Stirling refrigeration machines - patent research and scientific and technical forecast of development trends until 2010

Full Text

В конце прошлого века в России из-за социально-экономического кризиса исследования по созданию машин Стирлинга были практически свернуты, а многие научно-исследовательские и проектно-конструкторские организации, работавшие в данной области, распались. В результате наметилась явная тенденция отставания отечественной науки и промышленности в создании энергопреобразующих систем с применением машин Стирлинга. Для изучения современных достижений в данной области и определения основных тенденций дальнейшего развития необходимы проведение патентных исследований и разработка научно- технического прогноза до 2010 г.

Патентные исследования в области машин Стирлинга

При проведении патентных исследований глубина (ретроспективность) поиска информации определялась в зависимости от долгосрочности последующего научно-технического патентного прогноза, выбранного прогностического метода и той характеристики массива, по ко-торой оценивались тенденции развития исследуемой области. Для среднесрочных прогнозов (к которым относятся прогнозы на основе патентной информации) ретроспективность, как правило, устанавливается равной 5-10 годам. Однако, учитывая, что патентная информация в национальные патентные фонды поступает из некоторых стран с опозданием на 3-4 года, а информация по акцептованным заявкам Японии, составляющая около 30% всей информации по машинам Стирлинга, публикуется в среднем через 6-7 лет с момента подачи заявки, нижняя граница временного интервала поиска была ограничена 1976 г.

На основе разработанного регламента был проведен поиск патентной информации и выявлен информационный массив из 1366 заявок на изобретения, поданных 116 фирмами. Были определены страны, в которых наиболее интенсивно ведутся исследования в области проектирования и создания машин Стирлинга, а также основные направления этой работы (табл. 1).

Таблица 1. Распределение патентов в области машин Стирлинга по странам мира

Патентные исследования показали, что если за прошедшие 10 лет в России количество организаций, занимающихся разработкой машин Стирлинга, снизилось в 6 раз (с 15 до 2), то в промышленно развитых странах мира отмечается практически трехкратный рост числа фирм этого профиля. В настоящее время в России наиболее серьезные исследования и патентование технических решений проводятся только в Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. Из табл. 1 видно, что лидирующее положение занимают три страны: Россия, имеющая 30% общего количества патентных документов, Япония и США (соответственно 28 и 20%). Направления исследования машин Стирлинга в разных странах существенно различаются. Так, в России в основном ведется работа по созданию криогенных систем, в США и Японии превалирует направление по совершенствованию микрокриогенных систем, двигателей и холодильных машин Стирлинга для умеренного холода, в Германии исследуются двигатели Стирлинга и энергетические установки на основе совмещенного цикла Стирлинг-Стирлинг (машины Вюлемье-Такониса).

На рис. 1 представлена динамика патентования в области машин Стирлинга лидирующими странами мира за последние 25 лет (под динамикой патентования понимается отраженное в охранных документах изменение активности изобретательской деятельности в исследуемой области техники за определенный период времени).

Рис. 1. Динамика патентования в области машин Стирлинга

Как видно из рис. 1, с 1994 г. заметно снижается интенсивность патентования в зарубежных странах, в частности Японии, США и Германии. Однако данная тенденция объясняется лишь задержкой публикации достоверной информации из национальных патентных ведомств зарубежных стран отечественными официальными органами.

В табл. 2 представлены выявленные при статистической обработке информационного патентного массива фирмы, зарегистрировавшие наибольшее число заявок и патентов по машинам Стирлинга, что дает возможность определить их вклад в развитие этой области техники.

Таблица 2. Распределение патентов в области машин Стирлинга по фирмам-патентодержателям

В ходе патентных исследований было установлено, что кроме вышеуказанных лидирующих стран активные исследования и работы по созданию машин Стирлинга проводятся в Нидерландах, Швеции, Англии, во Франции, в Южной Корее, Китае, Израиле, Италии, Польше, Австралии, Словакии, Румынии и ряде других стран мира. Так, Швеция и Нидерланды, несмотря на явное отставание в числе патентных документов (соответственно 41 и 20), тем не менее предложили в них значимые решения, определяющие принципиальные направления совершенствования функциональных подсистем машин Стирлинга.

