全球工業互聯網領域專利申請超55萬件，技術發展競爭激烈，相關技術亟需突破。

工業互聯網是新一代信息技術與制造業深度融合的產物，驅動制造業向數字化、網絡化、智能化方向發展，實現產業變革與創新。2017年，習近平總書記在十九屆中央政治局第二次集體學習時強調，要深入實施工業互聯網創新發展戰略。工業互聯網已連續五年寫入政府工作報告，充分彰顯出工業互聯網創新發展的重要性和緊迫性。日前，據工業和信息化部發布相關數據顯示，工業互聯網已覆蓋45個國民經濟大類、覆蓋工業大類的85%以上，核心產業規模超過1.2萬億元。工業互聯網對提升產業鏈現代化水平，推動經濟高質量發展具有十分重要的意義。

為加快工業互聯網關鍵核心技術攻關，助力突破制約性的技術瓶頸，對相關專利申請情況進行了統計分析，結果表明：工業互聯網領域技術發展整體呈現中美引領、全球競爭激烈的局面，中國工業互聯網技術不斷實現趕超和實破，創新水平躋身世界前列；但在工業智能傳感器、工業機理模型、可信計算、邊緣協議解析等技術分支下，面臨較為嚴峻的技術壁壘。

一、工業互聯網全球專利概況

工業互聯網的技術領域主要包括工業互聯網平臺、工業互聯網網絡及終端、工業互聯網邊緣計算和工業互聯網安全等4大領域68個重要技術分支。截至2022年9月底，全球專利申請量55.4萬件，特別是，2012年后相關專利申請量明顯增加，目前仍呈現快速增長趨勢。在全球范圍內，中國和美國專利申請量均為14.9萬件，分別占比27%，并列第一；歐洲專利申請量4.3萬件，占比8%（德國2.2萬件，占比4%）；日本和韓國專利申請量分別為1.7萬件，分別占比3%。

在工業互聯網4大技術領域下，工業互聯網平臺專利申請量27萬件，占比49%；工業互聯網網絡及終端專利申請量21.7萬件，占比39%；工業互聯網安全專利申請量10.1萬件，占比18%；工業互聯網邊緣計算專利申請量2.8萬件，占比5%。（注：一件專利申請中包含多個技術分支下的技術方案，會在不同技術分支下進行重復統計。下同。）在全球主要申請人中，美國IBM專利申請量2.3萬件，排名第一，其專利技術主要集中在工業互聯網平臺領域（占比83%）；中國華為專利申請量1.4萬件，其專利技術主要集中在工業互聯網網絡及終端領域（占比78%）；美國高通專利申請量1.3萬件，其專利技術主要集中在工業互聯網網絡及終端領域（占比83%）。其他排名前列的企業還有德國西門子、美國蘋果、美國微軟、韓國LG、美國英特爾、日本歐姆龍、美國費希爾羅斯蒙特等。

二、工業互聯網主要技術領域專利狀況

（一）工業互聯網平臺

在工業互聯網平臺技術領域下，中國專利申請量10萬件，占比36%，美國專利申請量9.5萬件，占比34%。在不同技術分支下，工業軟件、云計算和工業機理模型專利申請量分別為14.2萬件、6.2萬件和3.4萬件，分別占比52%、23%和12%，綜合占比較高，技術發展相對成熟。但數字孿生和工業微服務技術起步較晚，專利申請量分別僅為8404件和3740件，是近幾年新興的技術熱點。在工業機理模型技術分支下，美國是最大的技術原創國，專利申請量1.7萬件，并面向中國、歐洲和日本布局大量專利，中國專利申請量不足1萬件，且海外布局專利較少。特別是，在利用機器學習和神經網絡技術構建工業機理模型方面存在明顯短板，我國在該技術下專利申請量占比僅為16%。此外，值得注意的是，工業機理模型是工業機理和數學模型的結合，通常包含算法，但在包含算法的權利要求撰寫上還存在較為突出的問題，由于撰寫缺陷而不能被授予專利權的情形還時有發生。在數字孿生技術分支下，2015年以前，專利申請量僅為個位數，2016年后呈現明顯增長趨勢，是近年來的一項新興技術。該技術通過數據與模型集成融合構建起綜合決策能力，成為實現工業智能化的關鍵核心技術，全球專利申請量排名前三位分別是中國（3396件，占比49%）、美國（2015件，占比24%）、德國（1034件，占比13%）。中國在專利申請數量上占據一定優勢，但是專利布局時間較晚，德國西門子早在2015年就已進行專利布局。在工業微服務技術分支下，2016年全球專利申請量僅為81件，2021年全球專利申請量高達1119件，增長近13倍。該技術是以單一功能組件為基礎，通過模塊化組合方式實現“松耦合”應用開發軟件架構，已成為當前技術研發和專利布局的熱點，將成為開發工業APP的主流方式。美國在該技術分支下的專利申請量占有絕對優勢，全球范圍內僅英特爾（348件）、IBM（204件）、強力物聯網投資組合2016公司（118件）、甲骨文（111件）、通用電氣（102件）、思科（100件）等6家美國企業專利申請量超過百件。

