TRIZ理论指导专利挖掘和布局实践的研究——以轨道车辆机械领域为例

李文超 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 正高级工程师

国东芳 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 工程师

随着我国高铁技术的发展和国家知识产权战略的推进，国内各主要轨道交通相关企业普遍开展了专利挖掘和布局工作。常规的专利挖掘和布局方法，在应用过程中仍然需要依靠专利工程师的个人经验，新入职专利工程师在拓展技术人员思路、引导技术人员进一步披露技术方案影响范围等方面存在明显不足。TRIZ理论作为“发明问题解决理论”，在创新问题解决方面具有突出效果；而专利挖掘和布局，也正是在寻找技术创新解决方案。因此，将TRIZ理论方法和工具与专利挖掘布局相结合，建立理论指导和通用问题导向，能够有效指导专利工程师快速掌握专利挖掘和布局方法，提升专利挖掘和布局效果。

研究方法

本文以TRIZ理论核心思想为指导，利用TRIZ理论的系统功能分析法、因果分析法等核心方法，通过转化应用，将其从发现问题和寻找创新解决方案的模式，转为发现潜在技术创新方案的模式，分别从产品线（指各系统相互间具有作用关系的、关联性的部件集合）、技术线（指从技术实现可行性角度出发，对原始技术方案的替代、改进、扩展应用以及技术实现的上下游关联技术等进行扩展分析，构成的技术方案组合）等角度，指导专利工程师更加高效地完成专利挖掘和布局工作。

运用TRIZ理论开展专利挖掘的流程

挖掘前的准备工作

在开展专利挖掘前，专利工程师应提前熟悉和掌握相关产品、技术结构的系统组成和相互关系，利用TRIZ理论的系统功能分析法，对产品、技术结构进行分析，以建立“系统关系模型”和“关联技术问题表”的形式加强对业务系统的认识，以提高产品线角度的专利挖掘的效率和效果。

1.建立系统功能模型

利用TRIZ理论的系统功能分析法，建立用以表示列车各系统构成部件之间的相关关联及作用的模型。建立系统功能模型的目的，是对已有系统进行分解，确定技术系统所提供的主要功能，明确各部件的有用功能及对系统功能的贡献，建立并绘制系统功能模型图。

建立系统功能模型分以下3个步骤：

其一，部件梳理，即梳理组成系统的部件以及外部要素；

其二，相互作用分析，即分析部件之间的相互作用关系；

其三，建立功能模型，即用规范化的功能描述，

揭示系统所有部件之间的相互作用关系以及如何实现系统功能。

图1是以轨道车辆车体底架为例建立的系统功能模型。橘色线条表明两部件之间为简单的连接关系，如底架横梁与牵引梁 ；蓝色线条表示两部件之间存在支撑、保护的承接力关系，如底架边梁与地板（铝结构）；进一步地，轨道车辆是庞大的技术系统，车体底架与转向架、车内和车外设备安装、给排水卫生等多个系统均存在相互作用关系，因此需在车体底架系统中明确与外部系统部件有接口关系的子部件（即图中的黄色背景框）。黑色线条表示底架子部件与车辆其他系统部件存在连接关系，如枕梁存在与转向架系统等。

2.建立关联技术问题表

关联技术问题表用以表示产品各系统部件发生设计变更时可能涉及的技术问题。表1为轨道车辆机械方向的部分通用性关联技术问题列表，可用于帮助发现可能出现的技术问题方向、扩大专利挖掘范围、提高布局效果。专利工程师应根据产品/技术结构特点，参照表1中的思路，制作和完善相应的技术问题列表，以提高产品线关联技术问题的快速定位能力。（注：“产品线关联技术问题表”仅用来帮助技术人员拓展思路，不能成为技术人员思考范围的限制）。

3.建立技术关联改进模型

除了利用“系统关系模型”加强对业务系统的认识之外，专利工程师还应基于TRIZ理论的因果链分析方法，建立技术分析思维，掌握从技术线角度引导技术人员对技术方案进行拓展分析的方法；从技术特征调整、技术改进可行性、技术改进对周边的影响、技术应用领域等多维度，建立“技术关联改进模型”，从技术线角度拓宽技术实现思路（见表2）。

替代技术：通过不同的技术实现形式，实现相同或类似技术效果的技术方案，尤其是各项目在方案设计阶段备选的技术方案。

变型技术：采用技术特征替换的方式，对原技术方案的部分技术特征、特征组合进行增加、减少或替代，形成新的技术方案。

改进技术：针对技术方案可能带来的负面技术效果，进行优化完善和改进设计，形成新的技术方案。配套技术：对技术方案的产业化实现和应用提供支持的上下游支撑性技术，形成的新的技术方案。例如，为实现技术方案，相关配套零部件或周边系统部件进行改进而形成的技术方案。

延伸技术：为加强技术方案的通用性，对方案进行适应性改进，应用到其他领域产生的延伸性技术而形成的新技术方案。

储备技术：在实现技术方案时，提出的前瞻性技术研发思路、方法，还未形成成果或理论可行但未试验验证，且该方案的实现可能性大或竞争对手可能使用时，需提前进行专利布局的技术方案。

