李梓涵昕，罗 萍

（1.南昌大学中国中部经济社会发展研究中心；2.南昌大学经济管理学院，江西南昌 330031）

随着物联网和人工智能的发展，可穿戴设备作为新一代信息技术产品成为创新的亮点。可穿戴设备产业是我国战略性新兴产业中最具活力与发展前景的产业之一，对国家经济发展具有重要的推动作用。该产业的发展受到国家的高度关注，并将其作为供给侧结构性调整、产业优化升级的重要产业。可穿戴设备是一种能够穿戴在用户身体上或者整合到衣物配件上的具有数据采集和信息交互等功能的便捷式电子设备［1］，它的思想雏形发端于20 世纪50 年代。我国可穿戴设备产业起步较晚。2013 年，百度推出了国内第一款可穿戴设备——咕咚手环。2015 年5 月，中国版工业4.0《中国制造2025》提出信息化与工业化需要深度融合发展的观点，同时统筹布局和推动可穿戴产品研发和产业化。经过近年来的发展，我国可穿戴设备的应用已涉及健身与健康、医疗与保健、信息与娱乐及工业与军事等领域［2］。作为智能终端的一环，可穿戴行业的发展得到了广泛的关注和长足的进步。我国可穿戴设备产业从无到有、迅猛发展，但与美国等西方国家仍然存在较大的差异，面临产品核心技术自给率低的困境，究其原因在于产业整体自主创新能力偏弱。因此，对于可穿戴设备产业合作创新的研究具有重要的理论意义和现实意义。

合作创新是不同主体之间跨组织、跨界面、跨时间、和跨空间的知识创新行为［3］。创新行为的说法最早出现于1917 年，英国技术联合体“Research Association”的学者将此时的合作创新视为一种联合创新行为［4］。随后，Freeman［5］提出了创新网络的概念，他将网络定义为以组织和市场相互渗透形式连接的企业间的创新合作关系。当前，学术界的合作创新研究主要从网络结构和演化特征两方面展开。Gang 等［6］基于复杂自适应系统理论对产业集群创新网络的演化过程进行了仿真。高霞等［7］区分了ICT产业的产学研合作模式，进而探究产学研合作网络的结构特性和演化路径并分析产学研合作的深度、广度及效率。Savin 等［8］发现小世界特性对创新网络知识体系的变化具有很强的鲁棒性。Chuluun 等［9］利用连锁董事会构建合作网络，探讨了不同维度的网络结构对参与者创新的影响。袁剑锋等［10］基于权重结构视角刻画了我国产学研合作网络关系及结构演化。杨仲基等［11］研究了中国石墨烯产业的合作网络特征，并对该产业的新态势做了初步判断。李培哲等［12］以专利数据研究战略新兴产业中的卫星及应用产业，揭示了我国产学研创新网络的演化规律。合作创新网络的研究成果为企业的合作关系提供了范式，对创新具有一定的促进作用。

可穿戴设备的相关研究多聚集在应用领域、组成材料、具体产品、竞争态势或现状分析等方面。例如，Gao 等［13］建立了一个集成的接受模型，探讨了影响消费者在医疗保健中使用可穿戴技术意愿的因素。Patel 等［14］研究了一种用于帕金森病(PD)患者的家庭监测的无线可穿戴传感器系统。Zeng 等［15］从材料、制造技术、器件结构设计以及基于纤维的可穿戴电子产品的应用等方面进行评述，并阐述了可穿戴电子产品的性能需求。Tom 等［16］分析了游客对可穿戴智能眼镜增强现实在博物馆和美术馆应用开发的需求。宋扬等［17］从可穿戴领域重点上市公司的专利信息着手，挖掘了提升企业技术竞争力的专利要素。Ingrid Rügge 等［18］认为合适的可穿戴计算系统必须满足不同的系统要求，涉及到移动工作流程和用户的身体状况。高蕾等［19］从多个维度统计分析了中国可穿戴技术的发展现状和趋势。以往学者在创新网络和可穿戴设备方面开展了一系列研究，在理论和实践上均取得了卓越的成果，但是还没有学者将整个可穿戴产业的发展与创新网络联系起来进行全面的、系统的论述。已有研究对可穿戴设备产业的发展特征和发展规律关注较少，对提升产业发展的解释力度有限。因此，本文旨在突破这一研究局限，以社会网络的视角挖掘可穿戴设备产业的专利数据，通过对比分析我国可穿戴设备产业的合作网络特征和演化规律，为相关企业的发展和政策的制定提供一定借鉴。

