基于专利信息分析“五流”模型的战略机会识别研究*

贺 伟 李 辉

(1.同济大学上海国际知识产权学院 上海 200092；2.河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心 天津 300401)

0 引 言

专利文献是法律制度约束的记载技术方案信息的规范性法律文件。专利文献具有的“公开性”特征，使其能够成为企业的重要情报来源[1-3]。近年来，专利数据被广泛地用于如竞争对手预警监测[8-12]、专利价值评估[13-16]、寻找潜在合作商或收购目标、研发策略的制定[10-11]、技术生命周期的预测[17-20]等不同领域。对专利信息的检索与分析，已成为企业创新设计[4-7]中的首要环节。

企业利用专利信息进行技术创新机会识别的过程中，常会面临两方面的问题：一是提取以法律标准语言表述技术方案的权利保护范围存在困难；二是缺乏将技术文献信息与创新方法中技术机会路径相衔接的桥梁性信息结构模型。为解决上述问题，本文提出构建专利信息分析“五流”模型，将法律性专利文献信息转变成面向不同创新方法应用的多种战略机会识别的权利地图，以期帮助企业加强对专利信息的有效利用。

1 专利信息分析“五流”模型的构建

国内外成熟的专利软件为专利检索与分析提供了平台，大数据背景下，人工智能语义搜索、神经网络等工具已经在复杂的数据网络中得到应用，通过专利数据挖掘、清洗、对比、分类，基于专利技术特征词构建不同的数据库，进而构建信息结构模型以提供可视化分析[21-24]。不同的专利信息结构模型可满足企业研发主体差异的信息需求目的。产品成熟度预测模型[25-26]提供了产品发展处于婴儿期、发展期、成熟期、退出期的不同阶段的信息情报；基于多种方法构建的功效矩阵图[27-29]提供了研究对象技术点分布稀疏模块的技术机会；可拓专利价值分析或熵权层次分析法[30-32]等模型构建了不同企业间专利技术实力对比的依据，以识别核心专利；波士顿矩阵图等信息模型[33-34]确立了专利质量及专利价值之间的评价对应关系以助力开发对象的选择；主次维度图信息结构模型[34]是通过深度研究并构建单一龙头企业或竞争企业的专利布局图以确定伞型、束型、星型、链型四类技术研发路径的方法。

上述各类研究从宏观的产品发展阶段到整体的技术布局，从不同企业间的专利技术实力对比到对某个企业的深度分析，从宏观不断到微观，数据分析的颗粒度由大到小。然而企业实际研发中最常面对的是研发后期初步确定技术构思后，针对专利相似性检索确定的一组相似的专利或者专利组合，需要结合专利法律制度约束进行细致分析以进行专利规避设计，或者针对自己开发的优势技术需进一步挖掘技术点以构建专利布局堡垒时，宏观的大数据分析失效，必须面对这项最细致的专利分析颗粒度，进行集中研发。因此急需一种信息结构模型架起不侵权、可授权的有效性设计约束与创新方法之间的桥梁。本文正是从这个角度出发，对与设计者方案相似的单一专利或者专利组合进行规避设计的情报信息进行有效提取，或对自己核心专利或专利组合进行深度分析，在专利法律约束下提取单一专利文献或者专利组合中法律信息、技术需求信息、产品功能信息、产品结构信息及产品属性参数信息五方面的信息，这些信息是在专利权利地图约束下，与成熟的创新设计方法需要提取的元素进行匹配，以便与不同的创新设计路径有效衔接，从而识别战略机会。根据上述专利信息中的不同类型，可以将五流专利信息分析模型划分为以下五个部分：

a.权项结构流，即依据法律制度约束下独立权利要求及从属权利要求的层次关系、不同权项技术特征与技术问题之间的对应关系等构建专利的技术权利范围地图；

b.技术问题流，即识别各项权利要求的区别技术特征所对应实际解决的技术问题，把握专利技术需求及发展信息；

c.功能/效应/价值流，即将每个权项不同的技术问题转换成标准化功能表述模型，进一步标定每个标准化功能模型在本专利中所使用的效应方法，再对整体系统分析得到价值，确定需求产品的功能价值；

d.功能模型流，即确定组件间的标准、不足、有效、过剩等不同作用关系，建立功能结构模型，对结构信息的确定可提供结构重构的技术机会；

e.属性流，即对于无法涵盖在上述四类信息结构模型中的其余创造性技术信息进行标准工程参数及技术冲突的限定条件分析，以提高产品性能或质量。

上述专利信息流，按照如图1所示顺序依次确定。

图1 专利信息分析的“五流”

