基于TRIZ和专利规避的智能家居控制方案研究

周善明，陈维斌，宋进，杨旭

（广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）

基于TRIZ和专利规避的智能家居控制方案研究

周善明，陈维斌，宋进，杨旭

（广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）

针对智能家居控制操作智能化的问题，通过TRIZ创新工具深入分析问题的根源，并运用矛盾矩阵形成有效解决方案。在对有效解决方案进行专利检索分析的基础上，利用物质-场对发现的风险专利进行规避设计，形成了创新的智能家居控制方案并申请多项专利，体现了创新工具和专利信息情报在科技创新中相辅相成、互相强化的作用，探索了一种基于创新方法和专利分析运用的融合创新机制。

发明问题解决理论 创新方法 专利 规避设计 智能家居

1 引言

2012年2月工业和信息化部发布的《物联网“十二五”发展规划》中明确指出，智能家居是物联网的重点应用领域之一。一年后，《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》中提出到2015年，实现物联网在经济社会重要领域的规模示范应用，突破一批核心技术，初步形成物联网产业体系。但时至今日，智能家居仍然处于“叫好不叫座”的尴尬境地，一方面是由于智能家居价格仍未达到亲民的水平，另一方面则是目前已有智能家居系统的普遍硬伤——控制繁琐复杂。因此，要促进智能家居产业的发展，还应在其控制方案上做变革，让智能家居控制更具智能化。

2 研究方法概述

2.1 TRIZ创新方法

TRIZ意为“发明问题解决理论”，国内也形象地翻译为“萃智”或“萃思”，取其“萃取智慧”或“萃取思考”之义。TRIZ是经过长时间实践验证，并在各个领域中均获得过不菲成绩的知名创新方法，目前已经在欧美和亚洲发达国家、地区的企业得到广泛应用，大大提高了企业的创新效率。有研究表明，在技术研发中使用TRIZ，可以使新产品开发过程缩短50%的新产品上市时间，提升60%～70%的新产品开发效率，并可增加80%～100%的专利数量且显著提高专利的质量。

TRIZ是前苏联著名的发明家和创造家阿奇舒勒对数以百万计的专利进行研究，建立的一套体系化、实用的解决发明问题的理论方法。有组织就TRIZ的效用进行过实验：2组具有同等行业经验的工程师，A组经过了1周的TRIZ培训，B组未经过培训，在有限的时间内尝试解决相同发明问题，A组有68%的人得出了解决方案，B组只有2%的人得出方案，从而表明了TRIZ的有用性和高效性。

2.2 专利规避设计

随着知识产权制度的完善，研发伊始就需要考虑专利侵权的问题，否则等研发完成甚至产品上市时若发现研发成果是侵权的，研发单位将进退两难。这种现实倒逼着研发单位在研发设计开始和过程中就应该对研发方向及方案进行专利检索、对比，并在必要的时候对研发方案进行专利规避设计，尽可能保证研发方案不落入到风险专利的保护范围，且抢先将专利规避设计方案申请专利，保证自己产品在市场上具有基本对等的知识产权竞争力。

专利规避设计需要就目标市场的专利情况进行检索和分析，基于专利侵权判定原则和目标市场国家相关法律的要求，确定风险专利，并采用一定的创新方法如TRIZ，结合现有技术方案和高侵权风险专利进行技术规避设计，获取专利规避设计方案。

3 基于TRIZ的智能家居控制方案分析

3.1 分析技术问题并明确发明问题

（1）系统分析

功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述，而实现某种特定功能的系统组件就是功能元，明确技术系统的功能元是后续利用TRIZ工具分析的基础。智能家居系统分析如表1所示：

