基于专利组合模式的布局设计

张换高,张亚捷,李 淼,张 乔

(1.河北工业大学 机械工程学院,天津 300401;2.国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心,天津 300401;3.天津品源科技有限公司,天津 300308)

1 问题的提出

在知识付费时代,企业越来越重视知识产权的保护[1]。当企业提出某一技术问题的解决方案时,一般会申请专利进行保护。然而现有企业在申请相关专利时缺乏策略,导致竞争对手只需对技术方案稍作调整就可避免侵权。为了保护企业利益,在申请专利时实施布局策略是必要的[2]。

与专利布局相对的是专利规避,两者是盾与矛的关系--专利布局是为了形成严密的专利保护网,防止被规避,专利规避是绕开布局区域以突破专利屏障[3],其中要想实现专利布局,除了需要充分掌握专利知识外,还需要了解企业的技术特点、用户需求、生产制造等,从多个层面系统地考虑问题[4],专利布局实施更加困难。专利布局的现有研究主要集中在专利布局的概念、模式和实现方法三方面。

关于专利布局的概念,从表现形式上,LI等[5]认为专利布局是企业根据申请专利的技术领域、数量、位置、范围和场合进行的总体布局规划行为,以形成对精细专利布局行为的有效排列和组合;德国学者ERNST[6]认为专利布局是包含了专利数据的动态的技术组合。从战略层面上,YUE[7]认为企业专利布局是建立在专利许可、专利交叉许可、专利诉讼等战略行为的基础上的,是为企业获得直接和间接利益的手段。从投资管理层面上,法国学者APPIO等[8]认为专利布局以其内部专利之间的补偿效应和协同效应保证了专利价值,解释了“专利悖论”,并降低了企业的投资风险。因此专利布局是一种在企业战略指导下的、有目的的专利组合实现过程。

关于专利布局模式,最经典的是瑞典学者GRANSTRAND教授团队[9]提出6种专利布局模式:特定的阻绝与回避设计、策略型专利、地毯式专利布局、专利围墙、包绕式专利布局和组合式专利布局。以此为基础,杨斌[10]从产品本身出发,为提高专利保护的广度和深度,提出了扩展布局法、迁移布局法、替代布局法、特征替换布局法、障碍布局法、干扰布局法、发明改进布局法、散点布局法、关联布局法;杨铁军[11]根据专利组合的结构形态,提出了集束型、降落伞型、星系型、链型和网状覆盖型5种布局模式;进一步,李辉[12]根据不同的专利保护作用,以问题为中心,定义了4种面向专利规避的专利组合模式:束型专利组合、伞型专利组合、链型专利组合和星型专利组合。第2章以功能为中心对这4种专利组合模式进行了重新定义,以更适用于专利布局。

关于专利布局的实现方法的研究如表1所示,包括战略规划,主要集中在基于已有专利形成的布局分析,即用于确定竞争对手或领域的研究现状,以支持管理层决策[13];还有面向专利布局的技术创新方法研究。

表1 关于专利布局的实现方法的现有研究

综上所述,合理的专利布局必须与企业的发展战略相适应,不同的布局策略实现路径不尽相同。专利布局设计是企业按照自身情况选择合适的专利布局策略并进行实施的过程。不同专利组合模式代表了不同的专利保护目的和范围,可以为专利布局提供依据。为了提高企业专利布局的质量,在研究束型、伞型、链型和星型4种专利组合模式特点及其设计实现路径基础上,提出基于专利组合模式的专利布局设计方法,解决专利布局中策略选择和实施的问题。其原理如图1所示,根据企业目标产品的市场地位和产业技术水平选择相应的专利组合模式,然后应用相应的专利布局设计方法产生一组新的专利,并与企业现有专利形成新的专利组合,然后判断新的专利组合是否符合企业战略定位,若是则完成布局设计,否则重新进行布局设计。

2 四种专利组合模式的设计实现原理与过程

2.1 四种专利组合模式的设计实现原理

专利组合是为了发挥单个专利不能或很难发挥的效应,将相互联系又存在显著区别的多个专利进行有效组合而形成的一个专利集合体。不同的专利组合模式有不同的专利保护范围,反映了企业不同的战略意图。如图2所示,束型专利组合和伞型专利组合面向当前产品,形成了严密的保护网,填补了规避点;链型专利组合面向当前产品/系统的上、下游系统,增加实施能力;星型专利组合面向全新应用领域,拓展技术应用范围,延伸技术能力。企业应该根据自身和产业情况,选择合适的专利组合模式,按照对应的保护目的和范围进行创新设计,形成可专利技术方案,完成专利布局。

2.2 束型专利组合设计实现过程

束型专利组合是围绕某一个子功能形成的多个不同技术方案集合,与现有专利技术之间形成竞争关系。束型专利组合设计实现过程实际就是功能求解过程,如图3所示,将在第4章结合案例进行说明。