2 基于“五流”模型的专利信息分析

在“五流”模型中，权项结构流主要解决由专利文献法律语言向结构可视化语言转化为权利地图的问题，技术问题流到属性流主要解决从专利权利地图构建到运用创新方法进行技术机会识别的转化问题，从而为企业充分利用专利信息搭建桥梁。从专利的权项结构流出发，通过进一步识别专利的技术问题流、功能/效应/价值流、功能模型流、属性信息流，可以将专利文献的信息转变成可与创新方法相衔接的信息结构模型，如图2所示。

图2 五流信息结构分析模型

2.1权项结构流信息提取按照上文对信息流的划分进行模块化信息提取，通过匹配不同的创新工具进行专利信息利用，可以实现制度约束下的专利文献信息向可视化信息地图的转化。权项结构流信息模型，是在制度约束框架下将法律语言表述的技术信息向图形化信息进行转换的过程。

图3权项结构流提取

专利文献是规范统一的法律性文件，具有制度上的要求。对专利保护范围的确定，必须遵循法律制度约束。权利要求书是确定专利技术方案保护范围的唯一依据，而说明书则是对权利要求书的解释。专利文献信息提取的制度约束主要有：

a.每项权利要求都是完整的技术方案。技术方案由必要技术特征组成；

b.独立权利要求必要技术特征与所解决的技术问题紧密相关。必要技术特征划分为前序特征与区别技术特征；

c.从属权利要求是在独权某个技术特征基础上的限定或补充，其既可以是对前序特征的限定或补充，也可以是对区别特征的限定或补充。

在制度约束框架下构建的权项结构流信息模型，如图3所示。首先，要提取独立权利要求所解决问题的所有必要技术特征，这些必要技术特征可以分为前序特征和为解决技术问题的关键区别技术特征。通过逐条分析每项权利要求，可以提取出从权的附加技术特征。针对独权中某一项技术特征进行进一步限定或者增加的技术特征，其增加或者限定的关系在图3中以“增”文本框来标识。

2.2技术问题流信息提取独立权利要求确定的技术问题是专利解决的最核心的问题，从属权利要求是在核心问题解决的基础上不断优化技术方案提出的更多细节问题。一组权利要求实际上构成了一组围绕核心问题展开的问题流束。对该核心问题流束的识别，可以为重构或重解问题形成新技术机会提供思路。专利技术问题流的提取过程是：

a.结合说明书背景技术中描述的现有技术存在的问题，分析独立权利要求权项中记载的技术方案尤其是区别技术特征，确定独立权利要求实际解决的技术问题；

b.当说明书提到的背景技术、技术效果等过于模糊、宽泛时，可检索最接近现有技术以确定区别技术特征所决定的技术问题；

c.依据技术问题确定的基本原则，逐一确定每项从属权利要求所附加的技术特征或者进一步限定的技术特征所实际解决的技术问题，最终确定技术问题流中所显示的结构模型。

2.3功能、效应、价值流信息提取问题与功能的区别在于：问题是专利领域实际具体的表达，为了跨领域寻找解决相同技术问题的技术方案，需要将具体问题标准化，采取一般化处理的功能，其表达方式是“动词+一般化名词”。其中，一般化名词是脱离具体技术领域的名词表述。例如，专利解决的问题是在尿布上打孔，以提高吸水量，转换成一般化功能是“打薄材料上的孔”，可类比在航空领域的粉末抢打孔来解决问题。转换成一般化功能后，跨领域寻找的问题解决方法往往具有出人意料的效果。

将技术问题换成一般化功能表达方式，由技术问题出发逐一形成功能流，其效应是达到功能所利用的基本物理/化学/生物原理原则。专利权项中的每一功能对应着其所采用的不同的效应，识别其功能效应之间的对应关系，可以形成效应流。采用不同效应解决相同功能时，可因效应转换识别新技术方案机会。构建功能效应价值流的过程，如图4所示。

