一种产品创新设计方法及系统

1.本发明涉及产品创新技术领域，尤其涉及一种产品创新设计方法及系统。


背景技术：

2.产品创新指的是创造某种新产品或者对新的或老的产品功能进行创新，因此产品创新可分为全新产品创新和改进产品创新两种方式；全新产品创新通常是指有了一个想法，但其实市场上并没有这款产品，甚至根本没有在这款产品的行业里边有过任何的经验，很多创业者就属于这样的一种状态；改进产品创新，更多的是指已经有成熟的产品，需要在现有的产品基础上实现一些点状的或者片状的这种局部的改进，从而逐步的最终得到一个可能跟原有产品完全不一样的产品，这样的过程实际上就达到了改进的目的。
3.为了获取用户反馈从而得到用户需求，常采取问卷调查、用户回访等手段，其存在耗时、成本高的缺点，当下，受益于网络技术的飞速发展，电商行业广泛普及于全国各地，拓宽产品销售渠道的同时亦为用户评价产品提供更为便捷的方式，在线评论可反馈用户对于产品使用的直接体验，在一定程度上反映了用户对于产品特征、性能的表达，可以根据用户需求对产品进行改进，但存在着专利侵权的风险。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种产品创新设计方法及系统，能够有效避免专利侵权。
5.本发明所采用的第一技术方案是：一种产品创新设计方法，包括以下步骤：
6.获取产品在线评论数据并提取产品关键词组；
7.基于可拓基元模型根据产品关键词组构建功能需求事元模型；
8.利用产品关键词组搜索现有文献并构建现有功能模型；
9.将功能需求事元模型与现有功能模型进行功能匹配，得到产品待规避方案；
10.根据产品待规避方案得到产品最终功能模型。
11.进一步，所述获取产品在线评论数据并提取产品关键词组这一步骤，具体包括：
12.获取产品在线评论数据并添加分词词典和停用词词典，得到产品在线评论数据初步处理结果；
13.利用tf-idf算法对产品在线评论数据初步处理结果进行提取，得到产品关键词组。
14.进一步，所述基于可拓基元模型根据产品关键词组构建功能需求事元模型这一步骤，具体包括：
15.将产品关键词组按照产品组件、产品功能与产品特征进行分类；
16.对分类后的产品关键词组进行分析，得到产品关键词组的联系；
17.基于可拓事元模型和产品关键词组的联系构建产品的关键词联系事元模型；
18.对产品的关键词联系事元模型进行拓展分析并结合功能本体词汇构建功能需求
事元模型。
19.进一步，所述利用产品关键词组搜索现有文献并构建现有功能模型这一步骤，具体包括：
20.利用产品关键词组搜索现有文献；
21.对现有文献进行文本清洗；
22.对清洗后的现有文献提取功能知识和组件知识；
23.利用功能模型整合功能知识和组件知识，构建现有功能模型。
24.进一步，所述对现有文献进行文本清洗这一步骤，具体包括：
25.将现有文献转为txt格式文本并利用正则表达式清洗；
26.将清洗后的现有文献整合为段落格式，得到初步清洗文本；
27.对初步清洗文本进行中文分词与添加停用词库，并利用tf-idf算法提取关键词，得到最终清洗文本；
28.将最终清洗文本转为pdf格式文件。
29.进一步，所述将功能需求事元模型与现有功能模型进行功能匹配，得到产品待规避方案这一步骤，具体包括：
30.将功能需求事元模型与现有功能模型进行功能匹配，得到不足功能与未满足的功能需求；
31.根据不足功能得到待添加功能；
32.根据未满足的功能需求得到待改进功能实现方式及组件；
33.整合待添加功能与待改进功能实现方式及组件得到产品待规避方案。
34.进一步，所述根据产品待规避方案得到产品最终功能模型这一步骤，具体包括：
35.根据不足功能构建功能事元模型；
36.基于可拓分析结合功能事元模型与未满足的功能需求进行分析，得到产品待规避方案改进模型；
37.根据产品待规避方案改进模型对现有功能模型进行添加与替换，并构建对应的基元模型；
38.基于可拓变换整合对应的基元模型，得到产品最终功能模型。
