基于NBER分類的美國財政資助專利統計分析

楊中楷，王春博,2，王雯茜，張心陽

(1.大連理工大學 科學學與科技管理研究所，遼寧 大連 116024；2.中國科學院 大連化學物理研究所，遼寧 大連 116024)

1 引 言

專利是一個國家參與國際競爭的重要武器，也是經濟社會發展的核心要素。中美的貿易摩擦問題中，美國正是利用其掌握的關鍵專利技術扼住了我國企業的“咽喉”，占據了主動權，其背后得益于美國一直以來對專利的運用與對科技發展的重視。多年來，美國各級政府部門通過財政資助科學技術研究，產出了大量專利，同時享有了對這些專利的部分權利。美國在拜杜法案的要求下，資助項目所產出的專利與產出的論文一樣，會詳細標注美國財政資助的項目，并可查詢到標注項目的信息內容，便于美國從國家層面把握與運用專利技術，提高其轉化的效率。

有學者對美國的NSF(美國國家科學基金會)和NIH(美國國立衛生研究院)等部門資助專利的產出效率、質量及對美國科學技術的影響進行了初步研究。[1-3]2018年5月，NBER(美國國家經濟發展局)發布了題為《Disclosure and Subsequent Innovation: Evidence from the Patent Depository Library Program》(信息披露與后續創新：來自專利庫項目的證據)的研究報告。[4]報告研究專利信息披露對創新產生的重要影響，并指出通過標注資助的專利項目，不僅可以明晰國家未來的研究方向，引導后續的創新研究，延長專利有效年限，還可以通過此種辦法明確專利的所有權，最大限度防止國家資助研究成果的流失。[5-6]

美國財政對科研項目的資助往前可追溯到二戰末期美國科學研究發展局(OSRD)主任V·布什提交的《科學：沒有止境的前沿》的科學報告。報告建議設立國家研究基金會，為政府系統以外的研究機構提供資金支持，主張聯邦政府間接介入科技發展。[7]此后，Nelson(1959)[8]和Arrow(1962)[9]分別論證了政府資助基礎研究的正當性。20世紀80年代以來，美國制定了一系列科技政策，促進專利技術的轉化，科技政策實際上發揮著創新政策的作用，專利也成為政府財政資助的重要成果。[10]1980年美國頒布的《拜杜法案》經過修訂已成為有效的激勵轉化制度，規定了美國政府的介入權利，允許大學等享有財政資助專利的專利權，極大地促進了政府資助的專利成果的轉化。[11]

我國對于財政資助科研項目的知識產權問題研究較晚，主要集中于權利的歸屬方面，且財政資助科研項目的知識產權歸屬于國家。[12]2007年修訂的《科技進步法》20條和21條明確規定了財政性資金設立的科學項目，其權利歸屬于承擔者以及政府在國家安全利益方面享有“介入權”[13]。有學者借鑒《拜杜法案》，認為規范政府介入權行使的干預機制，可以促進政府資助科技項目成果轉化。但我國目前財政資助專利成果信息披露不充分，無法從公布的專利數據上把握我國重點發展的領域和財政資助專利技術運用轉移的效率。[14-16]楊中楷等人根據美國相關制度提出了財政資助項目形成的專利信息披露制度建立的必要性和迫切性。[17]

值得注意的是，2021年9月22日中共中央國務院印發的《知識產權強國建設綱要(2021—2035年)》中明確指出，“推動知識產權信息開放共享”。鑒于此并基于上述分析，本文意欲通過NBER專利分類對美國財政資助專利進行統計研究，明確美國財政資助專利的歷史發展、重點領域和轉化情況，分析美國政府掌握的專利與國家行為的聯系，進一步預測美國重點領域的技術發展方向，為我國產業發展和提升國家競爭力提供有益啟示。