1 研究设计

1.1 数据来源与处理

专利是发明人对一项科学技术在一定时期内享有独占的权利。据了解，专利信息包含了全球90%以上的R&D 产出［20］。本文基于德温特创新索引（Derwent Innovations Index，简称DII）的专利数据探索可穿戴设备产业合作创新网络。德温特专利数据库收录了全球40 多个专利机构的1 000 多万个基本发明和2 000 万项专利，该数据库是国际上专利信息收入最全面的数据库之一［21］。考虑到专利需要一定的审查期，因此设置检索的时间跨度为1998—2017 年，检索时间为2019 年2 月23 日。为收集有关可穿戴设备的专利，本文以 “TS=wearable device OR TS=wearable set OR TS=wearable computer”为主题字段进行检索，共得到15 817 条相关专利。经过数据清洗，除去专利权人、专利申请人等信息缺失的部分专利，最终得到13 387 条有效专利。全球共有25 个国家申请了与可穿戴设备相关的专利，美国和中国分别以7 194 项和3 571 项列居前2 位，两国年专利量如图1 所示。本文依据现有研究提出的方法，以美国和中国为典型国家，对比分析两国可穿戴设备产业合作创新网络特征及演化路径，为我国的技术创新及相关企业的研发模式和发展路径提供参考。

图1 1998—2017 年中美可穿戴设备专利量

1.2 方法及指标选取

社会网络是由行动者以及行动者关系之间组合而成。可穿戴设备产业的合作创新网络作为一种多主体的交互网络，可以运用社会网络分析领域的指标来描述网络特征。通过对网络结构进行精准测度和科学计量，反映出网络的整体性和节点的独特性。

网络的整体性是指网络中所有行动者集合反映出来的特性，常用于分析的指标有网络规模、网络密度、平均度、中心势、网络直径、平均路径长度和聚类系数等。网络个体属性指标是从微观角度选取的能够反映单个节点重要性的指标，本文采用中心性测度合作创新网络中单个重要节点的特性。

2 合作创新网络整体结构特征

2.1 网络拓扑特征

中美两国的可穿戴设备专利数量逐年增加，并呈现出明显的阶段性特征。根据历年专利发表量，结合可穿戴领域发生的重要事件，本文将两国可穿戴设备专利的研究年份划分为3 个连续时间段，即1998—2013 年，2014—2015 年 和2016—2017 年，对应生命周期中的萌芽期、探索期和发展期。依据各个窗口期的合作情况，分别作两国可穿戴领域的合作网络拓扑图形，如图2 所示。网络中的节点代表专利权人，节点间的连线表示两个节点之间存在专利合作的行为。节点越大，表示与该点合作的其他点的个数越多；连线越粗，则表示线段两端的点间合作次数越多。在图中含有大量节点的情况下，显示全部的标签名称不利于清晰地可视化，因此本文将隐藏部分节点的名称，仅留下连接次数较多的节点。从图中可以看出，中美两国在可穿戴设备产业领域具有相近的发展趋势，但专利合作程度存在明显的差别。美国的可穿戴产业起步早，在第一阶段已有较高的的合作程度。而中国在该领域起步晚，在第一阶段仅有少数专利权人，后两个阶段的合作程度也远不如美国。

图2 中美可穿戴合作创新网络拓扑图

2.2 整体结构测度

本文将用网络规模、边数、网络密度、中心势、平均度、网络直径、平均路径长度和聚类系数对中美两国可穿戴设备专利网络进行测度，表1 反映了各项指标的数值。

表1 整体网络结构指标

网络规模主要指节点的数量，反映了网络资源的丰富程度。在萌芽期，中国可穿戴设备产业合作网络中有67 个专利权人，专利权人间只产生了10次合作。此时，美国的合作网络中有830 个专利权人，合作达2 251 次。美国是最早在可穿戴领域申请专利的国家。初期专利数量较少，但持续增长的态势为美国的可穿戴产业的发展孕育了良好的基础。后两个阶段，随着互联网技术蓬勃发展，两国的网络规模均以倍速增长。

网络密度通常指网络主体之间实际关系数量占最大可能关系数量的比例0,常被用来衡量成员之间联系的紧密程度。中美两国的可穿戴设备专利合作网络的密度在萌芽期均为0.004 5，但在探索期和发展期却呈现减小的趋势。两国的可穿戴设备产业合作网络的合作速度低于规模增长的速度，网络主体之间联系松散。

