徐志剛等

摘 要：專利作為一種包含信息最為豐富的知識載體， 是支持創(chuàng)新設計的重要資源。本文通過對專利的分析、歸納和總結， 借助TRIZ原理對其進行規(guī)范和整理，并建立相應的效應庫系統(tǒng)。建立了功能關鍵詞檢索機制，實現(xiàn)了在系統(tǒng)中快速獲取效應信息對關案例的功能。輔助新產品開發(fā)過程中，新穎設計方案的產生。本文在VB基礎上，開發(fā)了效益知識庫系統(tǒng)，采用Flash MX 2004實現(xiàn)動畫操作。建立了效應庫的初級模型，為后期的大規(guī)模開發(fā)奠定了基礎。

關鍵詞：專利；效應庫；TRIZ；軟件開發(fā)

中圖分類號：TB21，TP311 文獻標識號：A 文章編號：2095-2163（2015）01-

Abstract： Patent around the world is an important knowledge and information resources for innovation design. Through the analysis， the induction and the summary of patent， by means of TRIZ， the paper specificates and finishes on the effect of library system， and establishes the corresponding Effect library system. After that， the functional keywords are correlated with retrieval mechanism， simultaneously effect information in the system is therefore quickly acquired. In the development of new product， novel design schemes can be quickly obtained. In the end， on the basis of VB， the paper develops the benefit of knowledge base system， using Flash MX 2004 to make the effect animations. The establishment of the primary effect model library lays the foundation for the large-scale development of the effect library.

Keywords： Patents； Effects Library； TRIZ； Software Development

0 引 言

處于21世紀的企業(yè)競爭比以往任何時候都更加激烈，產品創(chuàng)新是企業(yè)唯一的生存之道。在創(chuàng)新過程中主要存在三個障礙：心理慣性、有限的知識領域和使用試驗糾錯法。這些障礙限制了設計人員的創(chuàng)新能力[1]。

目前全世界的專利存有量達到了6 000多萬件，并且每年的增加量達到了100多萬件[2]，由于世界范圍內的專利數(shù)據量極其龐大，不便于檢索，難以有效地實施利用。國內外學者研究了很多方法，比如Tom Magerman， Zhang W. Y.等提出了不同的專利知識挖掘方法[3-4]。Sungjoo Lee等人采用專利技術路線繪制的方法，用于新產品的開發(fā)和設計[5]。以上方法不僅要求一定的專業(yè)化、知識化和智能化的積累，更需要相應軟件工具的支持?；谝陨显?，國外的大型軟件公司也相繼研發(fā)了多款軟件工具，諸如，Innovations Index， VantagePoint，PatentLab， INAS，以及Derwent等軟件工具。

對于非專業(yè)化實用問題，適合于將專利文獻轉化為效應庫來使用。因此，國外大軟件公司開發(fā)了諸如，TechOptimizer[]、Innovation WorkBench[]等軟件；國內的譚潤華教授開發(fā)了Invention Tool 2.0[]，浙江大學還建立了基于力學效應的知識庫等。

本文在分析效應的基礎上，采用VB/ACtiveX等技術實際開發(fā)了軟件工具，用于協(xié)助創(chuàng)新產品的概念設計，并改進效應知識庫的設計開發(fā)。

1 功能的表示

目前學術界對功能還沒有確切的定義，致使不同學者對功能的觀點也各不相同，但這些觀點也有著共通之處，即功能是指一個產品要實現(xiàn)什么。另有德國學者Pahl和Beitz[6]將功能定義為能量、物質和信息的輸入和輸出之間的關系，用能量流、物質流和信息流的轉換來表達功能，而且系統(tǒng)與外界環(huán)境可通過輸入量與輸出量而發(fā)生聯(lián)系。譚潤華則將功能定義為是對一定設計環(huán)境下用以實現(xiàn)設計意圖的輸入、輸出之間關系的抽象描述。

功能的實現(xiàn)建立在與環(huán)境發(fā)生物質、能量和信號交換關系的基礎上，因而功能是一個開放的體系。功能通常采用“動詞+名詞”的形式描述?；谏鲜龇治觯瑢RIZ中的功能進行擴展、語義規(guī)定和重新分類，建立了標準的功能表，包括操作集和流級，分別如表1和表2所示。

