基于公理设计的专利规避创新知识挖掘-韩爽.pdf

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1、第22卷第6期2 o 1 6年6月计算机集成制造系统Computer Integrated Manufacturing SystemsVol-22 No6June 2 O 1 6DOI：1013196jcims201606001基于公理设计的专利规避创新知识挖掘韩爽12，江屏12+，牛志伟12，檀润华12(1河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心，天津300130；2河北工业大学机械工程学院，天津300130)摘要：为了挖掘深层专利知识，对专利文献权利要求书中的技术特征进行分析，以明确专利产品技术系统的各个元件；分析说明书的技术内容和实施方案，确定技术元件之间的相互作用关系，建

2、立专利技术方案的功能模型，在功能模型的基础上构建专利产品的技术(结构)等级树，并根据公理设计“之字形”映射变换映射出专利产品的功能等级树，结合客户需求验证变换过程的准确性。用功能模型指导构建设计矩阵，以保证映射过程的合理性。通过需求域、功能域、结构域间的映射过程还原发明人的技术创新过程，挖掘专利的深层知识，为消化吸收该技术方案并在该方案技术的基础上进行规避设计提供了技术支持。以牛粪烘干机的相关专利分析为例进行专利概念设计知识的挖掘，验证了该方法的有效性。关键词：专利规避；知识挖掘；创新设计；公理设计中图分类号：THl22 文献标识码：AInnoVa“on knOwledge mining Of

3、 patent around based on axiomatic designHANS“nn91”，mNGPin91抖，N儿，Zi训“1”，丁ANR“扎“n1。2(1National Technology Innovation Method and Tool Enginee“ng Research Center，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China；2SchooI of Mechanical Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China)Abst

4、ract：To mining deep patent knowledge，by analyzing the technical characteristics of claim against in patent document，the each element of patented product technology system was confirmed According to the directions of technology content and implementation plan， the interaction relationship between the

5、 technology elements was determined，and the function model of patent technology scheme was established The general function model of patentedproduct was re“ned based on function model According the connection relationship of function model，the technical(structure)hierarchy tree of patent products wa

6、s built， and the function hierarchy tree of patent product wasmapped based on theory of axiomatic design which could verify the accuracy of transformation process with customerrequirements At the same time，the function model could guide the construction of des培n matrix，which ensuredthe rationality o

7、f mapping processThe inventors technological innovation process was restored by mapping processof customer domain， functional domain and physical domain， and the deep knowledge of patent was dug， whichcould fully understand the technical scheme and provide technical support for patent around design

8、The cow dungdryer design was taken as an example to dig the patent knowledge mining of conceptual design，and the effectivenessof proposed method was veri“edKeywords：patent around；knowledge mining；innovation design；axiomatic design0 引言专利规避设计是一种为避免侵害某一专利的申请范围所进行的一种持续性创新与设计活动，是以专利知识为基础，寻求具有市场价值而不侵害他人专利

9、的创造过程。专利规避设计包括专利知识挖掘分收稿日期：2015一0619；修订日期：2016一03一02。Received 19 June 2015；accepted 02 Mar201 6万方数据计算机集成制造系统 第22卷析和规避设计。专利知识挖掘分析作为专利规避设计的前期阶段存在，主要功能是可以清晰直观地掌握-需要进行规避设计的产品技术，明确规避设计方向，为后续规避设计提供技术支持。专利作为一种技术性文件，既是创新的成果，又是拓展设计知识空间、促进产品创新的重要知识资源z。专利知识挖掘是在专利分析的基础上，对纷繁的技术成果进行剖析、拆分、筛选和合理推测，从而得到专利创新知识及创新原理的过程

10、口。专利知识分为表层专利知识和深层专利知识两部分，表层专利知识可直观表述能够形式化的表达，方便共享与传递；深层专利知识晦涩不明、转化困难，但直接影响着设计者或企业的创新力与竞争力4。目前专利知识挖掘的研究方法主要分为基于发明问题解决理论的辅助创新和应用统计学方法的辅助创新两方面5。前者较多依赖于设计人员的知识储备与设计经验，后者较多依赖于挖掘出的创新方向与机会等知识，两种方法均不能有针对性地挖掘出专利的创新原理知识。因此，若希望突破技术壁垒、实现规避设计，就要对相关专利进行深层次知识挖掘，以激发设计人员的创新思维。专利文献描述了技术方案，也蕴含了设计者隐性的创新过程知识。从认识论的角度，隐性知

