周善明，陳維斌，宋進(jìn)，楊旭

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

基于TRIZ和專利規(guī)避的智能家居控制方案研究

周善明，陳維斌，宋進(jìn)，楊旭

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

針對(duì)智能家居控制操作智能化的問題，通過TRIZ創(chuàng)新工具深入分析問題的根源，并運(yùn)用矛盾矩陣形成有效解決方案。在對(duì)有效解決方案進(jìn)行專利檢索分析的基礎(chǔ)上，利用物質(zhì)-場(chǎng)對(duì)發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)專利進(jìn)行規(guī)避設(shè)計(jì)，形成了創(chuàng)新的智能家居控制方案并申請(qǐng)多項(xiàng)專利，體現(xiàn)了創(chuàng)新工具和專利信息情報(bào)在科技創(chuàng)新中相輔相成、互相強(qiáng)化的作用，探索了一種基于創(chuàng)新方法和專利分析運(yùn)用的融合創(chuàng)新機(jī)制。

發(fā)明問題解決理論 創(chuàng)新方法 專利 規(guī)避設(shè)計(jì) 智能家居

1 引言

2012年2月工業(yè)和信息化部發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域之一。一年后，《國務(wù)院關(guān)于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》中提出到2015年，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)重要領(lǐng)域的規(guī)模示范應(yīng)用，突破一批核心技術(shù)，初步形成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系。但時(shí)至今日，智能家居仍然處于“叫好不叫座”的尷尬境地，一方面是由于智能家居價(jià)格仍未達(dá)到親民的水平，另一方面則是目前已有智能家居系統(tǒng)的普遍硬傷——控制繁瑣復(fù)雜。因此，要促進(jìn)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還應(yīng)在其控制方案上做變革，讓智能家居控制更具智能化。

2 研究方法概述

2.1 TRIZ創(chuàng)新方法

TRIZ意為“發(fā)明問題解決理論”，國內(nèi)也形象地翻譯為“萃智”或“萃思”，取其“萃取智慧”或“萃取思考”之義。TRIZ是經(jīng)過長時(shí)間實(shí)踐驗(yàn)證，并在各個(gè)領(lǐng)域中均獲得過不菲成績的知名創(chuàng)新方法，目前已經(jīng)在歐美和亞洲發(fā)達(dá)國家、地區(qū)的企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，大大提高了企業(yè)的創(chuàng)新效率。有研究表明，在技術(shù)研發(fā)中使用TRIZ，可以使新產(chǎn)品開發(fā)過程縮短50%的新產(chǎn)品上市時(shí)間，提升60%～70%的新產(chǎn)品開發(fā)效率，并可增加80%～100%的專利數(shù)量且顯著提高專利的質(zhì)量。

TRIZ是前蘇聯(lián)著名的發(fā)明家和創(chuàng)造家阿奇舒勒對(duì)數(shù)以百萬計(jì)的專利進(jìn)行研究，建立的一套體系化、實(shí)用的解決發(fā)明問題的理論方法。有組織就TRIZ的效用進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)：2組具有同等行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的工程師，A組經(jīng)過了1周的TRIZ培訓(xùn)，B組未經(jīng)過培訓(xùn)，在有限的時(shí)間內(nèi)嘗試解決相同發(fā)明問題，A組有68%的人得出了解決方案，B組只有2%的人得出方案，從而表明了TRIZ的有用性和高效性。

2.2 專利規(guī)避設(shè)計(jì)

隨著知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度的完善，研發(fā)伊始就需要考慮專利侵權(quán)的問題，否則等研發(fā)完成甚至產(chǎn)品上市時(shí)若發(fā)現(xiàn)研發(fā)成果是侵權(quán)的，研發(fā)單位將進(jìn)退兩難。這種現(xiàn)實(shí)倒逼著研發(fā)單位在研發(fā)設(shè)計(jì)開始和過程中就應(yīng)該對(duì)研發(fā)方向及方案進(jìn)行專利檢索、對(duì)比，并在必要的時(shí)候?qū)ρ邪l(fā)方案進(jìn)行專利規(guī)避設(shè)計(jì)，盡可能保證研發(fā)方案不落入到風(fēng)險(xiǎn)專利的保護(hù)范圍，且搶先將專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案申請(qǐng)專利，保證自己產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有基本對(duì)等的知識(shí)產(chǎn)權(quán)競(jìng)爭(zhēng)力。

