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1、济南大学毕业论文 - 23 - 1 前言 竞争日益激烈的市场、买方市场的形成和产品更新速度的加快是当今制造业的显著特点。每个企业都在思考，如何凭借自身的技术优势在残酷的竞争环境中获得成功。由于市场的复杂多变和不可预期，要求企业具有快速响应市场的能力，迅速开发出满足市场需求的产品。 如果技术进化本身是离散随机的，那么预测是十分困难的。大量的研究表明，任何领域的产品改进、技术变革、创新和生物系统类似，都存在产生、成长、成熟、衰败、灭亡的发展过程，是有规律可循，是可以预测的。 产品遵循着性能又低到高逐渐提高的发展过程，在产品的发展过程中具有一定的规律，这个规律就是技术进化定律。每个产品
2、的发展都符合一条或者多条技术进化定律。每个技术进化定律包含若干条技术进化路线，进化路线描述了具体的产品技术发展所经历的各个阶段。 企业在制定研发计划的时候，需要知道自己的产品技术所处的技术发展阶段，即技术成熟度是正确决策的关键，但很多企业的决策都存在着不足，并不科学。 Ellen Domb认为：“人们往往基于他们的情绪与状态来对其产品技术成熟度程度做出预测，假设人们处于兴奋状态，则常把他们的产品置于‘成熟期前期’，如果他们收了挫折，则可能认为其产品已经处于退出期”。因此，需要一种系统化的产品技术成熟度预测方法。 发明问题解决理论（TRIZ）认为任何产品都是由核心技术支撑的技术系统，技术系
3、统的进化要经历婴儿期、成长期、成熟期和退出期四个阶段，这些阶段组成了产品的技术生命周期，可用分段线性S-曲线表示出来。 产品技术成熟度是企业制定产品开发和技术革新战略首先要考虑的重要指标，也是进行技术贸易的重要参考尺度，还是某些职能部门进行技术研发立项的重要依据。产品技术成熟度预测过程可以帮助企业寻找自身差距&有的放矢地提高自己的技术水平，寻找创新点。 2 技术成熟度相关概念 2.1 生命周期 2.1.1 产业周期理论 美国哈佛大学教授弗农在1966年首次提出了产品生命周期理论。它认为，任何产品都是有生命周期的，这个周期分为四个阶段：导入
4、期、成长期、成熟期和衰退期。根据产业周期理论，产品投入市场会经历一个销售量扩大且扩大速度越来越快的过程（成长期），当市场的需求量逐渐被满足时，产品销售量的增长速度逐渐降低（成熟期），而后，由于新的更能满足市场特定需求的产品出现而最终推出市场（衰退期）。对于任何一个产业来说，由于其生存的基础是产品，因此根据产业的生物性，每一个产业都有自己生存、壮大和衰亡的过程。产业生命周期相应地也可分为四个阶段，这四个阶段分别被称为：形成期、扩张期、成熟期和退出期，如图1.1所示。 形成期 扩张期 成熟期 退出期 时间 市场占有率 图2.1 产业发展阶段示意图 形成期：在产业的形成阶
5、段，某类产品由于各种原因，其原来的潜在需求逐渐被市场所接受，转化为现实需求。但这个过程往往不会很顺利，因此，此阶段的产业生命周期曲线呈现出不同的形状。 扩张期：当该产业的产量在整个产业系统中的比重迅速增加，并且该产业在产业结构中的作用也越来越大时，就可以认为该产业已经进入了扩张期阶段。扩张期产业的一个主要特征是产业的发展速度大大超过了整个产业系统的平均发展速度，该产业的技术进步日益成熟，市场的需求则有明显的扩大。这一阶段周期曲线斜率较大。 成熟期：当某个产业经过了扩张期的迅速增长阶段之后，其发展速度将会放慢。这是由于一方面其产出的市场容量相对稳定，另一方面该产业在产业结构中
6、的潜在作用也基本得到发挥，这标志着该产业从扩张期进入成熟期。成熟期产业的生命曲线比较平缓。 退出期：当技术创新向市场推出了在可替代传统产业的新产业时，传统产业就逐渐萎缩，逐步的退出市场，这表示该产业已经步入衰退期。衰退期产业的的周期曲线具有下降趋势，斜率一般为负数。 2.1.2 产品生命周期 产品生命周期，简称PLC，指一种新产品从开始进入市场到被市场所淘汰的整个过程。弗农认为产品生命是指市场营销生命，产品和人一样，要经历形成、成长、成熟、衰退的周期。而这个周期在不同技术水平的国家里，发生的时间和过程是不一样的，存在这一个较大的时差，表现为不同国家在技术上的差距。它反映了同一产品
