基于TRIZ和專利規避的智能家居控制方案研究

周善明，陳維斌，宋進，楊旭

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

基于TRIZ和專利規避的智能家居控制方案研究

周善明，陳維斌，宋進，楊旭

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

針對智能家居控制操作智能化的問題，通過TRIZ創新工具深入分析問題的根源，并運用矛盾矩陣形成有效解決方案。在對有效解決方案進行專利檢索分析的基礎上，利用物質-場對發現的風險專利進行規避設計，形成了創新的智能家居控制方案并申請多項專利，體現了創新工具和專利信息情報在科技創新中相輔相成、互相強化的作用，探索了一種基于創新方法和專利分析運用的融合創新機制。

發明問題解決理論 創新方法 專利 規避設計 智能家居

1 引言

2012年2月工業和信息化部發布的《物聯網“十二五”發展規劃》中明確指出，智能家居是物聯網的重點應用領域之一。一年后，《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》中提出到2015年，實現物聯網在經濟社會重要領域的規模示范應用，突破一批核心技術，初步形成物聯網產業體系。但時至今日，智能家居仍然處于“叫好不叫座”的尷尬境地，一方面是由于智能家居價格仍未達到親民的水平，另一方面則是目前已有智能家居系統的普遍硬傷——控制繁瑣復雜。因此，要促進智能家居產業的發展，還應在其控制方案上做變革，讓智能家居控制更具智能化。

2 研究方法概述

2.1 TRIZ創新方法

TRIZ意為“發明問題解決理論”，國內也形象地翻譯為“萃智”或“萃思”，取其“萃取智慧”或“萃取思考”之義。TRIZ是經過長時間實踐驗證，并在各個領域中均獲得過不菲成績的知名創新方法，目前已經在歐美和亞洲發達國家、地區的企業得到廣泛應用，大大提高了企業的創新效率。有研究表明，在技術研發中使用TRIZ，可以使新產品開發過程縮短50%的新產品上市時間，提升60%～70%的新產品開發效率，并可增加80%～100%的專利數量且顯著提高專利的質量。

TRIZ是前蘇聯著名的發明家和創造家阿奇舒勒對數以百萬計的專利進行研究，建立的一套體系化、實用的解決發明問題的理論方法。有組織就TRIZ的效用進行過實驗：2組具有同等行業經驗的工程師，A組經過了1周的TRIZ培訓，B組未經過培訓，在有限的時間內嘗試解決相同發明問題，A組有68%的人得出了解決方案，B組只有2%的人得出方案，從而表明了TRIZ的有用性和高效性。

2.2 專利規避設計

隨著知識產權制度的完善，研發伊始就需要考慮專利侵權的問題，否則等研發完成甚至產品上市時若發現研發成果是侵權的，研發單位將進退兩難。這種現實倒逼著研發單位在研發設計開始和過程中就應該對研發方向及方案進行專利檢索、對比，并在必要的時候對研發方案進行專利規避設計，盡可能保證研發方案不落入到風險專利的保護范圍，且搶先將專利規避設計方案申請專利，保證自己產品在市場上具有基本對等的知識產權競爭力。

專利規避設計需要就目標市場的專利情況進行檢索和分析，基于專利侵權判定原則和目標市場國家相關法律的要求，確定風險專利，并采用一定的創新方法如TRIZ，結合現有技術方案和高侵權風險專利進行技術規避設計，獲取專利規避設計方案。

3 基于TRIZ的智能家居控制方案分析

3.1 分析技術問題并明確發明問題

（1）系統分析

功能是產品或技術系統特定工作能力抽象化的描述，而實現某種特定功能的系統組件就是功能元，明確技術系統的功能元是后續利用TRIZ工具分析的基礎。智能家居系統分析如表1所示：

