基于TRIZ理论与奥斯本检核表法的专利创新方法设计_桓源.pdf

机械工程师MECHANICAL ENGINEER2023 年第 8 期网址： 电邮：基于TRIZ理论与奥斯本检核表法的专利创新方法设计桓源，任工昌，李振国（陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021）0引言21世纪各个国家之间的竞争实质是科技的竞争，科学技术的发展水平不仅代表国家生产力，更关乎国家的稳定发展。由于我国科学技术发展比发达国家的起步晚，所以现阶段我国很多领域受到国外专利技术的限制1。特别是对于我国的中小型企业来说，由于资金和人才的缺乏，无法投入大量人力物力来进行企业技术的创造和革新，所以不得不采用经验模仿的手段来降低研发成本，缩短研发周期。但是经验模仿风险极高，很容易出现侵犯他人专利权的情况。此情况的出现轻则使企业蒙受经济损失，重则会影响企业发展2。如何让企业短时间使国外的先进技术为我所用，同时形成属于自身的核心技术与专利，成为企业发展急需解决的关键问题。专利规避设计是摆脱专利壁垒的有效方式3。现阶段各种结合创新理论的专利规避方法层出不穷，如刘尚志等将TRIZ与QFD结合的专利规避方法，张祥唐等将TRIZ与专利矩阵相结合的规避方法等。这些方法的研究重点主要集中在对具体技术和专利本身的创新上4。对关键的核心技术和专利规避固然重要，但是在发达国家的企业对自身的技术优势进行严密布局的情况下，想要直接规避困难较大。而且现阶段大多数企业经过一次次转型升级已不单单制造和生产单一的产品。所以对已经形成专利壁垒并且难以规避的关键技术，采用拓展相关领域新专利的方式不失为一种好的策略。本文提出了一种将TRIZ理论与奥斯本检核表法相结合的专利创新方法，将传统的直接规避专利转变为拓展相关领域新专利的方法。此方法结合了TRIZ理论“启发式”思维和奥斯本检核表法“强制性”思考的优点，在TRIZ理论“创造性”思维和奥斯本检核表法“改进型”思维的结合下，既能保证合理的思考范围，又能突破各种约束，使思维进入新的领域，得到更多合理的创造性想法。1TRIZ理论与奥斯本检核表法的简介TRIZ理论是阿奇舒勒及其研究人员在研究250万份高水平专利的基础上，提出的由解决技术问题，实现创新方法、算法等组成的综合理论体系5-6。其包含了发明原摘要：通过研究系统化的专利创新方法来实现专利的挖掘与创新。首先明确需要创新的技术领域中的研究对象，对核心专利检索分析后，采用资源分析方法列出系统资源。运用奥斯本检核表法激发思维活动，结合系统资源确定创新目标和方向。最后利用TRIZ理论的求解工具，解决各个创新目标和方法的技术问题，从而获得新的专利方案。该研究形成了基于TRIZ理论与奥斯本检核表法的专利创新流程及方法，应用百叶窗结构的启发进行了专利创新案例分析。运用此方法可快速利用现有技术问题或现有专利完成新专利的创新设计。关键词：资源分析；TRIZ理论；奥斯本检核表法；专利创新中图分类号:G 306.0文献标志码:A文章编号：10022333（2023）08002204Patent Innovation Method Design Based on TRIZ Theory and Osborne Test Table MethodHUAN Yuan,REN Gongchang,LI Zhenguo(School ofMechanical and Electrical Engineering,Shaanxi UniversityofScience and Technology,Xian 710021,China)Abstract:Patent mining and innovation are achieved by studying systematic patent innovation methods.Firstly,this paperclarifies the research objects in the technology fields that need to be innovated.After searching and analyzing the corepatents,the resource analysis method is used to list the system resources.The Osborne checklist method is used tostimulate thinking activities,and the system resources are combined to determine innovation goals and directions.Finally,using the solving tools of TRIZ theory,the technical problems of each innovation goal and method are solved,so as toobtain