7、在不同国家市场上的竞争地位的差异，从而决定了国际贸易的变化。弗农把这些国家依次分为创新国家、一般发达国家、发展中国家。 典型的产品生命周期一般可分为四个阶段：导入期、成长期、成熟期和衰退期。 导入期：指产品从设计投产知道投入市场进入测试阶段。新产品投入市场，便进入了导入期。此时产品品种少，顾客对其还不了解。生存者为了扩大销路，不得不投入大量的促销费用。该阶段由于生存技术的限制，生存批量小，制造成本高，宣传费用大，产品销售价格偏高，销售量极为有限，企业通常不能获利，反而可能亏损。 成长期：指产品通过试验效果良好，购买者逐渐接受该产品，在市场上打开了销路，产品的需求量和销售额迅速上升。生产成
8、本下降，利润迅速增长。与此同时，竞争者看到有利可图，纷纷进入市场参与竞争，使供给量增加，价格随之下降，企业利润增长速度减慢，最后达到生命周期的最高点。 成熟期：指产品进入大批量生产并稳定地销售。随着客户增多，市场需求趋于饱和。产品普及并日益标准化，成本低产量大。销售增长速度缓慢直至下降，由于竞争加剧，导致生产企业在其他方面加大投入，一定程度上增加了成本。 衰退期：指产品进入了淘汰阶段。随着科技的发展及消费习惯的改变等原因，产品的销售量和利润持续下降，产品已经老化，不能适应市场需求，市场上有其他性能更好、价格更低的新产品。此时企业就会由于无利可图而停止生产，最后完全推出市场。 2.1.3
9、技术生命周期 技术发展是从一项新发明开始的，其后的发展轨迹称为技术生命周期，如图1.2所示。 时间 性能参数 自然限制 替代与中断 技术发 展阶段 新发明 阶段 萌芽期 成长期 成熟期 衰退期 图2.2 技术生命周期 图中横坐标是时间，即一项核心技术所推出的一系列产品的时间；纵坐标为技术的性能参数，该值不会超过自然限制。从横轴上将产品技术为三个阶段：新发明、技术发展和技术成熟阶段。 在新发明阶段，一项新的发现，被转变成了产品。不同的设计人员对同一原理的应用是不同的，已经设计出的产品还要不断的改进。因此，产品的性能指标随着时间的推移不断提高。 经过了上一阶段
10、很多企业已经认识到该产品的潜力，应加大开发力度。因此，将投入大量的人力、物力和财力来开发新产品，从而导致新产品的性能参数快速提高。这个阶段被称为技术发展阶段。 随着产品进入技术成熟度阶段，所推出的新产品的性能参数只有少量增长。继续投入进一步完善已有技术产生的效益将减少，企业应研究新的核心技术以在适当的时间替代现有产品的核心技术。 最后一个阶段是技术衰退期。此阶段的产品会被新的产品所替代，已有技术将中断推出市场。 2.2 S-曲线 技术进化的过程不是随机的，历史数据表明，技术的性能随时间的变化规律呈“S-曲线”，如图2.1所示。随时间的推移，S-曲线明显趋于一条直线，该直线是由
11、技术的自然属性所决定的性能极限。 产品和技术都是系统。系统进化最初变化很慢，之后变化加快，最后又变化很慢，这一规律早在18世纪就通过统计观察得到。这种规律用公式 所示的函数描述。将增长函数用图表示即为S-曲线。该模型的本质含义是增长速率与已完成的增长量及及未完成的增长量成均衡关系。M(t)/M t0 Time 图2.3 技术发展的S-曲线 S-曲线具有预测功能的原因是任何增长过程都要收到资源的限制，即增长过程用尽或基本用尽有限的资源时，增长过程基本处于停滞状态，资源本身不是用之不竭的。 运用S-曲线进行预测时，不仅能正确地测量增长过程，还能定量地确定自然增长
12、规律、最高限度、增长的斜率。数据越多，覆盖的时间越长，不确定性的水平越低，预测越准确。通过关于进化的大量数据，可以使人们更准确地预测进化的最高限度和斜率。 2.3 技术成熟度 产品技术成熟度指的是：某种产品在技术进化过程周期中所处的阶段，宏观上表现为技术对产品性能的实现程度，其理论是技术进化理论，研究的对象是产品进化过程曲线。 2.3.1技术成熟度预测的概念 确定组成产品的技术在S-曲线上的位置是产品进化理论的重要研究内容，把产品作为一个技术系统进行研究，通过对当前产品技术的评价，预测当前产品出于技术生命周期的哪个阶段。 基于同一核心技术的产品组成的产品族，其性能的提高满足S曲线