11、识存在于人的头脑中6、难以规范化与形式化，但却是知识创新的重要部分。公理设计理论作为设计的一种科学基础，是通过建立一种基于理性思维与逻辑思维的理论工具来指导设计过程7。其存在恰好使隐于思维和经验中的设计准则有了形式化的表达方式8，从而解决深层专利知识挖掘的问题。本文基于深层专利知识对专利知识挖掘与创新的重要性，以功能为深层设计知识的载体，通过利用发明问题解决(Theory of Invention Problem Solving，TRIZ)理论功能模型对专利文件中提取出的结构知识与相互作用关系进行梳理，以构建产品结构等级树，进而应用公理设计的“之字形”映射变换反推出产品创新设计的功能等级树，从

12、而演化出产品的思维与技术创新过程，并依据专利文件中各结构间的相互作用关系构建设计矩阵，判断设计方案是否耦合，为设计研发人员在专利规避设计中明确创新方向。1专利知识挖掘专利信息作为大数据时代下的一个重要组成部分，包含了许多技术信息与潜在的创新机会，对于技术研发人员和企业决策人员尤为重要9。专利知识包含表层专利知识和深层专利知识，专利知识挖掘就是指从现有的专利中提取出隐含其中的潜在信息的过程。表层专利知识可在专利文件的不同组成部分中直观获得；深层专利知识相对隐蔽，需要对表层知识进行分析梳理后挖掘得到，专利知识分类如图1所示。专利知识瞧深层专利知识思维创新原理技术创新原理图1专利知识组成图11 基于

13、功能的创新知识挖掘创新原理知识包含两个层面的含义：思维创新原理，即产品在由需求向功能转化的设计阶段中功能等级树中的创新知识；体现在实现某一具体功能的结构设计中所运用的技术创新原理，即在实现某一功能时结构设计上的创新知识。创新原理知识是深层专利知识，其对创新设计灵感的激发性强。例如专利产品运作时功能结构间的相互交织作用、专利产品设计开发时设计人员的创新原理知识。专利的深层知识隐藏在表层专利知识的背后，需要对分散在专利文件中的表层知识进行提炼分析后得到；表层专利知识对创新设计有很强的指引性。目前很多文献提出的需求知识、原理知识、结构知识等均属于表层知识。设计人员将专利产品的表层知识在专利文件中进行

14、格式化表述，进而阐述专利产品的技术创新点，因此专利的表层知识蕴含在专利文件各个组成部分之间，具体映射关系如图2所示。深层专利知识具有抽象、通用的特点，表层专利知识具有直观、具体的特点，因为专利规避是指为规避专利保护范围来修改现有的机构设计，在设计思路上重于如何利用不同的构造来达成相同的功能，避免触犯他人权利，所以专利规避设计的专利信息挖掘就是在表层专利知识的基础上拓展出深层专利知识，进而应用所挖掘出的深层专利知识来规避直观、具体的表层专利知识，以实现规避设计的目的。即挖掘相关专利的深层专利知识，为设计研发人员万方数据第6期 韩 爽等：基于公理设计的专利规避创新知识挖掘图2专利文件与表层专利知识

15、的映射关系图所用，进而对相关专利的表层专利知识进行规避，完成规避设计。挖掘路径如图3所示。图3深层专利知识的挖掘路径设计过程是将需求转化为功能、将功能转化为结构的一个连续过程。设计过程的创新点就出现在需求向功能的转化过程或功能向结构的转化过程中。换言之，申请专利的创新点就隐含在需求向功能转化或功能向结构转化的过程中。可见，功能的每一次转化都可能出现创新点。但就专利知识的挖掘工作而言，在获取专利文件的知识时只能得到需求知识与结构知识，功能作为一个隐含知识并不能被直接获得，基于此，引入TRIZ中的功能模型概念，功能模型是通过产品各结构元件间的相互作用关系来描述其系统功能实现的过程1 0|，因此要挖

