温会涛^1,2，林可心^2,3，刘 琳^2,3，韦永红^2,3，但年华¹，但卫华^1,2*

（1. 四川大学制革清洁技术国家工程研究中心，四川 成都 610065；

2. 福建省皮革绿色设计与制造重点实验室，福建 晋江 362271；

3. 兴业皮革科技股份有限公司国家企业技术中心，福建 晋江 362271）

摘 要：为科学预测制革工艺技术的成熟度，应用TRIZ技术进化理论，以制革专利数量、专利等级、弥补缺陷专利数量、经济收益以及皮革产品性能为评价指标，将来源于patsnap智慧芽、cnki中国知网及国家统计局等网站、机构的数据，进行多项式拟合，并将数据、曲线特点与标准S曲线进行比较。结果表明，基于铬鞣技术为主的制革工艺技术处于成熟期后期，制革行业中短期发展策略为降低生产成本、提升服务水平、提高产品感官性能，长期发展建议策略为拓展新的应用领域和开发新的制革工艺技术系统。

关键词：制革工程；TRIZ；技术进化曲线；技术成熟度

Predicting the maturity of leather-making technology based on TRIZ technology evolution theory

WEN Huitao1,2, LIN Kexin2,3,LIU Lin2,3, WEI Yonghong2,3, DAN Nianhua1, DAN Weihua1,2

(1.National Engineering Research Center of Clean Technology in Leather Industry,

Sichuan University, Chengdu 610065, China;

2. Fujian Key Laboratory of Green Design and Manufacture of Leather, Jinjiang 362271, China;

3. National Enterprise Technology Center, Xingye Leather Technology Co., Ltd., Jinjiang 362271, China)

Abstract：To scientifically predict the maturity of leather-making technology, the TRIZ technology evolution theory is used. Evaluation indicators include the number of patents, patent grades, the number of patents to remedy defects, economic benefits and leather product performance, and the collected data from websites and institutions such as patsnap, CNKI and the National Bureau of Statistics was polynomial fitted, and compared with the standard S-curve. The results show that the leather-making technology based on chrome-tanning system is on the late stage of maturity. The development strategies in the short and medium term are reducing costs, improving services, and improving product sensory performance, and the long-term development strategy is to expand new application areas and development novel leather-making process technology system.

Keywords:leather engineering; TRIZ; technology evolution curve; technology maturity

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基金项目：福建省自然科学基金项目（2019J06025）

第一作者简介：温会涛（1980—），男，高级工程师，1601702360@qq.com，主要从事高性能皮革绿色设计与智造技术开发及产业化应用

*通讯联系人：但卫华（1956—），男，教授，dwh5607@263.net，主要从事制革清洁化生产、高性能皮革绿色设计与制造研究

前 言

近年来，受经济下行的影响，制革工业持续低迷[1]，面临严峻的挑战。悲观论认为制革工业是夕阳产业，但更多的人认为皮革工业是朝阳产业[2]，是“日不落”产业[3]。没有夕阳产业，只有夕阳技术和过时产品。只有科学正确地判断技术成熟度，并制订卓有成效的技术发展战略，才能使技术进步，产品富有竞争力，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

1.TRIZ 理论起源及发展

TRIZ(Theoria Resheneyva Isobretatelskehuh Zadach)，俄文原义为“发明问题解决理论”，意译为“创造性解决问题的方法”，是20世纪60年代苏联发明家根里奇·阿奇舒勒和他的团队通过分析250多万份专利提出来的[4]，目前已在中、美、欧、日等国家的知名企业得到应用并发挥了巨大作用[5]。

TRIZ理论由术语、工具和算法组成，核心包括矛盾冲突和发明原理、物场分析和标准解系统、技术进化曲线与进化法则、功能化模型与知识效应等[6]。

TRIZ技术进化理论包括技术进化曲线和技术进化趋势法则[7]。技术进化曲线呈“S”型，故又称S曲线，由婴儿期、发展期、成熟期和衰退期组成，表明一个事物全生命的发展历程，见图1a。