new patent solutions.The study forms a patent innovation process and method based on TRIZ theory and Osborneschecklist method,and a patent innovation case study is conducted by applying the inspiration of shutter structure.Usingthis method,the innovative design of a new patent can be completed quickly by using existing technical problems orexisting patents.Keywords:resource analysis;TRIZ theory;Osborne checklist method;patent innovation基金项目：陕西省重点研发计划资助项目（2022GY-250）；西安市科技计划项目（2022JH-RGZN-0098）22机械工程师MECHANICAL ENGINEER网址： 电邮：2023 年第 8 期理、分离原理、科学效应库、物-场模型标准解、技术系统进化法则、理想解等多种解决问题的方法，是帮助使用者克服思维惯性、正确分析问题、有效解决问题的强有力工具7。奥斯本检核表法是一种比较理想的产生创意的方法，由于它突出的效果，被誉为创造之母。奥斯本检核表法属于横向思维，以直观的方式激发思考者的思维活动，以强制性的方式迫使思考者回答问题，有利于克服不愿提问的心理障碍，使创造者集中精力沿既定目标和方向思考。利用奥斯本检核表法，可以产生大量的原始思路和创意，对创造者形成发散思维有很大的启发作用8。2专利创新方法基于TRIZ理论与奥斯本检核表法的专利创新方法是以拓展难以规避的核心专利相关技术领域的新专利为前提，以帮助企业拓展核心产品周边子产品为目标。整个专利创新方法的流程如图1所示，首先围绕核心技术和专利结合企业发展现状确定想要发展和创新的技术领域，明确领域中的具体研究对象。通过大量的专利数据检索后，筛选出该技术的核心专利，对核心专利分析研究后采用资源分析方法列出该技术的系统资源。然后运用奥斯本检核表法结合系统资源进行强制性横向思考，确定合理的创新目标和方向。最后根据创新方向和目标，利用TRIZ理论的求解工具，解决各个创新目标和方向上的技术难题，从而获得多个方案。再对各个方案进行可行性评价与专利侵权判定后，即可筛选出既符合专利申请要求，又符合企业发展需求的创新方案。2.1专利检索和分析专利不仅保护了专利权人的知识产权，也为相关技术领域提供了新的思路和方法。高效可靠的专利检索可为企业产品研发和商业决策提供依据，对以技术研发和想要掌握核心专利的企业而言很重要。现阶段各种专利检索方法较多，寻找一种合理有效的检索方式可以大大提高检索效率。为贴合企业实际情况和提高检索准确度，本专利创新方法采用“总分式”检索与分类号+关键词检索相结合的方式，先全面了解技术领域的概况和各个技术分支，确定技术分支后在特定的分类号下进行二级关键词检索，可以有效缩小检索范围，为后续的专利分析减少工作量。专利分析是企业战略和分析竞争对手的重要基础，是在检索大量专利数据的基础上筛选出核心专利的有效手段9。经过对各种专利分析方法的对比，选择专利实施率统计指标作为衡量专利价值的标准较为贴合该专利创新方法。通过技术性能、经济效益、社会效益、市场因素、产业化开发和生产能力、宏观环境，以及产业化风险等多个角度的评选标准所筛选出的核心专利10，其实施率越高，对技术发展和创新的贡献越大。2.2资源分析TRIZ理论提出，对系统中可用资源的创造性应用来提高系统理想度是解决技术问题的基石11。资源分析的步骤如图2所示，资源分析就是从系统高度研究分析资源，挖掘系统资源的各种联系，从而优化系统结构，提升资源应用价值。在TRIZ理论中发现和寻找资源的工具有：多屏幕法、组件分析法和物-场分析法等。在对核心专利的资源进行分析后，可挖掘出系统的隐形资源，同时为后续使用奥斯本检核表法列出了一个明确的界限，可保证在使用奥斯本检核表法进行发散性思考的同时有更强的目的性，使思维更加集中于关键目标和方向的思考，大大提高效率。2.3奥斯本检核表法的运用奥斯本检核表是根据研究对象的特征列出相关问题，而后根据检核表所列的逐个想法进行核对讨论，有利于比较周密的思考。但是传统奥斯本检核表所列问题未经条件限制，导致思维过于发散，虽然可以形成很多想法，但很多想法不切实际。所以为减少后续对大量想法核对讨论的工作量，在使用检核表之前，通过对核心专利的系统资源分析之后，结合系统资源可有效提高想法的合理性。奥斯本检核表如表1所示，根据表中内容结合系统资源分析可快速确定出较为合理的预选方案。2.4TRIZ求解工具在结合系统资源与奥斯本检核表法分析后会得出几个合理的创新目标和方向，但是在具体对目标和方向深入研究后，会遇到工程技术上的难题，此时运用TRIZ理论中的技术矛盾求解工具就可以提供较好的解决思路。