39.本发明所采用的第二技术方案是：一种产品创新设计系统，包括：
40.数据获取与提取模块，用于获取产品在线评论数据并提取产品关键词组；
41.功能需求模型构建模块，基于可拓基元模型根据产品关键词组构建功能需求事元模型；
42.现有功能模型构建模块，用于利用产品关键词组搜索现有文献并构建现有功能模型；
43.模型匹配模块，用于将功能需求事元模型与现有功能模型进行功能匹配，得到产品待规避方案；
44.方案求解模块，用于根据产品待规避方案得到产品最终功能模型。
45.本发明方法及系统的有益效果是：本发明首先以在线评论作为功能需求获取资源，对其进行自然语言处理提取若干关键词并利用可拓基元模型将其转化为功能需求事元模型；其次，利用产品关键词组搜索现有文献并构建现有功能模型；然后，将所得功能需求
与现有文献所能实现的功能合集进行功能匹配，确认现有功能模型当中的待规避内容；最后，以功能需求为引导，可拓理论中的可拓分析、可拓变换为规避路径，获取规避求解方案，得到产品最终功能模型，有效避免了专利侵权。
附图说明
46.图1是本发明一种产品创新设计方法的步骤流程图；
47.图2是本发明一种产品创新设计系统的结构框图；
48.图3是本发明具体实施例产品创新设计方法的过程示意图；
49.图4是本发明具体实施例关键词联系事元模型获取的流程示意图；
50.图5是本发明具体实施例功能需求事元模型构件流程示意图；
51.图6是本发明具体实施例专利文本清洗结果示意图；
52.图7是本发明具体实施例专利功能模型示意图；
53.图8是本发明具体实施例功能匹配示意图；
54.图9是本发明具体实施例最终功能模型示意图；
55.图10是本发明具体实施例最终产品结构图。
56.附图标记如下：
57.1、盒盖；2、盒体；3、密封组件；4、隔板；5、刀槽；6、固定组件；7、磁力连接组件；8、刀套；9、刀片。
具体实施方式
58.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
59.参照图1和图3，本发明提供了一种产品创新设计方法，该方法包括以下步骤：
60.s1、获取产品在线评论数据并提取产品关键词组；
61.具体的，以药品收纳盒作为本方法优选实施例，首先利用网络爬取技术从各电商平台上获取与药品收纳盒相关的在线评论共7000条，考虑到在线评论中涉及快递物流，店家服务等与产品本身无关的内容，故采取自然语言处理技术，通过添加停用词词库，去除上述无用评论，最后得到与产品有关的有效评论共828条；然后对得到的产品有效评论进行中文分词，并基于tf-idf(词频-逆文档频率)两指标以确认其中的关键词，为保证关键词的可靠度及代表性，故仅选择所得指标数值最高的前20个单词作为产品关键词。
62.其中，tf-idf(term frequency-inverse document frequency，词频-逆文档频率)算法以获取在线评论中的关键词，该算法主要评估词汇对于文本集合中的重要程度，词汇的重要性随着在文本中出现的次数而正比增加，也随着其在语料库中出现的频率而成反比下降，算法具体内容如下：
63.tf表示词汇在文本中出现的频率，即词频。
[0064][0065]
上式中，n
i,j
为该词在第j份本文中出现的次数，而分母则为第j份文本中所有词汇
出现的次数总和。
[0066]
idf表示逆文档频率。
[0067][0068]
上式中，|d|为文本库中的文本数目，分母为包含词汇ti的文本数目。
[0069]
最终tf-idf值则为前两者的乘积，该值与词汇于文本中的出现次数成正比，与该词出现在语料库中出现的次数成反比，若一个词的tf-idf值较高，则说明该词非常可能是所需的关键词。
[0070]
停用词词典中包括常见的语气词以及与产品无关的词汇，如用户评论中常见的“客服”、“物流”、“服务”等；而分词词典则需根据待分析产品的相关应用领域进行调整。
[0071]
通过上述算法及各类词典对在线评论数据的处理后，可按照词性提取评论数据中的关键词词汇，分别提取动词词性、名词词性、形容词与形容副词词性各tf-idf值前十的词汇作为关键词，提取的关键词数目可根据需求进行调整。