中心势表现为其他点向某一点集中的趋势，刻画了网络图谱的整体中心性。萌芽期，中国的网络中心性为4.22%，与该时期的拓扑图中仅有10 个网络主体间存在着合作关系的现象相符合。随着网络主体的增加，核心节点的优势被削弱，中心势下降到0.77%和0.18%。网络中心势的变化反映了国内该领域逐步进入正常发展状态，核心节点对整体网络的控制度减小。美国在3 个时期内的中心势较为稳定，保持在1%以下的水平，网络中处于中心位置的节点较少。

平均度则反映了网络中所有节点的平均连接情况。萌芽期，中国可穿戴设备专利合作网络的平均度为0.299，美国的平均度为6.134，两国存在较大差距，且这种差距在后两个时期仍然存在。美国的网络主体之间的合作情况良好，平均每个网络主体与其他主体之间会产生6 次合作，而中国的网络主体之间仅有1 次合作。

网络直径表示为网络中任意两点间的最大距离0，反映了合作创新网络的连通性。中国在萌芽期的网络直径为1，表明除去孤立节点后，网络中的节点与其他节点建立合作关系最多需要1 步。该时期网络节点少，技术创新知识传输效率高。这一时期，美国的网络直径为20，较大的网络规模和较多的合作次数未给信息传输效率带来充分提升，网络中存在一定的无序现象。探索期和发展期，中国的网络直径小于美国，这是中国的可穿戴合作网络具有的优势。

平均路径长度是指网络中任意两个节点到达彼此所有要经过的路径长度之和的平均数值，聚类系数则是各个节点密度系数之和的均值，两者可以用来刻画网络中的“小世界效应”。3 个时期内，中美两国的可穿戴合作创新网络中的平均路径长度小于10，聚类系数大于0.1 时，可以认为整体网络都存在“小世界效应”，具备提高交流效率和质量的条件。

通过对中美两国的可穿戴设备专利合作网络中的整体指标比较分析，可以发现中美在该领域的发展水平有较大的差距。美国的起步较早，网络规模和网络主体之间的合作情况均有着较好的发展。中国在这一产业起步晚，网络主体之间的合作程度有待提高。两国作为可穿戴设备专利拥有量较多的国家，合作创新网络逐步形成并不断完善。

3 合作创新网络关键节点分析

3.1 资源结构特征

中心度可以反映可穿戴设备网络中各网络主体所拥有的权利和所处的结构位置。核心专利权人对整个网络具有重要的影响，挖掘网络的核心专利权人有利于更好地对网络的发展提供对策。中心度可分为点度中心度、中介中心度和接近中心度三类，表2 和表3 分别显示了两国在3 个时期内专利合作网络中排名前5 位的主要专利权人。

表2 中国各时间段主要专利权人

表2 显示，中国可穿戴设备专利合作网络的专利权人在三个时期拥有不同的性质。萌芽时期，点度中心度排名前5 的专利权人中，“LUNA M”和“FULLAMS”均为外国人，“ILIVER INC”和“ALIPHCOM”均为外国公司，仅有第5名为中国企业，这表明中国该时期的合作更多地由国外专利权人主导。接近中心度较高的专利权人中有4 家是中国企业，其中包括一位中国台湾个人。结果显示这一时期内国外企业和研发个人在网络中占有重要位置，中国可穿戴设备专利研发能力弱，缺少合作的机会。但是国内企业具有本土化的优势，它们在网络不容易被国外专利权人控制。

在探索时期，中心度前5 的专利权人均为中国企业，并且这些企业大多数存在集团关系或母子公司关系。这反映了国内可穿戴设备企业开始重视合作的现象，它们在网络中的交流合作相对频繁，控制着网络的大部分资源。这一时期的合作关系更多地建立在总公司与子公司的纽带关系上，由此促进创新成果产出。

在发展时期，国内可穿戴行业已有数十年的发展，在前两个时期已经从事相关研究的企业也获得了一定成果。此时，中心度排名靠前的专利权人大多数是可穿戴设备产业的新进入者。就新进入企业而言，与先进入企业合作是极其有效的创新方式。“STATE GRID CORP CHINA”作为一家大型具有丰富资源和技术的国有企业，在网络中产生了重要的影响。可穿戴设备专利合作网络中主体多样化的特征表明中国该领域呈现出良好的发展态势。