16、掘出隐含在专利知识中的功能知识，可以应用功能模型对专利中的结构知识进行梳理。目前专利挖掘的途径主要有从项目任务出发和从某一创新点出发两种3。从项目任务出发是将项目任务分解为各个组成部分，再逐个提炼组成部分的技术要素，然后挖掘技术要素的创新点、总结技术方案；从某一创新点出发是拓展创新点的关联因素，挖掘关联因素的创新点，总结技术方案。这两种方式虽然出发点和过程方式不同，但最终得到的结果都相同，即可挖掘出专利创新点与技术方案。但是仅挖掘出专利的创新点与技术方案并不意味着已将专利的深层知识完全挖掘出来，因此不能为工程设计人员指明规避方向，也不能反映出技术创新先驱的思维过程。在实际设计中，设计人员的设计

17、往往受阻于某特定技术冲突，针对特定技术冲突可检索到一系列相关专利，而成功规避它就需要充分掌握相关专利的深层专利知识，即技术创新的过程。公理设计作为一种创新设计方法，四个域间所特有的“之字形”映射关系能够直观地反映出设计者的思维创新过程与技术创新过程，因此应用公理设计进行专利深层知识的挖掘，能够满足研发人员了解相关专利技术创新过程的需求。12基于公理设计的专利知识挖据公理设计作为一种创新设计方法，以其独特的“之字形”映射变换算法实现产品的设计过程。在产品概念设计过程中，可依据功能独立性公理进行设计判定，以掌握产品设计是否耦合，从而明确设计方向并优化设计方案。因此依据公理设计域间的映射关系对相关专

18、利的表层专利知识进行梳理，挖掘其内在联系，并结合TRIZ的功能模型挖掘出专利的深层知识，完成专利规避设计第一阶段的相关专利分析任务，为第二阶段的设计任务指明设计方向。公理设计四个域间的“之字形”映射关系直观地反映出设计者的思维创新过程与技术创新过程，域是公理设计中最基本和最重要的概念，贯穿于整个设计过程之中111。公理设计认为设计问题是由4个域构成的，即用户域(customer domain)、功能域(functional domain)、结构域(physical domain)和工艺域(process domain)。每个域中又有各自的元素，分别为用户需求(costom needs)、功能要

19、求(function requirements)、设计参数(design parameters)和工艺变量(process variables)1 2。相邻两域间左侧域表示“想要得到的是什么”即目标，右侧域表示“如何实现左侧需求”即方案，以此进行映射。设计的过程就是这4个域之间的“之字形”映射过程。由图2所示专利文件与表层专利知识的映射关系图可直接得到专利知识的获取来源，将获取的专利表层知识与公理设计中的各个域间元素相联系，不难看出由专利文件获取到的各个表层专利知识分别对应公理设计不同的域间元素，其中需求知识对应需求域中的用户需求、原理知识对应功能域中的功能要求、结构知识对应结构域中的设计参数

20、。从而实现了将专利的表层知识从专利文件中提取出来并应用到公理设计中的过程，为继续应用公理设计进行深层专利知识挖掘提供必要的准备。专利表层知识与公理设计域间元素的对应及映射关系如图4所示。因此，应用公理设计进行专利深层知识的挖万方数据计算机集成制造系统 第22卷掘，能够满足研发人员了解相关专利技术创新过程的需求。用户域 功能域 结构域图4表层专利知识与公理设计对应关系图由图1及图4中的公理设计域间映射关系可知，公理设计用户域与功能域间的映射过程就是深层专利知识思维创新原理知识的实现过程，即产品设计人员由需求向功能转化的过程中，在建立功能结构时所蕴含的创新知识原理；同时，功能域与结构域间的映射过程