2 數據來源與處理

NBER(National Bureau of Economic Research)是于1920年成立的美國較權威的非營利性經濟研究機構。NBER通過概率匹配算法將USPTO(美國專利商標局)中的專利分為6個大類(Category)和37個子類(Sub-Category)。[18]此分類體系能夠保證任何一項專利都隸屬于某一個大類中的某一子類，沒有交叉分類的情形，并不像IPC分類體系存在很多交叉的情況，具體分類如表1所示。[19]通過USPTO的專利數據庫對美國財政資助專利進行檢索，得到美國財政資助的專利共131 037項，檢索日期為2018年5月26日。但是由于美國1976年前的專利數據缺失嚴重，所以將專利申請日期設定為1976年—2018年，共檢索到130 666項專利。與NBER專利分類各類別對應，有22 798件專利暫時未匹配到NBER數據庫中。在NBER專利分類數據庫中匹配到的107 868件專利中，化學、計算機和通訊、藥物和醫療、電子和電氣、機械和其他六大領域的專利數量分別為22 664件、16 342件、25 647件、26 336件、11 002件和5877件。

本文參照已有的研究規范對美國財政資助專利進行了NBER專利分類、資助機構、申請時間、專利受讓人等鏈接檢索。[20]專利申請時間為1976—2018年，基于NBER專利分類,對美國財政資助專利的機構進行統計，獲得財政資助的機構共234家，但其中有很多機構是子機構。為方便對專利資助機構統一分析，將子部門都劃歸于管轄它的上級部門，得到36家一級資助部門，見表2。同時，基于NBER專利分類對美國資助專利受讓人進行了數據分類清洗，剔除沒有發生轉讓的美國財政資助專利，并將專利受讓人劃分為個體和機構兩類。

表2 美國財政資助一級部門

3 美國財政資助各領域的專利時間序列分析

3.1基于NBER專利大類分類的美國財政資助專利時間序列分析

美國作為全球科技創新中心，其技術領域的更替和結構演變在一定程度上反映了全球技術發展趨勢，并且完善的專利信息系統，使得美國用專利來衡量技術創新獲得廣泛認同。[21-22]因此美國財政資助的專利情況一定程度上反映出美國不同發展階段的重點投資領域的不同，見圖1。

圖1 基于NBER專利大類分類的美國財政資助專利趨勢圖

由圖1可知，美國不同階段對專利技術進行財政資助的種類和力度具有一定的差異。1988年之前，美國財政資金在各技術領域的資助力度都較小，產生的專利數量也較少，尤其是藥物和醫療領域，產出的專利數量最少，但1988年之后一直在緩慢增長，而電子與電氣領域受資助所產出的專利數量最多，至少是同期其他各領域產出專利的兩倍。這一情況反映出美國在這個階段比較注重發展電氣和電子行業，兼顧發展化學、計算機和通訊、機械等領域，而藥物和醫療領域則處于萌芽階段。在此階段，美國的專利法為營造良好的專利技術保護環境而不斷完善。

而在1988—2008年，化學、計算機和通訊、藥物和醫療、電子和電氣四大領域的專利快速增長，尤其是藥物和醫療領域在1988—1995年出現了爆炸式增長，機械及其他領域專利產出增長的速度依舊很平緩。這反映出此階段美國更加注重化學、計算機和通訊、藥物和醫療、電子和電氣領域的發展，尤其關注藥物和醫療領域。

2008—2012年，美國財政資助額度逐年提升，但各領域產出專利卻增速放緩，反映出美國逐漸從提高專利“數量”向提高專利“質量”轉變。在此期間，美國實行專利審查快速通道、同行評議等非傳統制度，試圖以此提高專利審查質量。但是從2012年后，所有領域的專利數量都大幅度下降，這種數量的大幅度變動無疑會影響各領域專利的正常水平，且與NBER所匹配的數據是截止到2012年，因此可以認為2012年以后的專利變動是數據截斷造成的[23]。