表1 智能家居控制系统系统分析表

（2）功能分析和确定矛盾区域

功能分析的目的是对功能元之间相互的功能关系进行分析，进而明确系统中存在矛盾区域，并将矛盾区域明确出来。智能家居控制系统功能分析如图1所示。

通过图1可知，智能家居控制系统矛盾区域为：人操作指令管理器软件，用曲线箭头表示。

（3）最终理想解IFR分析

最终理想解IFR是通过6个明确问题，一步一步推导出解决IFR关键问题的方向。智能家居控制系统最终理想解IFR的6个问题步骤如下：

图1 智能家居控制系统功能分析图

1）设计的最终目的是什么？

人可以轻松地控制智能家居里面的设备。

2）IFR是什么？

智能家居系统能自动完成人想要的操作。

3）达到IFR的障碍是什么？

系统无法懂得人想要做什么。

4）出现这种障碍的结果是什么？

系统控制只能有人通过控制器发出控制指令来实现控制和操作。

5）不出现这种障碍的条件是什么？

控制器自己能根据人的需求发出相应的操作指令。

6）创造这些条件的可用资源是什么？

人、控制器、智能家居设备。

解决方案的方向：控制器能预测人的各种需求，自动生成控制指令并发送到智能家居系统的相应设备中，完成控制操作。

（4）明确发明问题

通过上述分析可以明确发明问题为：如何实现指令管理器软件根据人的需求自动完成智能家居系统的操作控制的问题。

3.2 选择TRIZ工具求解发明问题

（1）多屏幕及资源分析

在完成问题分析后，需进一步分析要解决该发明问题，手头可用的资源有哪些。如图2所示，以指令管理器（智能手机）作为资源分析对象，利用多屏幕法进行资源分析。

图2 智能家居控制系统多屏幕分析图

在多屏幕分析的基础上，对该9种状态的物质资源、场资源、信息资源、时间资源、空间资源和功能资源进行进一步分析，形成了表2。

（2）利用TRIZ矛盾工具求解发明问题

TRIZ中可以这样理解矛盾，它是内在要素、作用或主张彼此不一致或相反的情景，特别是指“双失”情况，即因为使用常规方法来改进当前问题情景而产生无法忍受的后果，解决了矛盾实际上就是解决了发明问题。

在功能分析中确定矛盾区域为：人操作指令管理器软件，那么下面对该矛盾区域分析，转化出技术矛盾和物理矛盾描述。

1）利用矛盾矩阵求解

表2 智能家居控制系统资源分析表

人操作指令管理器软件的矛盾中，是希望达到操作简单且同时不损害所要提供的所有操作功能，即技术矛盾表述为：“操作要简单”与“指令管理器软件控制功能丰富”之间的矛盾，表现为：需要优化的是操作变得简单，恶化的是指令管理器软件的控制功能将要变少。将矛盾转化为以下冲突标准参数：

◆改善的通用工程参数为：33、操作流程的方便性；

◆恶化的通用工程参数为：38、自动化程度。

对应的发明原理为：1-分割原理、34-抛弃或再生原理、3-局部质量原理，对这些原理的解读如下：

◆1-分割原理：所有需要的操作分割成需要人参与和不需要人参与，将不需要人参与的部分从指令管理器软件中剔除掉，使之操作简单；

◆34-抛弃或再生原理：针对不同的使用人或使用时间段，将不用的功能去除，在针对的人或时间段，功能再生，使不同的人或时间操作简单；

◆3-局部质量原理：改变场景可用性结构分布，即当人在家时控制可用性高，当人不在家时控制可用性低，包括停止所有非必要运行控制，从而让控制的可用性在空间位置上形成梯度。

2）形成初步的方案以及评价

基于矛盾矩阵和分离方法求解获得的发明原理，得到以下4种技术方案：

◆方案1（根据34-抛弃或再生原理得到）

基于用户的类别提供控制服务：如为老人、小孩设置用户角色，设定用户模式，当该老人、小孩操作时，自动完成模式设置。

◆方案2（根据1-分割原理、3-局部质量原理得到）

基于时间和用户习惯的操作估计与实现：设定上班、到家时间，根据时间设定功能模式，开启相应操作。

◆方案3（根据34-抛弃或再生原理得到）

基于学习模式的操作和实现：设定用户角色并记录用户角色的操作习惯，包括操作对象、操作参数等，形成该用户角色的操作模式，当识别到用户进行操作时，自动调取该操作模式提示操作。