（二）工業互聯網網絡及終端

在工業互聯網網絡及終端技術領域下，美國專利申請量9萬件，占比41%，中國專利申請量7.8萬件，占比35%。在不同技術分支下，網絡互聯和工業智能傳感器專利申請量分別為19.5萬件、2.6萬件，分別占比90%、12%，綜合占比較高。在網絡互聯技術分支下，中國在相關技術上具備一定的專利布局優勢，其中，在現場總線（占比41%）、5G通信（占比42%）、工業以太網（占比42%）以及TSN（占比32%）等相關技術上的專利申請量均全球排名第一，在光纖通信（占比16%）、OPC/OPC-UA（占比29%）以及IPV6（占比9%）等相關技術上的專利申請量全球占比較低。特別是，光纖通信和IPV6是網絡互聯的關鍵核心技術，光纖通信專利申請量從2017年開始快速增長，尤其2019年（4066件）較2018年（3057件）增長近1.5倍，IPV6技術已是全球公認的下一代互聯網商業應用解決方案，且在這兩個技術分支下均有超60%的專利申請來自美國。在工業智能傳感器技術分支下，全球專利申請量排名前十位的申請人全部為國外企業，關鍵核心技術基本集中在美歐日韓等國家和地區，其中，美國專利申請量1.5萬件，約為中國專利申請量（0.5萬件）的3倍，且差距不斷擴大。特別是，在MEMS傳感器、CMOS傳感器、光譜傳感器等主要智能傳感器中，美國專利申請量均為全球第一；在其他智能傳感器中，韓國專利申請量較多，處于全球領先地位。

（三）工業互聯網邊緣計算

在工業互聯網邊緣計算領域下，中國專利申請量1.2萬件，占比45%，美國專利申請量1萬件，占比38%。在不同技術分支下，邊緣協議解析、邊緣智能專利申請量分別為1.27萬件、1.26萬件，分別占比37.7%、37.3%，綜合占比較高，是專利布局的熱點，重點解決工業互聯網設備的異構接入和邊緣側智能計算。在邊緣協議解析技術分支下，專利申請量在近幾年呈現快速增長的趨勢，技術方向主要是為解決各廠商多類型設備接入、多源數據類型解析及格式統一問題，為邊緣側或云端的數據匯聚、存儲、分析及可視化展示等操作提供基礎。中國在該技術分支下的專利布局存在明顯不足，專利申請量（2749件，占比22%）不足美國專利申請量（6931件，占比54%）的一半。在邊緣智能技術分支下，中國具有一定的專利布局優勢，專利申請量（7139件，占比57%）遠高于美國（3013件，占比24%），專利技術主要集中在邊緣技術與語義處理、機器學習等智能算法的結合方面。在該技術分支下，國外申請人主要集中在企業，但我國申請人主要集中在高校，國內專利申請量排名前十的申請人中，企業僅占據3席，需積極開展產學研聯合創新，推動人工智能賦能產業升級。

（四）工業互聯網安全

在工業互聯網安全領域下，美國專利申請量3.4萬件，占比37%，中國專利申請量3.2萬件，占比35%。在不同技術分支下，工業區塊鏈、OT安全、入侵檢測和可信計算專利申請量分別為5.4萬件、2.2萬件、1.9萬件和1.3萬件，分別占比50%、20%、17%和12%，綜合占比較高，其中，工業區塊鏈、可信計算是技術研發的熱點和難點。在工業區塊鏈技術分支下，專利申請量不斷攀升，專利競爭格局日趨激烈，中國專利申請量2.4萬件，占比45%，美國專利申請量1.9萬件，占比35%，此外，韓國、德國、日本等國家也正加快進行工業與區塊鏈技術的結合探索。阿里巴巴集團、平安科技在工業區塊鏈領域的全球專利申請量分別以1751件和1256件，排名第一和第二，成為全球領先的企業。在可信計算技術分支下，技術研發的熱點主要集中在可信環境、安全過程、安全機制、智能數據分析、管理安全、主機安全、有效性確認、驗證處理等方面。可信計算的主要思路是從硬件底層開始加強通信系統的安全性，美國作為全球芯片占有量遙遙領先的國家，為其可信計算技術帶來天然的發展優勢。例如，在2020—2021年間，英特爾專利申請量均保持在150件左右，旨在通過利用遠程計算機中的可信硬件來解決安全的遠程計算問題；輝達專利申請量均突破200件，其CPU加速計算已使工業企業實現工業級AI應用，從而利用海量傳感器和操作數據來優化運營，縮短分析時間、降低成本。

三、小結

工業互聯網產業鏈長、技術分布復雜，我國專利申請在數量上占據一定優勢，但在質量上還有較大的進步空間，特別是，我國專利申請的技術方案大部分集中在應用領域，在底層基礎核心技術方面較為欠缺，同時，還存在權利要求保護范圍不適當、布局領域單一等問題。針對協議解析、邊緣計算、工業機理模型中的技術短板，要加快對工業數據相關的技術創新，特別是對實現工業數據在多源設備、異構系統之間有序流動的設備協議兼容、標準兼容、協議轉換、工業APP跨平臺調用與訂閱等相關技術上的研發布局。同時，針對國內相關技術創新和專利申請集中于高校、產業化不足的突出問題，鼓勵企業、高校、科研機構，圍繞生產中實際重點問題開展協同攻關。