基于技术生命周期的专利发明人合作网络演化分析
——以电子白板领域为例
凌艳香，张清辉，郑敏娇
（国防科技大学信息通信学院试验训练基地，陕西 西安 710106）
摘 要： 科研人员及其合作关系组成的合作网络，反映着技术创新活动的特征模式以及相关技术领域的发展趋势，对决策者制定技术发展战略具有重要意义。以中国电子白板领域的专利数据为例，在技术生命周期理论的基础上利用复杂网络分析方法，重点研究发明人合作网络在不同生命周期阶段的拓扑特征以及各阶段过渡过程中合作网络结构的演化特点。研究发现：随着技术发展，团队数量和合作数量持续上升但合作网络整体日益稀疏，其中成长期的合作网络最为活跃。证明技术创新过程中科研人员的合作行为与技术发展之间紧密相关，技术生命周期的过渡使得对应合作网络发生演化，而合作网络的演化也可能是推动或阻碍技术发展的原因之一。
关键词： 技术生命周期；专利发明人；合作网络；网络演化；电子白板
1 引言
随着人类面临问题的日趋复杂，科技活动已日益成为一种高度合作的事业。科研人员作为科技创新的主体，通过合作网络进行资源共享、知识交流以及共同创新等活动。反之，以科研人员及其之间的合作关系为核心的合作网络，也反映着合作创新活动的特征模式以及相关技术领域的发展动态。
因此关于合作网络的研究激发了诸如管理科学、计量科学以及复杂网络科学等领域的密集探讨。大量学者在合作网络的形成机制[1,2]、演化路径[3-6,15]、合作模式[7,8]、扩散原理[9]以及合作预测[10]等方面进行了深入研究。其中利用技术生命周期理论开展专利合作网络研究是近几年新兴的方向之一。李红等人利用社会网络分析法，按初始期、成长期、繁荣期的划分对智能手机专利发明人合作网络的特征进行分阶段分析，发现不同时期的合作网络呈现出独特的拓扑特征，且随着各时期之间的过渡，合作网络也随之发生演变[6]。
技术生命周期是指技术的使用寿命，即一项技术从基础科学或应用科学衍生发展而来，将之应用于产品开发与设计上，到该项产品导入市场，直至退出整个市场的一段时间[11]，一般分为引入期、成长期、成熟期和衰退期，不同时期的技术呈现出个性化的阶段特征。
专利数量和专利申请人数量是刻画技术发展的常用指标，在不同生命周期阶段呈现出不同的统计特征。当技术处于引入期时，市场不确定性大，研发风险高，只有少数组织参与技术研究和市场开发，因此该时期专利数量和申请人数量均较少；在成长期时，随着技术难题的解决和市场认可度的提高，大量研究组织和企业开始涌入，技术范围不断扩大，表现为专利数量和专利申请人数量激增，市场格局较分散；在成熟期时，技术商品化程度高，市场竞争激烈，但由于市场容量有限，进入的组织数量减少，专利增长率变慢，专利申请人数量基本维持不变；到衰退期，技术发展遭遇瓶颈或领先优势殆尽，市场濒临饱和，专利数量和申请人数量呈负增长。
技术生命周期的各阶段具有通用性，普遍存在于各个领域，且可以进行预测。了解技术处于生命周期的何种阶段，掌握技术的整体发展趋势，可辅助科研组织、企业和政府进行远见性研究和管理。
综上，文章拟依托中国电子白板领域的专利数据，结合技术生命周期理论和复杂网络分析方法，重点研究专利发明人合作网络在不同生命周期阶段的个性化拓扑特征，以及各阶段过渡过程中合作网络结构的演化特点，旨在探索技术创新活动中的合作行为与技术发展之间的潜在关联，为决策者制定技术发展战略和技术合作政策提供理论依据。
2 样本数据与方法
专利是技术创新的产物，是技术信息最有效的载体。合作创新过程中，高校、企业、研究机构以及来自这些组织的科研人员自发地形成一种非正式的合作网络，并在此基础上进行着知识资源的共享和交流，因此专利联合发明是被广泛用来研究技术合作创新的实证指标之一。
通过中国国家知识产权局网站、Soopat专利数据库以及佰腾专利检索引擎，以 “电子白板”为检索词，获取了中国电子白板领域1999年—2016年1 828件专利的相关数据，从中提取出发明人数量大于1的专利，形成合作专利数据集。当专利的发明人数量大于1时，说明该专利对应的发明人之间存在合作关系，依此为原则，利用R语言对原始数据中的发明人字段进行处理，共提取出1 591名发明人及他们之间5 108条合作关系。