TRIZ理论包含着许多科学而又富有可操作性的思维创新方法和发明问题解决理论。在对实施具体目标的技术方案上提供合理的解决方案，为后续的核心技术探究与专图1专利创新方法流程图2资源分析步骤表1奥斯本检核表序号 检核项目含义1能否另用有无新用途，有无新使用方法，改变现有使用方法2能否借用有无类似，可否类比产生新观念，能否超过3能否扩大可否（增加，附加，增加频率，增加尺寸，放大）4能否缩小可否（减少，密集，压缩，减轻，分割，微型化.）5能否改变可否改变（功能，颜色，形状，运动，外形）6能否代用可否代替，用什么代替，材料、成分等的替换7能否调整可否变换（布置顺序，因果关系，工作规范）8能否颠倒可否颠倒（正负，头尾，上下，位置）9能否组合可否重新（组合，混合，协调，成分）23机械工程师MECHANICAL ENGINEER2023 年第 8 期网址： 电邮：表3窗户相关产品部分奥斯本检核表利的申请提供有力保障。2.5方案评价及侵权判定在对各个目标和方向进行详细的技术方案设计后，需要结合企业发展战略对各个技术方案进行评价。通过企业和相关专家筛选出企业可实施的且有利于企业发展的设计方案后，再对具体的技术方案进行侵权判定，其侵权判定流程如图3所示9。在判定不侵犯他人专利权的前提下，企业可申请该技术方案的相关专利，并有针对性地调整企业的发展战略，使企业一步步拥有自己的核心技术与专利，帮助企业在进一步的竞争中立于不败之地。3案例分析以某一门窗生产企业为例，现阶段由于企业转型升级遭遇门窗相关领域的技术壁垒，为了更好地寻找发展契机，占领更多的市场，经过对企业发展现状调查，想要在窗户相关配套产品上有所创新，就需要寻找窗户配套产品的相关核心专利技术，并对其进行专利挖掘与规避设计，以获得价值更高的专利技术，同时验证本文提出的专利创新方法。经过采用“总分式”检索与分类号+关键词检索相结合的方式，再通过专利实施率的评价指标筛选出表2中几项专利作为核心专利。经过对核心专利的技术详细研究分析后，采用工具组件分析法，构建核心专利功能模型，可不局限于具体技术，具体技术和实施方式可由后续步骤完善，该步骤主要列出核心专利所涉及的所有功能，从功能的角度寻找资源。资源分析可明确创新技术领域所需的资源，也就确定出了创新目标和方向所合理存在的区域。为奥斯本检核表法提前限定范围，在限定范围内强制性思考，可快速得到合理目标和方向。根据表2所列出的核心专利进行资源分析后得到图4所示的系统资源与组件分析图。在资源与组件分析图的提示下，结合奥斯本检核表法进行分析，通过九大检核问题的提问，得出表3所示的几点目标和方向。通过对上述想法综合考虑后，将现有百叶窗式的窗帘结构另用，并增加窗帘的强度，考虑折叠的便捷性，将遮光、抗撞击、可折叠等多种功能组合，设计一种窗户保护装置。在具体设计技术方案的过程中发现，增加窗帘的抗撞击性需要提高自身强度，当采用高强度材料后原有的百叶窗拉绳式翻转结构已不能满足设计要求，而且要考虑折叠性。所以使用TRIZ理论求解工具选出6号多用性原理、12号等势原理、40号复合材料3个发明原理来解决窗户保护装置发明过程中的具体技术问题，其发明原理释义如表4所示。最终得出图5、图6所示的两种技术方案。如图5所示，方案一根据6号多用性原理使防护板具有遮光、防撞击、防盗等多个用途，不仅减少了系统复杂性，更减轻了整个装置的质量并降低了生产成本。根据12号等势原理启发得到将各个防护板通过平行四边形剪叉机构连接实现折叠，再通过平行四边形连杆机构实现防护板翻转，在实现功能的同时使机构运行空间更小。最终运用40号发明原理将防护板自身材料变为复合材料，在减轻自身质量的同时，也在一定程度上减少了翻转机构和折叠机构的负载，使装置寿命大大延长。在对方案一进行方案评价时发现，虽然平行四边形剪叉机构可以实现功能，但是在具体生产制造过程中由于连杆结构过多，难以保证装配精度，会导致机构运行过程中产生卡顿。所以再次使用12号等势原理，将折叠机构设计为丝杆螺母加连杆机构，使用丝杆螺母机构提供动力，通过连杆机构保证各防护板之间的等间距。最后经过图3侵权判定流程图表2核心专利技术表专利日期专利号专利名称2012US10743178Pull down,push up,shade apparatus2012CN201010229756.5提升式百叶窗帘2006CN200610061349.1一种外置的太阳能遮阳板系统2014CN201110233699.2智能上升式百叶窗帘2016CN205617895U一种帐篷的百叶窗顶棚结构图4核心专利系统资源与组件分析序号 检核项目得出想法1能否另用窗帘可以遮挡阳光，考虑在通风的前提下可否遮挡灰尘3能否扩大窗帘不能防撞击，可否增加强度，或附加其余功能4能否缩小窗帘在不需要使用时可否折叠起来9能否组合可否将窗户上所使用的各种附属产品功能组合表4发明原理释义表序号发明原理经典释义6多用性原理使一个物体具备多项功能12等势原理建立连续或完全互连的关联及联系40复合材料用复合材料代替匀质材料1.