◆方案4（根据1-分割原理得到）

基于位置信息的用户操作估计和实现：利用指令管理器（手机）的定位功能资源获取用户的位置信息，判断用户的需求和不需求，提供相应的自动操作或操作呈现。

虽然方案1、2、3能在一定程度上解决发明问题，但是成本、创新程度等都不符合理想解要求，而方案4则体现出更大的创新性，因此以方案4作为优选方案。

4 基于专利规避设计的智能家居控制方案分析

对方案4进行专利检索分析，查询在全球范围内与该技术手段和技术效果相当的现有技术情况。通过检索分析，发现并确认最接近现有技术为苹果公司在2014年1月1日于我国公开的一份标题为“基于估计的用户位置来控制装置”，公开号为CN103491498A的同族专利（优先权日为2013年6月9日）。

经分析，该专利所披露的技术方案的发明点是基于用户位置（即手机定位信息）作为控制指令的基本依据，方案4会落入到苹果公司该专利权利要求保护范围，如果该专利获得授权，直接实施方案4会涉嫌侵犯该专利权；如果基于方案4申请专利，将受到苹果公司专利的影响，失去可专利性。因此，有必要针对苹果公司的专利进行规避设计。

通过对该专利进行功能分析，构建该专利保护技术方案的模型图，如图3所示：

图3 苹果公司专利保护技术方案模型图

该专利保护技术方案中包含第一装置、中继服务器和第二装置，第一装置（如电话、平板电脑）向中继服务器提供第一信息（如位置信息），中继服务器基于第一信息推断人的位置，并向第二装置（如照明系统、安全系统）发送第二信息，第二信息中包含中继服务器推断的人的位置以及基于该位置的操作指令。基于专利规避设计的思路，通过去掉、替换专利技术保护方案中某个/某些必要功能元而将其功能转移到系统中其他功能元上，使得系统仍可正常工作，即可得到不落入专利保护范围的规避设计方案。因此，初步专利规避设计方案模型图如图4所示。

图4 初步专利规避设计方案模型图

组合第一装置和中继服务器的功能构成新第一装置，能同时实现获取位置信息、推断人的位置以及发送包含人的位置的操作指令到第二装置的功能。现有技术中，利用智能手机结合APP的方式，可完成定位、存储、计算、发送等第一装置和中继服务器的相应功能，第二装置可处于局域网中与新第一装置联网通信。因此，初步专利规避设计方案在现有技术的条件下具备可行性，但同时发现了新的问题，如图5所示：

图5 初步专利规避设计方案的问题示意图

在专利技术保护方案中的中继服务器收集多个第一装置的位置信息后，经过合规算法得出第二信息（指令）发送到第二装置，而在专利规避设计方案中，则会存在多个新第一装置同时或先后向第二装置发送第二信息（指令），没有了中继服务器的鉴别和选择，会造成第二装置接收到的控制指令混乱。

为了解决初步专利规避设计方案的问题，构建物质-场模型，如图6所示：

图6 专利规避设计方案物质-场模型图

第一装置S2通过无线通信网络R向第二装置S1发送第二信息，但当多个第一装置S2向同一个第二装置S1发送第二信息时，会造成信息指令的混乱，表现为产生过度作用。

根据物质-场模型分析，该物质-场模型属于模型不完整（缺少原中继服务器的部分功能），运用标准解第1.1子级求解：

解法1：S1.1.2在S2中引入内部添加物S3，将S2对S1的过度相互作用滤除掉：第一装置中添加一个关联模块，在发出指令之前，关联模块获取其他第一装置位置信息和控制信息，再确定是否需要对第二装置进行控制。