[0072]
s2、基于可拓基元模型根据产品关键词组构建功能需求事元模型；
[0073]
s2.1、将产品关键词组按照产品组件、产品功能与产品特征进行分类；
[0074]
具体的，由于物品存在多种概念相同而表述存在差异的词汇说明，如片状药物，在不同评论中会将其称之为“药片”、“药饼”等，故有必要对步骤s1中提取所得的关键词组进行整合，降低关键词之间的模糊度，提高其准确定义的程度，整合后，可按照性质将其分类为：产品组件、产品功能与产品特征三种类型，整合分类后的产品关键词组结果如下表：
[0075][0076]
s2.2、对分类后的产品关键词组进行分析，得到产品关键词组的联系；
[0077]
具体的，在获取一系列与产品特征相关的关键词后，结合分析产品有效评论，可获取关键词之间的联系。
[0078]
s2.3、基于可拓事元模型和产品关键词组的联系构建产品的关键词联系事元模型；
[0079]
具体的，利用可拓事元模型中的“主体—特征—量值”的矩阵形式表达该类联系，从而将其转化为功能需求。
[0080]
其中，可拓事元模型是可拓理论中的要组成部分，其用于形式化、模式化地表达事件或行为，通过多项事元，可用于表达复杂事件，降低事物描述的复杂程度；事元模型通过矩阵的形式构成，组成部分包括对象o(object)、特征c(character)与量值v(value)，可拓
理论中的事元模型以“对象—特征—量值”的矩阵形式可很好地形式化表述功能需求，提高功能需求的可视化表述程度，其一般表达式如下：
[0081][0082]
任一事元均由各类特征组成，而不同特征又有对应量值，通过特征-量值的多项组合，可表达关键词之间的联系；具体地，如图4所示，可将关键词之间的联系转化为事元模型中相关特征与量值之间的联系，并将其填充进事元模型中，构建产品的关键词联系事元模型。
[0083]
s2.4、对产品的关键词联系事元模型进行拓展分析并结合功能本体词汇构建功能需求事元模型。
[0084]
具体的，如图5所示，为使将关键词之间的联系转化为对应功能需求，可从分类后的产品关键词组中“产品功能”类型关键词出发并进行规范定义，在该规范化过程中，以可拓分析中的拓展分析为手段，以所得的功能关键词为起点，基于关键词联系事元模型，使之与功能本体词汇库中的功能本体词汇进行匹配，进行同特征多对象发散，最后得到以功能本体词汇作为对象的功能需求事元模型，具体流程与结果如下：
[0085][0086][0087][0088][0089]
[0090][0091][0092]
基于以上事元模型，可将在线评论转化为具体的5项功能需求，分别为：容纳功能需求、分离功能需求、连接功能需求、切割功能需求和固定功能需求。
[0093]
s3、利用产品关键词组搜索现有文献并构建现有功能模型；
[0094]
具体的，作为本方法优选实施例，利用产品关键词组搜索专利文献作为现有文献，构建得到的专利功能模型作为现有功能模型。
[0095]
s3.1、利用产品关键词组搜索现有文献；
[0096]
具体的，利用产品关键词组与ipc分类号检索目标专利，ipc分类号作为专利技术领域划分的界定参考被广泛应用于专利分类、专利检索等实际应用当中，一项技术方法或产品专利往往可通过多项ipc分类号检索获取，对此，在目标专利检索过程中，使用多项ipc分类号并将其进行逻辑或运算检索，可在增加检索结果的同时保证所得结果从属于所需技术领域，在本实施例中，利用“药品”“收纳”两主要关键词及相关ipc分类号进行目标专利检索，其中所用到的ipc分类号与检索关键词布尔运算结果如下：
[0097][0098]
通过阅览专利标题与摘要等组成部分，最终选定专利号为cn214910528的专利作为本案例目标专利。
[0099]
s3.2、对现有文献进行文本清洗；
[0100]