21、就是深层专利知识技术创新原理的实现过程，即由功能向结构设计过程中，为实现某一具体功能的结构设计中的创新原理。公理设计4个域间的映射过程就是产品的设计过程，因此应用公理设计还原相关专利产品的设计过程，就是对相关专利深层知识进行挖掘的过程。按照公理设计的“之字形”映射变换关系，每个域中都会映射出一个等级树，而相邻域间等级树的映射、分解过程就是公理设计的过程。因此域间等级树的展开是相互依赖、相互制约的，等级树的展开需要相邻域间自顶向下进行“之字形”映射11【。此外，两个设计公理作为评判产品设计质量优劣的标准，指导设计者在整个设计过程中针对每一级不同的设计方案做出正确的设计决策1 3|，而域间的“之字

22、形”映射过程又是以功能独立性公理为依据，来保证每一步映射的合理性与准确性。功能独立性公理定义功能要求与设计参数之间的关系为：FR一ADP)；其中心， 口-m 设计矩阵A一 i l，以表示FR的数目；L。 n。 Jm表示DP的数目。通过上述公式可以看出，在设计过程中，若改变自身设计参数对其他功能要求没有影响，则能够保证各功能要求之间是相互独立的1 4|。因此当设计矩阵是对角阵时公理1得到满足n 5|。若设计矩阵为对角阵，则表示设计是非耦合的，设计参数使每个功能要求得到满足即可，规避设计时可直接应用创新原理进行设计；若设计矩阵为三角阵，则表示设计是准耦合的，设计参数需按照一定顺序进行设计，以保证功

23、能要求之间相互独立，规避设计时则可引入冲突矩阵以辅助设计；否则设计为耦合的，不符合独立公理的设计要求，需引入资源、零功能、效应等解耦方法对现有设计进行解耦处理，通过功能解耦实现对现有专利技术的规避。功能独立性公理应用于域间的每一次“之字形”变换过程中，保证了域间的每一次映射过程在产品设计中的合理性。因此，将功能独立性公理作为判定公理，应用于以公理设计为基础的还原专利产品设计的过程中，可以保证还原过程的合理性与准确性。2基于公理设计的专利知识挖掘方法对工程设计人员而言，规避设计往往是围绕某特定技术冲突进行的，针对特定的技术冲突，可以检索出一系列相关专利。为了能够更全面地掌握解决问题的技术信息、完

24、成规避设计，需要对这些相关专利进行深度分析与挖掘，以充分掌握相关专利的技术信息与技术创新过程。挖掘专利中蕴含的知识是掌握技术信息的一条快速便捷之路，若能对相关专利进行剖析，了解相关专利技术创新的过程，进而启发设计人员的创新灵感，则能够对其进行有效的规避设计。专利技术挖掘的前提是必须进行专利知识解读，专利知识的来源主要是专利说明书和权利要求书。专利说明书作为技术性文件，不仅可以从中读出专利设计的结构组成和功能，还可以挖掘出专利申请时期的市场需求。权利要求书可重点挖掘明确提出权利要求的部分，即专利创新点。可通过对专利说明书和权利要求书中专利知识的解读及掌握，运用TRIZ及公理设计分析方法进行专利知

25、识的深层挖掘。专利知识的挖掘分为解读相关专利和挖掘相关专利两部分进行。解读相关专利的过程是了解掌握相关专利的过程；挖掘相关专利的过程是寻找相关专利技术缺口的过程。两者结合可为后续进行规避设计明确规避方向。在相关专利说明书及权利要求书的表层知识分万方数据第6期 韩 爽等：基于公理设计的专利规避创新知识挖掘析解读中，可以获得相关专利的结构知识、功能知识、需求知识和专利创新点。其中结构知识和需求知识与公理设计域间的变换相结合，可以挖掘出相关专利的深层专利知识：技术创新原理知识，因其通用的特点可以转接到规避设计中加以应用；专利创新点，可为后续规避设计明确规避目标，指导设计研发人员进行规避设计。基于公理

