魯玉軍，沈佳鋒，王春青

（1. 浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，浙江杭州310018；2. 浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)系，浙江杭州310018）

為了增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)需提高產(chǎn)品的創(chuàng)新性，這就要求企業(yè)去突破競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手設(shè)置的專利壁壘［1-3］。專利規(guī)避設(shè)計(jì)可幫助企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)初期快速尋找技術(shù)機(jī)會(huì)，提高研發(fā)效率；在研發(fā)中結(jié)合相應(yīng)的TRIZ創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)研發(fā)能力；在研發(fā)成功后進(jìn)行專利申請(qǐng)，以確保研發(fā)成果的有效保護(hù)和運(yùn)用［4-5］。

TRIZ 是由根里奇·阿奇舒勒（Genrich S. Altshuller）于1946 年提出的一套用于解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化創(chuàng)新理論和方法［6-7］。TRIZ 包括矛盾矩陣及發(fā)明原理、物-場(chǎng)模型及76 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論等［8-9］。TRIZ起源于專利分析，具備大量分析工具，將TRIZ中的分析工具與專利制度約束特征相集成，可以有效實(shí)現(xiàn)基于TRIZ的專利群規(guī)避設(shè)計(jì)［10］。

目前針對(duì)專利規(guī)避方法的研究主要集中于單一專利，如：Hung等［11］基于TRIZ創(chuàng)新方法提出了一個(gè)圍繞已有專利設(shè)計(jì)的集成過程，并以便攜式磁沖擊工具為例進(jìn)行了驗(yàn)證；Li等［12］提出了一種基于TRIZ的裁剪專利設(shè)計(jì)方法，并得到了堆芯噴射系統(tǒng)的2種修形方案。

針對(duì)專利群規(guī)避方法的研究，江屏等［13］結(jié)合IPC聚類分析與TRIZ理論，提出了一種專利群創(chuàng)新規(guī)避設(shè)計(jì)方法，并以封隔器專利群為例驗(yàn)證了該方法的可行性；李輝等［14］提出了基于AFD（anticipatory failure determination，預(yù)期失效分析）的傘型專利組合規(guī)避設(shè)計(jì)流程，并對(duì)某擦窗機(jī)器人進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和相關(guān)專利申請(qǐng)；王青青［15］通過對(duì)產(chǎn)品族演化規(guī)律以及企業(yè)專利布局策略的分析，提出了基于TRIZ的競(jìng)爭(zhēng)性專利群規(guī)避方法，并將該方法應(yīng)用于清分扎把一體機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)性專利群規(guī)避；穆秀秀［16］利用引證分析法得到核心專利，提出了基于核心專利群的規(guī)避設(shè)計(jì)方法，并將它應(yīng)用于活塞銷壓拆機(jī)構(gòu)的專利群規(guī)避；鄭元松［17］使用“IPC-技術(shù)-功效”模型圖獲取了核心專利群，并通過組件-功能得分表確定核心專利中的目標(biāo)組件，提出了一種基于TRIZ的專利群規(guī)避設(shè)計(jì)方法，并將它應(yīng)用于3個(gè)專利群的規(guī)避設(shè)計(jì)。上述文獻(xiàn)中的專利群規(guī)避方法雖建立了組件樹和功能樹，但未組合使用組件規(guī)避和功能規(guī)避，仍不能避開專利群的保護(hù)范圍。

為解決上述問題，筆者提出了一種專利群規(guī)避方法：首先，通過專利檢索方法分析目標(biāo)專利群，并確定目標(biāo)組件；然后，通過細(xì)讀專利信息建立每個(gè)專利的組件樹與功能樹，并構(gòu)建組件-功能表確定規(guī)避范疇，同時(shí)使用庫組件將每個(gè)專利聯(lián)系起來，構(gòu)建總功能模型圖；最后，利用組件規(guī)避和功能規(guī)避以及TRIZ創(chuàng)新方法改善總功能模型圖中的不足功能、過度功能和有害功能，得到新方案，并對(duì)新方案進(jìn)行侵權(quán)判定。以玉米脫粒機(jī)專利群為例來驗(yàn)證所提出方法的可行性。