表1 智能家居控制系統系統分析表

（2）功能分析和確定矛盾區域

功能分析的目的是對功能元之間相互的功能關系進行分析，進而明確系統中存在矛盾區域，并將矛盾區域明確出來。智能家居控制系統功能分析如圖1所示。

通過圖1可知，智能家居控制系統矛盾區域為：人操作指令管理器軟件，用曲線箭頭表示。

（3）最終理想解IFR分析

最終理想解IFR是通過6個明確問題，一步一步推導出解決IFR關鍵問題的方向。智能家居控制系統最終理想解IFR的6個問題步驟如下：

圖1 智能家居控制系統功能分析圖

1）設計的最終目的是什么？

人可以輕松地控制智能家居里面的設備。

2）IFR是什么？

智能家居系統能自動完成人想要的操作。

3）達到IFR的障礙是什么？

系統無法懂得人想要做什么。

4）出現這種障礙的結果是什么？

系統控制只能有人通過控制器發出控制指令來實現控制和操作。

5）不出現這種障礙的條件是什么？

控制器自己能根據人的需求發出相應的操作指令。

6）創造這些條件的可用資源是什么？

人、控制器、智能家居設備。

解決方案的方向：控制器能預測人的各種需求，自動生成控制指令并發送到智能家居系統的相應設備中，完成控制操作。

（4）明確發明問題

通過上述分析可以明確發明問題為：如何實現指令管理器軟件根據人的需求自動完成智能家居系統的操作控制的問題。

3.2 選擇TRIZ工具求解發明問題

（1）多屏幕及資源分析

在完成問題分析后，需進一步分析要解決該發明問題，手頭可用的資源有哪些。如圖2所示，以指令管理器（智能手機）作為資源分析對象，利用多屏幕法進行資源分析。

圖2 智能家居控制系統多屏幕分析圖

在多屏幕分析的基礎上，對該9種狀態的物質資源、場資源、信息資源、時間資源、空間資源和功能資源進行進一步分析，形成了表2。

（2）利用TRIZ矛盾工具求解發明問題

TRIZ中可以這樣理解矛盾，它是內在要素、作用或主張彼此不一致或相反的情景，特別是指“雙失”情況，即因為使用常規方法來改進當前問題情景而產生無法忍受的后果，解決了矛盾實際上就是解決了發明問題。

在功能分析中確定矛盾區域為：人操作指令管理器軟件，那么下面對該矛盾區域分析，轉化出技術矛盾和物理矛盾描述。

1）利用矛盾矩陣求解

表2 智能家居控制系統資源分析表

人操作指令管理器軟件的矛盾中，是希望達到操作簡單且同時不損害所要提供的所有操作功能，即技術矛盾表述為：“操作要簡單”與“指令管理器軟件控制功能豐富”之間的矛盾，表現為：需要優化的是操作變得簡單，惡化的是指令管理器軟件的控制功能將要變少。將矛盾轉化為以下沖突標準參數：

◆改善的通用工程參數為：33、操作流程的方便性；

◆惡化的通用工程參數為：38、自動化程度。

對應的發明原理為：1-分割原理、34-拋棄或再生原理、3-局部質量原理，對這些原理的解讀如下：

◆1-分割原理：所有需要的操作分割成需要人參與和不需要人參與，將不需要人參與的部分從指令管理器軟件中剔除掉，使之操作簡單；

◆34-拋棄或再生原理：針對不同的使用人或使用時間段，將不用的功能去除，在針對的人或時間段，功能再生，使不同的人或時間操作簡單；

◆3-局部質量原理：改變場景可用性結構分布，即當人在家時控制可用性高，當人不在家時控制可用性低，包括停止所有非必要運行控制，從而讓控制的可用性在空間位置上形成梯度。

2）形成初步的方案以及評價

基于矛盾矩陣和分離方法求解獲得的發明原理，得到以下4種技術方案：

◆方案1（根據34-拋棄或再生原理得到）

基于用戶的類別提供控制服務：如為老人、小孩設置用戶角色，設定用戶模式，當該老人、小孩操作時，自動完成模式設置。

◆方案2（根據1-分割原理、3-局部質量原理得到）

基于時間和用戶習慣的操作估計與實現：設定上班、到家時間，根據時間設定功能模式，開啟相應操作。

◆方案3（根據34-拋棄或再生原理得到）

基于學習模式的操作和實現：設定用戶角色并記錄用戶角色的操作習慣，包括操作對象、操作參數等，形成該用戶角色的操作模式，當識別到用戶進行操作時，自動調取該操作模式提示操作。