13、增长趋势，如果产品族中性能最好的产品已经打到产品技术进化的退出期，那么这个产品族的已有产品形成的进化曲线就是一个完整的S曲线。反之，则已有产品组成的S曲线是不完整的，但是随着技术创新的深入和进一步投资，最终将形成完整的S曲线。那么当前产品在S曲线上的位置，就是产品成熟度。确定产品在S曲线上的位置的过程被称为产品技术成熟度预测。 2.3.2产品技术成熟度预测的意义 快速有效的开发出满足市场需求的新产品是企业在市场竞争中取胜的重要武器。世界上大多数产品是在老产品适应前产品的基础上开发出来的，企业在新产品研发过程中需要预测当前产品的技术水平及新一代产品可能的进化方向，这种预测的过程称为技术预测（
14、technology forecasting）。技术预测的研究起源于半个世纪前。在长期的研究过程中，理论界提出了技术预测的多种方法，这些方法被分为两类：规范化方法（normative method）与探索性方法（exploratory method）。 （1）产品技术成熟度是企业制定战略的重要参考尺度 企业的决策者始终面临一个技术选择问题，是对当前技术进一步优化，还是转向替代技术，要解决这个问题，就必须确定技术的成熟度，如表2.1所示。 表2.1 企业在技术系统进化各阶段应采取的战略 产品技术成熟度 企业技术策略 创新战略 婴儿期 评估该技术的功能能力，如果优于现有技术，分
15、析技术转化为产品的主要障碍，投入资金进行攻关，尽快实现技术产品化，争取尽快推向市场，抢占技术领先优势。 局部创新 成长期 首先将新产品推向市场，抢占先发优势，然后不断对新产品进行改进，不断推出基于该核心技术的性能更好的产品，到成长期结束要使其主要性能指标(性能参数、效率、可靠性等)基本达到最优。 局部创新 成熟期 改进工艺、材料和外观，尽快使成本降到最低，这个时期的利润主要靠市场营销手段来获取。同时必须投入资会跟踪或探索可能的替代技术，判断新技术的产品技术成熟度，采取相应对策。 系统创新为主 局部创新为辅 退出期 重点投入资会寻找、选择和研究能够进一步提高产品性能的替代技术
16、 系统创新 （2）产品技术成熟度是进行技术贸易的重要参考尺度 我国加入世贸组织之后，企业为了参与国际市场竞争，要引进消化吸收一部分先进的设备和技术，为了避免引进国际市场上已经淘汰活或接近被淘汰的技术和设备，也同时也为了避免引进不成熟的(处于婴儿期或接近婴儿期)且国内又没能力进一步改进的技术，有必要在引进前对其进行产品技术成熟度预测。 （3）产品技术成熟度预测可以帮助企业寻找自身差距，有的放矢地提高自己技术水平，寻找创新点一个企业的产品技术成熟度是该产品技术发展过程中的一个阶段，对于一项产品技术而言，不同产业的产品的技术成熟度因其技术水平的差异而不同。在该行业中技术领先的企业产品技
17、术成熟度高，代表了该领域中的产品技术成熟度，而技术落后的企业的产品技术成熟度相对较低，不能代表该领域技术的发展水平。同时，根据企业的产品技术成熟度来制定战略时，应从两方面入手：一个方面是竞争环境下的产品技术成熟度，即代表当前竞争环境中最高水平的技术的成熟度，具有高于自己产品技术成熟度的企业是企业面临的主要竞争对手；另一方面是全球范围内产品技术成熟度，即该领域内世界最高水平，具有高于自己产品技术成熟度的国际企业是企业面临的潜在竞争对手。 产品技术成熟度预测过程中要研究国内和国际的同类技术，可以从中找出自己的差距和突破点。通过研究技术的发展过程，从中找出一些发展规律，如技术的进化路线，帮助企业预
18、测替代技术。另外产品技术成熟度预测的应用能促进我国企业的产品创新、产业升级及市场竞争力，提高国家综合固力。 （4）产品技术成熟度可以作为一些职能部门进行技术研发立项审批的重要依据无论个人或组织立项研究某项课题，都要对技术的历史研究情况进行调查，提出课题的研究方向和可能的成果。对于课题的立项审批一般靠专家进行评审，产品技术成熟度预测结果可以帮助专家对某项技术的进一步研究的价值和重点提供客观的评判依据。 2.4 产品技术成熟度预测的结果 产品技术成熟度预测有两种结果。如果产品出于婴儿期或成长期，则需要对产品进行持续创新和优化，以改善已有的S-曲线；反之，则需要产品突破性创新，以产生新的核心技