2.1 技术生命周期判别
（2）团队结构明显，但合作范围较小。绝大多数节点抱团形成小的团队，大量合作关系存在于团队内部，团队之间的合作关系较少。但随着技术发展，在成长期和成熟期出现少量具有中介性质的节点，部分团队也发生融合。
由图1和图2可见，专利各数量指标的增减趋势基本一致，重要拐点的年份基本相同，具体特征表现如下：
（1） 1999年—2008年， 专利数量、发明人数量以及申请人数量都较少，各指标增长速度缓慢，部分年份还曾出现负增长（如2008年），专利类型以发明专利为主。该时期随着计算机技术的发展，多媒体应用需求逐步凸显，电子白板顺势诞生，但由于只是基础性的技术研究，市场需求不明确，存在较大研发风险，因此整个技术领域还处于相对不稳定的初步发展阶段。
第一，根据皖河流域山区环境的特点，构建低耗、优质、高产、高效的农田生态系统。主要内容有：山区土地整治和土壤改良，保持耕地的绿色覆盖，建设生态水系和现代灌溉系统，山坡耕地保护或退耕等。
（2） 2009年—2012年， 各指标增长速度剧增，专利类型为发明专利和实用新型专利为主。在前期发展的基础上，多媒体需求大幅增加，相应的技术设备开始步入稳定成熟，该阶段的电子白板技术也从基础性研究过渡至产品开发生产，市场不确定性消失，吸引了大量人员和组织投入该领域，整个技术领域进入全面蓬勃发展阶段。
（3）2013年—2016年，各指标出现负增长，后期尽管发生缓慢上升，但明显已不如2012年的高峰期，专利类型以实用新型专利为主。经历了之前的蛰伏和快速发展，电子白板技术得到了社会的广泛认同，但由于触屏、虚拟现实等新型技术的冲击，加之领域本身的瓶颈和市场的有限性，该阶段的电子白板技术虽能维持一定程度的增长，但增速明显放缓。专利数量以及参与的科研组织、企业等数量也开始下滑，整个领域进入成熟期并开始显现出衰退迹象。
依据技术生命周期理论可初步判断，1999年—2008年是电子白板技术的初始期，2009年—2012年是成长期，2013年—2016年是成熟期。由于2017以后数据未知，因此还无法判断衰退期。
2.2 发明人合作网络演化分析
（2）团队规模不断增大，内部合作趋于深入。连通子图是指子图中所有节点都通过各种途径相连且与子图外节点不相连[13]，它可以代表现实中的团队结构。完全连通子图[13]是指子图中所有节点都相互连接，它是团队结构的一种特殊情况，即团队成员间两两都存在合作关系。从初始期到成熟期，连通子图和完全连通子图的个数不断增大，说明技术领域内的团队数量不断增加，同时团队成员之间的合作更加频繁全面。
图1 每年专利数量
图2 每年专利发明人和申请人数量
（1）网络规模不断扩大，合作关系日益紧密。随时间推移，节点和边数量持续增加，尤其是从初始期到成长期，增幅最明显。
2.2.1 发明人合作网络的大致演化过程
骨头信息模块重点处理模型的触控点及知识库匹配问题。通过选中模型某一个部分作为触发对象，给该部分绑定BoxCollider组件，接收到鼠标或手指点击事件，添加过程为选中模块Component-Physics-zhBoxCollider，增加碰撞组件，与知识库建立联系。在骨头中点击不同区域时有不同表现，就需要对图片设置热点，完善相关骨块的信息解释及致病原因。
由图3(a)—3(c)可见，电子白板技术发明人合作网络的整体演化呈现如下特征：
中国始终奉行独立自主的和平外交政策、防御性国防政策和积极防御军事战略，无论国防费投入多少，国防和军队现代化发展到什么程度，都永远不称霸、永远不扩张、永远不搞军备竞赛，也永远不对任何国家构成威胁。中国军事力量是履行新时代使命任务的坚定力量，是维护地区与世界和平稳定的强大正能量。
研究过程分为两个阶段：一是从各阶段的合作网络图直观分析网络的整体结构和演化过程；二是从各阶段的拓扑特征深入分析合作网络的演化特点。
统计1999年—2016年各年份的专利数量、合作专利数量 （有两个或两个以上的发明人）、发明专利数量、实用新型专利数量、外观专利数量、专利发明人数量以及专利申请人数量，绘制出各统计数据的折线图。