专利挖掘过程

实施专利挖掘需通过召开专利挖掘会议的形式进行，应要求项目总体负责人参加挖掘会议，关注重要改进是否遗漏，协调梳理设计变更在多个系统之间的影响情况，扩大项目整体专利布局范围和力度。必要时，可邀请专利代理师一起参与专利挖掘工作。

1.从产品线角度开展专利挖掘

会议上，应先由技术人员根据专利创新依次介绍项目/产品技术变更方案。专利工程师首先从产品线角度拓展出发，考虑系统部件本身的技术改进范围和深度，针对创新点的技术改进情况，结合产品关联技术问题表（见表1），引导技术人员分析该技术方案的改进是否可能涉及其他关联技术问题。其次，考虑系统部件的技术改进对周边关联部件或整个系统的影响，

参考“系统关系模型”梳理出来的部件之间关联结构关系，确定与技术改进方案有相互关系的其他关联部件，梳理该技术方案的改进是否可能对其关联部件产生新的问题，落实上述关联技术问题的解决措施，扩大专利挖掘和保护范围。

2.从技术线角度开展专利挖掘

从技术线角度出发，专利工程师需利用“技术关联改进模型”（见表2），进一步从“应用领域”“技术关联改进”“产业链上下游”等方向进行技术拓展，以扩大专利布局和保护范围。

第一，与技术人员落实各项技术方案的替代方案情况，即在技术方案比选阶段未被选中的技术方案情况。第二，对技术方案进行深入挖掘，引导技术人员思考是否可采用技术特征替换的方式进行变型设计，针对技术方案可能带来的负面技术效果，引导技术人员分析可能采取的改进设计方案。第三，与技术人员沟通确认该技术方案的产业化应用和实现过程中，是否需要产业链上下游进行技术调整或适应性技术加改，形成配套技术方案。第四，与技术人员沟通确认，该技术方案的通用性，即是否有可能转移应用到其他领域，例如汽车、轮船等其他交通工具，或者建筑、通信等民用领域；如可转用，需如何进行适应性改进，以获得延伸技术方案。第五，落实在该技术领域是否有前瞻性技术研究方案，确认前瞻性技术研究方案的理论实现可行性以及专利申请时机、申请必要性等，以评估是否需要提前进行专利布局。

3.利用“矛盾矩阵”分析法开展专利挖掘

针对重点产品中实现关键部件核心技术功能的改进方案，可进一步采用“矛盾矩阵”分析的方法进行专利挖掘（“矛盾矩阵”是TRIZ理论的经典解决问题方法，有兴趣的读者可以参考相关文献）。

案例分析

下面举例说明上述的专利挖掘方法的实现。技术人员提出某车辆底架横梁连接强度的改进方案，专利工程师可按照上述过程，从“产品线”“技术线”和“矛盾矩阵”分析法三条路线展开专利挖掘工作。

首先，根据“产品线”专利挖掘思维，参考表1“机械方向关联技术问题表”，进一步思考该改进方案是否会产生诸如“不利于制造和检修维护”“安装空间减小导致组装便利性降低”“焊接量大导致变形可控性降低”等新问题。专利工程师可根据图1，考虑该技术改进方案对与底架横梁有直接关系的关联部件（如地板、底架边梁等）是否可能造成影响，再通过表1“机械方向关联技术问题表”进一步梳理改进方案对关联部件（如“底架边梁”）可能造成的新问题（如“结构刚性减弱”“应力集中”），或对整个底架可能造成的新问题（如“结构复杂性提高”“结构稳定性降低”“碰撞吸能效果降低”等），引导技术人员充分思考和公开新问题的技术解决方案，以扩大专利挖掘效果。

其次，专利工程师还应从“技术线”角度拓展出发，参考“技术线关联改进分解表”（表2），对于该底架横梁连接强度的改进方案，与技术人员沟通确认其通用性，即该方案是否有可能转移应用到其他领域，以此获得延伸技术方案。

最后，由专利工程师对技术方案如何解决横梁强度问题进行归纳，提炼出“解决横梁强度问题”所对应的技术矛盾、物理矛盾，利用“2003矛盾矩阵”找到具体发明原理的名称，与技术人员沟通确认利用发明原理解决问题的可行性，寻找根本问题的解决方案。

结论

将TRIZ理论方法工具融入专利挖掘过程，建立通用性强的专利挖掘指导方法，有利于加强专利工程师与技术人员沟通和互动的能力，能够引导技术人员充分、深入地公开其技术思路和问题解决方法，从而提高项目、产品专利挖掘和布局的广度和深度。该方法不仅适用于轨道交通行业，也可在其他机械行业进行转用，具备良好的推广应用前景。

参考文献：

[1]姚威、韩旭、储昭卫.创新之道：TRIZ理论与实战精要[M].北京：清华大学出版社，2019.

[2]赵敏、张武城、王冠殊.TRIZ进阶及实战：大道至简的发明方法[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3]马天旗主编.专利挖掘[M].北京：知识产权出版社，2020.

[4]马天旗主编.专利布局[M].北京：知识产权出版社，2016.

[5]朱文静，基于TRIZ理论的企业创新研究，[D]，湖北,，华中师范大学，2013：10-11.

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