專利規(guī)避設(shè)計(jì)需要就目標(biāo)市場(chǎng)的專利情況進(jìn)行檢索和分析，基于專利侵權(quán)判定原則和目標(biāo)市場(chǎng)國家相關(guān)法律的要求，確定風(fēng)險(xiǎn)專利，并采用一定的創(chuàng)新方法如TRIZ，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)方案和高侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)專利進(jìn)行技術(shù)規(guī)避設(shè)計(jì)，獲取專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案。

3 基于TRIZ的智能家居控制方案分析

3.1 分析技術(shù)問題并明確發(fā)明問題

（1）系統(tǒng)分析

功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的描述，而實(shí)現(xiàn)某種特定功能的系統(tǒng)組件就是功能元，明確技術(shù)系統(tǒng)的功能元是后續(xù)利用TRIZ工具分析的基礎(chǔ)。智能家居系統(tǒng)分析如表1所示：

表1 智能家居控制系統(tǒng)系統(tǒng)分析表

（2）功能分析和確定矛盾區(qū)域

功能分析的目的是對(duì)功能元之間相互的功能關(guān)系進(jìn)行分析，進(jìn)而明確系統(tǒng)中存在矛盾區(qū)域，并將矛盾區(qū)域明確出來。智能家居控制系統(tǒng)功能分析如圖1所示。

通過圖1可知，智能家居控制系統(tǒng)矛盾區(qū)域?yàn)椋喝瞬僮髦噶罟芾砥鬈浖?，用曲線箭頭表示。

（3）最終理想解IFR分析

最終理想解IFR是通過6個(gè)明確問題，一步一步推導(dǎo)出解決IFR關(guān)鍵問題的方向。智能家居控制系統(tǒng)最終理想解IFR的6個(gè)問題步驟如下：

圖1 智能家居控制系統(tǒng)功能分析圖

1）設(shè)計(jì)的最終目的是什么？

人可以輕松地控制智能家居里面的設(shè)備。

2）IFR是什么？

智能家居系統(tǒng)能自動(dòng)完成人想要的操作。

3）達(dá)到IFR的障礙是什么？

系統(tǒng)無法懂得人想要做什么。

4）出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么？

系統(tǒng)控制只能有人通過控制器發(fā)出控制指令來實(shí)現(xiàn)控制和操作。

5）不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么？

控制器自己能根據(jù)人的需求發(fā)出相應(yīng)的操作指令。

6）創(chuàng)造這些條件的可用資源是什么？

人、控制器、智能家居設(shè)備。

解決方案的方向：控制器能預(yù)測(cè)人的各種需求，自動(dòng)生成控制指令并發(fā)送到智能家居系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備中，完成控制操作。

（4）明確發(fā)明問題

通過上述分析可以明確發(fā)明問題為：如何實(shí)現(xiàn)指令管理器軟件根據(jù)人的需求自動(dòng)完成智能家居系統(tǒng)的操作控制的問題。

3.2 選擇TRIZ工具求解發(fā)明問題

（1）多屏幕及資源分析

在完成問題分析后，需進(jìn)一步分析要解決該發(fā)明問題，手頭可用的資源有哪些。如圖2所示，以指令管理器（智能手機(jī)）作為資源分析對(duì)象，利用多屏幕法進(jìn)行資源分析。

圖2 智能家居控制系統(tǒng)多屏幕分析圖

在多屏幕分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該9種狀態(tài)的物質(zhì)資源、場(chǎng)資源、信息資源、時(shí)間資源、空間資源和功能資源進(jìn)行進(jìn)一步分析，形成了表2。

（2）利用TRIZ矛盾工具求解發(fā)明問題

TRIZ中可以這樣理解矛盾，它是內(nèi)在要素、作用或主張彼此不一致或相反的情景，特別是指“雙失”情況，即因?yàn)槭褂贸Ｒ?guī)方法來改進(jìn)當(dāng)前問題情景而產(chǎn)生無法忍受的后果，解決了矛盾實(shí)際上就是解決了發(fā)明問題。

在功能分析中確定矛盾區(qū)域?yàn)椋喝瞬僮髦噶罟芾砥鬈浖?，那么下面?duì)該矛盾區(qū)域分析，轉(zhuǎn)化出技術(shù)矛盾和物理矛盾描述。

