2018, Vol. 35
2. 广东省创新方法与决策管理系统重点实验室，广东 广州 510006
2. Key Laboratory of Innovation Method and Decision Management System of Guangdong Province, Guangzhou 510006, China
专利在所有研发工作中是最有力的工具，与其他研发投入相比，专利所带来的经济方面的价值超过了90%[1]. 因此在知识经济时代，专利方面的信息对于国家和企业具有重大的作用. 专利规避来源于美国，被定义为一种合法的竞争行为. 主要是通过专利资料的检索和分析，根据分析的结果产生的新的设计条件与建议，再通过一些规避的方法产生符合需求并且符合专利法的新设计[2]. 现如今专利规避成为了突破竞争对手专利壁垒的重要手段.
通过不同专利的组合设计是实现产品创新的重要手段. 过去的专利组合设计大多从同类产品专利出发，如文献[3]提出的相关专利组合的规模效应，使得专利组合呈现出极大的优势. Wagner等[4]用系统的观点指出了专利组合理论，认为异类与同类产品专利规避同样具有重要的价值. 文献[5]利用整合性优质设计的概念，通过知识库设计，可提高创新的效率. 大量同类发明创造的存在使得专利侵权的风险极高，同类产品专利规避得到的方案有一定的局限性，设计出来的产品很容易落入别人的专利保护范围[6]. 由于异类产品专利的使用目的不同，因此，异类产品专利中包含的知识是启发式的，这些知识可增加获得新颖设计方案的机会[7]. 文献[8]指出，把两种不相似或不相同的事物组合在一起，可以形成新的整体，千差万别的事物是构造新事物的源泉. 异类产品专利组合能够从根本上避开壁垒区域，使设计成功率大大提高, 但目前专门针对异类产品专利的规避设计研究还未见发表. 因此本文提出了对于异类产品专利采用相应的规避策略，建立异类产品专利之间的联系. 通过对现有产品需求分析，检索专利，找出满足需求的专利群体. 并获取目标专利，对其进行结构–功能分析，通过构建相似矩阵确立规避对象以及选择合适的策略，从而得到满足需求的新产品设计.
1 基于用户需求的异类专利群规避设计流程本文通过对现有产品进行需求分析，针对异类专利提出一种基于功能相似矩阵的创新设计流程. 在此过程中，以突破现有优秀专利壁垒为目标，通过分析产品的结构和功能，建立相似矩阵，分析元件之间的关联，结合专利侵权判定原则，得到新产品，大大提高设计的成功率. 具体设计流程如图1所示.
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图 1 异类产品专利规避设计流程 Figure 1 The design process for patent design avoidance of heterogeneous products |
(1) 专利检索与获取.
对满足需求功能的专利进行检索，检索到一定量文献后，将专利产品群分为同类和异类. 文献[9]指出同类产品专利是指产品对象的用途大致相同或相似，反之，则为异类产品专利. 选取两个异类专利，进行功能相似、元件关联的分析.
(2) 功能的相似性分析.
为了形象化功能的相似性，构建功能相似矩阵. 首先明确产品的功能与结构，文献[10]指出按功能的重要程度可将功能结构中的功能分为产品功能、辅助功能和外界功能，并建立专利产品的结构到功能的模型. 其中，产品功能是产品的用途和实用价值，是与设计和制造产品直接相关的功能；辅助功能是用于改善系统主功能实现性能的功能；外界功能是为了适应用户多样性的需求而引入的与产品主功能无关的功能，本文只考虑对产品影响较大的产品功能和辅助功能. 矩阵的横向用来表示其中一个专利的功能集合，纵向表示另一个产品专利的功能集合. 通过分析专利的结构和功能，识别各功能之间的相似度并根据经验赋值. 矩阵元素用0和1来表示功能相似度，并按照产品功能和辅助功能这两种功能进行匹配. 对应功能有相似性时，用符号“1”表示；反之，用“0”表示.