3.2基于NBER專利子類分類的美國財政資助專利時間序列分析

由圖1可得，美國財政資助專利在化學、計算機和通訊、藥物和醫療、電子和電氣領域的產出數目較多且增速較快，而受到財政資助的機械、其他領域的專利產出數目較少且增長平緩。通過對NBER專利大類的分析可以看出，美國財政資助專利的重點領域是：化學、計算機和通訊、藥物和醫療、電子和電氣。為了能夠更加細致定位到美國資助項目中的專利技術方向，按照NBER專利子類分類進行的專利時間序列分析如圖2所示。

圖2 基于NBER專利子類分類的美國財政資助專利時間序列圖

由圖2可知，化學領域中樹脂和有機化合物方向產出專利速度較緩但是數量相對較多，而農產品和紡織品、涂層、天然氣三個方向專利的產出速度較緩且數量相對較少，其余受資助所產出的專利數量比較多，但方向不明確。計算機和通訊領域中，通訊和計算機硬軟件兩個方向的專利從1988年后開始快速增長，而計算機外圍設備、信息存儲、電子商務和軟件等技術方向的專利產出較少且增長較緩，說明美國1988年至2008年在計算機和通訊領域中更加注重發展通訊和計算機軟硬件技術。而在電子和電氣領域中，測量測試、電力系統、半導體器件、核能&X射線方向的專利產出呈現同步增長趨勢，而電氣設備、電氣照明、其他電子產品的專利產出增長速度緩慢且數量較少，說明美國在電氣和電子領域更加注重測量測試、電力系統、半導體器件以及核能&X射線技術方向的發展。

在藥物和醫療領域中，醫藥方向在1988—1995年，出現了爆炸式增長，尤其在1992—1995年達到了340件/年的增長速度，而外科&醫學研究、遺傳學、其他醫藥類增長緩慢且專利產出數量較少。在此期間醫藥專利出現爆炸式增長的原因不僅是美國加大對藥物和醫療領域的財政資助，還來源于美國在此期間構建了較為完善的專利產出的環境：(1)延長藥物專利保護期；(2)一定程度上放寬了在國外遞交專利申請的條件；(3)修改侵權的定義，按照美國的專利保護制度，保護期內進口的在國外制備該專利產品的行為視為侵權行為，將仿制藥商在專利保護期屆滿前為獲得FDA上市許可的申請行為視為侵權行為，但是將為了獲取FDA認證而收集數據的有關行為排除在專利侵權之外。

此外，由圖2還可以看出，機械、其他兩個領域的所有細分方向的專利產出都比較均衡且各方向產出專利數目較少，說明美國對機械、其他兩個領域中各方向的重視程度較其他領域低，資助強度也較低。

4 美國財政資助專利機構分布

4.1基于NBER專利大類分類的美國財政資助專利的機構分布

美國財政資助的專利時間序列情況說明，不同技術領域和各領域中不同研究方向受財政資助力度具有一定的差異。要進一步研究被資助各領域及其各具體技術方向的差異性，必然要了解資助的源頭。

根據美國資助機構的相關數據，資助機構可以分為三個等級，且三個級別的資助機構是下級隸屬于上級、上級管轄下級的關系。為了統一研究標準，將114個二級資助機構和其管轄的59個三級機構都統一劃歸到36個一級資助部門。同時將屬于上述6大類的專利與一級資助部門相對應，得到NBER專利大類分類下資助機構的分布情況，如圖3所示。

圖3 基于NBER專利大類分類的美國財政資助專利機構分布圖

為了清晰反映美國財政資助專利分布情況，選取了top-20的機構進行展示。由圖3可知，HHS(美國衛生與公眾服務部)、DoD(美國國防部)、DoE(美國能源部)、USAGov(美國政府)、NSF(美國國家科學基金會)、NASA(美國國家航空航天局)等機構是美國財政主要的資助對象，以資助所產生的專利數為計量標準，各機構產生的專利數目分別為31 742件、27 803件、24 618件、22 315件、9119件、5018件，分別占所有財政資助機構產生專利總數的24.9%、21.8%、19.3%、17.5%、7.2%、3.9%，這6個被資助機構的專利總數占所有資助專利的94.8%。綜上可知，美國的財政資助完成的專利項目主要集中于高新技術需求較高的領域，如健康保障、國防建設、能源開發、科學研究、航空航天探索等方面，而對于高新技術需求較小的郵政、司法、外交、內政等部門進行資助的力度則較小。