在理想状况下，衰退期后期会孕育新的S曲线，从而促进其阶梯式发展，见图1b。

2. 基于S曲线的TRIZ技术成熟度预测理论

S曲线是比利时数学家P F Verhulst在1838年研究人口增长时提出的，随后在生物学领域获得证明，再后来发现社会、农业、传播等领域也遵循该规律。20世纪60年代早期，S曲线已开始应用于技术预测。Fisher和Pry发现S曲线在预测新产品或工艺时具有非常好的拟合性[7]。

在TRIZ研究中， Altshuller发现工程技术系统的进化也遵循S曲线（图1a），提出用性能参数、发明数量、发明级别和经济收益等4个指标来判断技术进化阶段，并且总结出各阶段具体的规律和策略，形成技术成熟度预测理论[8]。 Mann增加了用降低成本和SCP(symptom curing patent，弥补缺陷专利，以下简写为“P3”）数量评价的方法，从而形成通过3个专利指标、1个

性能参数和1个经济收益指标来预测技术成熟度的方法，其对预测技术开发方向具有实际指导意义[9-11]，见图2。

根据专利数量、专利等级以及P3数量对时间的曲线斜率（k1，k2，k3）特点，以及P3数量，以产品性能为例，将4个进化期进一步细分为7个阶段，见图2a。

从图2a—图2d可以看出，在婴儿期，专利数量少，但等级高，P3数量很少。在此期间，专利数量曲线斜率k1≥0；前期专利等级曲线斜率k2≤0，后期k2＞0，这是因为一项技术的产生必是首先产生高等级发明，经探索后，技术才会突飞猛进。

从图2a—图2d可以看出，在发展期，技术得到快速的发展，专利数量大幅增加，但专利的等级却在下降，P3数量也在快速增加。在此期间，k2≤0，k3≥0；前期k1＜0，后期k1≥0，这是因为在前期攻关时未成功者离场，而发展到一定阶段后会有很多跟进者。

从图2a—图2d可以看出，在成熟期，专利数量以及P3数量都在快速增长，P3占比很高，同时专利等级持续下滑，处于较低水平。在此期间，k1≥0，k2≤0；前期k3≥0，后期k3＜0（这是因为在前期需要投入大量的研发资源，来保持技术的先进性，而后期由于技术发展遇到瓶颈或维护成本过高而不再追加投入。从图2a—图2d可以看出，到了衰退期，专利数量、P3数量均快速下降，专利等级很低， 且P3数量占比较高，期待进入下一个技术进化周期。

从图2e—图2f可以看出，对于产品性能和经济收益相对时间的曲线而言，都是典型的S曲线，存在婴儿期、成长期、成熟期和衰退期等4个典型的阶段，两者之间的区别在于，后者在婴儿期的经济收益为负值，即投入大量资金却暂时不能带来明显的经济效益，此阶段类似于新产品的研发阶段。

3.制革工艺技术成熟度预测

基于制革工艺技术，根据制革专利数量、专利等级、P3数量、经济收益以及产品性能，尝试应用TRIZ技术进化理论，预测制革工艺技术发展阶段，并进一步为制革技术的发展提出建设性的意见[12]。

本研究数据主要来源于patsnap智慧芽专利检索系统、cnki中国知网文献检索系统以及国家统计局等。

3.1 专利数量

首先对专利进行检索和筛选，专利数据库选用patsnap智慧芽专利检索系统。检索关键词为“皮革”或“制革”，选择专利类型为“发明”和“实用新型”，选择受理局为“中国”，按照国民经济行业分类选“C1910”（皮革鞣制加工），在patsnap上检索出专利2921项，其中发明2447项、实用新型474项，由此生成专利地图（图略）[13]。

专利地图中的高峰代表技术聚焦，是研究热点；低谷则意味着技术盲点，属于待开拓的领域，可能存在着潜在的机会。分析制革专利地图可以得出：无铬鞣剂、加脂材料、酶制剂、特种皮革以及部分水场和整饰设备与工艺技术是研究热点，相关设备、工艺、助剂方面的研究有待进一步加强。