表3 美国各时间段主要专利权人

表3 列出了美国各时期的主要专利权人，美国的可穿戴设备专利合作网络构成主体与中国有很大差别。在萌芽时期，度数中心度和接近排名前5 的专利权人均为个人。通常由多个发明人参与某一项专利研究，这些发明人也充当了专利权人的角色。“DAVIS B L”是中间中心度排名最高的个人，拥有几项包含基础性的技术专利使他获得了控制优势。“XYBERNAUT CORP”“MICROSOFT CORP” 和“GOOGLE INC”是中间中心度排名靠前的企业，自身强大的影响力和丰富的资源有助于提升它们在合作网络中的地位。在这一时期内，个人在美国可穿戴设备专利合作网络中发挥了重要的作用，发明人凭借多人参与合作的专利积极与他人联系，在网络中控制着大部分资源。

在探索时期，中间中心度排名前5 的专利权人中出现了几家大型企业，这些企业参与可穿戴设备专利的研发，在专利网络中占据主动权。为了获得更大的国际竞争态势，跨国申请专利的现象逐渐增多。不少国外专利权人在美申请专利，改变了美国原有的主要专利权人格局。

在发展期内，美国可穿戴设备产业中重要专利权人以企业为主。度数中心度和中间中心度排名靠前的专利权人中均有4 家高新技术企业，它们积极地与网络中的其他节点进行合作，促进网络资源的流动。个人在合作网络中的中心度仍然保持较高值，但美国本土企业在网络中发挥的作用不容小觑。

中美两国的可穿戴设备专利合作网络中的资源结构具有显著差别。萌芽时期，国外专利权人在中国申请专利，带动了可穿戴设备产业的发展。此时，合作网络中的资源由少数的企业和国外个人掌握。美国的个体研究者在专利网络中控制着大部分的资源，较少企业拥有相关专利。在探索时期，中国的企业通过总公司和子公司或子公司和子公司合作参与专利研发，成为网络中的重要专利权人。企业之间的合作对象较为固定，可穿戴设备专利资源被少数几个有一定特殊关系的企业控制。美国的个体研究者仍然控制着网络中大部分资源，一些科技公司的网络地位凸显。在发展时期，中国专利合作网络中出现了更多的企业，它们通过积极与其他企业合作增加自身影响力，从而提升了在网络中的地位，美国的资源控制情况与中国相类似。3 个时期内，两国的可穿戴设备专利合作网络中的主要资源由少数专利权人控制转向多样化专利权人控制的局面。

3.2 技术集群分析

专利文献中的国际专利分类号（IPC）代表了一项专利包含的技术领域。通过分析中美两国在3 个时间段和整个时期内可穿戴设备专利中的IPC，可识别技术热点和探究技术演化规律。

通过对IPC 进行聚类，作出各时期IPC 网络可视化图谱，如图3 和图4 所示。网络中的节点代表分类号，节点间的连线代表两个分类号共同出现在一篇专利文献中。节点越大，表明该IPC 表示的节点与其他节点的共现的次数越多。

图3 中国各时期及总时期的IPC 聚类图谱

在萌芽时期，中国的IPC 图谱中仅有6 个包含少量IPC 的聚类，专利申请主要集中在电数字数据识别和处理，以及信号装置等基础技术领域。探索时期，可穿戴设备专利网络中IPC 的聚类达到19 个，最大的聚类包含了17 个IPC 节点。这一时期，我国的可穿戴设备不仅在基础电器原件和电路等方面有了进步，也开始涉足医学、教育、娱乐领域。

在发展时期，IPC 聚类达到38 个，最大的聚类有35 个节点。这一时期原有节点间的联系明显得到了加强，并涌现了一些新的IPC 分类号。由于可视化的特殊性，一些联系较少的节点没有显示出来，涌现的新节点在这种情况下仍然出现在图谱中，说明它们代表了竞争力很强的新技术。可穿戴设备专利在超微技术、照明技术、家居用品乃至养殖业都有较快的发展。在总的研究期间内，中国可穿戴设备专利主要围绕电通信技术、数据处理技术、调节控制系统等展开研发，用于服饰用品和装饰品的技术是少数除基础领域外发展较快的领域。

图4 美国各时期及总时期的IPC 聚类图谱

在萌芽时期，美国的聚类情况与中国同时期的聚类情况形成鲜明对比。网络图谱中有28 个聚类，最大的聚类包含35 个分类号。IPC 与专利申请量有着重要的关系，中国此时的可穿戴设备专利的申请量不多，因而技术领域也受限。美国在此期间的可穿戴设备产业已经有了较好的发展，专利申请量大，专利技术覆盖范围广。美国的可穿戴设备专利的基础性领域已经完备，由此延伸的应用领域有医学、教育、服装、航空等。此外，美国的专利技术在此期间就已经向超微技术方向发展。