4.2基于NBER專利子類分類的美國財政資助專利的機構分布

上述6個大類受財政資助的專利情況可以反映出各主要技術領域的資助分布，但是不能夠清晰地反映出每個專利大類下細分方向的專利資助情況。故將NBER專利分類的37個子類與資助機構相對應，得到圖4。

圖4 基于NBER專利子類分類的美國財政資助專利分布圖

從圖4可以看出，財政資助對6大領域中的子類資助重點不同。在化學領域中，主要的被資助機構為HHS和DoE，其中HHS主要受到資助的子類為有機化合物、農業&食品&紡織品、其他化學類，DoE主要被資助的子類是其他化學類，同時對涂層、有機化合物、燃氣、樹脂也有一定的資助。計算機&通訊領域中，主要被資助機構為DoD和USAGov，其中DoD和USAGov主要受到資助的子類為通訊和計算機軟件&硬件，對計算機外圍設備、信息存儲和電子商務方法&軟件資助力度較低。藥物&醫療領域中，HHS為最主要的資助對象，雖然外科&醫療研究有一定的力度支持，但是主要資助的子類為藥物。電子&電氣領域中，對DoE、DoD、USAGov的電氣設備、電氣照明、測量測試、核能&X射線、電力系統、半導體器件這些子類的資助較為均衡，其中DoD的半導體器件的資助相對于其他子類來說力度更大。機械領域中，USAGov、DoD、DoE的墊片處理、金屬加工、電機&發動機&零件、光學、運輸資助也較為均衡，光學資助相對較多，而USAGov的運輸類資助相對較多。其他領域中，除卻占據主要比例的其他雜項，剩余的子類中，地面采掘&鉆井、加熱、采暖設備是USAGov的主要資助領域，而其他資助機構資助力度都較小。

4.3美國財政資助機構——專利大類流動分析

從上述分析可知，共有36個一級財政資助機構對6大類別中37個子類技術領域進行了資助。為了能夠更加明確部門的專利流向領域，對資助部門和領域進行了專利流動描述。由于排名前10的被資助機構的專利數占所有被資助機構資助專利數量的98.4%，能夠代表大部分專利的領域流動情況，所以選取排名前10的資助機構繪制資助機構——領域流動圖，并進行分析。

圖5 美國財政資助專利——領域流向圖

其中美國衛生與公眾服務部受資助所產生的91.4%的專利技術集中于化學、藥物&醫療領域，且分別占據了其資助總數的22.4%和69.0%。美國國防部被資助領域主要為電氣&電子、計算機&通訊領域，其獲得的專利數分別占資助總數的31.1%和25.7%。美國能源部主要被資助領域成為電氣&電子、化學領域，分別占其資助總數的36.4%和27.9%，其余35.7%分別流向機械、計算機&通訊、藥物&醫療、其他領域。美國政府對電氣&電子的資助較其他領域力度更大，占據其資助比例的28.1%，而化學、計算機&通訊、機械領域的資助比較均衡，分別為18.0%、19.8%、17.9%，對藥物&醫療、其他領域資助較少。美國國家科學基金會的化學、電氣&電子受資助的比例分別為29.4%和24.0%，計算機&通訊、藥物&醫療兩個領域占比分別為18.6%、18.5%，最低的是機械和其他領域。美國國家航空航天局主要在電氣&電子、化學、計算機&通訊、機械等領域獲資助，其中對電氣&電子的資助占比高達35.4%，但對醫藥&醫療、其他領域資助較少，二者共占其資助專利數量的14.6%。

綜上可知，美國財政主要圍繞各機構的部門職責對相應技術領域進行重點資助，尤以美國衛生與公眾服務部為代表，主要注重藥物&醫療領域的資助，而其他機構則重點資助電氣&電子領域?？梢哉J為，美國近五十年來十分重視電氣&電子領域的發展，財政資助取得的專利主要集中在此領域。