26、设计的专利创新知识挖掘(流程图如图5)可大致分3部分进行，即构建产品功能模型、实现公理设计“之字形”映射变换、确定规避设计方向。具体步骤如下：步骤1分析相关专利权利要求书的内容，通过解读权利要求书中提到的技术创新点，筛选出相关专利的权利保护点，确定相关专利的技术创新点，明确后续规避设计的目标。步骤2分析相关专利说明书的内容，通过解读说明书中的技术背景介绍，提炼出该技术的发展历史与现状，同时总结归纳现存问题，大致概括该技术的市场前景与目标客户需求。将整理出的信息按类整理清晰，作为公理设计客户域的元素，为后续域间的“之字形”变换提供数据。步骤3分析相关专利说明书的内容，通过解读说明书中的技术方案，

27、掌握专利产品的技术组成。根据技术方案说明的各元件间的连接关系和作用关系，建立相关专利的功能模型，并根据技术方案说明确定各元件间的输入输出流。步骤1步骤3的重点是借助专利文件所提供的技术知识，结合TRIZ的功能模型，针对待规避的专利文件进行专利表层知识梳理。TRIZ不仅有系统化的专利分析方法和工具，还可通过应用TRIZ正确合理地获得相关专利的技术信息，为后续产品创新提供理论支撑口引。其中通过对技术知识的整理得到的功能模型是指导后续步骤必不可少的内容功能模型，能清楚地表示出系统元件以及元件间的作用关系口引：能够指导后续步骤建立结构等级树；“之字形”映射过程中，设计矩阵建立的依据即功能模型中各元件间

28、的相互作用关系可直接反映各级设计矩阵中a。的数值，辅助实现“之字形”映射变换。步骤4挖掘相关专利总功能。依据步骤3中建立的功能模型概括产品实现的总功能，并总结功能模型中元件间的相互作用关系，明确总功能模型的输入输出流，建立产品总功能黑箱模型。步骤5挖掘相关专利结构域中的设计参数。分析步骤3中所建立的功能模型各元件间的相互作用关系：若两元件间的作用为串联关系，则两元件在结构树中为上下级关系；反之，若两元件间的作用为并联关系，则两元件在结构树中为同级关系。以此建立相关专利产品的结构树。步骤6采用公理设计域间的映射算法演化功能域中的功能要求。以公理设计4个域间算法为基础，将步骤2中得到的需求数据信息

29、与步骤5中得到的设计参数信息整合，演化功能树。将结构域中的树形设计参数自顶向下逐级向功能域映射，即依据结构(设计参数)推论出此结构实现的功能(功能要求)。以此类推，逐级逐项进行，最终形成与结构树相对应的功能树，并应用设计矩阵验证此过程的合理性。得到功能树后，将功能元与步骤2中得到的客户需求进行映射，构建关联矩阵，挖掘思维创新过程。通过客户需求与功能元之间的关联矩阵，反向验证结构域向功能域映射过程的合理性。步骤4步骤6的重点是以功能模型为指导构建产品结构树，应用公理设计“之字形”变换算法明确各表层级之间的深层联系。同时以功能独立性公理为指导，对结构树的每一次“之字形”变换进行耦合判定，在保证映射

30、过程合理性的同时得到待规避专利设计的耦合问题，明确下一步规避设计的规避目标和方向。为了挖掘思维创新过程，通过映射后得到的各项功能要求与从专利文件中提取出的客户需求构建关联矩阵，同时可通过矩阵中各需求与功能元素之间的关联与否，再次验证由结构域向功能域映射过程的合理性。在结构域向功能域逐级映射的过程中，每一级映射后，分析同级内各项设计参数与功能要求间的相互影响并建立设计矩阵。依据功能独立性公理进行判定，判断设计的耦合情况。若判定出的设计为非耦合或准耦合的，则说明由结构域向功能域的映射过程是合理的；若判定出的设计为耦合设计，则需要分两种情况进行考虑：由结构域向功能域映射的过程中出现了错误，需要对这一

31、级映射过程重新思考改进；专利产品的设计本身是耦合设计，可直接将此耦合作为第二阶段规避设计的一个方向，不需要再次重新进行这一级映射过程。完成结构域到功能域的全部映射后，将每一级设计矩阵进行整合，构建出专利产品的设计矩阵，并根据此矩阵验证上述步骤中可构建的功能模型的合理性。经过逐级映射、判断后，得到与结构树相对应的完整的功能树，万方数据计算机集成制造系统 第22卷并掌握相关专利设计的耦合情况，为第二阶段的规避设计明确目标。而从结构域向功能域的演化过程就是还原相关专利设计者技术创新的过程，即完成对相关专利的深层知识挖掘的过程。步骤7确定规避设计的方向。将步骤6中得到的设计矩阵的结果进行分析处理：若设