1 基于TRIZ的專利群規(guī)避方法

基于TRIZ 的專利群規(guī)避方法主要分為4 個(gè)步驟：第1 步，通過關(guān)鍵詞和IPC 的布爾運(yùn)算檢索選擇目標(biāo)專利群；第2 步，利用組件-功能表，建立總功能模型圖，分析并確定規(guī)避問題；第3步，利用組件規(guī)避和功能規(guī)避以及TRIZ創(chuàng)新方法得到初步方案解；第4步，通過侵權(quán)判定原則進(jìn)行侵權(quán)判定，若不侵權(quán)，則得到最終方案解，并進(jìn)行專利組合申請(qǐng)?；赥RIZ的專利群規(guī)避方法的具體流程如圖1所示。

1.1 選定對(duì)象

通過專利的檢索與查詢選定規(guī)避對(duì)象，其中：授權(quán)時(shí)間越近的專利的參考意義越大，應(yīng)該重點(diǎn)分析；而年代比較久遠(yuǎn)的專利，雖然其技術(shù)相對(duì)落后，但通過對(duì)此類專利進(jìn)行歸納總結(jié)可以得出技術(shù)發(fā)展進(jìn)化的趨勢(shì)，可用于預(yù)測(cè)未來新技術(shù)發(fā)展動(dòng)向。針對(duì)專利庫中的大量專利，可以通過對(duì)關(guān)鍵詞和IPC的布爾運(yùn)算檢索聚焦目標(biāo)專利群，再根據(jù)實(shí)際要求對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行整理并選定對(duì)象［18］。

1.2 定義問題

在選定目標(biāo)專利群為規(guī)避對(duì)象后，開始進(jìn)行功能分析，功能分析包括組件分析和功能模型建立。

首先進(jìn)行組件分析，將每個(gè)專利進(jìn)行拆分，并識(shí)別系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)組件，對(duì)于系統(tǒng)組件，需分析每個(gè)組件的功能，并建立基于三大層次的目標(biāo)專利的組件-功能樹狀圖［19］，如圖2 所示。接著構(gòu)建專利群組件-功能表，如表1所示，將相同組件或具有相同功能的組件標(biāo)識(shí)為庫組件，由表1可知組件A1與組件B1具有相同的功能，它們屬于同一個(gè)庫組件，可確定為庫組件α。同理，組件A2與組件B2可確定為庫組件β。最后使用庫組件將專利群聯(lián)合起來分析，并建立專利群總功能模型，如圖3所示。

圖1 基于TRIZ的專利群規(guī)避方法的具體流程Fig. 1 Flow of patent group circumvention method based on TRIZ

圖2 基于三大層次的目標(biāo)專利的組件-功能樹狀圖Fig. 2 Component-function tree of target patent based on three levels

圖3 專利群總功能模型Fig. 3 Patent group total function model

對(duì)專利群總功能模型進(jìn)行全方位分析，逐一識(shí)別每個(gè)專利規(guī)避區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)功能、不足功能、過度功能和有害功能，確定存在的具體問題以識(shí)別問題功能元。

1.3 解決問題

組件規(guī)避原則為：從不侵權(quán)的角度出發(fā)，運(yùn)用換/改組件、加組件、減組件和拆組件等方法來實(shí)現(xiàn)規(guī)避設(shè)計(jì)，并應(yīng)更有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)組件的需求。功能規(guī)避原則為：運(yùn)用換功能、加功能、減功能和拆功能等方法來實(shí)現(xiàn)規(guī)避設(shè)計(jì)，得到具有創(chuàng)新性的專利。比較組件規(guī)避方法與功能規(guī)避方法，如表2 所示，其中A、B、C1、C2、D表示不同的組件或功能。

表1 專利群組件-功能表Table 1 Patent group component-function table

表2 組件規(guī)避方法與功能規(guī)避方法的比較Table 2 Comparison of component circumvention method and function circumvention method

本文提出的方法是將組件規(guī)避方法和功能規(guī)避方法相結(jié)合，重新架構(gòu)已有專利技術(shù)的組件和功能，確定出需解決的具體問題，并將它變更為TRIZ中的典型問題，根據(jù)功能模型的特點(diǎn)，應(yīng)用矛盾矩陣及發(fā)明原理、物-場(chǎng)模型及76 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論等來確定初步方案解并結(jié)合該技術(shù)的具體領(lǐng)域進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)［20-21］，從而確定最終方案解。

1.4 侵權(quán)判定

通常使用4條原則對(duì)實(shí)用新型專利和發(fā)明專利進(jìn)行侵權(quán)判定：全面覆蓋原則、等同原則、禁止反悔原則和捐獻(xiàn)原則［22］。侵權(quán)的專利一般是違背了上述4條原則中的1條或多條。專利的侵權(quán)判定流程如圖4所示。