5 美國財政資助專利權利人分布

5.1基于NBER專利大類分類的美國財政資助專利權利人分布

專利權發生轉移指一項專利轉讓給多個受讓人的情形。為了方便觀測專利權人的分布情況，將一項專利權轉讓給多個受讓人的行為算作一次轉讓行為，即每個專利權人只要享有部分或者全部專利權，文中都認為受讓人擁有專利權利。在107 869項可以識別的NBER專利分類號中發生了141 646次轉讓行為，其中4537項專利沒有發生專利權轉移，即發明人保留了至少部分的專利所有權，而其中103 332項專利發生了129 978次轉讓行為?；趯＠D讓行為數量，得出如圖6的美國財政資助受讓人專利分布圖。

圖6 基于NBER專利大類分類的美國財政資助受讓人專利分布圖

由圖6可知，基于NBER專利大類分類的美國財政資助專利排名前10的受讓人分別為：美國陸軍部、加州大學、美國海軍部、美國空軍部、美國能源部、美國國家航空航天局、麻省理工學院、通用電氣公司、IBM公司、加州理工大學。由此可知，美國財政資助項目的專利受讓人類型有美國政府部門、高校和企業，且不同受讓人受讓專利的領域各有側重。例如美國陸軍部、海軍部、空軍部、能源部、國家航空航天局、麻省理工學院、通用電氣公司、加州理工大學等受讓人都比較關注電子&電氣領域的專利，占其全部受讓專利的20%以上。比較關注化學領域專利技術的受讓人有美國陸軍部、加州大學、能源部等。對醫藥&醫療領域比較關注的只有加州大學、麻省理工學院和威斯康星校友基金會。而計算機&通訊領域受到美國海軍部和IBM公司關注，尤其是IBM公司，其受讓計算機&通訊領域的專利占其所有受讓專利的72.4%。此外，重點關注機械領域的是美國陸軍部、海軍部、空軍部，分別占據其所有受讓專利的19.4%、22.2% 和18.1%。

5.2基于NBER專利子類分類的美國財政資助專利權利人分布

為了進一步研究專利權人對6個大類下各個子類領域的關注，將NBER專利分類中的37個子類與專利權人對應起來。為了能夠將各領域情況對比分析，選取了各子類排名前10的權利人的相關數據，如圖7所示。

從圖7可以看出，除加州大學對有機化合物、樹脂有著一定程度的關注，其他專利權利人對化學領域中各子類關注都不算突出，擁有的專利多為其他化學類。在計算機&通訊領域中，美國海軍部、陸軍部、空軍部都著重關注通訊這個子類的專利技術，分別占據其各自擁有專利總數的67.8%、73.3%、64.2%，計算機軟件&硬件技術被海軍部和IBM公司所關注，分別占各自受讓專利總數的25.5%和45.3%，而信息存儲領域的專利技術只有IBM公司關注比較多，占據其所有受讓專利的43.7%。藥物和醫療領域排名前10的專利權人中重點關注的是藥物領域，占據各自擁有專利總數的90%以上，且排名前10的專利權人中以高校、科研單位為主。電氣&電子領域偏重于關注測量測試子類的技術，排名前5的專利權人擁有的測量測試方向專利數為各自在此領域專利總數的20%以上，尤其是美國國家航空航天局，占比達到41.0%。而美國能源部更加關注核能&X射線子類的專利，通用電氣公司則更加關注電力系統。此外，在機械領域，運輸方向的專利受到海軍部關注，其余方向以及其他領域的專利數目較小，不具有代表性。