32、计矩阵显示相关专利设计为耦合设计，则可分析其耦合原因，以确定规避方向并对该设计应用资源、零功能或效应等解耦方法进行解耦，从而得到规避设计方案；若设计矩阵显示相关专利设计为非耦合设计，则可结合技术功效矩阵或质量功能配置(Quality FunctionDeployment，QFD)等方法分析客户需求与功能元素间关联矩阵中的产品不足之处，以确定规避方向并对该设计应用效应等创新原理进行规避设计；若设计矩阵显示相关专利技术方案为准耦合设计，则可分析耦合区域的耦合原因，以确定规避方向并引入冲突矩阵等方法以辅助规避设计。相关专利需求情况k说明书l l权利要求书叫专利创新点结构间相互作用关系I I产品结构组

33、成建立产品功能模型确定产品总能及输入输出流构建总功能黑箱模型l l建立产品结构树公理设计“之字形”映射hH建立产品功能树：f恶爹L、 解耦l lN面向创新的规避设计图5专利知识挖掘流程3 节能环保型干燥装置的专利创新知识挖掘目前，工矿、畜牧等行业均在应用干燥装置，虽然干燥原理多有不同，装置结构也各式各样，但干燥装置所要达到的功能都是尽可能降低物料含水率、加快干燥速度。就目前装备技术而言，往往会有大量的热空气和水蒸汽作为废料被排出，浪费了能源。随着近几年环保意识的提高，越来越多的企业意识到节能环保、绿色循环生产的重要性，因此，为了克服现有干燥装置的能源浪费和被干燥物品易受污染的不足，设计出一种新

34、型节能干燥装置迫在眉睫。笔者根据前期的信息搜集和整理工作，在熟悉掌握现阶段干燥脱水装置的技术特征与研究现状的基础上，通过分析确定了规避设计的一系列相关专利。现以其中的热泵式干燥装置(专利号：ZL2008201793265)为例进行专利刨新知识挖掘，具体步骤如下：步骤1 明确相关专利的技术创新点。解读相关专利热泵式干燥装置的权利要求书。概括权利要求书中的内容，得出相关专利的创新点如下：蒸发干燥装置与循环冷却装置分别由导管相连、形成两组串联回路，在优化干燥速度的同时实现热量的循环利用。步骤2挖掘专利技术市场需求。解读相关专利说明书，在其技术背景中挖掘出如下需求要素：达到一定的干燥湿度、加快干燥速度

35、并保证被干燥物的质量、节能、节约成本。步骤3挖掘相关专利的功能模型。解读相关专利说明书并从中整体掌握相关专利技术方案，明确装置的结构组成及相互间的作用原理，即干燥室、蒸发器室、风机、冷凝器室通过风管首尾相连串联在一起，形成空气的循环回路；压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器通过制冷剂导管首尾相连串联在一起，形成制冷剂的循环回路。依据技术方案所述各结构元件之间的相互连接关系，建立相关专利设备的功能模型如图6所示。图6热泵式干燥装置功能模型步骤4挖掘相关专利总功能及输入输出流。根据步骤3中得到的功能模型，归纳出装置所实现的总功能为分离出湿物料中的水分。将功能模型中各结构间的输入输出流进行概括整理，确定

36、总功能的输入为待干燥的湿物料和电能；总功能的输出为干燥后的物料、从湿物料中蒸发出来的水及热能，以此建立产品总功能的黑箱模型如图7所示。万方数据第6期 韩 爽等：基于公理设计的专利规避创新知识挖掘湿警美爿粼分B嚣球图7干燥装置的黑箱模型步骤5 挖掘相关专利的结构树。依据步骤3中得到的功能模型，按照所实现的功能将热泵式干燥装置分为干燥装置、排水装置和循环装置三大组成部分。其中，实现干燥功能的结构有加热器和蒸发器，由功能模型可知，加热器的作用是加热物料、蒸发器的作用是蒸发水汽。两结构的作用属于并联关系，故两结构同级。排水功能的实现首先是依靠压缩机和冷凝器进行凝水，再由一个辅助结构排水口排出。压缩机和