在探索时期，美国可穿戴设备专利包含了558个IPC 节点，比上一时期增加了187 个节点。这些节点组成了25 个IPC 聚类，最大的聚类存在着45个IPC 节点。聚类数量减少和节点数量增加反映IPC节点之间的联系更加紧密，技术领域相互交叉，孕育新技术。适用于行政管理或是商业金融等方向的数据处理系统、语音处理或解码、家庭用的物品或设备和手携物品或旅行品等涉及的专利技术均在这一时期出现，美国的可穿戴设备专利的基础技术领域在不断完善的同时也在朝着生活化方向发展。

在发展时期，由966 个节点组成的33 个聚类构成了IPC 网络图谱，最大的聚类包含了85 个节点。该时期的网络图谱呈发射状，中间部分是基础技术，边缘节点代表的技术还在探索阶段。美国可穿戴设备领域的基础技术已经较为完备，该产业正朝着纵深方向发展。

中美两国在可穿戴设备领域的IPC 聚类反映了技术发展路径及技术创新领域有很大区别。在萌芽期，美国的基础技术就已经有了很大发展，中国处于半起步阶段。探索期，美国已经成功将可穿戴设备运用于生活化的装置中，中国仍在探索性地与医学、教育、娱乐等项结合。在发展期，美国可穿戴设备与其他产业结合的现象明显，中国在加紧开发技术领域的步伐，以期先占据有利地位。总的来说，美国可穿戴专利技术的发展速度较快，中国在该领域的发展有一定的落后性和局限性。

3.3 技术引用情况

专利引用反映了专利权人之间的知识流动。引用率较高的专利可能拥有基础性技术或关键性技术，可用于二次创新。分析高频被引专利有助于掌握相关产业的发展情况。引用频次最高的专利和被引次数排名前34 名的专利均为美国的专利。在前5 百的高频被引专利中，美国拥有442 项，中国拥有3 项。分析结果显示，可穿戴设备专利中的高频被引专利大部分属于美国。美国掌握了可穿戴领域的重要技术，中国在该领域缺乏核心技术。

4 结论与启示

本文基于德温特专利索引公开的1998—2017 年中国和美国的可穿戴设备专利数据，构建两国的可穿戴专利合作网络，运用社会网络方法，揭示了中国和美国在可穿戴领域合作网络的结构特征和演化规律并在中美两国之间进行比较。研究结果表明，中美两国的发展趋势有一定相似性，但在该领域的发展程度和合作程度存在较大差别。在整体网络结构方面，中国3 个时期的网络规模和网络边数都远低于美国；两国的网络密度偏低，且中心势逐渐稳定在较低水平；美国合作网络的节点平均度和网络直径较中国的大；两国网络中均存在“小世界效应”。在个体网络特征方面，中美两国的主要专利权人构成有明显不同，中国的主要专利权人为企业，美国的主要专利权人为个人和部分高新技术企业；美国拥有大量可穿戴核心技术专利，中国缺乏这一领域的重要技术；中国可穿戴技术开发的步伐落后于美国。总的来说，美国的可穿戴专利产业发展完备，专利权人之间的合作程度相对较高；中国在该领域的起步晚，专利权人之间的合作意愿不高，制约了整个产业的合作创新。

基于以上分析结果，本文为我国可穿戴设备产业的发展提出以下建议。首先，各参与者充分利用已有网络资源。我国可穿戴设备产业在逐步进入快速发展时期，已有网络成员积攒了资源，新入主体与原来的专利权人合作，学习经验和技术，提高自己在网络中的地位。其次，实现差异化发展战略。我国与美国的基础性技术领域已经较为完备，现阶段迫切需要开发新的技术领域。各参与者专注于特定的技术领域，有助于将专利技术做精、做强，从而带动可穿戴产业的创新。再者，鼓励多各发明人参与一项技术研发。多人参与研发可以促进知识的交流和积累，增加攻克复杂技术的机会，实现多技术领域之间的融合交互。最后，政府应出台更多的政策支持可穿戴产业，为网络参与者提供交流合作创新的技术平台，从而促进新一代信息技术的发展。

本文系统对比了中美两国可穿戴技术领域的网络结构特征和演变趋势，为我国可穿戴产业的发展提供了理论依据。然而，由于选取的数据样本仅为与可穿戴技术相关的专利，不足以全面反映这一产业的创新产出。如何进一步衡量可穿戴设备产业的合作创新，明确该产业的前沿发展方向，还需要进一步探讨。