基于“任務流”模型的專利知識提取與重用研究

創(chuàng)新設計是指充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科技成果進行創(chuàng)新構(gòu)思，設計出具有科學性、新穎性及實用性的產(chǎn)品的一種實踐活動。專利是創(chuàng)新設計主要的結(jié)果形式，是設計者創(chuàng)造思維和創(chuàng)造技法的結(jié)晶，含有大量可以輔助后續(xù)創(chuàng)新的知識。然而專利文本晦澀難懂，應用專利知識輔助創(chuàng)新困難重重，因此對專利知識的提取與重用的研究具有重要意義。

專利知識研究

當前針對專利知識的研究，可分為宏觀和微觀兩個方向。宏觀研究指的是專利地圖的研究，是一種將某領(lǐng)域內(nèi)專利信息地圖化，通過圖表建立專利戰(zhàn)略、專利管理的理論和方法。微觀專利知識研究主要是針對單一專利文本的知識挖掘、提取和表達機制研究，可以理解為一種專利知識管理。本文的研究屬于后者。當前，該領(lǐng)域內(nèi)研究的主要問題是專利中非結(jié)構(gòu)知識的結(jié)構(gòu)化，為設計中解決具體技術(shù)問題提供參考。例如，浙江大學王朝霞博士從概念設計知識空間角度對專利知識進行了分析，搭建了層次化的專利知識架構(gòu)，并且進一步提出了基于信息抽取技術(shù)的專利知識挖掘模式。然而，這些研究成果對創(chuàng)新設計過程中的概念設計的激發(fā)作用不足，而這種激發(fā)作用正是專利等參考知識的重要價值之一。

專利知識結(jié)構(gòu)體系分析

本文結(jié)合概念設計知識框架，即“需求-功能-原理-結(jié)構(gòu)”，以及專利文本的結(jié)構(gòu)特點，對專利的知識結(jié)構(gòu)做了系統(tǒng)梳理。將專利文本中所包含的知識分為表層專利知識和深層專利知識兩大類。表層專利知識相對直觀，可以在專利說明書的不同板塊中直接獲取，需求知識、結(jié)構(gòu)知識、功能知識、效應原理知識均屬于表層知識。深層專利知識——創(chuàng)新原理知識相對隱蔽，需要在獲取表層信息基礎上作進一步地推演。深層專利知識對概念設計的激發(fā)作用較強。

專利創(chuàng)新原理知識描述

專利中的創(chuàng)新原理知識有兩類，一是專利產(chǎn)品在“需求-功能”設計階段，功能結(jié)構(gòu)中所蘊含的思維創(chuàng)新原理。機電產(chǎn)品的概念設計過程分為需求設計，功能設計，效應原理設計，結(jié)構(gòu)設計四個階段。功能指滿足產(chǎn)品需求的所有功能及功能關(guān)系集合，通常不偏向具體技術(shù)方案。在許多情況下，功能結(jié)構(gòu)可以在實現(xiàn)總功能這一目標下進行變異。這種專利文本中隱含著的變異路線或方法，即思維創(chuàng)新原理。另外一種創(chuàng)新原理知識是體現(xiàn)在實現(xiàn)某一具體功能的結(jié)構(gòu)設計中所運用的技術(shù)創(chuàng)新原理。分功能或子功能的實現(xiàn)依托于結(jié)構(gòu)設計，使得某一功能得以實現(xiàn)所采用的結(jié)構(gòu)設計方法即為技術(shù)創(chuàng)新原理。其實在結(jié)構(gòu)設計階段也存有思維創(chuàng)新原理，不過其主要存在于“需求-功能”設計階段。思維創(chuàng)新原理和技術(shù)創(chuàng)新原理能夠?qū)?chuàng)新設計從思維方法和技術(shù)實現(xiàn)兩方面提供最為直接和有力的支持。

基于“任務流”模型的創(chuàng)新原理知識提取與重用

任務流

機電產(chǎn)品由于其領(lǐng)域特性，有各種抽象的“流”穿插其中，有的貫穿始終如“能量流”，有的是階段性的如“信息流”，有的則是穿插和置換性的如“物質(zhì)流”。專利中的“任務流”是指產(chǎn)品使用過程中子任務運作的關(guān)系集合，以時間為維度，子任務之間存在并行，順次，循環(huán)往復等各種關(guān)系。事實上，在專利中所有的“流”都可以用任務貫穿起來，分析一個有代表性的任務流程，就可以考察動態(tài)的專利知識結(jié)構(gòu)，進而更好地提取和重用專利知識。

創(chuàng)新原理知識提取

“任務流”與專利知識層級的結(jié)合

“任務流”以時間為維度，可以理解為用動態(tài)的視角觀察專利，將專利理解為橫向任務進程。同時，我們還可以以四個平行的專利知識層級結(jié)構(gòu)（需求、功能、效應原理、結(jié)構(gòu)）為參考，從空間視角看待專利知識，將其理解為縱向?qū)蛹壗Y(jié)構(gòu)。在“任務流”行進過程中，四個知識層級有著同步、獨立的運作關(guān)系。由“任務流”組成的橫向進程和由層級結(jié)構(gòu)組成的縱向關(guān)系交織地構(gòu)成了專利創(chuàng)新知識的發(fā)掘平臺——“任務流”模型。通過對專利知識結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析，可以清楚地找到能夠用于專利深層知識（即創(chuàng)新原理知識）逆推的，彼此對應的各層表層專利知識，而通常情況下，專利文本中的各層表層知識是零散的。

創(chuàng)新原理知識提取流程

機電產(chǎn)品創(chuàng)新原理的提取需要借助“任務流”模型對表層知識進行逆推，逆推而得的初始原理知識可進一步借助TRIZ發(fā)明原理的語法模式進行規(guī)范化表達。如果恰與某條TRIZ發(fā)明原理匹配則直接使用該名稱進行表達，如果沒有可以描述該知識的發(fā)明原理則參考TRIZ的命名原則命名。

專利創(chuàng)新原理知識重用思考

逆推，并經(jīng)規(guī)范化描述后得到的創(chuàng)新原理與之前的“任務流”模型可作為專利文本的輔助形式一同輸出，為設計人員的創(chuàng)新設計提供支持。創(chuàng)新原理不是一個固定的工具或步驟，而是一套基于特定環(huán)境的觀察和思考的模式。因為設計問題的復雜性，孤立的原理并不能很有效地指導設計，這種創(chuàng)新原理與“任務流”一同輸出的形式恰好給設計師一個審視的“角度”，一類描述的“語言”以及一種思考的“模式”。

總結(jié)與展望

本文對專利創(chuàng)新原理知識做了系統(tǒng)論述，并創(chuàng)新性地將“任務流”模型應用于專利創(chuàng)新原理的提取和重用。本文成果或可用于智庫專利檢索輸出形式的方案設計，使用戶能夠相對容易和便捷地獲取專利深層知識——創(chuàng)新原理，從而激發(fā)概念設計，促進創(chuàng)新方案的產(chǎn)生。 不足之處在于文中專利數(shù)據(jù)的采集、創(chuàng)新原理知識的推導以及可視化效果的輸出基本為人工操作，因此后續(xù)的工作重點將是運用自然語言理解技術(shù)與計算機圖形手段真正實現(xiàn)該模型。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.041