19、术，替代已有的核心技术，即为产品移入新的S-曲线。 为了改善S-曲线，需对产品进行优化设计。已有产品的优化是指产品的核心技术，即工作原理不变，而对其实现技术进行优化，包括材料选择、结构加工工艺、结构的装拆、性能、造型等的优化。 3 产品技术成熟度预测方法 3.1 TRIZ理论简介 TRIZ(TeoIijz Rezhenija Izobretatelskich zadach)是“发明问题解决理论（The Theory of Inventive Problem Solving）”的俄文缩写。它是由前苏联发明家G．S．Altshuller及其领导的一批研究人员于1946年创立的。 Alts
20、huller发现，产品及其技术的发展总是遵循一定的客观规律，而且同一条规律往往在不同产品领域被反复应用。任何领域的产品改进、技术变革与创新和生物系统一样都存在产生、生长、成熟、衰退、灭亡的过程，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计并预测产品的未来发展趋势，在他的领导下，前苏联的TRIZ研究团体分析了世界近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展应遵循的进化规律或模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和规律，建立了一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法,算法组成的综合理论体系!并综合多学科领域的原理和规律，建立起TRIZ理论体系。 TRIZ理论的核心
21、内容之一就是技术系统进化法则（规律），它可以根据技术系统的进化规律预测未来发展趋势，帮助企业开发富有竞争力的新产品。TRIZ的技术系统进化规律主要包含有提高理想度规律，系统完备性规律，能量传导规律，提高系统动态性和可控性规律，子系统非一致性进化规律，向超系统升迁规律，向微观系统升迁规律，系统协调性规律，技术系统的分割规律，系统向多功能,普遍化发展规律，改善物质的结构规律等。 如图3.1所示，在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计产品的特定问题（Specific Problem）表达为TRIZ的一般问题（General Problem），然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解
22、等，求出该TRIZ问题的普遍解或模拟解(Analogous solution）；最后设计者再把该解转化为领域解或特解。 TRIZ中的 特定问题 特定问题的 领域解 TRIZ中的 一般问题 TRIZ中的 普遍解 图3.1 TRIZ解决问题的一般过程 TRIZ认为技术创新产生于技术的概念设计阶段，即必须在概念设计阶段产生新的原理解。TRIZ已建立了一系列的普适性工具帮助设计者尽快获得满意的领域解，不仅在前苏联得到广泛应用、在美国的很多企业的新产品开发得到了应用，创造了可观的经济效益。 3.2 TRIZ中的分段S-曲线及技术成熟度预测 3.2.1 分段S-曲线 通过大量
23、专利的分析，G.S.Altshuller发现产品的进化定律满足S-曲线，但进化过程是靠设计者推动的，当前的产品如果没有设计者引入新的技术，它将停留在当前的水平上，新技术的引入使其不断沿着某些方向进化。G.S.Altshuller用图3.2所示的分段S-曲线表示性能随着时间的变化规律，从而更加明确地把产品进化分为婴儿期、成长期、成熟期和退出期四个阶段。 性能 婴儿期 成长期 成熟期 退出期 时间 图3.2 分段线性S-曲线 3.2.2 技术成熟度预测方法 通过对当前产品技术的评价，预测当前产品出于技术生命周期的哪个阶段，被称为技术成熟度预测。
24、 G.S.Altshuller分析了专利数量、专利等级、产品的获利能力和性能四个指标随着产品进化而变化的规律，与S-曲线一起组成产品技术成熟度预测算子，用于产品的技术成熟度预测。四个指标随着技术进化而变化的曲线形状如图3.3所示。收集当前产品的四方面数据所建立曲线的形状与图3.3中四条曲线的形状比较，即可确定当前产品的技术成熟度。 当一条新的自然规律被科学家揭示后，设计人员依据该规律提出产品实现的工作原理，并使之实现。这种实现是一项级别较高的发明，该发明所依据的工作原理是这一代产品的核心技术。一代产品可以由多种系列产品构成，虽然产品要不断完善，不断更新，但作为同一代产品的核心技术是不变的。