2.3 伞型专利组合设计实现过程

伞型专利组合是产品系统中实现不同子功能的技术方案的集合,属于互补型专利,多个束型专利组合可构成一个伞型专利组合。但是产品是多种功能复合、交织的结果,从哪几个功能入手实现伞型专利组合,是值得考虑的问题。这需要借助技术功效矩阵对产品的领域现状进行可视化研究,过程如图4所示,第4章将结合案例进行说明。

2.4 链型专利组合设计实现过程

链型专利组合是为产品的产业化实现和应用提供支持的上下游支撑性专利,属于对本产品的超系统的探索,适用于整合产业链资源以提高专利布局的可实施能力[23]。本文基于链型专利组合的定义提出了修正多屏幕法,与传统多屏幕法[24]的时间顺序不同的是,修正多屏幕法是从工作过程上定义之前系统与之后系统,当前系统之前的系统是以当前系统的输入为输出的系统,之后的系统是以当前系统的输出为输入的系统。特别地,同一列的系统之间没有对应关系,构建方法如图5所示。

(1)以当前系统为边界,根据工作过程,构建子系统维的“屏幕”。

(2)以当前超系统为边界,①以问题引导的方式确定当前系统之前的系统:最前端的子系统的输入及其之前的系统对该输入的操作是什么?②通过同样的问题引导,确定之前的系统的前系统。③以问题引导的方式确定当前系统之后的系统:最后端的子系统的输出及其之后的系统对该输出的操作是什么?④通过同样的问题引导,确定之后的系统的后系统;最终构建当前系统的“屏幕”。

(3)以更大的无限延伸的超系统为边界,以与(2)同样的步骤确定超系统维的“屏幕”。

链型专利组合设计实现过程如图6所示,并在第4章结合案例进行说明。

2.5 星型专利组合设计实现过程

星型专利组合包括裁剪后具有出人意料效果的发明、转用发明和集成发明,属于延伸型专利,在这里仅研究转用发明[25],用于增加布局广度。实现转用发明的关键是如何确定目标领域,即另一个超系统,然后将本系统的相关技术应用于另一个超系统,可以应用关键词检索和IPC(International patent classification)小类来确定目标领域,因为IPC小类[26]已经能够确切地表明技术内容,星型专利组合设计实现过程如图7所示,并在第4章结合案例进行说明。

3 专利组合模式的选择

选择哪种组合模式进行布局设计,需要充分了解针对目标产品的企业市场地位和产业技术水平:

(1)企业市场地位。根据企业战略规划,可将市场地位分为攻方和守方,若企业具有目标产品的核心专利及众多外围专利,则可以基本判定为守方企业;若企业现有技术并不在目标领域,或拥有部分外围专利,则认为该企业为攻方。

(2)产业技术水平。可以引入A-U模型[27],如图8所示,将创新过程分为3个阶段:流动、转移和专业化阶段。若市场中出现了功能基本完整的主流产品,赢得了市场信赖,且主要集中在工艺创新,则可以认为进入了转移阶段,即出现了主导设计。

考虑到专利保护是有国别的,因此专利布局也应考虑地域性差别,在考虑企业市场地位和产业技术水平时,首先要明确拟布局的地域,然后再进行后续的分析。

将企业市场地位与产业技术水平相结合,提出企业研发过程中的专利组合选择模型,如图9所示。

(1)若企业为守方,技术未形成主导设计--束型为主,伞型为辅。此时,企业拥有核心专利,需要不断优化某一子功能的技术方案,突出自身优势,形成卖点,率先占领市场,形成主导设计,即束型专利组合;同时,可以增加子功能或探索其他现有功能的不同技术方案,形成伞型专利组合,使产品更具市场竞争力。

(2)若企业为守方,技术已形成主导设计--链型为主,星型为辅。此时,企业进行产品创新的难度较大,可对产品的上下游系统进行研究,即形成链型专利组合;另外可以辅以星型专利组合,将市场扩大至其他领域。

(3)若企业为攻方,技术未形成主导设计--伞型。此时,企业没有核心专利,要想进入该领域,可对多个子功能的技术方案进行改进,对核心专利形成包围之势,实现专利许可,即伞型专利组合,然后进一步拓展自身产品、进入市场,争取率先形成主导设计。

(4)若企业为攻方,技术已形成主导设计--星型。这时产品技术已经成熟,企业进入该领域的难度较大,可考虑购买核心专利,然后将其应用于其他领域,开发新的市场,实现星型专利组合。