◆方案4（根據1-分割原理得到）

基于位置信息的用戶操作估計和實現：利用指令管理器（手機）的定位功能資源獲取用戶的位置信息，判斷用戶的需求和不需求，提供相應的自動操作或操作呈現。

雖然方案1、2、3能在一定程度上解決發明問題，但是成本、創新程度等都不符合理想解要求，而方案4則體現出更大的創新性，因此以方案4作為優選方案。

4 基于專利規避設計的智能家居控制方案分析

對方案4進行專利檢索分析，查詢在全球范圍內與該技術手段和技術效果相當的現有技術情況。通過檢索分析，發現并確認最接近現有技術為蘋果公司在2014年1月1日于我國公開的一份標題為“基于估計的用戶位置來控制裝置”，公開號為CN103491498A的同族專利（優先權日為2013年6月9日）。

經分析，該專利所披露的技術方案的發明點是基于用戶位置（即手機定位信息）作為控制指令的基本依據，方案4會落入到蘋果公司該專利權利要求保護范圍，如果該專利獲得授權，直接實施方案4會涉嫌侵犯該專利權；如果基于方案4申請專利，將受到蘋果公司專利的影響，失去可專利性。因此，有必要針對蘋果公司的專利進行規避設計。

通過對該專利進行功能分析，構建該專利保護技術方案的模型圖，如圖3所示：

圖3 蘋果公司專利保護技術方案模型圖

該專利保護技術方案中包含第一裝置、中繼服務器和第二裝置，第一裝置（如電話、平板電腦）向中繼服務器提供第一信息（如位置信息），中繼服務器基于第一信息推斷人的位置，并向第二裝置（如照明系統、安全系統）發送第二信息，第二信息中包含中繼服務器推斷的人的位置以及基于該位置的操作指令。基于專利規避設計的思路，通過去掉、替換專利技術保護方案中某個/某些必要功能元而將其功能轉移到系統中其他功能元上，使得系統仍可正常工作，即可得到不落入專利保護范圍的規避設計方案。因此，初步專利規避設計方案模型圖如圖4所示。

圖4 初步專利規避設計方案模型圖

組合第一裝置和中繼服務器的功能構成新第一裝置，能同時實現獲取位置信息、推斷人的位置以及發送包含人的位置的操作指令到第二裝置的功能。現有技術中，利用智能手機結合APP的方式，可完成定位、存儲、計算、發送等第一裝置和中繼服務器的相應功能，第二裝置可處于局域網中與新第一裝置聯網通信。因此，初步專利規避設計方案在現有技術的條件下具備可行性，但同時發現了新的問題，如圖5所示：

圖5 初步專利規避設計方案的問題示意圖

在專利技術保護方案中的中繼服務器收集多個第一裝置的位置信息后，經過合規算法得出第二信息（指令）發送到第二裝置，而在專利規避設計方案中，則會存在多個新第一裝置同時或先后向第二裝置發送第二信息（指令），沒有了中繼服務器的鑒別和選擇，會造成第二裝置接收到的控制指令混亂。

為了解決初步專利規避設計方案的問題，構建物質-場模型，如圖6所示：

圖6 專利規避設計方案物質-場模型圖

第一裝置S2通過無線通信網絡R向第二裝置S1發送第二信息，但當多個第一裝置S2向同一個第二裝置S1發送第二信息時，會造成信息指令的混亂，表現為產生過度作用。

根據物質-場模型分析，該物質-場模型屬于模型不完整（缺少原中繼服務器的部分功能），運用標準解第1.1子級求解：

解法1：S1.1.2在S2中引入內部添加物S3，將S2對S1的過度相互作用濾除掉：第一裝置中添加一個關聯模塊，在發出指令之前，關聯模塊獲取其他第一裝置位置信息和控制信息，再確定是否需要對第二裝置進行控制。