具体的，由于产品专利作为规范性文本，具有固定的组成部分，且不同组成部分之间存在内容重复之处；同时，其在内容上存在撰写人的主观表达，在形式上具有固定格式；综上，为提高专利文本分析效率，需对所得专利进行一定程度的文本数据清洗。
[0101]
如图6所示，首先将由国家知识产权局获取的专利文献从pdf格式转化为更方便进行字符操作的txt格式文本；接着对专利数据进行简化，从提高阅读分析效率角度出发，选择仅保留简短且覆盖大部分专利知识内容的标题、说明书摘要、权利要求书3部分，利用专利具有固定形式等特点，使用正则表达式清洗其余不需要的内容；然后为提高处理后文本可阅读性，将处理后的文本内容整合为段落格式，得到初步专利文本，同时，还通过对初步专利文本进行中文分词，添加停用词库，利用tf-idf算法提取专利中的关键词，以便于更快了解并掌握专利知识；最后再将txt格式文本转化为阅览更为便捷的pdf格式文件。
[0102]
s3.3、对清洗后的现有文献提取功能知识和组件知识；
[0103]
具体的，专利作为专业性说明文本，其知识可分为功能知识与组件知识；功能知识包括专利所能实现的功能概念及其实现方式两方面，组件知识则是组件技术特征、装配关系与空间位置等内容；专利在撰写过程中受撰写人主观判断，其功能知识中对于功能概念的说明往往存在口语化、表达不规范等现象，故需利用功能本体词汇库，规范化地分析并提
取功能知识。
[0104]
其中，功能本体可理解为一个对功能概念及所使用术语之间规范说明的体系，同时亦是对各类功能知识进行规范化、结构化的表述方式。
[0105]
s3.4、利用功能模型整合功能知识和组件知识，构建现有功能模型。
[0106]
具体的，在提取各专利的功能知识与组件知识后，将其整合以构建药品收纳盒专利功能模型，即利用功能模型以摆脱专利文本载体，形式化地表达专利所蕴含的专利知识如图7所示，通过该功能模型，专利中各项功能与其对应的实现方式、作用组件之间以连接线相连表达，有助于对专利知识的简化、理解并提高知识利用效率。
[0107]
由图7专利功能模型可知，该药品收纳盒专利主要可以实现的功能有：分离、容纳、连接与固定；其中容纳所用的组件为盒体，盒体内部具有容纳腔以容纳其他组件与药物；分离所使用到的组件均为隔板，通过与盒盖、盒体构建多个密闭空间将药物进行分类；连接则主要通过若干连接组件将盒体与盒盖两者贴合以实现，保持盒盖在未使用时与盒盖之间的连接状态；最后固定则主要通过固定组件与待固定物体之间进行面接触，基于黏力以实现，从而保证药品收纳盒整体的相对空间位置稳定。
[0108]
s4、将功能需求事元模型与现有功能模型进行功能匹配，得到产品待规避方案；
[0109]
具体的，现有功能模型中若干功能包括各层级内容且相互联系，所得功能需求事元模型中亦有许多特征与对应量值，通过将后者作为判断依据并对前者中的组成部分进行判断，可确认待规避内容类型，一种是功能模型缺少满足功能需求的对应功能，待规避内容的待添加功能；另一种是功能表达效果欠佳，待规避内容为对应的功能实现方式及其组件。
[0110]
功能匹配作为一双向作用模块，功能需求亦被分为满足与未满足两类，与待规避内容相对应的未满足功能需求，可将其作为指引规避方向的依据，为后续待规避内容朝着满足功能需求的方向改进提供指引。
[0111]
如图8所示，经功能匹配后可知，未满足的有分离功能需求、连接功能需求、固定功能需求与切割功能需求；对应地，专利所能实现的分离功能所使用组件中仅初步限制药品空间位置，未能满足对应功能需求中关于密封性的要求；连接功能利用错位配合的方式约束盒盖与盒体，与对应功能需求中解除连接难度低这一要求存在冲突；固定功能所使用的面接触方式亦未能适用于对应功能需求中的应用环境，同时，专利未能实现切割功能，亦需要在后续的规避设计中添加该功能的相应组件；综上，可确认专利中的待规避内容，如下表所示：
[0112][0113][0114]
s5、根据产品待规避方案得到产品最终功能模型。
[0115]
具体的，以可拓分析为路径，可拓变换作为具体操作手段，对待规避内容进行改进，使之满足对应功能需求，最后得到规避方案。
[0116]