图4 功能、效应、价值流提取

2.4功能模型流分析功能模型能够体现元件、制品及超系统三者之间的相互作用。其中，制品是系统存在的目的，如灭蚊灯的制品是蚊子；元件是组成的系统的最小单元，如构成手表的表带；超系统是系统工作时的外部条件，如地面、环境等。作用关系通过判断功能的作用是否满足用户要求而确定，可以分为四个级别，即标准作用、不足作用、过剩作用和有害作用。通常的功能模型如图5所示，其可直观反映系统中元件之间的连接及作用关系。结合专利的法律制度约束，首先要构建独立权利要求的技术方案功能模型图，然后再把从属权利要求的附加技术特征加入主功能模型图中，构建专利文献信息的功能结构模型图，为针对功能模型进行裁剪变形得到多种创意方案提供信息结构模型。

图5 功能模型图

2.5属性流分析属性分析是对执行元件、目标元件及功能限制条件的分析。专利中的属性描述有以下特征：名词为状态或特征，形容词/副词或其子句是属性的信息提取的地方。TRIZ中通过一对标准工程参数来表达系统的技术冲突，每个技术冲突均对应多个发明原理来提示发明者隐藏的技术问题解决路径。

属性信息流对专利中解决问题所涉及的参数用标准工程及技术冲突方法来表达，以寻找新发明原理的解决途径。

3 基于“五流”模型的战略机会识别

专利五流信息模型的构建，为战略机会识别提供了路径。近年来，TRIZ理论中基于大量高价值的发明专利总结出的通用问题及发明原理，在国内外企业的推广应用中得到了有效验证。但TRIZ在现有技术分析及研究对象识别方面存在短板，其无法与专利信息进行有效衔接，在一定程序上为企业有效利用TRIZ理论和专利信息造成了困难。本文构建的专利五流信息“五流”模型，能够发挥连接专利信息与TRIZ之间的桥梁作用，如图6所示。

图6五流信息结构分析模型

针对问题技术流的信息，构建问题重构的战略技术机会识别路径；针对功效价值流的信息，构建基于功效矩阵的战略技术机会识别路径；针对功能模型流，构建基于功能裁剪的战略技术机会识别路径；基于属性信息流，构建基于技术冲突重构的战略技术机会识别路径，每条路径对问题或者结构进行不同角度的变体形成TRIZ中的通用表达方式，以得到应用通用表达方式求解答案的多种创新方案，验证后进行成果有效性评价。

a.基于问题重构的技术机会识别：针对专利技术问题流进行问题的转换及新问题的挖掘，对应根原因分析方法、预期失效分析方法提供了两种技术机会识别路径，形成的新问题变体为企业提供了战略技术机会方向；

b.基于功效查找的技术机会识别：针对功效价值流的信息，将一般化表达的功能在效应知识库查找新效应；或者依据技术进化定律及路线预测未来的发展方向，更多原理的提示为企业提供了解决相同问题的不同发展路径；

c.基于功能裁剪的技术机会识别：针对功能模型流构建的功能模型，进行功能裁剪转换专利结构形成多种结构变体，对不同结构变体的重组形成多种新结构方案，更多的变形体为企业选择符合发展需求的不同战略路径提供了机会；

d.基于技术冲突重构的技术机会识别：专利中所解决的某两个参数之间的技术冲突在TRIZ中用标准工程参数表达，并对应多种发明原理给予问题解决的提示，对专利信息中所解决的技术冲突应用不同的发明原理重新解题，可提供新的战略技术机会。

上述每类战略技术机会具体路径的内涵、操作步骤、图示，如表1所示。

表1 战略机会路径

4 运用“五流”模型的实证研究

以申请号为201380019070.5的专利文献为例，其是一份最早在日本申请、2014年进入中国国家阶段的有关空气净化器的专利文献。该专利文献可从国家知识产权局网站下载全文。通过对该空气净化器案例进行分析，可以构建“五流”信息分析模型，具体过程如下：

a.权项结构流信息提取。此专利权利要求书中共有7条权利要求项：根据权项1的记载，必要技术特征包括主题外壳、过滤器、排气风扇、连通机构；权项2是对权项1的引用，提到了附加技术特征即过滤器风扇；权项3是对权项2的引用，限定了其过滤器风扇是离心式，排气风扇是轴流式；权项4是对权项2的引用，空气净化设备还包括驱动控制器，且能够独立控制过滤器风扇和排气风扇；权项5是对权项4的引用，对驱动控制器控制的过滤器风扇和排气风扇限定为离心式和轴流式的；权项6是对权项1到权项5的引用，连通机构和主体外壳是一体式的；权项7对权项6中的通风孔限定为可打开和可封闭的。权项结构流如图7所示。