4 案例研究

如图10所示为基于专利组合模式的布局设计过程,下面以小包装中药饮片发药机为例进行说明和验证。

4.1 小包装中药饮片发药机的当前布局

4.1.1 产品分析

国家中药管理局近几年在全国推广小包装中药饮片,为提高发药效率,部分规模较大的医疗机构采用了自动化设备辅助发药,即小包装中药饮片发药机,主要面向国内市场。苏州信亨自动化科技有限公司、苏州文武智能装备有限公司、苏州如德科技有限公司等均已有在售小包装中药饮片发药机。

小包装中药饮片发药机的主要功能如图11所示,结合市场调研和KANO模型[28],对每一个子功能进行满意度分析和需求分类。

(1)问卷调查。对象为发药机企业及其客户和相关研发人员,问卷调查共发出200份,排除无效问卷,如不了解发药机等,有效问卷有124份。

(2)发药机需求类型确定。根据问卷调查,统计各功能的需求类型频率并分类,可得到表2所示结果。

表2 发药机需求分类

由以上分析可以得到,上药为兴奋型需求、储药与取药为基本型需求、出药与传送为期望型需求、包装为无关型需求。

(3)满意度分析。由文献[28]的满意影响力(SI)和不满意影响力(DSI)公式,得出功能满意度分析结果,如表3所示。

表3 发药机功能满意度

(4)敏感度分析。绘制敏感度矩阵如图12所示,上药、出药和传送的敏感度最强,因此现有发药机没有得到市场的普遍认可,可以确定产业技术水平为未形成主导设计。

下面将结合上述产品信息,对全自动中药发药机进行布局设计。

4.1.2 选择专利组合模式

在智慧芽中查找A企业的所有专利,共有20篇,然后在功能和系统构成两个维度分析,如表4所示。该企业在滴丸机领域有较多专利,且涉及多个功能,还涉猎了泡罩机,关于中药发药机的专利只有5个,仅涉及出药功能和控制电路,其中有3个实用新型和2个正在实质审查的发明专利,专利价值分别为3 400美元和3 500美元,因此可以判断A企业没有全自动中药发药机的核心专利。

表4 A企业的专利现状

根据A企业的设计任务书,研发目标为实现智能上药、多处方并联调剂、精准调配、智能复核、智能包装贴签和智能自助取药,以提高效率,降低出错率。所以A企业的战略规划是进入发药机领域,为攻方。

综上,A企业为攻方,且未形成主导设计,所以根据图9,选择伞型专利组合。

4.1.3 伞型专利组合设计

(1)领域专利检索

选择智慧芽专利数据库,以发药机、中药、小包装及其近义词为关键词检索,去除外观设计、无效法律状态、一案双申(去重)和无关专利,最终得到80个专利。

(2)绘制技术功效矩阵

从上述80个专利中提取技术特征和功效特征,然后用智慧芽自动生成技术功效矩阵,如图13所示。

(3)确定研发方向

所有研发方向中,“包装”研究最多,以提高发药效率和自动化为目标,现有包装机即可满足,相关技术已经成熟,且是无关型需求,因此不作为进一步研究的方向;其次“出药”是发药机领域的主要技术研发方向,又是期望型需求,因此通过发药来提高发药效率、实现自动化和出药数量准确是研究热点;此外,以提高发药效率、自动化、出药数量准确、操作方便、安全可靠为目标的“发药系统”也是研发热点;“传送”和“取药”的研发投入明显不足,研发方向尚不明朗,是空白点;“上药”是兴奋型需求,但现有研究少,所以如何通过“上药”来提高自动化水平是突破点;特别地,“储药”不是研发关注点,但是为实现上药、储药等功能需要做出适应性调整。

(4)功能求解

对要求解的功能分别应用束型专利组合设计实现过程(如图3),以“出药”为例。

1)分解至功能元,如图14所示。

2)求解功能元:用同步带带动推板实现“药袋进给”,用组合吸盘吸袋实现“出袋”,用机械计数法即一次作业只吸一袋实现“计数”,如图15所示。

3)是否存在冲突:当需要补药时,空药箱被拉出,满载药箱被推进,这时推板与满载药箱发生干涉,即出现了技术冲突:自动化程度vs可操作性。

4)解决冲突问题:查阅冲突矩阵得到的发明原理有:1-分割,12-等势性,34-抛弃与修复,3-局部质量。其中根据分割原理:将一个系统或物体分解成相互独立的子系统或子部分,以及局部质量原理:将物体或系统的均匀结构变为不均匀结构,获得了如图16所示的可旋转90°的推板,在满足药袋进给功能的同时,也避免了推板与满载药箱之间的干涉,获得最终原理解D1(一种智能药房的自动出药装置,CN113148646A)。

同理,根据上述过程可分别获取发药系统、上药、储药、传送的原理解A1(一种智能药房及发药方法,CN113148513A)、B1(一种智能药房的自动上药装置及实现方法,CN113148514A)、C1(一种小包装散袋中药储药装置,CN113086488A)和E1(一种多处方集药装置,CN113200271A)。

(5)伞型布局效果

重新绘制技术功效矩阵如图17所示,与图13相比,伞型布局后的技术功效矩阵在出药、上药、传送等部分进行了有效填充,因此企业可根据本文提出的方法继续进行专利布局,填补规避点。

4.2 小包装中药饮片发药机的未来布局规划

随着小包装中药饮片发药机的发展,主导设计的形成在所难免,因此根据图9,A企业要提前进行链型为主、星型为辅的布局设计。

4.2.1 链型专利组合设计

(1)当前系统为小包装中药饮片发药机,超系统为智能药房。

(2)构建多屏幕模型,如图8所示。

(3)根据图18,为提高自动化程度需要开发的系统有:药箱输送装置(LS1)、饮片袋自动装箱装置(LS2)、药箱制造系统(LS3)、药袋机械化搬运系统(LS4)、送药上门系统(LX1)、病人喝药辅助装置(LX2)等,企业还可以不断扩大超系统边界,不断实现全流程机械化作业。

(4)对上述每个系统实施伞型专利组合实现,并形成链型专利组合,在这里对药箱输送装置进行了研究,如图19所示。

4.2.2 星型专利组合设计

(1)确定当前产品及其优势技术。当前产品为小包装中药饮片发药机,优势技术为出药装置(有创新发明点的技术都可作为优势技术)。

(2)上述优势技术的功能(动词)为输出/发送,制品特征/属性为袋装,IPC小类为B65G。

(3)检索式:“输出”OR“发送”AND“袋装”NOT“B65G”,在智慧芽进行专利检索。

(4)统计IPC小类,以数量最多的前10个IPC小类为例,如表5所示。

(5)由表5可知,可转用的其他领域有B65F、G07F、B02C等。

(6)将出药装置的推板和吸盘结构应用至上述领域,形成的专利可以涉及:谷物收集装置(EX1)、家庭垃圾收集装置(EX2)、游戏币输出装置(EX3)等,形成星型专利组合。

4.3 完成布局设计

综上所述,布局结果如图20所示。

布局设计包括:

(1)根据未形成主导设计和A企业为攻方的现状,选择伞型专利组合。以小包装中药饮片发药机的总功能--发药为中心,分别对发药、上药、储药、出药、传送等分功能开发,可得方案A1、B1、C1、D1、E1,还可以针对自动自助取药功能(F1)进行开发,围绕每个分功能都各自形成束型专利组合,所有束型组合共同构成伞型专利组合。

(2)随着未来技术的发展,在该领域形成主导设计之后,A企业将处于守方,选择链型为主、星型为辅。企业可开发小包装中药饮片发药机的上下游支撑性系统形成链型专利组合,比如LS1药箱输送装置(CN113086485A)、LS2饮片袋自动装箱装置、LS3药箱制造系统、LS4药袋机械化搬运系统、LX1送药上门系统和LX2病人喝药辅助装置等;还可将优势技术应用于其他领域,开发新系统,形成星型专利组合,比如EX1谷物收集装置、EX2家庭垃圾收集装置、EX3游戏币输出装置等。

企业可对上述未形成专利的方案或领域作进一步研究,还可对每一个专利组合进行深入研究,不断丰富其成员,最终形成围绕小包装中药饮片发药机的合理专利布局网,有效提高专利布局质量。

5 结束语

企业针对某种产品实施专利布局需要解决两个主要问题:①解决布局策略问题,也就是明确企业专利布局的目的以及需要覆盖的产品或技术范围;②在明确布局策略基础上,如何有针对性地开发可专利的技术方案,也就是布局策略如何实施的问题。针对布局策略选择问题,提出应用束型、伞型、链型和星型4种专利组合模式作为候选布局策略,基于产业技术水平和企业市场地位选择合适的专利组合模式,并应用KANO模型结合用户敏感度分析确定产业技术水平是否出现主导设计,依据企业对目标产品的已有专利布局情况和设计目标确定其市场地位。针对可专利技术方案开发问题,按照4类专利组合模式的覆盖范围,分别提出了各自的设计实现方法和过程。依据该方法企业可以面向目标市场制定当前布局策略,并进行未来布局规划,形成立足当前又面向未来的专利布局网,提高专利布局的合理性和有效性。

考虑到专利组合可以在多个企业间联合形成,基于专利组合模式的专利布局方法不仅可以用于单个企业的专利布局设计,还可以作为寻找专利合作伙伴,形成交叉许可或专利池的辅助方法;同时,可将专利布局与专利规避结合,布局为规避提供目标对象,同时在规避中又能实现布局,进而形成迭代创新,以保持企业的持续竞争力。