圖7 基于NBER專利子類分類的美國財政資助專利權利人分布圖

5.3美國財政資助機構——權利人流動分析

通過對資助機構及資助的主要技術類別、子類別、專利權利人等的分析，了解了各大資助機構、專利技術領域以及權利人的分布情況，但是還不能夠準確了解資助機構和資助專利權利人之間的關系。以資助專利為媒介，將被資助機構和專利權人相互聯系，描繪出資助機構取得的專利流向。為了弄清被資助機構和權利人之間的流動關系，不再選取轉讓行為作為計數標準，而是選取專利數為計數標準，即一項專利所發生的所有轉讓行為是一個計數單位，由于排名前10的被資助機構所轉讓的專利數目占據所有機構的98.8%，故從36家一級資助機構選取出前10家進行分析。

如圖8所示，選取的前10家被資助機構一共轉讓了124 134件專利，其中包括沒有被NBER專利分類標示的專利。經過處理，共有權利人9951家，選取top-0.5%的機構進行流動展示，而剩下的9901家合并為其他類型機構，方框的大小代表機構轉讓數量或者權利人得到專利的多少。經測算，美國政府資助所產生專利的57.2%轉讓給美國國防部的下屬單位美國陸軍部、海軍部、空軍部，8.6%的專利轉讓給美國國家航空航天局。美國能源部將其受資助的13.0%的專利轉讓給自己或者其轄屬單位，8.6%轉讓給加州大學，7.4%轉讓給桑迪亞公司。美國國家航空航天局轉讓給自己的專利達到26.4%。美國國防部資助專利主要轉讓給了美國IBM公司、麻省理工學院、美國海軍部、美國聯合科技公司、通用電氣公司等，占比分別為5.8%、5.0%、4.1%、3.4%、3.4%。美國衛生和公眾服務部受資助專利主要轉讓給了加州大學，占比為6.3%。綜上所述，美國財政資助的專利很大一部分都轉讓給了少數機構，使得前0.5%的機構得到了接近50%的專利權，剩余99.5%的其他類型機構掌握剩余50%的專利權。此外，我們還能發現美國政府資助所產生的專利具有定向轉讓的特征，其65.8%的受資助專利用于國防建設和航空航天探索。

圖8 美國財政資助專利——權利人流向圖

6 結論與啟示

財政資助對技術研發、技術進步起著重要的推動作用。美國明確了政府資助專利的權利，對于受到資助的專利，政府即使沒有完整的所有權，仍可對受到資助的專利行使“介入權”。與此同時，美國的專利文獻中標注了資助項目的具體信息，使得政府能夠明確掌握哪些專利受其資助并歸其所有，也有助于對資助效率進行評估。美國通過財政資助相關機構，在前沿領域產生了眾多專利，以此提升國家科技實力，進而提升其在世界的競爭力。

從1970年1月開始截至2018年5月，美國有234家機構或部門其相關的項目得到了資助，共產生了131 037件專利?；贜BER專利分類體系，可以發現財政資助對美國各個領域技術發展起到了重要的作用。美國較為關注化學領域中的有機化合物、樹脂，計算機&通訊領域中的通訊、計算機硬件&軟件，藥物&醫療領域中的藥物，電氣&電子領域中的測量測試、電力系統、半導體器件等方向，而對機械和其他領域關注的力度較為平均，且資助所產生的專利數量較少。在重點關注的子類技術方向中，尤其以藥物的研發為代表，1988—1995年藥物研發出現了爆炸式增長，說明美國非常重視衛生與公眾健康領域的技術發展，藥物是美國財政資助的重點領域。

而在美國財政資助產生的專利權利方面，只有3.8%的發明人保留了專利所有權，剩下96.2%的專利權力人都發生了專利轉讓行為?？梢娒绹Y助機構與專利權人不是單純地以專利為結項成果，而是真正將專利技術運用到美國國力提升的各個方面。

對于我國的專利項目管理，應明確政府資助項目所產生專利的權利，并能夠利用標注的信息，對政府資助效率進行評估，以此進一步對我國財政資助項目的產出做出調整，規范資助機構對項目資助成果的監管。相關部門應更深層次地保護好中國專利技術，更好地促進技術成果的本土化轉化，以此提升我國的國際科技競爭力。