Значительный интерес при проведении патентных исследований представляет анализ разработок по совершенствованию машин Стирлинга, и в первую очередь соотношение между количеством технических решений по машинам прямого (двигатели) и обратного (холодильные машины) циклов. Динамика патентования машин по типам цикла Стирлинга за период с 1976 по 2000 г. представлена на рис. 2.

Рис. 2. Динамика патентования машин Стирлинга в зависимости от типа цикла с 1976 по 2000 г.

В целом динамика патентования в 70-90-х годах показывает нарастающий интерес к машинам Стирлинга. Пиком в данный период стала середина 90-х годов, что связано с активизацией изобретательской деятельности крупных японских фирм. В 90-х годах стала заметна тенденция увеличения доли патентных документов, относящихся к машинам обратного цикла. К 1993 г. число патентов по машинам прямого и обратного циклов стало примерно равным. Эта тенденция выявила направленность ведущих фирм на создание конкурентоспособных холодильных машин Стирлинга (в том числе и для умеренного холода), которая по предположению будет сохраняться и в прогнозируемый период до 2010 г.

Научно-технический патентный прогноз перспектив развития машин Стирлинга

Прогнозирование развития техники — это важнейшее направление работ по ее совершенствованию, позволяющее сформулировать цели и спланировать работу по их достижению. Прогноз дает возможность выявить потенциал развития технической системы в рамках существующей конструктивной концепции, а также определить, какая система должна прийти на смену существующей. Для проведения научно-технического прогнозирования перспектив развития машин Стирлинга использовали данные, отражающие направления исследований по совершенствованию теплообменных аппаратов, поршневой группы, уплотнений, привода, системы управления и регулирования мощности, а также по энергопреобразующим системам на основе машин Стирлинга.

На рис. 3 представлена динамика патентования по направлениям совершенствования основных элементов машин Стирлинга.

Рис. 3. Динамика патентования по направлениям совершенствования основных элементов машин Стирлинга

Наиболее часто используемыми методами при составлении прогнозов на основе патентной информации являются методы экстраполяции и экспертных оценок.

Метод экстраполяции был использован на этапе проведения прогнозных исследований, а метод индивидуальной экспертной оценки — при анализе результатов прогнозирования.

Такой подход, обеспечивая высокую достоверность получаемых данных, является наиболее рациональным для прогнозирования перспектив развития техники, так как позволяет не только выявить основные тенденции, но и определить факторы, влияющие на изменение ее структуры и темпов развития.

Для выявления тенденций развития и перспективных направлений исследовательских работ по машинам Стирлинга на период до 2010 г. применялась трендовая модель патентной динамики, основанная на экстраполяции временного ряда подачи заявок.

Графическое представление полученных результатов прогнозирования, представленное на рис. 4 и 5, позволяет провести качественное сравнение перспективности направлений совершенствования машин Стирлинга.

Рис. 4. Результаты прогнозирования по основным направлениям исследовании машин Стирлинга, полученные с использованием трендовой модели

Рис. 5. Результаты прогнозирования по типам циклов для машин Стирлинга, полученные с использованием трендовой модели

Анализ результатов прогнозных исследований

Выявленные на стадии проведения прогнозных исследований тенденции развития машин Стирлинга подвергаются индивидуальной экспертной оценке, основанной на профессиональных знаниях, опыте и аналитических обобщениях известных научно-технических данных с целью выявления и обоснования их закономерностей.

Работа начинается с анализа результатов, полученных методами экстраполяции, согласно которым динамический информационный ряд за предшествующий времени прогноза период аппроксимируется некоторой функцией, отражающей характер его изменения во времени. Затем все установленные в прошлом и настоящем закономерности переносятся на будущее, в предположении, что установленные темп и характер развития объекта сохраняются неизменными в течение прогнозируемого периода.