许多人认为“人不应该有情绪”，所以不肯承认自己有负面的情绪。要知道，人一定会有情绪的，压抑情绪反而带来更不好的结果，学会体察自己的情绪，是情绪管理的第一步。
矿权范围内圈定70个金矿体，全部为盲矿体，根据矿石氧化程度分类，矿石类型全部为原生矿。岩性为黄铁绢英岩化碎裂岩和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩，矿石结构以自形—半自形晶粒状结构和碎裂结构为主，其次为包含结构，填隙结构等。矿石构造主要有浸染状构造、细脉状构造、块状构造、条带状构造和斑状构造等。矿石矿物成分由金属矿物、非金属矿物组成，其中金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、自然金、银金矿等，非金属矿物主要有石英、绢云母、长石、方解石等[8-10]，其中金矿物呈亮黄色，粒状—不规则状，粒径一般在0.01～0.03mm，主要包含黄铁矿或分布在黄铁矿晶隙、裂隙脉石矿物粒间或脉石矿物中(图5)。
2.2.2 发明人合作网络的拓扑特征及其演化特点
图4(a)—4(c)是各阶段的节点度分布图，由图可见合作网络在初始期、成长期和成熟期均表现出明显的长尾效应[12]，即网络中极少数节点占据了大多数合作关系，大多数节点只占据少量合作关系。从社会学角度看，这也是典型的马太效应。说明在电子白板领域核心技术和中坚人才主要分布在少数个体和团队，他们借助已有优势可以汇聚更多技术资源和研发力量，从而产生更多合作创新行为和专利，是技术发展的关键贡献者。而其余的大多数人和团队虽然个体上的贡献量不大，但他们的总和对技术领域发挥着重要作用。
表1记录了合作网络的拓扑特征[16]，分析各时期同一拓扑特征的变化，可发现合作网络演化过程具有以下几个特点：
对合作网络的度分布进行拟合分析，发现均服从幂率分布，即P(k)～k-γ，k为度数，γ为幂指数，是一个常数，P(k)为度数为k的节点占所有节点的比例。γ体现着节点度数的两级分化程度，其值越大说明度数大的节点越少、度数小的节点越多。初始期、成长期和成熟期的分别约为1.513、1.761和1.496，可知成长期合作网络的节点度两级分化程度最高，且度数的最大值最高。
国内辽河油田对采出液的热能回收利用方式为加热蒸汽发生器给水，由于换热温差的限制，仅通过换热器回收该部分热能并不能充分回收。因此，参考图1中余热回收流程，在国内气温较高不需要采用防冻系统的前提下，需要考虑采用其他技术手段利用这部分采出液余热。
（1）合作规模呈增大趋势，成长期增幅和增速均最大。初始期共10年，节点和边的增幅为171，392；增速为1.71，3.92；成长期共4年，节点和边增幅为448，1 718；增速为112，429.5；成熟期有4年，节点和边增幅为277，495；增速为69.25，123.75。合作网络在成长期的快速发展与技术生命周期的阶段特征相吻合。
为了清楚分析中国电子白板技术合作网络的演化过程和演化特征，依据上文技术生命周期判别结果，将时间区间 （1999年—2016年）划分为3个阶段：初始期 （1999年—2008年）、 成长期 （2009年—2012年）以及成熟期 （2013年—2016年）。
（3）网络结构不具备小世界效应。各时期的合作网络虽然平均距离较小，但聚类系数也很小，结合图3(a)—3(c)可见各团队之间大多互不相连，较多节点之间不可达，由此可判断该合作网络不具备小世界效应。说明电子白板技术领域整体上的交流效率和质量都较低。
（4）合作关系的增长与节点的增长不相匹配。网络密度[14]定义为实际边数l与最多可能边数N(N-1)/2之比，其中N为节点数。网络密度随时间不断减小，说明边数的增长速度和幅度与节点不相匹配，造成网络越来越稀疏。节点接近度[14]是该节点到达所有其他节点的距离之和的倒数，其值不断减小，说明节点到达其他节点越来越难，进一步证实合作网络日益稀疏松散。