25、 一代产品的第一个专利是一个高级别的专利，如图3.3中的时间-专利等级曲线所示。后续的专利级别逐步降低。但当产品由婴儿期向成熟期过渡时，伴随着限制产品性能的关键问题的解决会出现一些高级别的专利，正是这些专利的出现，推动产品从婴儿期过渡到成长期。 图3.3 技术成熟度预测曲线 图3.3中的时间-专利数量曲线表示专利数量随时间的变化。在婴儿期和成长期前期由于参与开发的企业和人员较少，所以专利数量较少。在成熟期由于激烈的市场竞争，企业新专利不断涌现，专利数量最多。之后产品到了退出期，企业进一步增加投入已经没有什么回报，因此专利数量降低。 图3.3中的时间-获利能力曲线表明：开始阶段，企业仅
26、仅是投入并没有赢利。到成长期产品虽然还有待于进一步完善，但产品已经出现利润。之后，利润逐年增加，到成熟期的某一时间达到最大，之后开始降低。 图3.3中的时间-性能曲线表明，随着时间延续，产品性能不断增加，但到了退出期，其性能很难再有所提高。 如果能收集到产品的有关数据，绘出上述四条曲线，通过曲线形状，可以判断出产品在S-曲线上所处的位置，从而可其技术成熟度进行预测。 3.2.3 TRIZ中的新概念分级 TRIZ的一个重要成果是认为创新有级别，产品创新由低级向高级的方向发展。由于这种发展，产品才一直占领老市场或赢得新市场。G.S.Altshuller通过研究表明，问题的解或概念分为5个级
27、别，普通设计人员采用试验纠错法从产生最初的工作原理到最终选定工作原理的过程中，所产生工作原理的个数即解的个数决定解的级别，其级别与个数的关系如表3.1所示。 表3.1 解的级别与工作原理的关系 级别 所产生工作原理个数 1 1-10 2 10-100 3 100-1000 4 1000-10,000 5 10,000-100,000或更多 产品从低级向高级进化的过程中，高级别解的产生需要更多的知识。产品的级别还与问题的难易程度、知识来源等有密切关系。描述如下： （1）1级（Level 1） 通常的设计问题或对已有系统的简单改进。设
28、计人员自身的经验即可解决，不需要创新。大约有32%的解属于该范围。 （2）2级（Level 2） 通过解决一个技术冲突对已有系统进行少量的改进。采用行业中已有的方法即可完成。解决该类问题的传统方法是折中法。大约有45%的解属于该范围。 （3）3级（Level 3） 对已有系统有根本性的改进。要采用本行业以外已有的方法解决，设计过程中要解决技术冲突。大约有18%的解属于该范围。 （4）4级（Level 4） 采用全新的原理完成已有系统基本功能的新解。解的发现主要是从科学的角度而不是工程的角度。大约有4%的解属于该类。 （5）5级（Level 5） 罕见的科学原理导致一种新系统的发明。大约
29、有1%的解属于该类。 从上述描述可以看出，解的级别越高，获得该解所需的知识越多，这些知识所处的领域越宽，搜索有用知识的时间越长。解的分级的总结如表3.2所示。 表3.2 解的级别 级别 创新的程度 百分比 知识来源 参考解的数目 1 显然的解 32% 个人的知识 10 2 少量的改进 45% 行业内的知识 100 3 根本性的改进 18% 行业外的知识 1000 4 全新的概念 4% 科学原理 100,000 5 发现 1% 所有已有知识 1,000,000 4 基于专利分析的产品技术成熟度方法 4.1 专利的性质及其应用
30、于技术成熟度预测的可行性 4.1.1 专利的性质 专利制度是随着人类社会向商品经济和工业化发展的过程中产生和发展起来的，现在全世界绝大多数国家都实行了专利制度以保护发明人或设计者的合法权益，目的是鼓励发明创造、促进工业发展和推动科学进步。 世界知识产权组织统计表明，全世界每年发明成果的90%到95%首先是在专利文献上发表的，而在其他科技文献中只反映出5%到10%，目前全世界专利文献已超过4000万件，而且每年以100万件的速度递增，占全世界各种图书、期刊每年总出版量的四分之一。这些专利文献凝聚了全世界科技创造的精华，形成了庞大的信息宝库，是非常重要的科技信息资源。 专利保护的发明创造是