Научно-технический прогноз позволил заглянуть вперед на 10-15 лет, оценить уровень предлагаемых сегодня технических решений, их перспективность в будущем и сделать следующие выводы:

• представленный на рис. 4 прогноз по направлениям совершенствования машин Стирлинга показывает, что наметилась тенденция к снижению темпов роста изобретательской активности в области теплообменных аппаратов, систем регулирования и усовершенствования привода. Остальные направления имеют тенденцию к повышению темпов роста.

Наиболее интенсивно развивается направление по созданию энергопреобразующих систем на основе машин Стирлинга. Это позволяет сделать очень важный вывод: в настоящее время решены практически все вопросы с конструированием основных элементов машин Стирлинга, и разработчики приступили непосредственно к созданию холодильных систем различного назначения на их основе:

• представленный на рис. 5 прогноз по созданию машин прямого и обратного циклов Стирлинга показывает, что наметилась тенденция к снижению темпов роста изобретательской активности в отношении машин прямого цикла при очевидной тенденции оживления работ по машинам обратного цикла. Это объясняется тем, что значительное число зарубежных фирм стало заниматься разработкой высокоэффективных холодильных машин Стирлинга для умеренного холода. В связи с этим в ближайшие 3—5 лет можно ожидать резкого расширения границ использования холодильных машин Стирлинга в современных системах холодоснабжения;
• представленная на рис. 5 общая тенденция развития машин Стирлинга (прямой цикл+обратный цикл) подтверждает ранее сделанное предположение о возрастании изобретательской активности в данной области к 2010 г.

О роли интеллектуальной собственности при создании машин Стирлинга

События последних десятилетий превратили интеллектуальную собственность (в экономическом плане) в один из важнейших стратегических активов любой современной компании. К таким событиям относятся: глобальный характер конкуренции; недавние соглашения по интеллектуальной собственности в рамках Всемирной торговой организации и признание важности патентов, проявившееся в создании специального апелляционного суда для разрешения патентных споров. Практически все ведущие мировые компании стали уделять более пристальное внимание тому, что именуется «интеллектуальным капиталом». Это связано прежде всего со спецификой интеллектуальной промышленной собственности, заключающейся не в конкретных вещественных воплощениях тех или иных новшеств, а в идеях и знаниях, которые можно воплотить в реальные объекты неограниченное число раз, причем одновременно в разных частях света.

Патентные исследования имеют большое значение при выявлении и исследовании деятельности фирм-лидеров, определяющих техническую политику в данной области, а также при оценке их «патентных портфелей». Результаты, полученные при проведении патентных исследований, позволяют в значительной мере отслеживать направления усилий нескольких десятков фирм в области создания машин Стирлинга и колебания динамики изобретательской активности; вовремя выявлять важные сдвиги в подходе к решению тех или иных проблем; определить новые направления разработок и области их применения, а также те из них, что находятся в фазе радикальных преобразований; фиксировать появления технических решений, которые существенно изменяют прежний интеллектуальный потенциал.

Таким образом, необходимо иметь в виду, что фирменная патентно-лицензионная политика в условиях рыночной экономики является важнейшим элементом в концепции деятельности и стратегии развития любого предприятия. Учитывая, что патентно-лицензионная политика фирм, занимающихся разработкой машин Стирлинга, как правило, направлена на укрепление позиций на имеющемся рынке и на завоевание новых рынков путем патентования собственных «пионерских» технических решений, приобретение патентных и других исключительных прав, накопление «ноу-хау» и иных объектов коммерческой тайны, в совокупности обеспечивающих фирме монопольное или благоприятное положение в области производства и реализации машин Стирлинга различного функционального назначения, вопросы патентования технических решений приобретают первостепенное значение, а интеллектуальная собственность становится выгодным товаром на мировом рынке.

About the authors

N. G. Kirillov

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Candidate of Technical Sciences

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Patenting dynamics in the field of Stirling machines

Download (2MB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Patenting dynamics of Stirling machines by cycle type from 1976 to 2000

Download (1MB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Dynamics of patenting in the directions of improvement of the basic elements of Stirling machines

Download (1MB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Prediction results for the main directions of Stirling machine research, obtained using the trend model

Download (1MB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Prediction results by cycle type for Stirling machines obtained using a trend model

Download (1MB)

Indexing metadata