（5）成长期的合作网络最为活跃。网络聚类系数、平均距离和节点的度、中间度、特征向量值、分布函数的幂指数在成长期均达到巅峰。其中聚类系数最大说明网络中各节点的聚集趋势最高。平均距离最大说明网络最稀疏，节点之间的可达路径长度最长。节点的度、中间度和特征向量值都能反映节点在网络中的重要性[14]，其平均值代表着节点之间的连接程度和依赖程度，这3个指标最大说明成长期的合作网络各节点的交互程度最大。在度分布函数中，幂指数越大，度为k的节点出现的概率P(k)越小。大度数节点少、小度数节点多，导致成长期合作网络的节点度两级分化最大。
历史是人类在几千年发展中的沉淀，学习历史的过程，也就是学习人类社会进步与经济发展的过程，能够为当今社会的发展获取宝贵的经验。在学习历史的过程中，了解历史、铭记历史经验与教训，并且将此作为以后发展的借鉴，为自己树立科学正确的历史观。
（3）核心团队凸显且随时间发生更迭。每个阶段的合作网络各有若干个核心团队，其内部合作关系频繁，相应专利数量较多。但各阶段的核心团队不一，这种更迭说明技术领域内关键研究力量有起有落，市场竞争格局不断发生变化，未出现一方独大的情况。
3 结语
通过复杂网络分析方法，分析电子白板领域的专利发明人合作网络在技术生命周期各阶段的拓扑特征和演化特点，可得如下结论：
（1）技术领域内存在少量核心科研人员和团队。合作网络的节点度服从幂率分布，说明电子白板领域的核心技术和科研力量集中于少数个体和团队。他们是技术领域的骨干力量，借助已有优势可以获得更多资源和人才，产生更多成果。不同时期的核心团队不一，说明电子白板技术的市场竞争格局不断发生着变化。
（2）技术领域内的交流效率低。合作网络不具备小世界效应，呈 “烟囱式”结构。团队内部合作紧密但团队之间不连通，整个网络的平均距离虽小，但较多节点之间不可达，聚类系数也较小。反映出电子白板领域的技术交流效率较低，研发团队之间沟通不畅，极大限制了技术创新的活力，这也可能是导致该技术成长期只有短暂4年的原因之一。
表1 各生命周期阶段合作网络的拓扑特征
（3）团队数量与合作规模不断增大，但合作网络整体日益稀疏。从初始期至成熟期，参与合作的发明人、合作关系以及团队的数量不断增加，尤其以成长期最明显。但与发明人数量相比，合作关系增加的幅度和速度明显与之不相匹配，且新增合作关系主要存在于团队内部，团队之间的隔阂仍然存在。这导致合作网络的全局密度和节点的接近度都不断下降，网络逐步稀疏化。进一步说明电子白板领域各研发团队自成一体，缺乏交流，技术研究较为封闭。
谭建丞先生出生于湖州，成长于湖州，终老于湖州，他对这片土地有着深厚的情怀。他扎根于这片温润的土壤，悉心呵护着湖州历史的宝藏，精心培育着湖州文化的希望之种。他也关心关爱着湖州的文博事业，并将自己的精品佳作和珍藏的古物部分捐赠给湖州市博物馆。
（4）成长期是合作网络演化过程中的黄金期。在成长期，随着市场不确定性的消除和技术难题的逐步攻克，大量研究人员和企业组织开始涌入，合作创新进入蓬勃发展阶段。多项拓扑特征此时达到峰值，研发人员和团队聚集趋势最大，相互之间的连接程度和依赖程度也最高。同时技术范围的不断扩大，使研究人员分散在不同技术分支，导致网络稀疏性的良性增大。
(亚伦)“在金牛犊脚下筑起一座祭坛，高声宣布：明天，是耶和华的节日！次日一早，众人献上全燔祭和平安祭。礼成，坐下一起吃喝，营地一片欢乐。
综上所述，在技术创新过程中，研究人员的合作行为与技术发展之间紧密相关，不同的技术发展阶段对应的合作网络具备不同的拓扑特征，合作网络的演化也可能导致技术发展发生变化。因此，促进科研人员广泛开展合作，加强资源知识的交流，有利于提升技术发展的动力。
合作网络的演化研究是从技术创新主体——科研人员的角度对技术发展过程的一种探索，而技术生命周期理论更多是从创新客体——技术的角度进行研究，二者相互呼应，互为补充。值得思考的一个问题是：到底是科研人员合作网络的演化造成了技术生命周期的过渡，还是技术本身的发展引起了合作网络的变化？这需要进一步的研究。
1.4 统计学处理 采用SPSS16.0进行统计分析，计量资料用x±s表示，分析采用t检验；计数资料组间比较采用χ2检验；多因素分析采用logistic回归分析。P＜0.05为差异有统计学意义。
参考文献：
[1]温芳芳.基于专利计量的区域间技术合作网络研究 [J].情报杂志,2013,32(11)：32-36.
