑削。據介紹，王宇晗團隊研發的全

27、球首臺立式雙五軸鏡像銑裝備，加工角度范圍較國際水平提高70%，滿足了新一代火箭整體箱底/大彎曲角度加工需求，且最薄壁厚僅為一張身份證的厚度，提高了火箭有效載荷。同時，項目組還研制了全球尺寸最大的12 米臥式雙五軸鏡像銑裝備，空間精度比國際水平提高1 倍，解決了多種型號飛機大尺寸蒙皮精密加工難題。此外，針對多類型大柔性蒙皮/變形大、壁厚難以控制等難題，項目組提出24了雙五軸雙通道/狀態共享與規劃的運動控制方法，發明了異種構型、雙五軸聯動鏡像同步控制技術、雙五軸聯動與壁厚/實時閉環控制系統，實現了任意形狀蒙皮的快速裝卡與自動化生產。零件加工精度達到國際領先水平。工欲善其事，必先利其器。關鍵工業設備

28、的技術突破，讓中國航空、航天從“手搓”時代一躍進入批量生產時代。王宇晗團隊也在交大科技成果轉化模式下，成立了上海拓璞數控科技股份有限公司，相關技術正式進入產業化階段。正當上海拓璞幫助國內企業擺脫國際廠商制約，實現高端“工業母機”自立自強時，來自國際競爭對手的“惡意訴訟”又打得上海拓璞措手不及?！半m然大家同為鏡像銑削設備，但是技術路線完全不同，且拓璞已有發明專利24 項，軟件著作權 15 項，因此并不畏懼?！蓖跤铌媳硎?。上海拓璞上海拓璞提供的資料顯示，研制成功后，國內所有鏡像銑裝備均由該企業提供。上海拓璞實現了蒙皮從化銑到鏡像銑的升級換代。目前，該技術應用于我國航空航天重點企業，有力支撐了我國大

29、飛機及運載火箭等型號的研制與批產。王宇晗團隊的科研之路，是中國高端工業母機從被“卡脖子”走向“自強”的縮25影。王宇晗表示，中國高端工業母機雖然仍與國際水平存在較大差距，但是在一些具體領域已經具備“掰手腕”的能力。資料來源：資料來源：界面新聞界面新聞.揭秘上?？萍吉勌鬲?！揭秘上?？萍吉勌鬲?！.2023.05.262024-11-21.https:/ 噸高精度慣性摩擦焊機”在上海臨港調試成功，正在推進“兩機”（航空發動機、燃氣輪機）裝備中典型部件的焊接工藝驗證。經過10 余年技術攻關，上海校企合作團隊終于打破了國外壟斷。循著引進、消化吸收、再創新這條路徑，朱建華和夏春明帶領華東理工科26研團隊，

30、反復琢磨進口慣性摩擦焊機的科學原理和技術難點。據介紹，這種工業母機的技術難度非常高，要在數秒內將巨量的動能通過摩擦轉化為用于焊接的內能，實現可達到兆瓦級的瞬時功率輸出；同時，其能量控制系統要有超高精度，相當于將一節50 噸重、以270 公里時速行駛的高鐵車廂在10秒內剎停，而且停車位置與目標位置的誤差須控制在0.01毫米級別。這兩大技術門檻，對裝備設計提出了很高要求。如何讓主軸系統承受數百噸乃至 1000 噸壓力？如何在數百噸頂鍛力下保持主軸的高速轉動？華東理工團隊在消化吸收國外技術的基礎上，走上了自主創新之路。2010 年以來，他們先后自主設計出160噸、250噸、400噸慣性摩擦焊機，其軸

31、向力越來越大，不斷向制造“兩機”的千噸級高精度慣性摩擦焊機邁進。2020 年4月，華東理工校友龔鐵軍創辦的國焊科技在上海成立。朱建華擔任公司科研團隊總負責人，多位華東理工畢業生成為這家企業的科研骨干，他們希望把10 年攻關成果轉化為產品，讓國產慣性摩擦焊機成為真正的國之重器。如今，國焊科技已擁有各類專利30 多項，成為高新技術企業、上海市專27精特新中小企業，今年開始為用戶提供科研和技術服務。除了慣性摩擦焊，這家企業還與上海工程大、華東理工合作，研制出摩擦塞補焊、混合摩擦焊等裝備和技術，正在聯合研發新一代線性摩擦焊裝備?！斑@些裝備和技術屬于極限制造，與其他焊接技術相比，它們在制造過程中可以降本

32、增效、節能減排，提升產品的性能和壽命，還能不使用任何耗材直接實現異種金屬材料焊接。因為是在一瞬間完成一次鍛造過程，焊接后異種金屬材料的強度會高于本體?！饼忚F軍說。在他看來，“極限制造”技術可以在多個產業領域形成“降維打擊”。比如，汽車輪轂制造領域內卷嚴重，各類輪轂的平均凈利潤低于5%，如果采用慣性摩擦焊工藝，將實現汽車輪轂的輕量化和降本：在性能一致的情況下，焊接式輪轂的成品重量比鑄造工藝減輕約10%，材料利用率比鍛造工藝高20%30%；由于工序減少，加工成本也會大幅降低。目前，國焊科技與用戶單位共同開發的焊接式輪轂，已通過一系列性能試驗。資料來源：資料來源：上海經信委上海經信委.自主創新工業母機助推“極限制自主創新工業母機助推“極限制28造”造”.2024.10.152024-11-21.https:/