1）利用矛盾矩陣求解

表2 智能家居控制系統(tǒng)資源分析表

人操作指令管理器軟件的矛盾中，是希望達(dá)到操作簡(jiǎn)單且同時(shí)不損害所要提供的所有操作功能，即技術(shù)矛盾表述為：“操作要簡(jiǎn)單”與“指令管理器軟件控制功能豐富”之間的矛盾，表現(xiàn)為：需要優(yōu)化的是操作變得簡(jiǎn)單，惡化的是指令管理器軟件的控制功能將要變少。將矛盾轉(zhuǎn)化為以下沖突標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)：

◆改善的通用工程參數(shù)為：33、操作流程的方便性；

◆惡化的通用工程參數(shù)為：38、自動(dòng)化程度。

對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理為：1-分割原理、34-拋棄或再生原理、3-局部質(zhì)量原理，對(duì)這些原理的解讀如下：

◆1-分割原理：所有需要的操作分割成需要人參與和不需要人參與，將不需要人參與的部分從指令管理器軟件中剔除掉，使之操作簡(jiǎn)單；

◆34-拋棄或再生原理：針對(duì)不同的使用人或使用時(shí)間段，將不用的功能去除，在針對(duì)的人或時(shí)間段，功能再生，使不同的人或時(shí)間操作簡(jiǎn)單；

◆3-局部質(zhì)量原理：改變場(chǎng)景可用性結(jié)構(gòu)分布，即當(dāng)人在家時(shí)控制可用性高，當(dāng)人不在家時(shí)控制可用性低，包括停止所有非必要運(yùn)行控制，從而讓控制的可用性在空間位置上形成梯度。

2）形成初步的方案以及評(píng)價(jià)

基于矛盾矩陣和分離方法求解獲得的發(fā)明原理，得到以下4種技術(shù)方案：

◆方案1（根據(jù)34-拋棄或再生原理得到）

基于用戶的類別提供控制服務(wù)：如為老人、小孩設(shè)置用戶角色，設(shè)定用戶模式，當(dāng)該老人、小孩操作時(shí)，自動(dòng)完成模式設(shè)置。

◆方案2（根據(jù)1-分割原理、3-局部質(zhì)量原理得到）

基于時(shí)間和用戶習(xí)慣的操作估計(jì)與實(shí)現(xiàn)：設(shè)定上班、到家時(shí)間，根據(jù)時(shí)間設(shè)定功能模式，開啟相應(yīng)操作。

◆方案3（根據(jù)34-拋棄或再生原理得到）

基于學(xué)習(xí)模式的操作和實(shí)現(xiàn)：設(shè)定用戶角色并記錄用戶角色的操作習(xí)慣，包括操作對(duì)象、操作參數(shù)等，形成該用戶角色的操作模式，當(dāng)識(shí)別到用戶進(jìn)行操作時(shí)，自動(dòng)調(diào)取該操作模式提示操作。

◆方案4（根據(jù)1-分割原理得到）

基于位置信息的用戶操作估計(jì)和實(shí)現(xiàn)：利用指令管理器（手機(jī)）的定位功能資源獲取用戶的位置信息，判斷用戶的需求和不需求，提供相應(yīng)的自動(dòng)操作或操作呈現(xiàn)。

雖然方案1、2、3能在一定程度上解決發(fā)明問題，但是成本、創(chuàng)新程度等都不符合理想解要求，而方案4則體現(xiàn)出更大的創(chuàng)新性，因此以方案4作為優(yōu)選方案。

4 基于專利規(guī)避設(shè)計(jì)的智能家居控制方案分析

對(duì)方案4進(jìn)行專利檢索分析，查詢?cè)谌蚍秶鷥?nèi)與該技術(shù)手段和技術(shù)效果相當(dāng)?shù)默F(xiàn)有技術(shù)情況。通過檢索分析，發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)最接近現(xiàn)有技術(shù)為蘋果公司在2014年1月1日于我國公開的一份標(biāo)題為“基于估計(jì)的用戶位置來控制裝置”，公開號(hào)為CN103491498A的同族專利（優(yōu)先權(quán)日為2013年6月9日）。

經(jīng)分析，該專利所披露的技術(shù)方案的發(fā)明點(diǎn)是基于用戶位置（即手機(jī)定位信息）作為控制指令的基本依據(jù)，方案4會(huì)落入到蘋果公司該專利權(quán)利要求保護(hù)范圍，如果該專利獲得授權(quán)，直接實(shí)施方案4會(huì)涉嫌侵犯該專利權(quán)；如果基于方案4申請(qǐng)專利，將受到蘋果公司專利的影響，失去可專利性。因此，有必要針對(duì)蘋果公司的專利進(jìn)行規(guī)避設(shè)計(jì)。