[2]李文静.区域校企专利合作申请网络比较研究—基于广东的实证分析[J].现代情报,2015,35(12)：106-110.
[3]高霞,陈凯华.合作创新网络结构演化特征的复杂网络分析[J].科研管理,2015,36(6)：28-36.
[4]高霞,陈凯华.基于SIPO专利的产学研合作模式及其合作网络结构演化研究—以ICT产业为例[J].科学学与科学技术管理,2016,37(11)：34-43.
[5]褚建勋,黄晟鹏,纪娇娇.基于SNA的国家科技奖合作网络演化研究[J].科学学研究,2016,34(8)：1137-1144.
[6]李红,陈少龙.基于社会网络分析的智能手机专利发明人合作网络演化研究[J].科技管理研究,2013,(20)：157-165.
[7]温芳芳.基于社会网络分析的专利合作模式研究[J].情报杂志,2013,32(7)：119-123.
[8]刘红光,刘琼.基于社会网络分析的浙江大学专利合作模式演化路径研究[J].图书情报研究,2015,(2)：67-74.
[9]巴志超,李纲,朱世伟.科研合作网络的知识扩散机理研究 [J].中国图书馆学报,2016,42(225)：68-83.
[10]方哲,游宏梁,薛非等.专家知识协作加权超网络模型及其超链路预测研究[J].科研管理,2017,38(专刊)：251-258.
[11]李春燕.基于专利信息分析的技术生命周期判断方法[J].现代情报,2012,32(2)：98-102.
[12]颜世伟.长尾理论与数字图书馆联盟的长尾效应[J].情报杂志,2007,(11)：145-147.
[13]约翰·斯科特.社会网络分析法：第三版[M].重庆：重庆大学出版社,2016：109-110.
[14]孙玺菁,司守奎.复杂网络算法与应用[M].北京：国防工业出版社,2015：22-23.
[15]Jiang H.,Fallah,M.H.Is inventor network structure a predictor of cluster evolution?[J].Technological Forecasting&Social Change,2009,76：91-106.
[16]Newman,M.E.J.Scientific collaboration networks：Network construction and fundamental results[J].Physical Review E,2001,64：016131(8).
Evolution of Patent Inventors Collaboration Network Based on the Technology Life Cycle Theory：an Analysis Based on the Case of Electronic Whiteboard Technology
LING Yanxiang ZHANG Qinghui ZHENG Minjiao
（College of Information and Communication,National University of Defense and Technology， Shaanxi Xi'An 710106,China）
Abstract :The researchers collaboration network not only indicates the features and schema of technological innovation,but also reflects the technology development trend.It is quite meaningful and useful for the policy-makers to draw up development strategies.Based on the technology life cycle theory,this paper uses complex network analysis methods to study the topology features and the evolution of collaboration network in different phases.A dataset from the electronic whiteboard patents is used to demonstrate the analysis.The result shows that the researchers'collaboration behaviors is strongly related to the technology development.It means that the collaboration networks of different phases have different topology features,whose evolution may lead to the technology changes.
Keywords :technologylife cycle;patent inventors;collaboration network;network evolution;electronic whiteboard
中图分类号： G306
文献标识码： A
文章编号： 1002-1248（2019）01-0054-06
引用本文： 凌艳香,张清辉,郑敏娇.基于技术生命周期的专利发明人合作网络演化分析——以电子白板领域为例[J].农业图书情报,2019,31(1)：54-59.
DOI： 10.13998/j.cnki.issn1002-1248.2019.01.006
收稿日期： 2018-07-09
基金项目： 国家自然科学基金项目“信息检索中基于用户检索历史挖掘的个性化查询自动补全方法研究”（项目编号：61702526）；武器装备技术基础项目（项目编号：181GF55001）
作者简介： 凌艳香（1988-），女，讲师，硕士，研究方向：数据挖掘与信息推荐，已发表论文7篇（第一作者6篇），其中EI检索1篇，核心期刊1篇。郑敏娇（1987-），女，讲师，国防科技大学信息通信学院，研究方向：网络安全数据分析。张清辉（1984-），男，讲师，博士，国防科技大学信息通信学院，研究方向：智能信息服务。
标签：技术生命周期论文; 专利发明人论文; 合作网络论文; 网络演化论文; 电子白板论文; 国防科技大学信息通信学院试验训练基地论文;