基于专利知识的机械产品辅助创新系统

为利用专利中丰富的知识辅助设计师进行创新设计,提出基于专利知识的机械产品辅助创新设计的流程,探讨了流程中专利检索、专利预处理、专利知识提取、专利知识辅助创新等关键技术的实现策略.通过基于关联规则法的专利检索技术以及基于分类算法和创新性评估方法的专利预处理技术,可以针对性地获取有利于辅助创新设计的专利.通过提取专利知识结合启发规则构建专利创新设计的启发环境,可以有效激发设计师的创新思维产生创新方案.研发了基于专利知识的机械产品辅助创新设计系统,以具有磁力自锁的液压油缸创新设计实例,验证了系统的实用性.     

专利设计知识的创新性评估方法及其在创新设计中的应用

专利中蕴含了丰富的设计知识,不同专利设计知识对创新设计的价值不同,对专利设计知识进行合理量化评估能快速有效地帮助设计人员进行创新设计。根据专利方案设计知识的特点,采用动词和名词分别代表专利中的原理设计知识和结构设计知识。通过引入信息熵的概念,提出专利设计知识的新颖度和相容度的量化计算方法。结合形态学分析方法,建立面向复合功能的专利组合方案设计知识创新性优化评估模型。以具有自锁功能的直线驱动机构创新设计为例说明基于形态学矩阵的创新设计过程。对比分析专利数量和设计知识词汇集数量对组合方案创新性评估结果的影响,验证了提出的新颖度和相容度的量化计算方法以及组合方案创新性评估模型的可行性和实用性。     

基于类比设计的专利知识挖掘算法

为解决发明专利因缺少完善的理论体系和相关技术文献而难以实现技术突破和创新的难题,提出一种基于类比设计的专利挖掘算法。以具有相同特征和相似功能的成熟技术专利为数据源进行文本挖掘,首先,从数据源中提取实现功能和问题解决方案(PSC),建立基于PSC的词频—逆向文件频率(TF-IDF)值的向量空间模型;然后,根据专利文献间的相似度制成基于PSC的专利地图;最后,分别对PSC进行可行性分析,根据分析结果选择合理的方法,用类比的思想进行技术创新。给出了专利知识挖掘应用系统的架构设计,并采用统一建模语言描述了专利挖掘系统的动态执行过程,获得了专利挖掘系统的时序图。应用系统采用关系型数据库MySQL存储数据,运用Java编程语言开发了应用系统,以无线充电技术专利和无线传感技术专利为源数据测试系统。实验结果表明,所提算法比基于专利的类比方法具有更好的时间性能,并能获得更具创新性的创新方案。     

基于深度知识的创新性计算机辅助创新系统研究

针对我国制造业中轻工产品设计的特点和目前以TRIZ为核心的计算机辅助创新系统(Computer Aided Innovation,CAI)待解决的科学问题,通过从专利及各个学科的科技文献资料中获取深度知识进行知识库扩充和更新方法的研究,构建了CAI深度知识数据库的扩充和相应的运用机制;同时,通过对TRIZ、头脑风暴法、克服思维惯性等方法的分析与研究,构建了基于CAI的创新性概念设计过程模型。以此为依据,提出了具有创新性、操作性和指导性的基于深度知识的产品创新设计系统模型,并在辅助订钉器的创新设计中验证了该系统模型的有效性与合理性。     

基于TRIZ与专利分析的产品绿色创新设计方法

为了提高绿色产品的创新设计效率,提出了一种基于TRIZ与专利分析的产品绿色创新设计方法。通过对设计需求提取关键特征,检索相关专利,对专利进行功能、原理知识和结构知识分析,综合评价专利的相关度和创新性以提高专利利用效率。在保证不侵犯现有专利的基础上,利用现有专利进行高效设计,若无相关专利则转化绿色性能参数为TRIZ工程参数,融合TRIZ的创新原理启发设计者得到方案。最后引入TRIZ工具对已有的备选方案进行优化改进并得到最优方案。文章以冰箱的降噪设计为实例,验证了该方法的可行性。     