31、人类脑力劳动的成果。人类的大脑可以创造出多种方法和各种装置以利用周围的自然，使发明创造层出不穷。现在用于制造产品的工业设备和方法是几千年来发展的结果，是在原有发明创造的基础上不断出现的新发明创造的结果。有些发明现在看来很普通，以至于可能意识不到在当时的确是一项新的发明。 可授予专利权的发明创造必须是新产品、新方法和新应用。不能导致技术变化的发明创造一般不能授予专利权。 一项发明是通过某些措施而得到的某种特定的效果，发明人没有必要对此做出科学解释，只要确保所采取的这些措施能够产生所述的特定效果就够了。一般来说，一项发明创造可以看作是一个解决技术问题的实施方案。在寻找一种途径或方法以解决某一现
32、存问题而最终找到了解决方案的情形下，这一点就更为明显。有些发明创造是针对早已存在但却不为人知的问题的解决方案，也就是说，所解决的问题是在发明出现后才被认识的。 专利权只授予新的发明创造，这在全世界范围内是一致的。中国专利法第22条规定：授予专利权的发明和实用新型，应当具备新颖性、创造性和实用性。 （1）新颖性 是指在申请日以前没有同样的发明或者实用新型在国内外的出版物上公开发表过、在国内公开使用过或者以其他方式为公众所知，也没有同样的发明或者实用新型由他人向专利局提出过申请，并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。 （2）创造性 是指同申请日以前已有技术相比，该发明具有突出的实质性特点
33、和显著的进步，该实用新型有实质特点和进步。 （3）实用性 是指该发明或者实用新型能够制造或者使用，并且能够产生积极的效果。 4.1.2 以专利为研究对象的可行性 专利之所以能够作为研究对象来预测技术的成熟度，是因为专利具有一下特点： （1）专利申请活动是反映新技术、新产品开发活动的一个极为重要的方面，任何一件专利都必须具备新颖性、创造性和实用性。 （2）专利文献是专利活动的完整记录，它能够反映各个技术领域中技术活动的现状，又能够用来研究某个特定技术领域活动的发展历史。 （3）专利信息内容新颖、广泛，分类系统、详尽、实用性强，出版迅速、时效性强，格式统一、规范，便于查阅，优于一般意义
34、上的科技情报，尤其是网络技术的发展，使得专利信息查询更加快捷便利。 正是因为专利具有以上特点，所以关于某项技术的专利所支持的技术性能代表了该技术的发展过程，关于某项技术参数的专利所支持的技术性能代表了该技术参数的发展过程。研究关于某项技术或某个技术参数的专利所支持的技术性能，其增长都应符合S-曲线规律。正是通过研究专利，G.S.Altshuller发现了技术进化定律，创立了TRIZ。很多技术预测的专业也都把目光投向了专利分析统计，得出了很多有实践意义的成果。专利的特点和前人的时间都说明专利比较适合作为产品技术成熟度预测的研究对象。 4.2 基于专利分析的产品技术成熟度预测的模型 现有的产
35、品技术成熟度预测方法都存在一定程度上的缺陷问题，一方面是由于某些技术的性能和获利能力难以精确，数据难以收集；另一方面，由于专利考察模式进行的预测是根据曲线形状来判断产品技术成熟度，需要得到技术系统所有的历史数据，对历史数据的研究时间漫长；而且国内专利数据不完全的现状使得传统方法难以适用。为了使技术成熟度预测方法具有一定的普遍适应性，本章提出了一种新的基于专利分析的技术成熟度预测模型。 应用G.S.Altshuller的研究结果时，可以抛开较难获得的性能指标和获利能力指标，而引入弥补缺陷的专利数量（number of SCP）这一指标。因为在研究专利过程中，相对于专利分级来说，对专利按照是否弥
36、补缺陷进行分类是一个很简单的过程，仅仅根据专利摘要就能确定，不会增加太多工作量。专利数量反映技术研究活跃程度；专利等级反映研究成果水平，在上一章中介绍了G.S.Altshuller在研究发明过程中获得发明所需要反复尝试的次数把发明分为五个等级，其分析原则用于分析，就是专利等级；弥补缺陷的专利是指通过引入补充技术、结构或方法来弥补专利所指向其数量反映研究重点的转移。技术专利特性曲线如图4.1所示。 时间 时间 时间 发明数量 发明等级 SCP的数量