解法2：S1.1.4利用环境中已有资源实现需要的变化，S1的控制状态通过R场（通信网络）周期性返回到S2，S2的控制指令参考S1的当前状态决定是否要控制，从而过滤掉S2对S1的过度相互作用：第一装置获得第二装置的控制状态信息，确定是否需要对第二装置进行控制。

相比较而言，解法1的成本更低，现有资源基本已经可以达到要求，无需额外增加硬件资源，而解法2对第二装置要求高，将降低方案的适应性，因此基于解法1完善获得最终解决方案。

5 最终解决方案介绍

基于TRIZ创新方法和专利规避设计，得到智能家居控制方案，如图7所示：

图7 智能家居控制系统方案模型图

智能家居控制系统包括指令管理器100、局域网300和家居设备200。指令管理器100包括地理信息模块101、关联用户信息模块102和指令模块103，其中：

（1）地理信息模块101用于获取与指令管理器100相关的地理信息，并将地理信息传送到关联用户信息模块102中；

（2）关联用户信息模块102用于接收其他指令管理器100中的地理信息和指令模块103发出过的指令信息；

（3）指令模块103根据当前指令管理器100的地理信息和其他关联指令管理器100的地理信息、指令信息，自动生成相应控制指令，并通过局域网300将相应的控制指令传达到指定的家居设备200执行。

6 结束语

党的十八大明确提出“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”强调要坚持走中国特色自主创新道路、实施创新驱动发展战略。在2015年3月13日出台的《中共中央 国务院关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见》中，强调了创新和知识产权的结合，利用知识产权的保护营造激励创新的公平竞争环境。因此，创新应该在充分尊重他人知识产权的基础上进行，创新也必须要有自己的知识产权保护。

本文通过对现有智能家居控制系统进行分析，利用TRIZ创新方法获得有效的解决方案，根据所获得的解决方案进行专利检索分析，并利用专利规避设计理论和TRIZ方法对解决方案加以改进，获得有效的专利规避设计方案，且就专利规避设计方案申请了4项发明专利。在本研究过程中，探索了基于创新方法和专利检索、分析的融合创新机制，利用创新方法获取技术问题的高效解决方案，同时形成有效的知识产权，体现了创新工具和专利信息情报在科技创新中相辅相成、互相强化的作用。

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周善明：知识产权经理、全国专利代理人、全国二级创新工程师、全国知识产权高水平师资人才，学士毕业于武汉大学，现任职于广州杰赛科技股份有限公司，从事知识产权管理和研究工作。

陈维斌：高级工程师，学士毕业于华中科技大学，现任职于广州杰赛科技股份有限公司，从事科研项目、质量体系和知识产权管理等工作。

宋进：硕士毕业于四川大学，现任广州杰赛科技股份有限公司科技质量部总经理，从事体系建设、管理和知识产权等工作。

杨旭：硕士毕业于华南理工大学，现任广州杰赛科技股份有限公司科技质量部副总经理，从事科研项目、信息化和知识产权管理等工作。

Scheme Research on Smart Home Control Based on Both TRIZ and Patent Evading

ZHOU Shan-ming, CHEN Wei-bin, SONG Jin, YANG Xu
(GCI Science & Technology Co., Ltd., Guangzhou 510310, China)

According to control operation intelligentization in smart-home, root cause of the issue was analyzed by means of TRIZ tool and contradiction matrix was used form effective scheme. Based on patent retrieval of effective schemes, risky patent was converted to be evading design using matter-fi eld. Innovative control scheme in smart-home was formed and multiple patents were applied for. Thus, the complementary and interdependent relationship between innovative tool and patent information in technology innovation was presented. It also explored new integrated innovative scheme based on innovative method and patent analysis application.

TRIZ innovation method patent evading design smart home

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.12.008

N949

A

1006-1010(2015)12-0037-06

周善明,陈维斌,宋进,等. 基于TRIZ和专利规避的智能家居控制方案研究[J]. 移动通信, 2015,39(12): 37-42.

2015-05-15

责任编辑：袁婷 yuanting@mbcom.cn