为了进一步明确两个异类专利元件之间的关联情况，从功能相似矩阵进一步建立功能元件关联图，获得相关联结构间的对应关系. 在元件关联图中，相似功能的执行元件一一对应为简单关联，非一一对应为复杂关联. 根据不同的关联情况可以选择不同的规避策略进行设计.
2 基于元件关联分析的产品规避设计(1) 确立规避对象.
文献[11]指出在对产品进行设计时，往往选择关联元件数少的产品作为基本结构，可以减少因移除较多元件带来的新产品结构的模糊性. 所以对于简单关联的元件，可以作为规避的对象进行规避，改变一些结构. 对于元件关联数多的产品来说，修改其一必会影响其他元件，所以保留复杂关联的元件.
(2) 选择规避策略.
规避原则主要从绕开专利的保护范围出发，运用删除、替换、添加后重新组合功能组件等方法来实现规避，且满足或更好地实现功能需求[12]. 利用常用的规避设计方法与元件之间的简单或复杂程度相结合，形成一个有创新点的规避策略.
常用的规避设计方法列表如表1所示.
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表 1 规避策略方法列表 Table 1 The list of policy avoidance methods |
利用元件的相关性与规避设计方法相结合.
元件合并：对于简单关联中的元件，当这两个元件的功能不完全相似，但有一定相似，在新产品中需要修改这两个元件并集为一个元件，同时实现原来两个产品中的功能. 以构成和原来不同的要件置换某一必要组成组件，满足原有功能并免侵犯等同原则.
元件替代：对于简单关联中的元件，当这两个元件功能完全相同，可以相互替代，在新产品设计中两者取一即可. 改变一个或多个必要组件，使其在功能结构与先前的有本质不同以避免侵犯等同原则；
元件裁剪：对于无关联的元件，在新产品的设计中可以裁剪某些相关的元件. 特征减少是基于侵权判定中的全面覆盖原则和等同原则；
元件集成：对于复杂相关的元件，作为一个整体集成到新产品中，在实现功能的同时改变了结构.
(3) 侵权判定.
专利法律制度是国家运用法律手段，通过《专利法》的实施，借助授予发明创造，以专利来鼓励和保护发明创造，推动科技进步、促进经济发展的法律制度[13].
对于新设计出的方案可以采用侵权判定，判断规避设计后的产品是否侵权，若不侵权，则设计成功. 若侵权，先判断新设计的方案的主功能，并从搜索到的文献中选择另一组异类专利，再建立两者之间的元件关联矩阵，并依次按照流程进行设计，直到设计成功. 需要对生成的概念方案从全面覆盖、等同原则、禁止反悔原则等方面进行专利侵权分析评估.
3 案例研究吹风机作为家用电器成为每个家庭不可缺少的一部分，在日常生活中人们在洗完头发之后为了方便，需要及时将湿漉漉的头发吹干. 但吹风机也有一些小小的缺点，比如吹完头发之后，断发、头皮屑飘落在地上、衣物上或者半空. 这样就需要一些可以吸尘的吹风机.
提出了吹风机的项目任务之后，吹风机的主要功能是“排出空气”，反向功能是“吸入空气”. 分别以“排出”和“吸入”为关键词检索相关功能的产品专利，得到一定的文献. 选取吸入式吹风机和一种运用于工业的吸尘结构作为异类专利群作为规避对象[14-15].
首先阅读基础专利1吹风机的权利要求书，其保护范围主要包括吹风机主体、握柄以及设置在吹风机主体内部的隔板、加热丝、导风板以及吹风扇叶，隔板将吹风机主体分为吹风腔与吸风腔，吸风腔下侧设有进气栅格，内部设有过滤网. 该产品专利中的关键技术在于有导风板和隔板，能够将吹风机内部分为吹风腔和吸风腔. 此外进气栅格与吹风机主体为可拆卸连接，便于清理. 过滤网呈V型结构，增加受力面积. 结构、功能树见图2.