通過對(duì)該專利進(jìn)行功能分析，構(gòu)建該專利保護(hù)技術(shù)方案的模型圖，如圖3所示：

圖3 蘋果公司專利保護(hù)技術(shù)方案模型圖

該專利保護(hù)技術(shù)方案中包含第一裝置、中繼服務(wù)器和第二裝置，第一裝置（如電話、平板電腦）向中繼服務(wù)器提供第一信息（如位置信息），中繼服務(wù)器基于第一信息推斷人的位置，并向第二裝置（如照明系統(tǒng)、安全系統(tǒng)）發(fā)送第二信息，第二信息中包含中繼服務(wù)器推斷的人的位置以及基于該位置的操作指令?；趯＠?guī)避設(shè)計(jì)的思路，通過去掉、替換專利技術(shù)保護(hù)方案中某個(gè)/某些必要功能元而將其功能轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)中其他功能元上，使得系統(tǒng)仍可正常工作，即可得到不落入專利保護(hù)范圍的規(guī)避設(shè)計(jì)方案。因此，初步專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案模型圖如圖4所示。

圖4 初步專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案模型圖

組合第一裝置和中繼服務(wù)器的功能構(gòu)成新第一裝置，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)獲取位置信息、推斷人的位置以及發(fā)送包含人的位置的操作指令到第二裝置的功能?，F(xiàn)有技術(shù)中，利用智能手機(jī)結(jié)合APP的方式，可完成定位、存儲(chǔ)、計(jì)算、發(fā)送等第一裝置和中繼服務(wù)器的相應(yīng)功能，第二裝置可處于局域網(wǎng)中與新第一裝置聯(lián)網(wǎng)通信。因此，初步專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案在現(xiàn)有技術(shù)的條件下具備可行性，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)了新的問題，如圖5所示：

圖5 初步專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案的問題示意圖

在專利技術(shù)保護(hù)方案中的中繼服務(wù)器收集多個(gè)第一裝置的位置信息后，經(jīng)過合規(guī)算法得出第二信息（指令）發(fā)送到第二裝置，而在專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案中，則會(huì)存在多個(gè)新第一裝置同時(shí)或先后向第二裝置發(fā)送第二信息（指令），沒有了中繼服務(wù)器的鑒別和選擇，會(huì)造成第二裝置接收到的控制指令混亂。

為了解決初步專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案的問題，構(gòu)建物質(zhì)-場(chǎng)模型，如圖6所示：

圖6 專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案物質(zhì)-場(chǎng)模型圖

第一裝置S2通過無線通信網(wǎng)絡(luò)R向第二裝置S1發(fā)送第二信息，但當(dāng)多個(gè)第一裝置S2向同一個(gè)第二裝置S1發(fā)送第二信息時(shí)，會(huì)造成信息指令的混亂，表現(xiàn)為產(chǎn)生過度作用。

根據(jù)物質(zhì)-場(chǎng)模型分析，該物質(zhì)-場(chǎng)模型屬于模型不完整（缺少原中繼服務(wù)器的部分功能），運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)解第1.1子級(jí)求解：

解法1：S1.1.2在S2中引入內(nèi)部添加物S3，將S2對(duì)S1的過度相互作用濾除掉：第一裝置中添加一個(gè)關(guān)聯(lián)模塊，在發(fā)出指令之前，關(guān)聯(lián)模塊獲取其他第一裝置位置信息和控制信息，再確定是否需要對(duì)第二裝置進(jìn)行控制。

解法2：S1.1.4利用環(huán)境中已有資源實(shí)現(xiàn)需要的變化，S1的控制狀態(tài)通過R場(chǎng)（通信網(wǎng)絡(luò)）周期性返回到S2，S2的控制指令參考S1的當(dāng)前狀態(tài)決定是否要控制，從而過濾掉S2對(duì)S1的過度相互作用：第一裝置獲得第二裝置的控制狀態(tài)信息，確定是否需要對(duì)第二裝置進(jìn)行控制。

相比較而言，解法1的成本更低，現(xiàn)有資源基本已經(jīng)可以達(dá)到要求，無需額外增加硬件資源，而解法2對(duì)第二裝置要求高，將降低方案的適應(yīng)性，因此基于解法1完善獲得最終解決方案。