圖4 專利的侵權(quán)判定流程Fig. 4 Patent infringement determination process

在專利的侵權(quán)判定過程中，等同原則下侵權(quán)判定可使用“三要素測(cè)試法”［23］，即判斷技術(shù)方法與目標(biāo)專利方法，通過判斷某項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的必要技術(shù)特點(diǎn)是否為了具有相似的效果而使用相似的手段來實(shí)現(xiàn)相似的功能，若兩者為等同特點(diǎn)則為侵權(quán)，否則進(jìn)入下一步判定。等同原則下的侵權(quán)判定如表3所示。

表3 等同原則下的侵權(quán)判定Table 3 Infringement determination under equivalence principle

2 玉米脫粒機(jī)專利群規(guī)避設(shè)計(jì)

玉米脫粒機(jī)是一種對(duì)玉米進(jìn)行脫粒處理的機(jī)械裝置。玉米脫粒機(jī)具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、安全性高及能耗低等優(yōu)點(diǎn)。本文將以某公司玉米脫粒機(jī)專利群為實(shí)例，應(yīng)用提出的方法進(jìn)行專利群規(guī)避設(shè)計(jì)，改進(jìn)玉米脫粒機(jī)并申請(qǐng)相關(guān)專利。

步驟1：綜合關(guān)鍵詞檢索和IPC檢索，確定目標(biāo)專利群為玉米脫粒機(jī)。某公司關(guān)于“玉米脫粒機(jī)”產(chǎn)品有2個(gè)專利，分別為CN 104350891B（玉米脫粒機(jī)）［24］和CN 104350892B（玉米脫粒裝置）［25］，是一個(gè)脫粒效果好的玉米脫粒機(jī)專利群。玉米脫粒機(jī)主要是利用一對(duì)連接在相互嚙合齒輪上的脫粒輥對(duì)玉米擠壓來使玉米脫粒，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 玉米脫粒機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 5 Structure diagram of corn thresher

步驟2：首先，對(duì)玉米脫粒機(jī)和玉米脫粒裝置進(jìn)行組件-功能分析。分析每個(gè)專利產(chǎn)品的組件-功能對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到每個(gè)專利的組件-功能樹狀圖，分別如圖6和圖7所示；接著，按照每個(gè)專利的組件-功能樹狀圖，得到玉米脫粒機(jī)專利群的組件-功能表（見表4），并得到庫組件，根據(jù)表4可確定玉米脫粒機(jī)專利群的庫組件為架體、齒輪、脫粒輥、筋條和槽；最后，根據(jù)每個(gè)專利的功能模型圖，通過庫組件對(duì)玉米脫粒機(jī)專利群進(jìn)行聯(lián)合分析，并構(gòu)建玉米脫粒機(jī)專利群總功能模型圖，如圖8所示。

圖6 玉米脫粒機(jī)的組件-功能樹狀圖Fig. 6 Component-function tree of corn thresher

圖7 玉米脫粒裝置的組件-功能樹狀圖Fig. 7 Component-function tree of corn threshing device

表4 玉米脫粒機(jī)專利群的組件-功能表Table 4 Component-function table of corn thresher patent group

圖8 玉米脫粒機(jī)專利群總功能模型Fig. 8 Total function model of corn thresher patent group

步驟3：逐一識(shí)別每個(gè)專利規(guī)避區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)功能、不足功能、過度功能和有害功能，確定存在的具體問題來識(shí)別問題功能元。

對(duì)于動(dòng)力機(jī)構(gòu)（B1），它對(duì)帶輪表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)作用。

對(duì)于支撐機(jī)構(gòu)（B2），架體對(duì)脫粒輥表現(xiàn)為過度作用，可采用減組件方法來刪除架體，但玉米脫粒機(jī)又需要架體起支撐作用。為解決這一物理矛盾（改善和惡化的參數(shù)均為穩(wěn)定性），采用四大分離原理中的空間分離原理，將架體分開，并在兩部分架體之間安裝彈簧，這樣既能使架體產(chǎn)生一定的柔性又能起支撐作用。