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图 2 专利1的结构树与功能树 Figure 2 The structure tree and function tree of patent 1 |
阅读专利2的权利要求书，其保护范围主要包括吸尘口、下吸尘管和上吸尘管，
上吸尘管与下吸尘管之间通过支座连接，下吸尘管具有可伸缩性. 其关键技术在于下吸尘管可拆卸. 结构、功能树如图3所示.
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图 3 专利2的结构树与功能树 Figure 3 The structure tree and function tree of patent 2 |
根据结构、功能树对专利进行功能主题链分析，得到对其功能分类后的产品功能模块和辅助功能模块如图4所示.
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图 4 专利1、2功能主题链 Figure 4 Patent 1, 2 theme chain |
根据主功能链的顺序，对其功能进行相似度判断，从而建立两个专利的功能相似矩阵，如表2所示.
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表 2 异类产品专利功能相似矩阵 Table 2 The function similarity matrix of heterogeneous product patents |
根据功能相似矩阵进行功能—元件关联性分析，可以得出专利1中的“输入气体”和专利2中的“输入气体”为简单关联，专利1中的“引导输入气体”和专利2中的“引导输入气体”为复杂关联，专利1中的“引导输出气体”和专利2中的“引导输入气体”为复杂关联. 分别对其进行功能—元件关联性分析，得出产品元件间的相关联结果如图5所示.
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图 5 功能元件关联图 Figure 5 The correlation diagram of functional components |
专利1较为复杂，选择产品1作为基本结构，产品2作为规避的对象.
对于无关联的元件，采用元件裁剪的规避策略，裁剪掉某些无关联的元件. 比如，可将吸尘器的支座、门闩、凸起等裁剪.
对于简单关联元件，采用元件替代或者将两者合二为一的规避策略. 进气格栅和吸尘口的功能都是输入气体，两者功能完全相同, 且与其他元件没有关联，则可以互相替代, 将吸尘口用进气栅格替代.
对于复杂关联的元件，吹风腔与上吸尘管和下吸尘管之间的关系为复杂关联，两者之间的功能流向不同，说明是负相关. 进气格栅、过滤网与上吸尘管、下吸尘管之间的关系也为复杂相关. 所以要将这4个复杂相关的元件集成到新产品中. 对于新产品中既要有吹风腔又要有吸风腔，这就构成了一种物理矛盾. 根据TRIZ理论中的解决物理矛盾的4种分离原理，可以选择空间分离原理或者时间分离原理.
以时间分离原理为例，设计一个新产品使得矛盾双方在不同的时间段上分离，通过在不同的时刻满足不同的需求. 设计一种多功能的吹风机，具有吹风功能与吸尘功能. 风筒上有开关，在风筒上分别设置有吸尘功能开关和吹风开关. 需要吹风功能的时候按下吹风按钮，需要吸尘功能时则按下吸尘功能开关.
其中过滤装置与吹风筒和软管之间通过螺纹连接，软管的可调性可以减轻因长时间提拿风筒造成的疲劳感，可以根据需要将风嘴拿到所需要的位置. 过滤装置可拆卸便于清洗进气栅格，进气栅格便于过滤大颗粒，得出了新的设计方案如图6所示.
通过对新产生的方案进行评价，与已有的专利方案结构功能图对比，新的结构功能分析没有相同的技术方案，因此通过专利侵权评估也可以得出结论，新的功能结构是较为创新的方案，目前该方案已经申请新的知识产权[16]，以便保护创新成果.
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图 6 总体方案结构示意图 Figure 6 Schematic diagram of overall scheme |
通过对异类专利产品进行组合创新是实现产品规避设计的有效方法[17]. 通过构建异类专利产品之间的矩阵，将两者联系起来，并进行功能相似矩阵和元件关联性的分析，选择相对应的规避策略，得到组合设计的新方案，从而实现异类专利产品的规避设计. 最后将该方法运用在一种吹风机和吸尘机构组成的异类产品规避设计中进行了验证.
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