图7 空气净化设备权项结构流

b.技术问题流信息提取。根据权项1和背景技术中“提供连通装置，除了已流通穿过过滤器的空气之外，直接吸入外部空气，提高空气流通的总量是可能的，而且因此实现的室内的空气循环”的描述，该专利解决的主要技术问题是未通过过滤器的空气如何在空气净化器中加速循环；权项2在权项1的基础上解决增大过滤空气效率的问题；权项3和权项4分别解决了选择增大空气流通的技术原理和控制空气流通量的问题；权项5进一步限定控制空气流通量选择的技术原理；权项6解决了连通机构的设置方式问题；权项7增加了连通机构的控制性。

c.功能/效应/价值流信息提取。技术问题1对应的功能为加速空气循环，其效应为风扇；技术问题2对应的功能为吸入空气，其效应也为风扇；技术问题3涉及选择工作原理，没有对应的功能；技术问题4是控制空气流通量，对应的功能为控制风扇，效应为电；技术问题5和技术问题3类似，没有对应的功能；技术问题6和7是设置方式和对通风孔的控制，没有相对应的功能。对技术问题中的功能，效应和整个系统的价值分析，得到该专利的价值是增加呼吸的舒适感。

d.功能模型分析。空气作为上述专利系统运作中必不可少的元素，属于系统中的制品；各个组件间的作用关系如图7中功能模型所示，图中的“独权”虚线框标示了必要技术特征，包含连通机构、过滤器、主体外壳、排气风扇等，“从权”虚线框标示了附加技术特征，包含过滤器风扇和驱动控制器。

e.属性流信息提取。提取位置关系、结构、材料、形状、特性等属性信息后，将关键属性信息转换成标准工程参数及技术冲突的表达方式，即可发现：改善的标准工程参数是适应性及多用性，恶化的标准工程参数是结构的稳定性。通过查找冲突矩阵表，可以得到“35参数变化”“30柔性壳体或薄膜”“14曲面化”等发明原理，这些发明原理可启发新技术机会的产生。

技术问题流，功能、效应、价值流，功能模型流以及束型流四类信息流表达如图8 空气净化设备分析模型所示。

图8 空气净化设备分析模型

根据上述“五流”信息分析模型，结合技术机会识别路径，可以得出战略技术机会启发表，如表2所示。从四条技术机会识别路径挖掘不同的创新型设计概念：一是通过对增加空气流通总量的初始问题进行根原因分析，提出通过捕能机构获取自然风能等多种创意设想；二是通过功效查找对该专利问题重新解决，为增加通风功能，可增加导风条、折叠倍增风机、单项双循环、调节挡板机构双向控制等设计路径；三是通过裁剪等方法对专利方案结构进行变形，形成新的结构方案；四是通过技术冲突重新解决，形成包括螺旋式空气净化、圆锥型进风罩等多种空气净化设备概念方案。

表2 战略技术机会启发表

5 结 论

面向关键专利或专利组合的专利规避设计或者企业优势技术的有效布局，“五流”专利信息分析模型提供了有效衔接专利法律制度约束与技术识别方法的信息模型，通过问题重构、功效查找、功能裁剪、技术冲突重构四条创新设计路径，助力创新型企业充分利用关键专利文献信息，实现专利侵权规避、提高创新性方案战略机会的有效识别。“五流”专利信息分析模型虽然对关键专利或专利组合的数据分析具有很好的适用性，但为专利规避设计或专利布局提供非人工构建的“五流”信息模型是非常积极且高效的方向，目前课题组正在利用pathon软件等编程设计，将高效实用的“五流”专利信息分析模型工具变成操作方便的可视化机器建模工具，降低企业的专利认知及利用门槛，推动该有效工具的快速实用化。