基于专利知识的机械产品创新设计方法研究

摘要

在综合分析了专利文本的处理方法、基于专利知识的创新设计方法及其应用系统的研究现状后，本文针对当前英文专利知识应用于创新设计的研究中存在的一些关键问题，提出了新的解决方法，主要研究进展体现在以下五个方面:
　　一、专利自动分类方法研究
　　研究了专利文本部分的表述特点，分析了包括特征选择算法和分类算法的现有分类方法用于专利文本自动分类的缺点。基于信息增益算法和K邻近算法，提出了改进的信息增益算法用于特征选择，改进的K邻近算法用于专利分类，在此基础上进一步提出了一种高效的专利自动分类方法。最后以美国专利的分类试验为例，说明该专利自动分类方法能准确有效地实现专利文本分类，并且有助于在基于专利的创新设计中的检索和分析应用。
　　二、专利创新性评估方法研究
　　根据专利中所包含知识的特点，采用动词和名词分别代表原理设计知识和结构设计知识。通过引入信息熵的概念，分别提出了专利知识新颖度和相容度的量化评估方法。结合形态学分析方法，建立了组合专利知识的创新性评估模型，提出了基于形态学分析的组合专利知识创新性评估过程。以具有自锁功能的直线驱动机构设计中所采用的专利知识评估作为例子，通过试验对比分析了专利数量和专利知识词汇数量对创新性评估结果的影响，验证了提出的新颖度和相容度量化评估方法以及组合专利知识创新设计方法的有效性。
　　三、机械产品专利作用结构知识获取方法研究
　　针对机械产品专利，分析了现有专利作用结构知识提取和表示方法所存在的问题，提出了针对英文专利的作用结构知识获取方法，包括技术对象和技术关系两方面提取任务。提出了作用结构知识图形化表示方法，建立了基于可扩展标记语言结构XSD和统一建模语言UML的专利作用结构知识表示模型。研究了机械产品专利语言的特点，采用最大熵模型和领域内专利术语词典识别并提取技术对象，通过建立组成类动词库识别核心动词提取技术关系。该专利作用结构知识表示模型具有建模便捷和提取过程计算机自动处理等特点。结合美国专利实例，阐述了从专利中提取作用结构知识，写入XSD结构化文档，最后转化为作用结构表示图的获取过程。
　　四、基于专利灵感启发的机械产品创新设计研究
　　总结了专利中有助于灵感启发的知识类型，分析了各类知识的特点，提出了基于正则表达式和非确定有限自动机的专利灵感启发知识提取方法，并结合专利作用结构知识构建了用于灵感启发的专利知识表示模型。根据授权发明专利的发明形式，结合专利知识类型，系统性地提出了灵感启发方式，发现了一些至今未出现的新启发方式。在此基础上，提出了基于专利灵感启发的创新设计过程，通过构建以灵感启发方式和专利知识为核心的灵感启发环境，激发设计者的灵感辅助创新设计。以具有自锁功能的液压油缸创新设计为例，验证了这一创新设计过程的可行性和有效性。
　　五、基于专利知识的计算机辅助创新系统研究
　　以前述理论研究为基础，开发了由知识库、专利库、规则库和功能模块组成的基于专利知识的计算机辅助创新系统，实现了基于专利知识的启发创新设计流程。结合液压油缸产品设计，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。通过该系统产生的创新设计产品获得国家发明专利。

目录

声明

致谢

摘要

插图和附表清单

1 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 基于知识的创新设计研究

1．2．1 知识获取

1．2．2 知识表示

1．2．3 创新设计理论

1．2．4 基于知识灵感启发的创新设计

1．3 专利研究现状

1．3．1 专利研究概况

1．3．2 自动分类技术

1．3．3 专利知识获取

1．3．4 专利知识应用

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 专利自动分类方法研究

2．1 引言

2．2 专利自动分类技术介绍

2．2．1 专利自动分类过程

2．2．2 专利文本数学表示

2．2．3 专利自动分类效果评价指标

2．3 专利自动分类关键技术

2．3．1 文本部分选择

2．3．2 特征选择算法

2．3．3 专利分类算法

2．4 专利自动分类试验

2．4．1 试验设定

2．4．2 试验结果分析

2．5 小结

3 专利创新性评估方法研究

3．1 引言

3．2 专利知识表示

3．3 专利知识新颖度和相容度评估

3．3．1 信息熵

3．3．2 专利知识的新颖度评估

3．3．3 专利知识的相容度评估

3．4 基于形态学矩阵的组合创新性评估

3．4．1 组合创新性评估模型

3．4．2 创新性评估流程

3．5 试验

3．5．1 专利知识表示

3．5．2 创新性评估

3．5．3 试验分析

3．6 小结

4 机械产品专利作用结构知识获取方法研究

4．1 引言

4．2 现有专利知识表示模型

4．3 机械产品专利作用结构表示方法

4．4 专利作用结构知识获取

4．4．1 自然语言分析

4．4．2 技术对象提取方法

4．4．3 技术关系提取方法

4．4．4 专利作用结构知识表示模型

4．4．5 专利作用结构知识表示模型与PSCM对比

4．5 专利作用结构知识获取过程及实例

4．5．1 作用结构知识获取过程

4．5．2 作用结构知识图形化表示

4．6 小结

5 基于专利灵感启发的机械产品创新设计方法

5．1 引言

5．2 专利灵感启发知识

5．2．1 专利中的灵感启发知识

5．2．2 灵感启发知识的提取

5．2．3 用于灵感启发的专利知识表示结构

5．3 灵感启发方式

5．4 基于专利灵感启发的创新设计过程

5．5 设计实例

5．6 小结

6 基于专利知识的计算机辅助创新系统

6．1 引言

6．2 系统架构

6．2．1 系统开发环境

6．2．2 系统总体框架

6．2．3 系统数据结构

6．3 系统功能实现

6．3．1 专利自动分类

6．3．2 专利创新性评估

6．3．3 专利知识提取

6．3．4 专利知识启发创新设计

6．3．5 系统管理

6．4 小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

附录

在学期间科研成果