首先专利中表现欠佳的功能建立对应的不足功能事元模型；通过可拓分析，可从已有的基元模型为起点，发散一系列与之相关的基元模型，获取可实现该需求的知识信息；但基于可拓分析仅进行了知识的发散，并未对原有功能模型中的组成内容进行改变，故仍需通过可拓变换，将发散所得的知识信息以规范且可视化程度高的操作作用于原有功能模型中并进行替换或增添。
[0117]
从而可将待规避内容分为两种类型，第一种为专利功能模型中不存在需满足功能需求的功能概念，对应的求解方式为添加功能，以该需求事元模型为发散起点，根据其特征、量值进行可拓分析确认其实现方式，最后通过原有的组件或增加新的组件的方式，利用可拓变换中的增变换增添进新方案功能模型中。
[0118]
第二种为已有功能的实现方式表现欠佳而未能满足功能需求，对应的求解方式为变更对应功能实现方式，并将原有功能的事元模型与对应功能需求事元模型作为发散起点开展可拓分析，依据两者的特征、量值，分析前者实现方式不足之处并朝着功能需求的理想效果进行改进，最后分析所得到的结果应是满足功能需求的相应组件物元模型与利用新的实现方式的功能事元模型。
[0119]
无论是何种情况，其本质都是从功能概念或是实现方式层级对专利功能模型进行操作，结果均导致相关组件的替换或是增添，由于功能概念、功能实现方式、组件均进行了变化，对应地，所得新方案功能模型中的技术特征便不同于原有专利的技术特征。
[0120]
虽然可拓分析进行了知识的发散，但并未对原有功能模型中的组成内容进行改变，故仍需通过可拓变换，将发散所得的知识信息以规范且可视化程度高的操作作用于原有功能模型中并进行置换或增添，其中可拓变换主要使用置换变换与增添变换，具体变换形式如下：
[0121][0122][0123][0124][0125]
该方法规避设计流程主要进行了增添与替换的复合操作，与之对应使用了可拓变换中的增添变换与置换变换，所得结果违反当前法律公认的全面覆盖原则、等同原则等侵权判定原则的风险较低；此外，以在线评论关键词为基础所得的功能需求为规避依据，所得规避设计方案在降低侵权可能性的同时亦保证其实用性与创新性。
[0126]
结合本实施例药品收纳盒具体推理过程如下：
[0127]
首先，在开展待规避内容的改进前，需对专利功能模型中的未满足功能建立功能事元模型，使之与对应的未满足功能需求一同作为可拓分析的发散起点。
[0128][0129][0130][0131]
其次根据分类后的产品关键词组表，对分离功能的实现方式进行改进；由于专利所使用的组件可保证药物之间不因外力作用而混淆，但未对密封性要求做进一步处理，故以分离功能事元模型与分离功能需求为分析起点开展可拓分析，具体分析流程如下：
[0132][0133][0134][0135][0136]
由上述分析流程可知，分离功能伴随着间隙现象的生成，将其与事元模型基于“支配对象”、“结果”特征发散分析，可得到理想效果密封；更进一步，获取密封组件，利用弹性高等属性通过挤压形变的方式作用于隔板与盒盖，实现密封；最后，发散得到可实现密封效果的分离功能。
[0137]
然后对专利中的连接功能进行改进，以连接功能事元模型与对应功能需求事元模型作为发散起点开展可拓分析，具体分析流程如下：
[0138][0139][0140][0141][0142]
由上述分析流程可知，专利的连接功能主要分为两个状态，分别为贴合与解除，使之与功能需求基于“支配对象”、“效果”特征开展发散分析，得到磁力物元，其效应原理为“异极相吸”，即利用磁力作为需求事元模型中的“维持方式”特征的量值替换；更进一步，以“支配对象”为特征发散得到磁力连接组件，其特征量值组合“作用力大小—中等”与“施动对象—人手”与功能需求的“解除难度”与“解除手段”的特征相对应；最后，发散得到满足功能需求得连接功能。
[0143]
再然后对固定功能的实现方式进行改进，以固定功能与对应功能需求事元模型为发散起点开展可拓分析，具体分析流程如下：
[0144][0145]
[0146][0147][0148][0149]