解法2：S1.1.4利用環境中已有資源實現需要的變化，S1的控制狀態通過R場（通信網絡）周期性返回到S2，S2的控制指令參考S1的當前狀態決定是否要控制，從而過濾掉S2對S1的過度相互作用：第一裝置獲得第二裝置的控制狀態信息，確定是否需要對第二裝置進行控制。

相比較而言，解法1的成本更低，現有資源基本已經可以達到要求，無需額外增加硬件資源，而解法2對第二裝置要求高，將降低方案的適應性，因此基于解法1完善獲得最終解決方案。

5 最終解決方案介紹

基于TRIZ創新方法和專利規避設計，得到智能家居控制方案，如圖7所示：

圖7 智能家居控制系統方案模型圖

智能家居控制系統包括指令管理器100、局域網300和家居設備200。指令管理器100包括地理信息模塊101、關聯用戶信息模塊102和指令模塊103，其中：

（1）地理信息模塊101用于獲取與指令管理器100相關的地理信息，并將地理信息傳送到關聯用戶信息模塊102中；

（2）關聯用戶信息模塊102用于接收其他指令管理器100中的地理信息和指令模塊103發出過的指令信息；

（3）指令模塊103根據當前指令管理器100的地理信息和其他關聯指令管理器100的地理信息、指令信息，自動生成相應控制指令，并通過局域網300將相應的控制指令傳達到指定的家居設備200執行。

6 結束語

黨的十八大明確提出“科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。”強調要堅持走中國特色自主創新道路、實施創新驅動發展戰略。在2015年3月13日出臺的《中共中央 國務院關于深化體制機制改革加快實施創新驅動發展戰略的若干意見》中，強調了創新和知識產權的結合，利用知識產權的保護營造激勵創新的公平競爭環境。因此，創新應該在充分尊重他人知識產權的基礎上進行，創新也必須要有自己的知識產權保護。

本文通過對現有智能家居控制系統進行分析，利用TRIZ創新方法獲得有效的解決方案，根據所獲得的解決方案進行專利檢索分析，并利用專利規避設計理論和TRIZ方法對解決方案加以改進，獲得有效的專利規避設計方案，且就專利規避設計方案申請了4項發明專利。在本研究過程中，探索了基于創新方法和專利檢索、分析的融合創新機制，利用創新方法獲取技術問題的高效解決方案，同時形成有效的知識產權，體現了創新工具和專利信息情報在科技創新中相輔相成、互相強化的作用。

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周善明：知識產權經理、全國專利代理人、全國二級創新工程師、全國知識產權高水平師資人才，學士畢業于武漢大學，現任職于廣州杰賽科技股份有限公司，從事知識產權管理和研究工作。

陳維斌：高級工程師，學士畢業于華中科技大學，現任職于廣州杰賽科技股份有限公司，從事科研項目、質量體系和知識產權管理等工作。

宋進：碩士畢業于四川大學，現任廣州杰賽科技股份有限公司科技質量部總經理，從事體系建設、管理和知識產權等工作。

楊旭：碩士畢業于華南理工大學，現任廣州杰賽科技股份有限公司科技質量部副總經理，從事科研項目、信息化和知識產權管理等工作。

Scheme Research on Smart Home Control Based on Both TRIZ and Patent Evading

ZHOU Shan-ming, CHEN Wei-bin, SONG Jin, YANG Xu
(GCI Science & Technology Co., Ltd., Guangzhou 510310, China)

According to control operation intelligentization in smart-home, root cause of the issue was analyzed by means of TRIZ tool and contradiction matrix was used form effective scheme. Based on patent retrieval of effective schemes, risky patent was converted to be evading design using matter-fi eld. Innovative control scheme in smart-home was formed and multiple patents were applied for. Thus, the complementary and interdependent relationship between innovative tool and patent information in technology innovation was presented. It also explored new integrated innovative scheme based on innovative method and patent analysis application.

TRIZ innovation method patent evading design smart home

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.12.008

N949

A

1006-1010(2015)12-0037-06

周善明,陳維斌,宋進,等. 基于TRIZ和專利規避的智能家居控制方案研究[J]. 移動通信, 2015,39(12): 37-42.

2015-05-15

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn