基于国际专利分类表知识的机械产品创新设计方法研究

摘要

在综合分析了专利知识的提取方法、基于专利知识的创新设计方法、国际专利分类表(IPC)中知识的研究现状后，本文针对从IPC中提取知识进行创新设计，提出了研究方法和思路，主要研究进展体现在以下四个方面:
　　一、IPC中的设计知识及其表示
　　提出从IPC中提取设计知识的思路，将IPC中的知识分为功能、效应和作用结构知识3个层次，并定义功能关联度、效应互换度、效应通用度与作用结构知识兼容度定量参数，建立知识之间的关联关系。提出从IPC中获取这些设计知识的流程，采用知识网的形式组织和表示所获取的知识，以辅助创新设计。以电加热水龙头的创新设计为例，表明从IPC中获取设计知识能有效拓展设计人员的创新思维，促进创新方案的产生。
　　二、IPC设计知识社团分析及其应用于创新设计的策略
　　通过从IPC中提取并分析功能动词的共现关系，构建功能动词共现网络。选用Newman贪婪算法（CNM算法）对功能动词共现网络进行社团发现，归纳了网络节点之间的4种典型拓扑关系，对社团内部和跨社团的节点之间的拓扑关系进行了分析。根据从《专利审查指南》中归纳的4种创新策略和功能动词之间同社团和跨社团的2种关系，提出9条产品功能创新策略。基于“供水-排水-干燥”共现网络和“分拣-收集”共现网络，结合实例对9条功能创新策略及其应用进行了说明。应用其中的一条功能创新策略发明了一种利用排水能量供电的管道照明系统。
　　三、IPC中设计知识启发创新灵感作用的实验研究
　　针对当前对创新方法启发灵感作用研究不足的现状，提出用实验研究的方法，对创新灵感启发因素的作用进行分析。将启发创新灵感的因素分为三个:知识、知识之间的关系和创新策略，分析了三个因素的表现形式。先后进行了两个阶段的实验，结果显示:IPC中的动词对启发创新灵感有显著作用;以表格和文本形式表示的知识社团关系对启发创新灵感的作用不显著，图形形式的知识社团关系对提高设计的创新性有显著作用;创新策略因素对启发创新灵感有作用趋势但不显著，知识关系和创新策略的综合作用可弥补设计者在经验方面的不足。
　　四、基于IPC中设计知识的计算机辅助创新系统研究
　　以前述理论研究为基础，开发了基于IPC中设计知识的计算机辅助创新系统(CAISIPCK)，该系统由设计知识提取模块、知识关系分析与创新设计模块、灵感启发验证分析模块和系统管理模块组成，实现了基于IPC中设计知识启发创新设计的流程。结合实例，说明了该系统功能模块的操作界面及操作方法，初步验证了该系统的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

插图和附表清单

1 绪论

1．1 研究意义

1．2 基于知识启发创新设计灵感的研究现状

1．2．1 创新设计方法

1．2．2 面向创新设计的知识获取

1．2．3 面向创新设计的知识组织与表示

1．2．4 基于知识启发创新设计灵感的实验研究

1．3 专利研究现状

1．3．1 专利发展概况

1．3．2 专利知识提取及其在辅助创新设计中的应用

1．3．3 专利分类表的概况

1．3．4 专利分类表中知识的应用研究

1．4 研究内容

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究重点

1．5 论文体系结构

2 IPC中的设计知识及其表示

2．1 引言

2．2 IPC的结构与其中的设计知识分析

2．2．1 IPC简介

2．2．2 IPC的聚类原则

2．2．3 IPC中的设计知识及其相互关联关系分析

2．3 IPC中设计知识的获取与表示

2．3．1 设计知识获取

2．3．2 设计知识表示

2．4 应用实例

2．4．1 从IPC中获取设计知识

2．4．2 设计知识的表示

2．5 小结

3 IPC设计知识社团发现及其应用于创新设计的策略

3．1 前言

3．2．1 IPC中的功能动词共现关系

3．2．2 功能动词共现网络的定义

3．2．3 功能动词共现网络的构建

3．3 功能动词共现网络的社团结构分析

3．3．1 复杂网络及其社团结构

3．3．2 功能动词共现网络的社团结构分析

3．4 基于社团的功能创新策略及应用实例

3．4．1 功能中介节点及其类型

3．4．2 功能创新策略

3．5 小结

4 IPC中设计知识启发创新灵感作用的实验研究

4．1 前言

4．2 实验原理与实验方法

4．2．1 实验的总体思路

4．2．2 提供给被试者的具体材料

4．2．3 分组进行评分

4．3 设计方案评价

4．3．1 被试者提交的设计方案

4．3．2 评分的实施细则

4．3．3 典型方案及评分

4．4 实验结果分析

4．4．1 三个因素对启发创新灵感的作用

4．4．2 创新中使用频事最高的创新策略和知识关系

4．5 第二阶段的实验

4．5．1 实验方案

4．5．2 实验结果

4．6 讨论

4．6．1 知识关系对启发创新灵感的作用

4．6．2 创新策略对启发创新灵感的作用

4．6．3 三种因素综合作用对经验的弥补

4．7 小结

5 基于IPC中设计知识的计算机辅助创新系统

5．1 引言

5．2 系统架构

5．2．1 系统开发环境

5．2．2 系统总体框架

5．2．3 系统数据结构

5．3 系统功能实现及应用

5．3．1 设计知识提取

5．3．2 知识关系分析与创新设计模块

5．3．3 灵感启发验证分析模块

5．3．4 系统管理

5．4 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

在学期间科研成果