2 效應的來源

效應知識庫的建立取材于如下八個資料庫：專利、教科書、專著、百科全書、手冊、專題評論、科技論文和技術報告。特別地，專利是新知識含量排名首位的設計資料，具有較高的可靠性和準確性。產品創(chuàng)新方法即主要來源于對專利的深度知識挖掘，是科學技術效應的主要來源。實際上，TRIZ理論方法的形成就主要來源于專利庫，是對250萬份專利進行深入分析、歸納、總結而最終獲得的。

G S，Altshuller指出：只有大約不到百分之一的專利是原創(chuàng)性質的，其余專利基本建立在改進已知想法或概念的基礎上。據世界知識產權組織（WIP0）統(tǒng)計，專利覆蓋了全球研究成果的90%-95%；而且充分利用專利將可減少60%的研發(fā)時間、以及降低40%的研究費用。另外，同其他的資源相比，只有專利具有統(tǒng)一的結構能表示信息、說明技術的狀態(tài)以及以前的技術中存在的問題。因此，專利是信息收集過程中非常重要的資源，同時也是TRIZ的主要信息源。

專利信息提取的思路如圖1所示。對于專利文檔， 首先提取其要點，而后進行效應信息分析， 將所用效應根據其實現(xiàn)的功能歸類到相應功能基下， 如此則形成了效應庫。

3 效應的分類

在構建科學效應庫的過程中，如何將收集到的效應進行分類和組織是一個重要問題。效應通過將輸入流轉換為輸出流實現(xiàn)功能，而輸入、輸出的對象則是物質、能量或信息。

依據科學效應建立的基本原理，總結出如下幾種方式：

（1）根據學科領域進行劃分。比如麥比烏斯圈、摩擦效應等分屬于數(shù)學、物理方面的理論；

（2）根據效應所實現(xiàn)的功能進行分類。如熱膨脹產生位移用于測量溫度，熱雙金屬片的不同變形同樣可以測量位移；

（3）根據轉換對象的不同進行分類。比如熱膨脹、轉換的對象是熱能，屬于能量流。

本文主要開發(fā)產品創(chuàng)新設計支持軟件系統(tǒng)，因此，采用功能分類的方式對效應進行分類[5]，具體如圖2所示。

4 效應的實現(xiàn)

運用效應解決設計中的問題時，即按照一定的規(guī)律將輸入量轉化為輸出量，以實現(xiàn)相應的功能。輸入量和輸出量的對象為能量、物質和信息，輸入量和輸出量的轉化則為能量流、物質流和信息流的轉換。在效應庫中，用文字來描述效應的基本內容，用動畫來表示效應的原理和結構。效應的表示將用到如下幾個主要參數(shù)，形象展示可如圖3所示。

其中：

效應解釋：對效應的說明；

參數(shù)及公式說明： 效應公式和參數(shù)約束條件；

實現(xiàn)了效應原理動畫：用于直觀地表示效應；

增加了對于效應應用的說明： 桌面效應應用的優(yōu)缺點；

效應的輸入量： 效應應用的輸入量；

效應的輸出量： 效應應用的輸出量；

效應的來源： 來自于一個或者多個專利文獻；

效應的應用案例： 效應的工程應用實例，增加圖片及文字說明。

5 效應庫的開發(fā)

在此，給出了本文所涉及的效應庫具體包括的主要內容，對其論述如下：

（1）效應搜索。設計者可以通過關鍵詞和所需功能兩種方法從效應庫中檢索效應；

（2）效應顯示。包括對效應解釋、公式及參數(shù)解釋、效應原理動畫、應用說明、輸入量、輸出量、效應出處、應用案例等。其中，用文字、表格和圖片來描述效應的基本內容， 用平面動畫來表示效應的原理和結構。圖4就是效應顯示的一個設計實例。

（3）效應添加。根據設計人員的知識，為本效應庫系統(tǒng)添加新的效應。其軟件實現(xiàn)由兩部分組成：第一部分為效應知識庫部分，用MS Access建立效應數(shù)據庫，并用html編寫，再以網頁的形式顯示；第二部分為界面部分，用Visual Basic來完成編寫。

本文采用Microsoft Access作為數(shù)據存儲工具，用于存儲每個效應所關注的功能，輸入輸出參數(shù)和關鍵詞等。由此建立了一個Access數(shù)據庫，其實現(xiàn)界面如圖4所示，并且利用VB對Access數(shù)據庫進行操作，也將十分簡便。這里，關于Access數(shù)據庫則不作詳細介紹。

為了更形象生動地描述和展現(xiàn)創(chuàng)新設計知識庫系統(tǒng)內相關知識的內涵、進而激發(fā)和豐富設計人員的創(chuàng)新思維，本文系統(tǒng)采用Flash MX 2004版本進行了創(chuàng)新原理動畫，科學效應動畫及工程設計案例動畫的制作，為此生成swf文件。效應庫內的知識均以HTML、即超文本標記語言進行描述和組織。HTML語言使用描述性標記符來指明文本的不同內容。HTML文本包含兩種信息：頁面本身的文本和表示元素、結構、格式及其他超文本鏈接的HTML標記。而創(chuàng)新設計知識卻包含了以動畫、圖片、文字、超鏈接等形式在內的各類多媒體信息，另外VB中對話框的WebBrowser控件則可以顯示HTML文件。因此，本文采用HTML語言描述和組織效應庫。

6 效應的設計案例

本文開發(fā)的軟件系統(tǒng)采用Visual Basic編寫，使用了VB的用戶界面（GUI）和快速應用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng)，采用DAO、RDO、ADO來連接數(shù)據庫，并采用Flash MX 2004控件實現(xiàn)動畫效果，設計后綜合效果如圖5所示。

目前，國內外汽車的方向盤沒有加熱功能，司機在冬天駕駛車輛時，尤其是發(fā)動機剛啟動但暖風沒有完全加熱駕駛室之前，方向盤的溫度很低，駕駛員的雙手直接握住方向盤會感覺到雙手冰冷甚至麻木，因此影響正常駕駛，甚至會造成交通事故。本文以此為例，來說明效應庫的構建過程。從表1和表2中找到加熱的流集表示方法，即“變化+能量”，其詳細分類為“增加+熱能”，由此查找相應的專利，本文查找的專利為《一種能加熱方向盤以及具有該方向盤的汽車》[7]。此發(fā)明公開一種能加熱方向盤以及具有該方向盤的汽車，實際利用的物理學原理非常簡單，即電流的熱效應，如圖6所示。

7 結束語

本文開發(fā)了科學效應知識庫，為產品創(chuàng)新設計提供了效應方面的支持。設計者在產品的概念設計階段，可以借助于效應庫、提出創(chuàng)新方案，實現(xiàn)產品創(chuàng)新設計。本文在VB基礎上，開發(fā)了效益知識庫截面系統(tǒng)，且采用Flash MX 2004實現(xiàn)了動畫操作。另外，則介紹了效應庫的來源，對效應進行了分類，歸納和總結，同時還建立了效應庫的初級模型，為后期的大規(guī)模開發(fā)奠定了基礎。

參考文獻：

[1] 譚潤華. TRIZ及應用技術創(chuàng)新過程與方法[M]. 北京： 高等教育出版社，2010.

[2] 檀潤華. 產品創(chuàng)新設計若干問題研究進展[J ]. 機械工程學報， 2003， 39 （9） ： 11- 16.

[3] MAGERMAN T， LOOY B， SONG Xiaoyan. Exploring the feasibility and accuracy of Latent Semantic Analysis based text mining techniques to detect similarity between patent documents and scientific publications[J]. Scientometrics， 2010， 82 （2）：289-306.

[4] ZHANG W Y ，TOR S B ， BRITTON G A， et al. A Knowledge-based Expert System for functional design of engineering systems[J]. Engineering with Computers，2001，17： 339–353.

[5] LEE S， MORTARA L， KERR C， et al. Discovering technology intelligence from document data in an organization[C]// EKC2008 Proceedings of the EU-Korea Conference on Science and Technology， Springer Proceedings in Physics， [S.l.]：Springer Berlin Heidelberg，2008，124： 371-381.

[6] G Pahl， W Beitz. Engineering Design ： A Systematic Approach[M]. Berlin： Springer Verlag ， 1984

[7] 北汽福田汽車股份有限公司. 一種能加熱方向盤以及具有該方向盤的汽車.中國， 200710110910.5[P].2007-06-08.