37、 图4.1 技术专利特性曲线 不难发现，所采用的三项指标来自于一个数据源，考察了一个问题的多个方面，因此可比性更强。 把专利特性曲线中各曲线的斜率特征与弥补缺陷的专利在同期专利中的大致比例组合起来，从表4.1可以看出技术成熟度不同，这种特征组合是不同的，因此可以利用这个特征组合进行技术成熟度预测。把这个特征组合称为产品技术成熟度组合判据。 表4.1 产品技术成熟度组合判据 成熟度 专利数量曲线的斜率 专利等级曲线的斜率 弥补缺陷的专利数量的斜率 弥补缺陷的专利在同期专利中的大致比例 婴儿期前期 ≥0 ≤0 不定 极少 婴儿期后期 ≥0 >0 不定 极少
38、成长期前期 <0 ≤0 ≥0 极少 成长期后期 ≥0 ≤0 ≥0 部分 成熟期前期 ≥0 ≤0 ≥0 大部分 成熟期后期 ≥0 ≤0 <0 大部分 退出期 <0 ≤0 <0 部分 4.3 基于专利分析的产品技术成熟度预测的步骤 依据技术成熟度组合判据进行技术成熟度预测，即根据专利特性变化与技术成熟度的关系预测。预测步骤如下。 1、检索专利数据 应用专利分析进行技术成熟度预测，首先要检索专利数据，可以根据关键词检索。当时互联网发展迅速，网上有很多专利资源库可供查询，而且一般都提供了按关键词查找功能。 专利权只在
39、专利批准国有效，因此各个国家都由自己的专利库。检索专利数据数据首先要确定应用哪个国家的专利数据库，一般而言，应用产品所在的竞争环境中的专利数据库。对于一个参与全球竞争的企业，其面对的是世界各国同类技术的竞争，其所用的专利数据库应该来自该类技术处于世界领先地位的国家。对于一般国内企业，应用国内数据相对简单，如果专利申请情况正常，可以应用国内专利数据库进行预测，这需要对专利申请情况进行评估。 2、筛选专利数据 通过关键词检索出来的数据不一定都与所研究的技术有关，要经过对专利摘要的分析，去除无关内容。 3、专利分级和分类 专利筛选出来后，就要按照G.S.Altshuller
40、的专利分级原则对专利进行分级，还要按照是否为弥补缺陷的专利和是否降低成本的专利进行分类。 综合G.S.Altshuller对发明等级的分级，主要集中在以下几方面： ① 需要反复尝试的次数（如果能够知道或者能够猜测）； ② 所需知识的广度； ③ 是否存在冲突（管理的、技术的和物理的）； ④ 冲突的数量； ⑤ 冲突的强度； ⑥ 对相关领域的影响； ⑦ 对科学技术的影响； ⑧ 系统的变化程度。 把全部专利按照上面几个方面进行比较，能够很容易确定技术的相对级别高低，根据G.S.Altshuller对各等级的描述，可以确定专利的等级。 通过以上对专利的分析和分类，给每项专利
41、增加了三个属性：专利的等级，是否为弥补缺陷的专利，是否为降低成本的专利。 4、专利汇总统计 对专利数据逐年进行汇总，统计每年的专利数量、专利平均等级、弥补缺陷的专利数量和降低成本的专利数量。统计近五年弥补缺陷的专利和降低成本的专利在五年来全部专利中的比例。 5、生成曲线图 根据统计数据生成时间序列，并用移动平均法进行平滑处理。根据曲线形状选择一次、二次、三次曲线或分段二次曲线进行拟合，或分别采用四种方法进行拟合，或按照残差平方和最小原则进行选择。 6、技术成熟度预测 根据技术成熟度组合判据判断技术成熟度。 5 工业多流束热量计的技术成熟度预测 任何产
42、品的技术系统和生物一样，都处在不断的进化之中。随着科学技术的进步，系统技术乃至产品的更新速度越来越快，热量计技术亦是如此。经过30多年发展，热量计技术不断完善，新型产品不断更新，各企业之间的竞争也越来越激烈，要想在激烈的市场竞争中取胜，最重要的就是能够快速有效地开发出新产品。新产品的研发决策过程需要对当前产品的技术水平进行考察，从而准确制定相应的策略。 我国的专利制度虽然起步较晚，但发展迅速，有很多企业不仅在国内申请专利，还在国外申请专利以保护自己的技术。本章通过检索国内专利数据库，以工业多流束热量计为例，按照上一章介绍的预测步骤，阐述基于专利分析的产品技术成熟度预测技术。 5.1 工业多
43、流束热量计专利分析 5.1.1 专利的检索和筛选 以中国国家知识产权局（ 表5.1 专利检索的条件设定 关键字 流量计或热量计或热量表 资料库名称 中国国家知识产权局 专利类型 发明专利、实用新型专利 年份 2000 to 2010 语言 汉语、英语 地区 不限 公司 不限 5.1.2 专利的分级与分类 对与工业多流束热量计有关的277份专利逐一进行分析，从专利的申请顺序可以发现各种热量计出现的先后顺序和技术继承情况，同样也能看出技术的相对重要性。按照上一章讨论的发明分级原则对专利进行级别评价时，把一个专利孤立地进行级别分类是不可行的，关键是进行纵向比