37、冷凝器的作用是凝结水汽，与凝水装置作用相同，压缩机、冷凝器与凝水装置的作用属于串联关系，故为上下级关系。压缩机的作用是压缩制冷，冷凝器的作用是冷却热空气，两结构的作用属于并联关系，故两结构同级。循环功能的实现是由风机和节流装置完成的。风机的作用是使设备内的空气循环流动；节流装置的作用是实现装置内冷却剂的循环流动，两结构的作用属于并联关系，故两结构同级。将以上分析整理成结构树如图8所示。图8热泵式干燥装置结构树步骤6通过公理设计“之字形”映射演化功能树。根据步骤2中得到的需求要素与步骤5中得到的结构树，映射产品功能树。以公理设计域间的“之字形”映射变换为指导，结合步骤3中得到的功能模型，根据结构

38、树逆向推算产品功能树，并逐级进行设计矩阵的判定。步骤61第一级分解。热泵式干燥装置分解为DP。干燥装置、DP：排水装置和DP。循环装置3组设计参数。相应地，映射出热泵式干燥装置的基本功能要求FR排水分解为FR。除水、FR。排水和F尺。循环水汽3个功能要求。通过分析图6功能模型中相应设计参数之间的相互作用关系，得到第一级设计矩阵：1 o o11 1 1J翳荡A2一11 1 J。盛一翻。A2zlo 1j。黝一：鞠。A2slo 1 J。黝一：鞠。万方数据计算机集成制造系统 第22卷这一级的设计矩阵为：厂1 0A3ztlo 1j。经过调整，设计参数和功能要求之间的关系为：烈一黧。lFRJlo 1 Jl

39、DPJ。整合以上3级分解，得到相关专利产品的设计参数与功能关系矩阵如表1所示。表1 热泵式干燥装置的设计矩阵DPIl DPI 2 DP21l DP21 2 DP22 DP31 DP32进一步整理得到结构树与功能树的“之字形”映射关系图如图9所示。热泵式干燥装置干燥I l排水l l循环装置l l装置I l装置骥 貅目刨结构等级树排除水除水|排水I l循环水汽表2 客户需求与功能要求关联矩阵注：1表不有关联；O表不无关联。表2中，各用户需求与功能间存在相互映射关联，能够实现由需求域向功能域的映射，并反映出深层专利知识的思维创新原理知识，同时表2再次验证了由结构域向功能域映射过程即图9的合理性。步骤

40、7归纳相关专利知识挖掘结果：通过对相关专利的解读，明确相关专利的技术创新点，为后续规避设计明确规避目标；步骤6中3级设计矩阵的判定可以确定该专利设计为准耦合设计，其中耦合区域问题为蒸发器与凝水器的作用情况影响风机与节流装置的功能，因此可将此冲突作为规避方向进行第二阶段的规避设计。在规避设计时，工程设计人员可对相关专利引入冲突矩阵或裁减等解题工具，以得到完整的规避方案。公理设计域间的“之字形”映射过程逆向演化出了相关专利设计者的技术创新过程，即挖掘出了相关专利的深层专利知识，可指导工程设计人员进行下一步规避设计。到幽图圉圉4：腓一黼公理刍卧日l羹Il篡图9结构域到功能域的反向“之字形”映射功能等

41、级树由表1可得出各DP、FR间的相关性，验证了图6所示功能模型构建的合理性，说明了关于热泵式干燥装置的功能分析与公理设计分析过程的合理性。通过公理设计结构域到功能域的反映射，得到图9的功能等级树，将上述步骤2中分析出待设计产品的用户需求概括为一定的干燥度、高效性、节能、低成本，分析客户需求与各功能元之间的映射关系如表2所示。设计“之字形”映射变换过程作为专利创新知识挖掘的分析过程，将TRIZ功能模型作为技术向功能演化的工具，实现由表层专利技术知识向深层次创新思维知识的剖析，辅助设计人员充分理解和消化吸收专利技术，并以功能独立公理为依据提出专利规避的方向。以此方法为理论指导进行牛粪烘干装置规避设

