基于创新性评估的机电产品专利知识挖掘系统

为有效挖掘专利中丰富的设计知识辅助机电产品创新设计,设计了基于创新性评估的机电产品专利知识挖掘系统框架,探讨了机电产品专利设计知识的表达方法、创新性评估、及专利知识提取等关键技术的实现策略。通过分析专利设计知识的特点,以专利文献中的动名词短语进行创新层次特征抽取,并利用余弦相似度原理,设计了基于向量空间的专利设计知识创新性评估算法,结合机电产品专利功能知识提取方法,针对性地获取创新性强的专利设计知识。研发了机电产品专利知识挖掘原型系统,并通过油辣椒搅拌器创新设计验证了方案的实用性。     

标准解知识库的构建、检索及应用

标准解是TRIZ中重要的工程问题解决工具,而标准解知识库是标准解应用的支柱。为提高工程问题解决效率,以76个标准解为基础,以数据挖掘技术为手段,获取专利文献资源隐含的深度知识。创建基于数据挖掘技术的标准解知识库构建流程,实现对专利深度知识的挖掘。为弥补CAI软件在知识库实例检索方面的不足,利用实例推理技术对标准解知识库中的创新实例进行检索,选取相似度较高的几个实例,基于功能特征分析方法实现功能特征的复制、重组及突变,从而生成创新方案。创建标准解知识库应用流程,规范标准解知识库的使用,利用自行车的设计实例验证了流程的可行性。     

基于生物原型的产品创新设计

通过生物系统与产品技术系统分析,找出两系统之间内在的功能联系.借助于关键词检索基于功能基术语的生物知识库,获取相应的生物实例,通过相似度计算获得生物原型.利用生物耦合理论、功能分析系统技术(Function Analysis System Technique,FAST)和功能基术语进行生物功能建模,结合类比推理、混合类比策略及作用特性相似性原理,实现由生物系统向产品技术系统的转化.同时,根据设计任务及需求,建立产品功能原理模型并进行求解,获得合理的设计方案.最后,以空气集水装置为实例,验证所建立的基于生物原型的系统化仿生创新设计过程模型具有通用性和可行性.     

基于多层功能认知与情景分析的专利规避设计

针对专利规避设计功能分析路径单一，规避设计求解过程受限问题，提出一种基于多层功能认知与情景分析的专利规避设计方法。根据多层功能形式以及功能涵盖的系统范围不同，与产品情景设计思想相结合进行专利规避设计。首先通过提取目标专利情境信息元素，以多层功能系统为关键情景行为阶段，构建技术系统功能情景行为过程；其次以产品技术系统生命周期为依据，分析技术系统情景变换类型与变换元素，确定新情景技术系统需求功能；最后以需求功能为目标，以多层功能概念为基准，应用类比设计思维进行功能求解，完成专利规避设计过程；以平衡车产品专利为例验证方法的可行性。     

面向产品创新设计的专利文本分类研究

为提高专利知识在产品创新设计中的应用价值,以打破思维定势、激发创新灵感,提出了一种面向创新设计的专利文本分类的思路及方法.基于发明问题解决理论(TRIZ),应用文本挖掘和自然语言理解等先进的技术手段,以TRIZ发明原理为分类标准对专利文本进行了自动分类的研究.以美国专利为数据源,将发明原理的知识表示与文本挖掘策略相融合,抽取专利特征信息,建立统一的专利特征表示模型,并使用VC++开发出了相应的软件系统.最后分析了该软件挖掘出的相关专利,对造纸机进行了创新设计,辅助得到了新的原理方案,验证了该方法的有效性.     

基于公理设计的专利规避创新知识挖掘

为了挖掘深层专利知识,对专利文献权利要求书中的技术特征进行分析,以明确专利产品技术系统的各个元件;分析说明书的技术内容和实施方案,确定技术元件之间的相互作用关系,建立专利技术方案的功能模型,在功能模型的基础上构建专利产品的技术(结构)等级树,并根据公理设计"之字形"映射变换映射出专利产品的功能等级树,结合客户需求验证变换过程的准确性。用功能模型指导构建设计矩阵,以保证映射过程的合理性。通过需求域、功能域、结构域间的映射过程还原发明人的技术创新过程,挖掘专利的深层知识,为消化吸收该技术方案并在该方案技术的基础上进行规避设计提供了技术支持。以牛粪烘干机的相关专利分析为例进行专利概念设计知识的挖掘,验证了该方法的有效性。     

基于预期失效分析的伞型专利组合规避设计

寻求专利保护是企业发展的基本专利战略。一类由互补性专利组成的伞型专利组合是通过挖掘同一产品系统存在或潜在的更多技术问题而形成的具有互补技术特征的系列专利方案,通过更大的专利权利保护范围实现对同一产品系统的全方位保护。预期失效分析(Antucupatory failure determination,AFD)作为在发明问题解决算法(Algorithm for inventive-problem solving,ARIZ)中理想解和冲突的基础上发展起来的失效预测分析工具,成为发现失效问题的一种相对成熟的方法,能挖掘现有的产品系统各方面的问题以及预测尚未发现的问题。提出通过伞型专利组合分析、失效分析、TRIZ工具解决问题、专利性评价四个步骤组成的基于AFD的伞型专利组合规避设计,首先通过对规避对象产品系统进行专利组合分析,标定对象产品系统的专利权利范围,为创新设计设定了界限并提供了研究线索;其次,运用AFD进行失效分析和失效预测,确定系统已存及可能的失效点;再次,通过应用TRIZ方法产生出创造性的解决方案;最后,利用专利实质授权条件评价筛选方案并进行专利申请。应用该流程对一种擦窗机器人进行创新案例分析,形成具有自主知识产权的创新设计方案。     