拥有专利数量最多的4家单位中的2家为高校、2家为企业，其专业研究方向大相径庭，高校侧重于新材料、新技术，企业侧重于新产品和新工艺。同时还可以发现，高价值专利主要集中在新鞣剂和新助剂方面。

按照关键词分类，专利主要集中在涂饰、鞣制、加脂、染色等制作工艺，技术攻关的领域和方向比较集中。按照IPC国际专利分类表分类，专利主要集中在C14C3、C14C11、C14C15、C14C9、C14C1，分别占19.98%、19.27%、14.68%、13.74%和12.20%，累计达到专利总数的79.87%。

对检索到的2921项专利按年度统计专利数量（图3a），并进行多项式曲线拟合，按残次差平方和最小的原则选择拟合曲线（图3b），根据标准曲线的特点判定技术成熟度所属阶段（图3c）。

从图3可以看出，基于专利数量的制革工艺技术处于成熟期后期。

3.2 专利等级

本研究将制革技术专利划分为一级至五级5个级别，分别标记为1—5分。见表1。

在判定制革技术专利等级过程中发现，绝大部分是一级或二级专利。区分标准为该技术的适用范围：只能解决某一类问题或只能在本技术系统中应用，为一级；既可以在本技术系统中应用，还能在类似的技术系统中应用，为二级；如果可以在整个轻工业领域应用，为三级。实用新型专利均判定为一级。同时结合patsnap专利价值评价结果，基于深度加工的专利大数据，运用市场法，整合与专利价值相关的引用、专利存活期、法律状态等80多个指标，结合机器学习模型，最终给出专利的评估数值。评估价值3000～30000元的739项专利，定为二级；评估价值30000～300000元的14项专利，定为三级。两种评价方法不交叉，同一专利取其最高等级。

对检索到的2921项专利按年度统计不同等级专利的数量，该年度专利等级为该年度专利等级之和与专利数的比值（图4a），并进行多项式曲线拟合，按残次差平方和最小的原则选择拟合曲线（图4b），根据标准曲线的特点，判定技术成熟度所属阶段（图4c）。

从图4可以看出，基于专利等级的制革工艺技术处于成熟期后期。

3.3 P3数量

P3的检索和筛选采用逻辑检索。在2921项搜索结果中通过逻辑词检索“提高性能”“降低成本”“消除弊端”等类似词义的检索词，共找到2097项，约占71.79%。对检索到的2097项专利按年度统计P3数量（图5a），并进行多项式曲线拟合，按残次差平方和最小的原则选择拟合曲线（图5b），根据标准曲线的特点判定技术成熟度所属阶段（图5c）。

从图5可以看出，基于P3数量的制革工艺技术处于成熟期后期。

3.4 经济收益

经济收益以利润总额为指标，数据采用国家统计局的皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业规模以上工业企业数据，见图6a。需要说明的是，由于统计范围不太一致，如1998—2006年为全部国有和年主营业务收入＞500万元的非国有工业法人单位，2007—2010年不再区分国有企业与非国有工业法人单位，统一为年主营业务收入＞500万元的工业法人单位，2011年以来，为年主营业务收入＞2000万元及以上的工业法人单位。

根据国家统计局的说明，2017年以来全国规模以上工业企业主要经济指标数据与往年数据之间因统计制度、统计执法与统计质量差异存在不可比因素。2020年数据尚未公开，采用的是中国皮革协会发布的经济运行报告，其数据相对国家统计局的数据较小，低10%左右。

对年度利润总额统计数据进行多项式曲线拟合（图6a），按残次差平方和最小的原则选择拟合曲线（图6b），根据曲线的特点判定技术成熟度所属阶段（图6c）。

从图6中可以看出，基于经济收益的制革工艺技术处于成熟期后期或衰退期前期。相关数据还显示，自1998年以来，皮革行业一直处于发展的黄金期，2002年开始营业收入和利润总额均突飞猛进， 直到2016年达到峰值，分别为2002年的9.04倍和17.18倍，分别为1998年的14.02倍和46.59倍。虽自2017年起略有下滑，但仍属于高位振荡范围。