国家自然科学基金重点资助项目成果简介

项目名称:机电产品创新设计的理论、方法、技术及其应用的研究项目批准号:50335040研究成果:(1)提出了由基体功能层、变体功能层、效应层和物理量层构成的四层次三阶段功能设计进程模式、基于专利资源提取和知识产权战略的创新设计方法、支持复合功能产品组合和集成创新的方法学体系,初步探索了基于仿生原理的产品创新设计理论和方法。(2)提出并初步实现解决复杂系统布局问题的复合知识模型方法、可变粒度对象模型表达方法、基于元启发算法的人一机结合和多机并行方法、基于虚拟现实技术的人机协作布局方法、基于知识推理技术的布局设计算法、基于wEB的分布式布局设计的评价方法。     

机械产品专利知识的提取和应用

随着专利数量的快速增长,单纯依靠人工进行专利查阅,很难及时、快速获取专利中的创新知识资源.对此,引入深度学习方法,研究机械产品专利知识的计算机自动抽取,进而实现机械产品的创新设计.在研究中,将专利知识抽取分解为对专利中功效、原理、结构三类实体的识别,以及各类实体之间关系的抽取,由此构建专利知识结构模型.基于BERT语言预训练模型完成实体的识别和实体关系的抽取,解决了传统专利分析方法抽取知识片面且精度不高、效率较低的问题.与此同时,设计了对机械产品创新设计起辅助作用的专利知识推送系统.通过电动牙刷实例验证了研究的有效性.     

[数据驱动的产品设计]基于复杂网络的专利数据驱动的产品创新设计

为了解决已有专利辅助产品设计研究方面存在的问题,提出了基于复杂网络的专利数据驱动产品创新设计方法。通过构建专利分类号共现网络,结合网络度中心性算法对分类号节点重要性进行评价,找出关键分类号。对分类号相关专利进行分析,并抽取原理知识,利用形态学矩阵构建功能原理映射关系,结合频繁子图中的apriori关联规则算法计算原理组合的支持度,以获取最佳组合方案,同时利用组合方案相关专利提取结构关键词,建立专利结构网络,结合结构洞挖掘关键元件,并开展产品创新设计。以卫浴花洒作为研究实例,找出混合其他物质功能作为设计需求,通过挖掘相关专利的原理,发明了一款带有可调节功能的新型混合花洒,验证该方法的有效性。     

基于复杂网络的专利数据驱动的产品创新设计

为了解决已有专利辅助产品设计研究方面存在的问题,提出了基于复杂网络的专利数据驱动产品创新设计方法。通过构建专利分类号共现网络,结合网络度中心性算法对分类号节点重要性进行评价,找出关键分类号。对分类号相关专利进行分析,并抽取原理知识,利用形态学矩阵构建功能-原理映射关系,结合频繁子图中的apriori关联规则算法计算原理组合的支持度,以获取最佳组合方案,同时利用组合方案相关专利提取结构关键词,建立专利结构网络,结合结构洞挖掘关键元件,并开展产品创新设计。以卫浴花洒作为研究实例,找出混合其他物质功能作为设计需求,通过挖掘相关专利的原理,发明了一款带有可调节功能的新型混合花洒,验证该方法的有效性。     

专利知识策略化分析模型及应用

为提高专利知识在产品开发和创新设计中的应用价值,结合专利技术特征提出了一种三维立体专利知识模型.该模型以核心专利为基点,结合专利层从宏观和微观两个方面分析了专利技术的发展动向和对应开发策略,给出了专利模型中新专利的预测方式;基于专利模型中的问题属性,借助发明问题解决理论等创新理论,探索专利创新策略和问题解决方案.基于Java技术建立的原型系统实现了模型的上述功能,并通过一种机械零件的专利技术及创新策略示例,展示了模型的应用过程.