42、计，通过对相关专利的分析明确了现有专利创新过程和相关技术，为下一步规避设计明确了规避方向。本文的理论研究总结如下：(1)借助专利权利要求书和说明书提供的技术知识，应用TRIZ功能模型工具提炼出专利文件的结构元件与输入输出流，并以此为依据构建结构等级树，为实现“之字形”映射过程做准备。(2)以公理设计域间的“之字形”映射变换过程为2U垤2j吃踊胁踊腿一万方数据第6期 韩 爽等：基于公理设计的专利规避创新知识挖掘 1395指导，依据结构域中结构等级树映射功能域的各功能元素和功能等级树，以功能独立性公理为判定依据，判定映射过程的耦合情况，保证映射过程的合理性。(3)通过映射出的各项功能要求与从专利文

43、件中提取出的客户需求构建关联矩阵，二次验证由结构域向功能域映射的合理性，同时得到的矩阵可与技术功效矩阵、QFD等相结合，作为非耦合设计的规避方向。根据设计矩阵判定出的专利设计耦合情况，即耦合、准耦合、非耦合3种情况，确定下一步规避设计的规避目标和方向。(4)以牛粪烘干装置的规避设计为实例对该方法进行了验证，应用TRIZ功能模型和公理设计的“之字形”映射变换过程挖掘专利创新知识，并根据设计矩阵判定了专利的耦合情况，明确了下一步规避设计的方向与方法，完成了对牛粪烘干装置专利规避设计的专利分析。参考文献：1 YANG Yun xiaThe analysis on patent infringemen

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45、润华，马建红面向产品创新设计的专利文本分类研究J计算机集成制造系统，2013，19(2)：3823903 xIE shunxingThe method of patent miningJchina Invention and Patent2008(7)：4649(in Chinese)谢顺星专利挖掘方法J中国发明与专利，2008(7)：46494 L1u zheng，Lu Na，SUN LingyunTacit knowledge acquisition method for the process of concept designJJournal ofMechanical Engineer

46、ing，201l，47(14)：184191(in Chinese)刘征，鲁娜，孙凌云面向概念设计过程的隐性知识获取方法J机械工程学报，2011，47(14)：1841915 QIU Qingying，XUE chi，JI Yu，et a1Computeraided innovative system of mechanicaI products based on patent know卜edgeJcomputer Integrated Manufacturing systems，2013，19(2)：354361(in chinese)邱清盈，薛驰，冀 瑜，等基于专利知识的机械产品辅助创新系

47、统J计算机集成制造系统，2013，19(2)：3543616 LU0 Sh钉ian，PAN Yunhe，zHu shangshangPatterns of tacitknowledge based on graphic t hinking in product designJChinese Joumal of Mechanical Engineering，2007，43(6)：354361(in Chinese)罗仕鉴，潘云鹤，朱上上产品设计中基于图解思维的隐性知识表达口机械工程学报，2007，43(6)：354-361_7 suH N PAxiomatic design：advances a

48、nd applicationsMNew York，NY，USA：0xford University Press，20018 SU H N PcompiIexity；theory and applicationsMNewYork，NY，USA：0xford University Press，20059 儿ANG Ping，wANG chuan，SUN Jianguang，et a1Methodand application of patenred design around by combination ofIPc cluster analysis and TRIZJJournal of Mechanical Engineering，2015，51(7)：144154(in Chinese)江屏，王 川，孙建广，等IPC聚类分析与TRIZ相结合的专利群规避设计方法与应用J机械工程学报，2015，51(7)：144一15410 TAN RunhuaTRIz and applications：the process and method oftechnological innovationMBejjing；Higher EducationPress，2010(in chinese)檀润华TRIz及应用一技术创新过程与方法M北京：高等教育出版社，20