3.5 产品性能

产品性能的高低很难定量描述，尤其是对于皮革产品而言，性能指标多，可能有物理机械性能、感官性能、生态性能以及功能属性等，如感官性能多采用眼看手摸，以轻、绵、泡、软、弹、细等感官体验描述进行评价，难以数据化表达。

对比同类研究发现，可以采用论文发表的数量来衡量产品性能，即发表的研究性论文越多，研究就越深入，所制备的产品性能也就越高[14]。选择cnki中国知网文献数据库，以“皮革” 或者“制革”或者“鞣制”为关键词，检索范围设置为“学术期刊”，语言选择“中文”，对检索到的论文数量按年度统计数量，并进行多项式拟合（图7a），按残次差平方和最小的原则选择拟合曲线（图7b），根据曲线的特点判定技术成熟度所属阶段（图7c）。

从图7可以看出，基于论文数量（产品性能）的制革工艺技术处于成熟期后期向衰退期过渡阶段。

3.6 制革工艺技术成熟度判定

综上所述，目前制革专利数量很高， P3数量也很高，但两者均有下降的趋势；专利等级较低；经济收益好，产品性能高，但两者也有可能出现下降的趋势，故综合判定制革工艺技术处于成熟期后期。

4.基于进化趋势的技术发展策略

TRIZ理论提出了基于S曲线进化趋势的八大法则，分别为：提高理想度法则、完备性进化法则、子系统不均衡进化法则、子系统协调性进化法则、动态性和可控性进化法则、增加集成度再进行简化法则、向微观级和场的应用进化法则、能量传递损失最小法则等[15]。经过不断创新，现代TRIZ理论细化了进化法则，梳理了进化法则之间的关系，认为所有的进化法则均以提高理想度为目标[16]。见图8。

根据制革工艺技术处于成熟期后期的判断，基于S曲线进化趋势的进化法则，对制革工艺技术中短期发展的策略为：降低成本、提高服务、提升产品感官性能，加强开发与废水、废弃物回收再利用相关的工程系统[16]。目前制革企业利润率普遍较低，而客户对皮革产品包括感官性能在内的各项性能要求很高，对企业提高服务水平的要求也很高，因此降低成本已成企业的生存和发展之道。同时，由于制革生产过程中会产生一定量的废弃物，对环境造成潜在的风险，因此，作为有社会责任感的企业，应有主动担当意识，而降低生产成本、提高产品性能、提升污染防治水平，都与技术创新密不可分。

一项技术（一种产品）在进入成熟期之后将进入衰退期，无论从技术层面还是经济层面，将逐渐退出市场，因此，针对处于成熟期后期的技术（产品），长期策略建议为：拓展产品新的应用领域和研发新的技术。在此期间，在确保合理利润的同时，应着手开发新的核心技术，逐步推出新一代有竞争力的产品[17]。皮革的传统应用范围以鞋服箱包产业为主，宜开发其它新的应用领域，诸如生物材料、超滤材料、结构材料等。目前的制革工艺技术体系是以铬鞣为基础的，无铬鞣的系统研究也初具雏形，制革技术智能化、生态化、功能化的研究与应用也取得了重大进展。

5.结 论

根据TRIZ理论的技术进化S曲线，采用专利数量、专利等级、P3数量、经济收益和产品性能对制革工艺技术成熟度进行预测，得出我国制革工艺技术处于成熟期后期的判定。从制革行业发展历程来看，其存在已有数千年的历史，但现代制革工业以铬鞣技术为基础，虽然其产品性能优异，在市场上占主导地位，但制革产生的铬污染对环境存在一定的隐患，一直是制革企业关注的头等大事。

基于S曲线进化趋势的进化法则，基于制革工艺技术处于成熟期后期的判定，制革行业中短期发展策略为：降低生产成本、提升服务水平、提高产品感官性能，加强开发与制革废水、废弃物回收再利用相关的工程系统；长期发展建议策略为：拓展新的应用领域和开发新的技术系统。制革行业不会衰退，但发展模式会发生变化。也许在不久的将来，制革行业将走上新的技术进化路线，实现新一轮的腾飞。