44、较。按照专利出现的先后顺序逐一分析，整理出技术发展的过程和技术的继承关系，最先出现的技术(包括原理、结构、零部件、工艺等)级别高，此后出现的专利都是对此技术的丰富和缺陷的弥补，相对级别较低；还要衡量技术对产品产生的变化是突变还是渐变，前者级别高，后者级别低。 在专利的分级过程中，一般通过分析专利摘要就可以判断专利是否是为了降低成本或是为了消除缺陷，并且在专利分级过程中，在标志性专利确定之后，除了一些等级较高的技术外，大部分专利属于这两类。 将分级分类后的专利资料进行汇总，汇总结果如表5.2所示。 表5.2 专利汇总数据 时间 专利数量 平均专利等级 弥补缺陷的专利数量 降低成本
45、的专利数量 2000 12 1.3333 12 1 2001 20 1.5000 16 6 2002 9 1.5555 7 5 2003 30 1.5000 20 6 2004 18 1.6111 13 5 2005 21 1.5238 17 2 2006 27 1.5555 22 3 2007 23 1.5217 18 6 2008 16 1.8125 13 4 2009 36 1.5000 33 8 2010 65 1.3231 56 7 5.2 工业多流束热量计技术成熟度预
46、测 5.2.1 绘制专利统计曲线 分别将专利数量、专利平均等级、弥补缺陷的专利数按时间段进行汇总统计，绘制出专利统计曲线。 图5.1 专利数量统计曲线 5.2 专利等级统计曲线 图5.3 弥补缺陷专利数量SCP统计曲线 5.2.2 曲线拟合 从图5.1可以看出，现阶段专利数量处于上升趋势；从图5.2可以看出专利等级处于下降趋势；由图5.3可以看出弥补缺陷专利数量处于上升趋势。 将绘制出的专利数量-时间曲线、专利等级曲线-时间曲线、SCP数量-时间曲线与标准曲线进行三次曲线拟合，从而能确定工业多流束热量计在技术预测曲线所处的技术阶段。如
47、图5.4所示。 时间 时间 时间 发明数量 发明等级 SCP的数量 图5.4与标准曲线的比较 5.3 结果与讨论 上一节通过与标准曲线三次曲线拟合，可以确定工业多流束热量计现阶段处于成熟期，该技术所支持的产品性能接近极限，企业竞争开始激烈，专利数量急剧增长，但利润接近最大，技术处于成熟度前期。 而实际上在中国的情况比较特殊。我国专利制度起步较晚，而热量计技术已经经历了几十年的发展，发达国家早已普及，各项技术发展已经较为
48、均衡。我国对热量计技术的研究虽然起步较晚，但是许多技术是在模仿、吸收国外同类产品的基础上发展起来的，因此我国的热量计技术只经历了短暂的婴儿期，很快进入了成长期并达到了成熟期，产品性能提高很快，到现在为止几乎所有的性能参数都能达到最大。现阶段企业面临的主要问题是如何进一步降低成本和进一步弥补存在的缺陷。 但在普通用户的普及方面还远远没有达到预期，并且大部分热量计生产公司的效益较低，盈利并不多，主要原因主要有两方面： （1） 现有的热量计，尤其是成本较低的机械式热量计还没有完全适应本国国情，大部分国产热量计还处在简单的对进口热量计结构的仿制阶段，还没有解决如压力损失大、价格高等问题。
49、 （2） 市场的推广和宣传工作步伐较慢。虽然热量计在我国的研发进展较快，但我国的建筑节能政策实施时间不长，宣传还不是很到位，热量计在中国还属于新鲜事物，大部分老百姓甚至还没有听说过热量计。 对于处在成熟期的产品，企业的技术战略应该是改进工艺、材料和外观，尽快使成本降到最低。这个时期的利润主要靠市场营销手段来获取。热量计产品市场的成熟，在很大程度上依赖于供热体制改革政策的进一步完善，相信相关配套政策的出台，将会给中国热量计企业带来更大的商机和更加广阔的发展前景。 基于专利数量、专利等级和弥补缺陷的专利数量三项指标建立的产品技术成熟度预测模型，对我国热量计产品的技术成熟度预测的结果是可信的，是符合我国国情的。 由此可以看出，基于专利分析的产品技术成熟度预测技术是可行的。 6 结
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