安装框 2.丝杠 3.翻转机构4.连接装置 5.防护板 6.传动装置 7.遮阳装置1.安装框 2.窗框 3.折叠机构4.翻转机构 5.防护板 6.遮阳装置6215432346715图6最终方案二图5最终方案一（下转第27页）24机械工程师MECHANICAL ENGINEER网址： 电邮：2023 年第 8 期（上接第24页）评价方案二完全复合设计和生产要求。由于设计方案是从核心专利中分析得到的设计思路和想法，所以需要对两方案进行侵权判定。经过对原专利群的技术特征、技术效果、权力要求等进行对比后，确保两方案均不侵犯已有专利的专利权，并完成了两方案的专利申报工作（一种窗户玻璃保护结构，专利号为CN201922266817.4；一种防风窗户安全保护器，专利号为CN202120655946.7）。4结论本文提出的基于TRIZ理论与奥斯本检核表法的专利创新方法，通过资源分析列出核心专利的系统资源，运用奥斯本检核表法引入强制思考提出方案，通过TRIZ理论求解工具解决具体技术问题，最终对核心专利实现规避和挖掘。运用此专利创新方法对百叶窗相关领域进行了专利创新设计，验证了此方法的可行性和合理性。此方法的提出能有效帮助企业拓展相关领域的新专利，为企业的进一步发展提供了有力保障，也为科研人员寻找创新方向提供了新的思路。参考文献1HUNG Y C,HSU Y L.An Integrated Process for DesigningAround Existing Patents through the Theory of InventiveProblem-solvingJ.Proceedings of the Institution of MechanicalEngineers,Part B:Journal of Engineering Manufacture,2007,221(1):109-122.2PATRICK B,PINKERTON J,PATRICIA P,et al.Design AroundValid US PatentsR.Bonita Springs:Patent Re-sources Group,1994.3江屏,张瑞红,孙建广,等.基于TRIZ的专利规避设计方法与应用J.计算机集成制造系统,2015,21(4):914-923.4成思源,王瑞,杨雪荣,等.基于TRIZ的专利规避创新设计J.包装工程,2014,35(22):68-72.5桓源,栾飞.基于TRIZ理论的苹果分拣套袋装置的设计J.机械设计,2021,38(增刊2):104-107.6凌旭,刘敏,肖芝,等.基于TRIZ理论的涡轮增压器降噪方法J.机床与液压,2021(14):75-79.7王学鹏,成思源,周金平,等.TRIZ工具的简化研究及应用J.机床与液压,2014(15):130-132,137.8田青.奥斯本检核表法对创造性思维产出影响的实验研究D.苏州:苏州大学,2012.9钟瑞洲,成思源,杨雪荣,等.面向需求的专利集群分析与再设计J.机床与液压,2020,48(22):64-68.10穆秀秀,曹国忠,魏丛格,等.核心专利群规避设计案例研究J.工程设计学报,2015,22(3):201-210.11王卫华.基于TRIZ的多项目并行下资源冲突问题研究D.西安:西安理工大学,2018.（编辑邵明涛）作者简介：桓源（1997）,男,博士研究生,研究方向为产品创新理论、机器人创新设计等；任工昌（1962）,男,博士,教授,研究方向为产品创新理论、机器人创新设计等。通信作者：任工昌,。收稿日期：2022-08-30图9带机械臂的自主移动物流机器人实物图图10机械臂搬运物品的自主运行，开发出基于双目摄像头的自动驾驶程序，令机器人具备建立地图、自主规划路径和自动避障的能力。通过机械臂末端的二维码识别模块，可以识别货架上预先粘贴的二维码令机械臂对于商品的定位更加准确。基于双目摄像头的移动机器人导航技术，一方面为物流机器人提供精准的定位和高效的自主路径规划能力，另一方面可以迅速适应仓库布局的变化，遇到障碍物时可以重新规划路径，从而进行规避。多台物流移动机器人可以协同工作，在仓库中共同完成任务。成功研制视觉伺服控制机械臂的程序，在机械臂的末端上安装深度摄像头，可以对物体进行识别和定位，并引导机械臂运动到待搬运物品前（如图10）。通过吸盘吸附和搬运物品。研制出臂展超过1 m、负载能力达到12 kg的串联式机械臂。该机械臂的成本要远低于市场上同类产品，有利于项目的推广和相关技术的商业化应用。4结论从上述分析可以看出，本项目研发的带机械臂的自主移动物流机器人具有突出的优点，可解决现有物流机器人存在的问题。对于提高无人仓库的效益，实现快递配送的“最后一公里”的真正无人化起到积极的推动作用。参考文献1前瞻产业研究院.2021年中国物流行业市场规模现状分析物流规模突破300万亿、物流收入保持增长EB/OL.2021-07-02.https:/ EB/OL.2017-12-11.https:/