基于“任務流”模型的專利知識提取與重用研究

基于“任務流”模型的專利知識提取與重用研究

創新設計是指充分發揮設計者的創造力，利用人類已有的相關科技成果進行創新構思，設計出具有科學性、新穎性及實用性的產品的一種實踐活動。專利是創新設計主要的結果形式，是設計者創造思維和創造技法的結晶，含有大量可以輔助后續創新的知識。然而專利文本晦澀難懂，應用專利知識輔助創新困難重重，因此對專利知識的提取與重用的研究具有重要意義。

專利知識研究

當前針對專利知識的研究，可分為宏觀和微觀兩個方向。宏觀研究指的是專利地圖的研究，是一種將某領域內專利信息地圖化，通過圖表建立專利戰略、專利管理的理論和方法。微觀專利知識研究主要是針對單一專利文本的知識挖掘、提取和表達機制研究，可以理解為一種專利知識管理。本文的研究屬于后者。當前，該領域內研究的主要問題是專利中非結構知識的結構化，為設計中解決具體技術問題提供參考。例如，浙江大學王朝霞博士從概念設計知識空間角度對專利知識進行了分析，搭建了層次化的專利知識架構，并且進一步提出了基于信息抽取技術的專利知識挖掘模式。然而，這些研究成果對創新設計過程中的概念設計的激發作用不足，而這種激發作用正是專利等參考知識的重要價值之一。

專利知識結構體系分析

本文結合概念設計知識框架，即“需求-功能-原理-結構”，以及專利文本的結構特點，對專利的知識結構做了系統梳理。將專利文本中所包含的知識分為表層專利知識和深層專利知識兩大類。表層專利知識相對直觀，可以在專利說明書的不同板塊中直接獲取，需求知識、結構知識、功能知識、效應原理知識均屬于表層知識。深層專利知識——創新原理知識相對隱蔽，需要在獲取表層信息基礎上作進一步地推演。深層專利知識對概念設計的激發作用較強。

專利創新原理知識描述

專利中的創新原理知識有兩類，一是專利產品在“需求-功能”設計階段，功能結構中所蘊含的思維創新原理。機電產品的概念設計過程分為需求設計，功能設計，效應原理設計，結構設計四個階段。功能指滿足產品需求的所有功能及功能關系集合，通常不偏向具體技術方案。在許多情況下，功能結構可以在實現總功能這一目標下進行變異。這種專利文本中隱含著的變異路線或方法，即思維創新原理。另外一種創新原理知識是體現在實現某一具體功能的結構設計中所運用的技術創新原理。分功能或子功能的實現依托于結構設計，使得某一功能得以實現所采用的結構設計方法即為技術創新原理。其實在結構設計階段也存有思維創新原理，不過其主要存在于“需求-功能”設計階段。思維創新原理和技術創新原理能夠對創新設計從思維方法和技術實現兩方面提供最為直接和有力的支持。

基于“任務流”模型的創新原理知識提取與重用

任務流

機電產品由于其領域特性，有各種抽象的“流”穿插其中，有的貫穿始終如“能量流”，有的是階段性的如“信息流”，有的則是穿插和置換性的如“物質流”。專利中的“任務流”是指產品使用過程中子任務運作的關系集合，以時間為維度，子任務之間存在并行，順次，循環往復等各種關系。事實上，在專利中所有的“流”都可以用任務貫穿起來，分析一個有代表性的任務流程，就可以考察動態的專利知識結構，進而更好地提取和重用專利知識。

創新原理知識提取

“任務流”與專利知識層級的結合

“任務流”以時間為維度，可以理解為用動態的視角觀察專利，將專利理解為橫向任務進程。同時，我們還可以以四個平行的專利知識層級結構（需求、功能、效應原理、結構）為參考，從空間視角看待專利知識，將其理解為縱向層級結構。在“任務流”行進過程中，四個知識層級有著同步、獨立的運作關系。由“任務流”組成的橫向進程和由層級結構組成的縱向關系交織地構成了專利創新知識的發掘平臺——“任務流”模型。通過對專利知識結構的動態分析，可以清楚地找到能夠用于專利深層知識（即創新原理知識）逆推的，彼此對應的各層表層專利知識，而通常情況下，專利文本中的各層表層知識是零散的。

創新原理知識提取流程

機電產品創新原理的提取需要借助“任務流”模型對表層知識進行逆推，逆推而得的初始原理知識可進一步借助TRIZ發明原理的語法模式進行規范化表達。如果恰與某條TRIZ發明原理匹配則直接使用該名稱進行表達，如果沒有可以描述該知識的發明原理則參考TRIZ的命名原則命名。

專利創新原理知識重用思考

逆推，并經規范化描述后得到的創新原理與之前的“任務流”模型可作為專利文本的輔助形式一同輸出，為設計人員的創新設計提供支持。創新原理不是一個固定的工具或步驟，而是一套基于特定環境的觀察和思考的模式。因為設計問題的復雜性，孤立的原理并不能很有效地指導設計，這種創新原理與“任務流”一同輸出的形式恰好給設計師一個審視的“角度”，一類描述的“語言”以及一種思考的“模式”。

總結與展望

本文對專利創新原理知識做了系統論述，并創新性地將“任務流”模型應用于專利創新原理的提取和重用。本文成果或可用于智庫專利檢索輸出形式的方案設計，使用戶能夠相對容易和便捷地獲取專利深層知識——創新原理，從而激發概念設計，促進創新方案的產生。 不足之處在于文中專利數據的采集、創新原理知識的推導以及可視化效果的輸出基本為人工操作，因此后續的工作重點將是運用自然語言理解技術與計算機圖形手段真正實現該模型。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.041