陳錦成，成思源，楊雪榮

（廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510006）

近十年，中國發(fā)明專利申請數(shù)目呈井噴式增長，企業(yè)對于專利知識保護(hù)意識增強(qiáng)，紛紛構(gòu)建專利壁壘以保護(hù)自身創(chuàng)新發(fā)明成果以阻礙后來的者競爭[1]。在知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)下，后發(fā)企業(yè)想通過模仿技術(shù)設(shè)計(jì)出不構(gòu)成專利侵權(quán)的產(chǎn)品，需要利用繞開專利壁壘保護(hù)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，即專利規(guī)避技術(shù)。

專利規(guī)避被眾多學(xué)者研究并提出多種設(shè)計(jì)方法[2]。其中可拓學(xué)以其解決矛盾問題時(shí)可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于專利規(guī)避研究中。李千靜等[3]提出了一種基于可拓學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件的專利規(guī)避設(shè)計(jì)方法，利用軟件建立專利功能模型后運(yùn)用可拓變換進(jìn)行專利規(guī)避。米晶晶等[4]把專利文本轉(zhuǎn)化為可拓模型，對規(guī)避對象建立可拓基元集，利用可拓變換完成專利規(guī)避。陳曉菁等[5]將可拓變換與TRIZ 理論相結(jié)合開展專利規(guī)避，通過可拓變換構(gòu)建規(guī)避路徑以獲取規(guī)避模型，最后以TRIZ 理論解決規(guī)避過程中出現(xiàn)的問題。上述研究驗(yàn)證了可拓學(xué)應(yīng)用于專利規(guī)避的可行性，但均針對單一專利進(jìn)行規(guī)避設(shè)計(jì)且多針對組件建立物元模型以開展規(guī)避，甚少考慮功能概念，仍存在侵犯同一應(yīng)用領(lǐng)域其他專利的風(fēng)險(xiǎn)。

對此，以專利群為對象的規(guī)避設(shè)計(jì)研究逐漸增加。鄭元松等[6]利用國際專利分類號IPC—技術(shù)—功效三維圖分析核心專利群，獲取與目標(biāo)技術(shù)相似的核心專利并結(jié)合問題解決理論TRIZ 進(jìn)行專利規(guī)避設(shè)計(jì)。魯玉軍等[7]基于TRIZ 理論針對專利群進(jìn)行規(guī)避，通過組件規(guī)避、功能規(guī)避與TRIZ 創(chuàng)新方法進(jìn)行規(guī)避設(shè)計(jì)。鐘瑞洲等[8]提出了一種面向需求的專利群規(guī)避設(shè)計(jì)策略，通過分析專利群得到功能需求并構(gòu)建新產(chǎn)品概念模型。肖河曼等[9]以異類專利產(chǎn)品為目標(biāo)，通過構(gòu)建專利相似矩陣并進(jìn)行組件—功能分析確定規(guī)避對象，并選擇合適的規(guī)避策略開展規(guī)避設(shè)計(jì)。

以上研究體現(xiàn)了TRIZ 理論應(yīng)用于專利群規(guī)避設(shè)計(jì)過程中的可行性，但在對各專利知識的整合過程中仍存在表達(dá)不規(guī)范、整合方向取決于設(shè)計(jì)者主觀判斷等問題。

針對上述專利群規(guī)避設(shè)計(jì)研究所遇到的問題，本文提出一種以可拓理論與功能本體概念作為理論基礎(chǔ)的專利群規(guī)避設(shè)計(jì)方法。該方法的特點(diǎn)在于以規(guī)范化的功能本體知識來整合各專利的知識，并在規(guī)避設(shè)計(jì)過程中利用可拓理論，對規(guī)避功能與對應(yīng)組件建立其基元模型進(jìn)行可拓分析與可拓變換，能有效降低規(guī)避設(shè)計(jì)所得方案侵權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)。

1 基于功能本體與可拓理論的專利群規(guī)避設(shè)計(jì)方法

基于功能本體與可拓理論的專利群規(guī)避方法主要分為四個(gè)階段。第一個(gè)階段，通過IPC 分類號與關(guān)鍵詞界定目標(biāo)專利群范圍；第二個(gè)階段，通過功能本體詞匯對專利群中各專利分別構(gòu)建其功能結(jié)構(gòu)，利用功能本體庫中的功能詞匯層級屬性，將各專利中的共有功能與組件進(jìn)行整合，得到能表達(dá)專利群的總功能結(jié)構(gòu)并確定規(guī)避功能；第三個(gè)階段，對專利群功能結(jié)構(gòu)中的規(guī)避功能進(jìn)行功能變更，并通過可拓分析指引變更方向，利用可拓變換將其相關(guān)組件進(jìn)行變更，得到規(guī)避方案；第四個(gè)階段對所得規(guī)避方案進(jìn)行侵權(quán)判定，若不侵權(quán)則判斷該規(guī)避設(shè)計(jì)方案為最終方案解并進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)?；诠δ鼙倔w和可拓理論的專利群規(guī)避設(shè)計(jì)方法具體流程如圖1 所示。

圖1 基于功能本體與可拓理論的專利群規(guī)避流程圖Fig.1 Flow chart of patent group avoidance based on function ontology and extension theory

1.1 確定目標(biāo)主題

目前國內(nèi)專利數(shù)已超過200 萬件，專利已經(jīng)成為了產(chǎn)品創(chuàng)新過程中不可忽視的參考資料[10]。如何從信息量巨大的專利庫中檢索所需的專利及其專利群成為了提高專利利用價(jià)值的前提。其中國際專利分類號IPC成為了專利分類的一種通用方式，在檢索時(shí)添加IPC號，可限定檢索的技術(shù)領(lǐng)域與應(yīng)用方向。對此，本文使用關(guān)鍵詞+IPC 分類號的方式來檢索目標(biāo)專利，再根據(jù)實(shí)際要求對檢索結(jié)果進(jìn)行篩選并確定目標(biāo)專利群。

1.2 確定規(guī)避內(nèi)容

相對于單一專利，專利群所蘊(yùn)含的創(chuàng)新性知識更多。但該類知識存在于各項(xiàng)專利之中，受限于自然語言以及各專利由不同的專利發(fā)明人撰寫等客觀因素，導(dǎo)致在各專利中，實(shí)現(xiàn)同一目的或同一效果的功能及其組件的描述并未能達(dá)成統(tǒng)一，不利于從專利群中定義一個(gè)或多個(gè)明確需規(guī)避的內(nèi)容。

專利群作為相似專利的集合，在功能知識的獲取過程中，有必要對各專利的功能表述進(jìn)行統(tǒng)一。同時(shí)，專利功能知識的統(tǒng)一表達(dá)有助于后續(xù)整合得到清晰的專利群功能結(jié)構(gòu)，以便最后確定專利群中需要進(jìn)行規(guī)避的功能概念或功能實(shí)現(xiàn)方式。

1.2.1 專利文本處理

在通過關(guān)鍵詞與IPC 分類號兩者共同進(jìn)行檢索后，所得檢索結(jié)果中包括多份專利，若僅依靠人工瀏覽專利文本，其工作量大且效率低。為提高專利文本的使用效率，可使用自然語言處理技術(shù)對其進(jìn)行分析與處理。

專利文本作為一種特殊形式的文本，具有固定的組成部分，其中說明書附圖、權(quán)利要求書、專利說明書部分蘊(yùn)含了該專利的絕大多數(shù)的技術(shù)特征等創(chuàng)新性知識[11]。首先，劃定上述部分作為處理對象。之后，提取上述處理對象的文字內(nèi)容，對其段落文字內(nèi)容根據(jù)符號進(jìn)行切割分句，再剔除各句子的副詞、介詞等無關(guān)詞匯，再依據(jù)詞語性質(zhì)進(jìn)行分詞以獲取組件名詞組與技術(shù)特征表達(dá)詞組，用于后續(xù)的功能結(jié)構(gòu)建立。

對于專利文本中的組件詞匯，可從各專利說明書的附圖說明部分通過提取名詞的方式來獲取。此外，專利中用于表達(dá)技術(shù)特征的句子具有明顯的引導(dǎo)文句結(jié)構(gòu)，如：“利用…手段”“采用…技術(shù)”等，通過人為定義分詞詞典，可提取出如動賓結(jié)構(gòu)（v+n）或主謂結(jié)構(gòu)（n+v/a）的動名詞短語并整合為技術(shù)特征表達(dá)詞候選組。在獲取候選組后，仍需過濾其中的干擾項(xiàng)[12]。

最終可獲取專利產(chǎn)品的組件名詞組與技術(shù)特征表達(dá)詞組。針對專利文本的自然語言處理流程如圖2所示。

圖2 專利文本處理流程Fig.2 Patent text processing flow

1.2.2 基于功能本體建立各專利功能結(jié)構(gòu)

功能本體可理解為一個(gè)包含了功能術(shù)語及其之間規(guī)范關(guān)系說明的體系，其衍生的概念有功能本體庫[13]。該庫作為一個(gè)功能本體詞匯的標(biāo)準(zhǔn)詞典，為功能結(jié)構(gòu)建模提供了標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語，降低了知識提取過程中概念層次認(rèn)知的模糊程度，同時(shí)也提高了多個(gè)功能結(jié)構(gòu)模型之間的信息一致度，避免了同一功能在不同結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)有歧義的表達(dá)。

通過上一流程對專利文本進(jìn)行自然語言處理并獲取其組件名詞詞組與技術(shù)特征表達(dá)詞組后，可使之與功能本體庫進(jìn)行匹配，將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的功能術(shù)語并建立對應(yīng)的專利功能結(jié)構(gòu)。通過不同層級的功能劃分，專利的總功能可分解為分功能、子功能。最后再把實(shí)現(xiàn)各子功能的組件與之對應(yīng)，建立專利的功能結(jié)構(gòu)。專利功能結(jié)構(gòu)的構(gòu)建流程見圖3。

圖3 專利功能結(jié)構(gòu)構(gòu)建流程圖Fig.3 Patent function structure construction flow chart

1.2.2 基于功能本體建立專利群功能結(jié)構(gòu)

在針對各專利構(gòu)建基于功能本體詞匯的功能結(jié)構(gòu)后，下一步需要將各功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行整合，即把關(guān)聯(lián)程度高的功能進(jìn)行泛化，集合成一個(gè)抽象程度相同或者更高的功能。

功能之間的關(guān)聯(lián)程度可參考功能本體庫。在該庫中，抽象程度各異的功能所處的層級亦不同，進(jìn)而構(gòu)成了功能之間的父子關(guān)系與并列關(guān)系[14]。若不同專利之中存在同一子類的不同功能，如圖4 所示，專利1的功能模型中存在“移除”這一功能，而專利n中存在“隔開”這一功能，則可以對兩者進(jìn)行功能泛化，將其聚類為抽象程度更高的“分開”功能。通過功能泛化，可將各專利的功能結(jié)構(gòu)整合為專利群的功能結(jié)構(gòu)。

圖4 專利群功能泛化流程圖Fig.4 Patent group function generalization flow chart

1.3 規(guī)避方案求解

可拓學(xué)是我國學(xué)者蔡文教授于1983 年提出的一門原創(chuàng)性橫斷學(xué)科，該學(xué)科使用形式化模型研究事物拓展與變換的規(guī)律，在信息表達(dá)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)中發(fā)揮著積極作用[15]。功能可以理解為組件之間的相互作用，屬于事的范疇，故可以通過可拓理論中的事元模型以矩陣形式進(jìn)行表達(dá)，其中事元模型A的組成如下：

事元模型以矩陣形式通過選擇并補(bǔ)充多個(gè)特征量值可對功能進(jìn)行多維度的信息提取與分析，體現(xiàn)了可拓理論中基元模型在信息處理方面的優(yōu)勢。但對專利群存在的所有功能都建立事元模型將導(dǎo)致功能分析信息冗余、規(guī)避方向發(fā)散過多等不良現(xiàn)象產(chǎn)生，不利于后續(xù)有針對性地對特定功能進(jìn)行規(guī)避。因此，有必要先確認(rèn)專利群功能結(jié)構(gòu)中的規(guī)避功能，再針對該功能建立事元模型，以此進(jìn)行后續(xù)的可拓分析以及可拓變換。

在得到專利群功能結(jié)構(gòu)且對其所能實(shí)現(xiàn)的功能具有一定程度的認(rèn)知后，需要從中確認(rèn)規(guī)避對象，即應(yīng)用過程中表現(xiàn)不足的功能。在基于全面覆蓋與等同原則等多個(gè)規(guī)避路徑的基礎(chǔ)上，對于規(guī)避功能進(jìn)行的操作如圖5 所示。

圖5 規(guī)避功能改進(jìn)流程圖Fig.5 Avoidance function improvement flow chart

對于規(guī)避功能，需分別從功能概念以及實(shí)現(xiàn)方式兩個(gè)方面進(jìn)行規(guī)避。其中功能概念的變更主要參考功能本體庫，并以功能本體詞匯之間的層級與從屬關(guān)系為依據(jù)。首先對專利群中的原功能進(jìn)行功能泛化，將其概念進(jìn)一步抽象至其父級功能。之后通過功能同義語義轉(zhuǎn)換，把該父級功能轉(zhuǎn)換為同一功能層級的其他功能。最后對該同級功能進(jìn)行具體化，在其子級功能群中檢索適合的子功能作為新功能替換規(guī)避功能[17]。

通過上述流程使規(guī)避功能變更為與其本質(zhì)不同的新功能，完成功能概念的規(guī)避。但在該過程中，僅有規(guī)避功能的泛化方向是確定的，而后續(xù)的功能同義語義轉(zhuǎn)換以及功能具體化的方向是不確定的。

功能依賴于組件之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)。換而言之，功能變更不僅需要語義理解與概念認(rèn)知，還需考慮功能的實(shí)現(xiàn)方式是否與產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用條件相適應(yīng)。功能的實(shí)現(xiàn)方式對功能變更可起到引導(dǎo)方向的作用。

因此，將可拓理論引入功能變更過程中，通過形式化的基元模型針對規(guī)避功能建立功能事元模型，對其特征實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行可拓分析，以直觀具象的符號為對象進(jìn)行操作更能發(fā)揮功能實(shí)現(xiàn)方式指引功能變更方向的作用。

可拓分析在功能變更過程中的作用如下：

1）拓展規(guī)避功能的多方面知識信息，如原專利群組件的特征屬性與實(shí)現(xiàn)方式的表現(xiàn)狀況等。利用該知識信息為功能變更過程中提供方向指引。

2）基于變更所得的新功能概念，對1）中所得的知識信息進(jìn)行拓展，獲取能實(shí)現(xiàn)新功能的相關(guān)知識信息，將其作為新功能實(shí)現(xiàn)方式的候選方案。

在進(jìn)行可拓分析后，僅得到了豐富的知識信息，而專利群的功能結(jié)構(gòu)與組件并未發(fā)生改變。對此，還需要進(jìn)行可拓變換，將專利群中與規(guī)避功能相關(guān)部分以規(guī)范的形式與可視化的符號操作替換成可拓分析所得的知識信息[18]。

在已有的專利規(guī)避設(shè)計(jì)方法中，主要對原專利中的規(guī)避對象進(jìn)行修剪，使用刪除、替換等形式開展規(guī)避設(shè)計(jì)[19]。對應(yīng)地，在可拓變換應(yīng)用于專利規(guī)避領(lǐng)域時(shí)，主要結(jié)合刪變換與置換變換進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，其表達(dá)式如下所示。

其中ξ可表示為物元M、事元A、關(guān)系元R、特征C或者量值V等，B、B′表示物元M、事元A、關(guān)系元R。通過基元模型對組件與功能進(jìn)行表達(dá)并進(jìn)行可拓變換，可使產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)中的規(guī)避功能及其組件被新功能與相應(yīng)組件替換并形式化地表述該過程[5]。

1.4 方案侵權(quán)判定

在得到規(guī)避設(shè)計(jì)方案后，需對該方案進(jìn)行侵權(quán)判定。目前法律公認(rèn)的侵權(quán)判定原則如下：全面覆蓋原則、等同原則等。其中全面覆蓋原則指被控侵權(quán)物將已有專利中的技術(shù)方案及其技術(shù)特征完全復(fù)制再現(xiàn)，等同原則指被控侵權(quán)物存在與已有專利獨(dú)立權(quán)利要求保護(hù)的技術(shù)特征。

在對規(guī)避方案的判定過程中，需比較規(guī)避方案與已有專利之間的技術(shù)特征集合，以確定方案中的主要技術(shù)特征是否處于已有專利的保護(hù)范圍內(nèi)。若不違反上述原則，即可得到最終方案解。本文所提出的規(guī)避設(shè)計(jì)流程分別對功能及其實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行規(guī)避，所得方案中的新組件與原有專利產(chǎn)品的組件具有不同的技術(shù)特征，并不違背上述判定原則，可有效降低侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

2 案例分析

隨著人們物質(zhì)需求的日益增長，酒類已廣泛出現(xiàn)在人們的日常生活之中。其中大多數(shù)酒采用玻璃瓶進(jìn)行承裝，由于其保護(hù)程度低，提高酒類保護(hù)程度的酒類包裝盒應(yīng)運(yùn)而生。目前酒類包裝盒專利主要的缺陷有：不能針對不同尺寸的酒瓶進(jìn)行安放與保護(hù)、展示盒內(nèi)酒瓶的視覺效果不佳。為基于已有專利群進(jìn)行規(guī)避并設(shè)計(jì)出一款能解決上述缺陷的酒類包裝盒方案。首先基于分類號B65D（用于物件運(yùn)輸?shù)娜萜鳎┡c關(guān)鍵詞“酒類包裝盒”進(jìn)行檢索，以兩種酒類包裝盒專利CN 103318496 A[20]與CN 205381526 U[21]作為本次的目標(biāo)規(guī)避對象。兩個(gè)專利的產(chǎn)品外觀如圖6、圖7所示。

圖6 CN 103318496 A 專利產(chǎn)品外觀示意圖Fig.6 Appearance diagram of patent product CN 103318496 A

圖7 CN 205381526 U 專利產(chǎn)品外觀示意圖Fig.7 Appearance diagram of patent product CN 205381526 U

圖8 酒類包裝盒專利群功能結(jié)構(gòu)構(gòu)建流程圖Fig.8 Function structure construction flow chart of wine packaging box patent group

圖9 功能同義語義轉(zhuǎn)換流程圖Fig.9 Functional synonym semantic transformation flow chart

基于上述可拓分析將固定功能轉(zhuǎn)換為限位功能后，需進(jìn)行更進(jìn)一步的可拓分析，以引導(dǎo)功能具體化的方向。

圖10 功能具體化流程圖Fig.10 Function concretization flow chart

至此，固定功能已通過功能同級語義轉(zhuǎn)換為限位功能，并對限位功能進(jìn)行功能具體化轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為彈性緩沖功能。但所得的新功能仍需通過可拓分析以確認(rèn)實(shí)現(xiàn)該功能的新組件，具體拓展分析如下。

將顯示功能通過酒類包裝盒盒體本身來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)考慮盒體仍有保護(hù)酒瓶的主要功能，需要保證其強(qiáng)度，最后選擇硬度較高的塑料或者強(qiáng)化玻璃作為候選材料。

進(jìn)行多次可拓分析后，得到新功能事元模型及其組件物元模型，下一步需通過可拓變換將專利群的原有功能與組件轉(zhuǎn)化為由功能變更與可拓分析后所得的新功能與組件，可拓變換過程如下。

通過可拓變換后，可把原產(chǎn)品中的規(guī)避功能與相關(guān)組件進(jìn)行替換，從而得到新產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)，見圖11。

圖11 新產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)圖Fig.11 Function structure diagram of new product

新產(chǎn)品物理模型為酒瓶狀圓柱體結(jié)構(gòu)，主要由三個(gè)部分組成，分別為盒體、盒蓋、彈性緩沖組件。

其中盒體、盒蓋直接通過螺紋進(jìn)行連接，兩者均透明，可清晰顯示盒內(nèi)酒瓶。彈性緩沖組件主要由限位擋板、盒體連接板、彈簧組成，其中限位擋板在工作過程中與酒瓶緊密接觸，彈簧能根據(jù)不同尺寸的酒瓶調(diào)整擋板位置使之能保持緊密接觸，同時(shí)起到緩沖減震的效果。對應(yīng)酒瓶的頸部與底部，均有同樣效果的彈簧擋板組合的緩沖組件。新產(chǎn)品酒類包裝盒的剖面結(jié)構(gòu)與彈性緩沖組件布局位置見圖12。

圖12 新產(chǎn)品外觀示意圖Fig.12 Appearance diagram of new product

相比已有的專利群產(chǎn)品，該產(chǎn)品能適應(yīng)不同尺寸的酒瓶，其盒體使用透明材質(zhì)，能最大程度地展示酒瓶的外表特征，同時(shí)具有更好的保護(hù)效果與緩沖效果。此外，該產(chǎn)品與專利群中各專利產(chǎn)品的規(guī)避功能與對應(yīng)組件的技術(shù)特征均存在不同，在實(shí)現(xiàn)同樣的效果過程中并未使用同樣的技術(shù)特征與手段，不違背全面覆蓋原則等侵權(quán)判定原則，其侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)較低。

3 結(jié)語

本文所提出的基于功能本體與可拓理論的專利群規(guī)避方法，利用具有規(guī)范認(rèn)知的功能本體詞匯提取專利群中各專利的功能知識，并將其整合構(gòu)建專利群的功能結(jié)構(gòu)，為定義與確認(rèn)專利群規(guī)避功能提供了可行的操作流程。同時(shí)，該方法以可拓理論作為規(guī)避方案求解的理論支撐，通過針對規(guī)避功能建立事元模型并對其進(jìn)行可拓分析與可拓變換，為后續(xù)的功能變更與規(guī)避方案求解過程提供了直觀具象的操作步驟，提升了專利規(guī)避過程的可操作性。

此外，該規(guī)避設(shè)計(jì)方法對規(guī)避功能及其實(shí)現(xiàn)方式兩個(gè)方面均進(jìn)行了變更，可有效地降低對已有產(chǎn)品侵權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)。