基于专利的工艺冲突矩阵挖掘方法研究

为了辅助工艺人员进行工艺创新,提出了一种基于专利的工艺冲突矩阵挖掘方法。首先对工艺专利进行分类处理并建立工艺问题库和工艺问题解决方案库,然后利用特征词提取算法对专利文本进行工艺冲突参数的挖掘,并充分考虑领域内工艺方法的贡献作用,再利用核聚类算法进行工艺冲突和工艺冲突解决原理的挖掘,建立工艺冲突矩阵。最后以车削外圆类专利为实例,验证了此方法的有效性。     

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.     

支持工艺创新的工艺专利分类方法研究

为快速获取适合创新设计的工艺专利,提出了一种面向工艺创新的工艺专利自动分类方法。在分析工艺创新需求和工艺专利特点的基础上,建立以工艺方法、制造对象和制造特征为依据的工艺专利分类标准,论述了应用文本挖掘技术的工艺专利分类过程,开发了工艺专利自动分类系统。以某航空发动机制造企业样本集进行分类测试及对比,最后通过实例分析了该专利分类系统在工艺创新设计中的应用。     

基于专利的工艺冲突矩阵挖掘方法研究

为了辅助工艺人员进行工艺创新,提出了一种基于专利的工艺冲突矩阵挖掘方法.首先对工艺专利进行分类处理并建立工艺问题库和工艺问题解决方案库,然后利用特征词提取算法对专利文本进行工艺冲突参数的挖掘,并充分考虑领域内工艺方法的贡献作用,再利用核聚类算法进行工艺冲突和工艺冲突解决原理的挖掘,建立工艺冲突矩阵.最后以车削外圆类专利为实例,验证了此方法的有效性.     

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。     

[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。     

基于改进SBF模型的类比设计过程研究

类比设计是利用已有系统的问题解决方案或过程解决相似系统目标问题的创新设计方法。知识表征是类比设计的重要环节,为类比源检索和类比映射提供基础。针对结构-行为-功能(SBF)模型的不足,提出了改进的SBF建模规则,以更合理地表征设计知识。在此基础上,提出功能相似匹配和行为相似匹配的类比源检索方法,及以行为和结构映射为核心的4种类比映射路径,从而形成系统化的类比设计过程模型。该方法有助于设计者扩展设计空间,提高产品创新设计的效率。最后,以双导梁式架桥机的改进设计为例,验证上述研究的可用性和有效性。     

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.     

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。     

基于TRIZ及功能类比的产品概念设计创新*

介绍了类比源设计与功能类比作用原理,从两者作用原理及发明问题求解理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)的相关性描述得到启发,提出基于TRIZ的类比源设计求解过程模型。首先,借助于所建立的产品功能结构模型,找出用户需求与产品各功能之间的关联性。其次,将用户需求权重值赋予相关的产品各分功能,从而得到产品功能相似度矩阵,再利用Matlab工具对该矩阵进行标准化,这有利于类比源设计与待设计问题之间相关性的定量化表示。最后,构建出一种基于TRIZ及功能类比的概念设计过程模型。以紫外光油烟净化机为例,对其功能类比源设计的功能相似度进行分析,并利用有效价值分析法对所获得的功能原理解方案进行评价,验证了所构建模型的正确性。     

基于WCDMA的远程音视频监控系统

介绍了一种基于联通WCDM A无线传输技术的多路音视频监控系统。该系统采用标准 H.264视频压缩技术作为系统的核心算法,结合摄像头、拾音器和无线传输模块等实现数据的采集、处理和网络传输功能。     

面向快速工艺准备的闭环工作流管理系统的研究

为提高军工制造企业工艺准备的响应速度,给出了一种基于流程挖掘及结果反馈的闭环工作流管理系统,用于支撑工艺一准备的流程控制.研究了该系统的框架、内部结构及各模块(特别是流程组织挖掘模块)的交互方式.运用活动一资源关系挖掘算法,对工作流运行日志进行了基于组织角度的挖掘.为优化工艺准备系统的任务分配,运用基于流程挖掘结果的反馈算法,对系统的资源组织进行了处理.同时,采用基于社会网络分析技术处理挖掘数据,以帮助优化资源组织结构.最后,采用.NET技术进行了系统实现,并基于该系统进行了一些验证实验.     

基于文本挖掘技术的产品技术成熟度预测

为使产品技术成熟度预测的应用更加有效和广泛,结合国内外研究状况,提出了基于文本挖掘技术的产品技术成熟度预测方法。该方法应用文本挖掘技术挖掘隐含于专利数据库中内在的、客观的、定量的信息,引入技术新颖度度量函数量化技术的新颖程度,评价专利质量;同时,以专利维持成本反应专利的获利情况,并结合专利数量作为预测指标,进行产品技术成熟度预测。阐述了应用该方法进行预测的具体步骤,预测了我国光通信技术的成熟度情况,实验结果显示了该方法的有效性。