對(duì)于傳輸機(jī)構(gòu)（B3），開口和手對(duì)玉米表現(xiàn)為不足作用，可采用加功能方法對(duì)傳輸機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。利用物-場(chǎng)分析來解決，建立傳輸機(jī)構(gòu)的物質(zhì)-場(chǎng)模型，如圖9所示，其中S1代表玉米，S2代表開口，F(xiàn)為機(jī)械場(chǎng)。查找76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，發(fā)現(xiàn)此問題符合標(biāo)準(zhǔn)解分類中的第1類：不改變或僅少量改變系統(tǒng)。對(duì)照玉米脫粒機(jī)的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)解法No.3——用永久或臨時(shí)的外部添加物來強(qiáng)化物-場(chǎng)模型，可解決此問題。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解法No.3確定新的物-場(chǎng)模型，如圖10所示。

圖9 傳輸機(jī)構(gòu)的物-場(chǎng)模型Fig. 9 Substance-field model of transmission mechanism

圖10 傳輸機(jī)構(gòu)新的物-場(chǎng)模型Fig. 10 The new substance-field model of transmission mechanism

根據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)新的物-場(chǎng)模型，對(duì)原理解進(jìn)行方案細(xì)化，在開口處安裝一個(gè)螺旋送料裝置，既可提高玉米放置效率又能增強(qiáng)安全性。

對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（B4），玉米須等雜質(zhì)對(duì)齒輪產(chǎn)生有害作用，可采用減組件方法嘗試刪除齒輪機(jī)構(gòu)以降低裝置復(fù)雜性，但刪除齒輪機(jī)構(gòu)可能會(huì)降低生產(chǎn)效率。對(duì)于這對(duì)技術(shù)矛盾，改善的參數(shù)為系統(tǒng)復(fù)雜性36，惡化的參數(shù)為適應(yīng)性35。查找矛盾矩陣，得到4個(gè)發(fā)明原理，如表5所示。采用動(dòng)態(tài)特性原理，在帶輪處安裝一個(gè)張緊輪，用來調(diào)節(jié)皮帶的松緊以適應(yīng)架體的柔性變化。

表5 TRIZ的4個(gè)發(fā)明原理Table 5 Four invention principles of TRIZ

對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)（B5），筋條對(duì)玉米表現(xiàn)為不足作用，導(dǎo)致玉米在一對(duì)脫粒輥之間移動(dòng)，從而使玉米兩側(cè)脫粒不充分，可采用加功能方法，利用技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論中的“幾何進(jìn)化-線性（點(diǎn)、一維、二維、三維）”，在脫粒輥上螺旋分布脫粒刺，可讓玉米邊移動(dòng)邊旋轉(zhuǎn)，提高脫凈率。

改進(jìn)后的玉米脫粒機(jī)專利群總功能模型圖如圖11所示。

改進(jìn)后玉米脫粒機(jī)具備破碎率低、脫凈率高、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，其工作原理為：玉米從進(jìn)料斗倒入，由螺旋送料裝置送至脫粒輥處，脫粒輥上螺旋分布的脫粒刺使玉米邊前進(jìn)邊旋轉(zhuǎn)，達(dá)到脫粒效果，出渣斗收納玉米芯，出料斗收納玉米粒。改進(jìn)后玉米脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖12所示。

步驟4：進(jìn)行侵權(quán)判定。通過判定可知改進(jìn)后的玉米脫粒機(jī)不侵犯全面覆蓋原則，根據(jù)“用不同手段、不同功能得到相同效果”判定該玉米脫粒機(jī)不侵犯等同原則。將改進(jìn)后的玉米脫粒機(jī)進(jìn)行專利組合申請(qǐng)。

3 結(jié) 語

基于TRIZ 的專利群規(guī)避方法，以TRIZ 創(chuàng)新方法為依據(jù)，針對(duì)已有專利保護(hù)范疇的不足，在不侵權(quán)的前提下，根據(jù)提出的專利群規(guī)避流程進(jìn)行技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。以某公司玉米脫粒機(jī)專利群為例進(jìn)行規(guī)避設(shè)計(jì)，通過提出的規(guī)避方法確定專利群的規(guī)避范圍為脫粒輥、架體和送料裝置，利用TRIZ對(duì)這些元件產(chǎn)生的不足作用、過度作用、有害作用進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，獲得了不侵權(quán)的新玉米脫粒機(jī)。應(yīng)用基于TRIZ 的專利群規(guī)避方法進(jìn)行專利規(guī)避設(shè)計(jì)，以突破目標(biāo)專利群為目的，可為企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新提供技術(shù)保證。

圖11 改進(jìn)后的玉米脫粒機(jī)專利群總功能模型Fig. 11 Total function model of improved corn thresher patent group

圖12 改進(jìn)后的玉米脫粒機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 12 Structure diagram of improved corn thresher