由上述分析流程可知，基于固定功能与对应功能需求分别发散得到面接触事元与待固定表面物元，再以其作为组合，基于“支配对象”、“属性”量值进行发散，得到理想状态贴合事元；更进一步，以其“实现方式”与“影响因素”特征进行发散，得到静摩擦概念物元，然后以“实现方式”进行发散，并将静摩擦作为量值，得到固定组件，最后得到可满足功能需求的固定功能事元。
[0150]
紧接着为待添加功能的满足，以切割功能需求事元为起点发散开展可拓分析，具体分析流程如下：
[0151][0152][0153][0154]
切割作为新添加的功能概念，在适配于收纳盒过程中，除了需添加相应组件外，仍需考虑使用过程中使用者的安全性，避免意外发生，故添加保护概念，故额外增添刀套；至此，针对4项待规避内容的改进已依照相应的功能需求为导向完成。
[0155]
最后对原产品功能模型的相关内容进行替换并增添新内容，为此，先建立相关基元模型，再进行可拓变换，具体如下：
[0156]
[0157][0158][0159][0160]
通过可拓变换，可将可拓分析所得的新组件、新的功能以形式化的逻辑运算添加进专利功能结构模型或替换相应组成部分；首先通过置换变换对专利产品物元的特征“组件构成”与“可实现功能”的量值进行替换，进而得到置换方案物元，同时建立增添方案物元，最后对进行增添变换，往其两特征中添加量值，最后得到规避方案物元；由物元模型可知，规避方案可实现五项功能，满足对应的功能需求。
[0161]
其功能模型如图9所示，根据功能模型，可构建规避方案产品的三维模型，其外观及相关组件如图10所示，该产品由盒盖(1)和盒体(2)两大部分组成，其余组件分布于其表面或内部，其中盒盖(1)、盒体(2)对应部分存在磁极各异的磁力连接组件(7)，当盒盖(1)靠拢盒体(2)时通过磁力作用以保证两者贴合，同时，在贴合状态，盒盖(1)与隔板(4)上的密封组件(3)相接触，为盒内药物创造各自独立且密封的空间，另外，盒盖(1)上装有刀片(9)与保护用的刀套(8)，以便切割药物，在贴合状态，刀片(9)与刀套(8)收纳于盒体的刀槽(5)内，避免触碰药物，最后，考虑到用户存放或携带收纳盒的工具内空间不稳定且多为布料、皮革等材料，收纳盒底部有固定组件(6)，通过挤压待固定表面，增大接触面积的方式，利用静摩擦保证收纳盒的稳定状态，便于用户及时找到。
[0162]
相比目标专利，该方案在分离功能添加了满足在线评论中用户对于密封性需求的相关组件；利用了更省力且可轻易解除与维持的连接功能实现方式；针对待固定表面的属性通过挤压形成静摩擦的方式实现固定；增添了原本未有的切割功能以满足相应功能需求。
[0163]
综上，规避方案使用了目标专利所不同的技术特征，添加了新的功能与组件，在原有功能概念上采取了更能满足功能需求的新实现方式与新组件，对此，以置换与增添为复合规避操作所得的新方案并不违反全面覆盖原则、等效替换原则等，实现了专利规避这一目的，并满足一系列基于在线评论所得的功能需求，具有实际应用价值。
[0164]
如图2所示，一种产品创新设计系统，包括：
[0165]
数据获取与提取模块，用于获取产品在线评论数据并提取产品关键词组；
[0166]
功能需求模型构建模块，基于可拓基元模型根据产品关键词组构建功能需求事元模型；
[0167]
现有功能模型构建模块，用于利用产品关键词组搜索现有文献并构建现有功能模型；
[0168]
模型匹配模块，用于将功能需求事元模型与现有功能模型进行功能匹配，得到产品待规避方案；
[0169]
方案求解模块，用于根据产品待规避方案得到产品最终功能模型。
[0170]
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的
功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
[0171]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。