5 最終解決方案介紹

基于TRIZ創(chuàng)新方法和專利規(guī)避設(shè)計(jì)，得到智能家居控制方案，如圖7所示：

圖7 智能家居控制系統(tǒng)方案模型圖

智能家居控制系統(tǒng)包括指令管理器100、局域網(wǎng)300和家居設(shè)備200。指令管理器100包括地理信息模塊101、關(guān)聯(lián)用戶信息模塊102和指令模塊103，其中：

（1）地理信息模塊101用于獲取與指令管理器100相關(guān)的地理信息，并將地理信息傳送到關(guān)聯(lián)用戶信息模塊102中；

（2）關(guān)聯(lián)用戶信息模塊102用于接收其他指令管理器100中的地理信息和指令模塊103發(fā)出過的指令信息；

（3）指令模塊103根據(jù)當(dāng)前指令管理器100的地理信息和其他關(guān)聯(lián)指令管理器100的地理信息、指令信息，自動(dòng)生成相應(yīng)控制指令，并通過局域網(wǎng)300將相應(yīng)的控制指令傳達(dá)到指定的家居設(shè)備200執(zhí)行。

6 結(jié)束語

黨的十八大明確提出“科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置?！睆?qiáng)調(diào)要堅(jiān)持走中國特色自主創(chuàng)新道路、實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略。在2015年3月13日出臺(tái)的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于深化體制機(jī)制改革加快實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的若干意見》中，強(qiáng)調(diào)了創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的結(jié)合，利用知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)營造激勵(lì)創(chuàng)新的公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。因此，創(chuàng)新應(yīng)該在充分尊重他人知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，創(chuàng)新也必須要有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

本文通過對(duì)現(xiàn)有智能家居控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用TRIZ創(chuàng)新方法獲得有效的解決方案，根據(jù)所獲得的解決方案進(jìn)行專利檢索分析，并利用專利規(guī)避設(shè)計(jì)理論和TRIZ方法對(duì)解決方案加以改進(jìn)，獲得有效的專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案，且就專利規(guī)避設(shè)計(jì)方案申請(qǐng)了4項(xiàng)發(fā)明專利。在本研究過程中，探索了基于創(chuàng)新方法和專利檢索、分析的融合創(chuàng)新機(jī)制，利用創(chuàng)新方法獲取技術(shù)問題的高效解決方案，同時(shí)形成有效的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，體現(xiàn)了創(chuàng)新工具和專利信息情報(bào)在科技創(chuàng)新中相輔相成、互相強(qiáng)化的作用。

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周善明：知識(shí)產(chǎn)權(quán)經(jīng)理、全國專利代理人、全國二級(jí)創(chuàng)新工程師、全國知識(shí)產(chǎn)權(quán)高水平師資人才，學(xué)士畢業(yè)于武漢大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，從事知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理和研究工作。

陳維斌：高級(jí)工程師，學(xué)士畢業(yè)于華中科技大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州杰賽科技股份有限公司，從事科研項(xiàng)目、質(zhì)量體系和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理等工作。

宋進(jìn)：碩士畢業(yè)于四川大學(xué)，現(xiàn)任廣州杰賽科技股份有限公司科技質(zhì)量部總經(jīng)理，從事體系建設(shè)、管理和知識(shí)產(chǎn)權(quán)等工作。

楊旭：碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任廣州杰賽科技股份有限公司科技質(zhì)量部副總經(jīng)理，從事科研項(xiàng)目、信息化和知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理等工作。

Scheme Research on Smart Home Control Based on Both TRIZ and Patent Evading

ZHOU Shan-ming, CHEN Wei-bin, SONG Jin, YANG Xu
(GCI Science & Technology Co., Ltd., Guangzhou 510310, China)

According to control operation intelligentization in smart-home, root cause of the issue was analyzed by means of TRIZ tool and contradiction matrix was used form effective scheme. Based on patent retrieval of effective schemes, risky patent was converted to be evading design using matter-fi eld. Innovative control scheme in smart-home was formed and multiple patents were applied for. Thus, the complementary and interdependent relationship between innovative tool and patent information in technology innovation was presented. It also explored new integrated innovative scheme based on innovative method and patent analysis application.

TRIZ innovation method patent evading design smart home

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.12.008

N949

A

1006-1010(2015)12-0037-06

周善明,陳維斌,宋進(jìn),等. 基于TRIZ和專利規(guī)避的智能家居控制方案研究[J]. 移動(dòng)通信, 2015,39(12): 37-42.

2015-05-15

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn