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 编委会 编辑部 审稿专家
 本刊学术规范 行业规范

## 广东刀剪产业转型升级技术发展路径研究*——基于专利TRIZ分析

1广州大学工商管理学院 广州 510006

2华南农业大学数学与信息学院 广州 510642

3中山大学数据科学与计算机学院 广州 510006

4广州小云软件科技有限公司 广州 510335

## Tech-Development Path of Knife-Scissor Industry in Guangdong with TRIZ Analysis of Patents

Hu Yongjun1, Wei Tingting,,2, Dou Zixin1, Huang Yunyin3, Liang Ruicheng4, Chang Huiyou3

1School of Management, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China

2College of Mathematics & Informatics, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

3School of Data and Compute Science, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China

4Guangzhou Xiaoyun Technology Co., Ltd., Guangzhou 510335, China

Received: 2019-06-20   Revised: 2019-07-29   Online: 2020-02-25

【目的】 对广东省刀剪专利数据进行演化规律分析。【方法】 提出一种新“体用”归类体系,建立基于LDA的TRIZ特征主题模型,计算不同年份、主题下概率高的前n个词汇,并预测未来三年的TRIZ专利技术演化路径。【结果】 通过采用新“体用”归类体系指导的人工标注噪声显著下降,达到新手标注噪声低于10%的性能。在分析结果方面,发现广东刀剪产业前期专利主要集中在形体结构、运动方式改变、材质变化等TRIZ规则上,揭示了产业技术演化路径。【局限】 只对广东刀剪产业技术发展路径进行研究。【结论】 有效揭示广东刀剪产业技术发展趋势,对该产业转型升级发展路径提出建议。

Abstract

[Objective] This paper reveals the evolution of patents from knife-scissor industry in Guangdong Province, China.[Methods] Firstly, we proposed a new classification scheme. Secondly, we created a topic model with TRIZ feature based on LDA. Thirdly, we calculated the first n words with high probability in different years and fields. Finally, we predicted the patent evolution path in the next three years.[Results] The new classification method reduced the noise of manual annotation to less than 10%. We also found that patents from knife-scissors enterprises in Guangdong mainly focused on the TRIZ rules, such as shapes, structures, movement modes, and materials.[Limitations] We only studied the knife-scissors industries.[Conclusions] The proposed method identifies key technical developing trends of knife-scissors industries in Guangdong and gives suggestions on their upgrading in the future.

Keywords： Knife-Scissors Industries ; Transformation and Upgrading ; TRIZ Patents Analysis

Hu Yongjun. Tech-Development Path of Knife-Scissor Industry in Guangdong with TRIZ Analysis of Patents. Data Analysis and Knowledge Discovery[J], 2020, 4(2/3): 101-109 doi:10.11925/infotech.2096-3467.2019.0726

## 1 引 言

（1）现有研究受限于TRIZ规则标注对大量人工的依赖,难以建立大量的标注数据集,为相关分析带来挑战;

（2）由于TRIZ规则基于对大量前苏联专利数据的抽取分析,受文化背景差异影响,国内普通标注人员难以将专利与TRIZ规则进行准确对应。

（1）采集10年（2007年-2016年）内中国刀剪专利数据,建立刀剪专利TRIZ标注数据集,为本文工作和后续相关研究奠定基础;采用TRIZ规则分类方法,对刀剪产业技术变迁进行分析。

（2）在所提出的TRIZ归类体系下,对TRIZ专利演变路径进行分析,发现中国刀剪产业前期专利主要集中在形体结构、运动方式改变、材质变化等少数TRIZ规则上,对刀剪产业下一步转型升级路径给出预见和建议。

## 2 专利数据采集与预处理

### 2.1 专利数据采集与标注

（1） 数据采集

Table 1  Patent Title, Abstracts and Sovereign Rights Items

[实用新型]一种刀座本实用新型设计一种刀座,由座体和芯体所组成,座体是中空的,上部开口,底部设置有底板或者若干个凸起,芯体由若干条塑料条扎成一束放置在座体里面插放刀具,芯体可拆开清洗,使用十分方便、卫生。权利要求书：一种刀座,由座体和芯体所组成,其特征在于座体是中空的,芯体由若干条塑料条扎成一束所组成,并放置在座体里。

（2） 人工数据标注

Table 2  Patent Statistics Based on TRIZ Labeled Dataset

B35240 965
C2241 295

B141 316

B44840 869
C1 51239 805

B2141 296
C241 315

B73540 582
C10941 208

B041 317

### 2.2 预处理

（1） 文本分词

Table 3  Segmentation Results on Training Set

1一种/ 刀具/ 本/ 实用新型/ 公开/ 了/ 一种/ 刀具/ ,/ 包括/ 刀柄/ 及/ 连接/ 在/ 刀柄/ 上/ 的/ 刀片/ ,/ 刀柄/ 表面/ 设有/ 装饰/ 片/ ,所述/ 的/ 装饰/ 片/ 为/ 透明/ 或/ 半透明/ 状/ ,/ 装饰/ 片/ 内/ 镶嵌/ 有/ 带/ 装饰/ 条纹/ 的/ 金属片/ ,/ 所述/ 的/ 金属片/ 为/ 铜片/ 、/ 铝片/ 、/ 铁片/ 或者/ 其他/ 金属片/ ……

（2） 去停用词

Table 4  Results of Stop Words in Training Set

1一种/ 实用新型/ 公开/ 刀柄/连接/刀柄/刀片/刀柄/表面/装饰/片/装饰/片/透明/半透明/装饰/片/镶嵌/装饰/条纹/金属片/金属片/铜片/铝片/铁片/金属片/实用新型/透明/ 装饰/片/镶嵌/装饰/条纹/金属片/结构/简单/紧凑/美观/性能/高/装饰/条纹/时间/环境因素/变形/褪色/……

## 3 专利TRIZ归类方法

### 3.1 一种新的TRIZ归类体系

TRIZ理论创始人Altshuller通过分析大量专利数据,从中归纳出40个发明原理,如表5所示。

Table 5  Forty Invention Principles

1分割21快速通过
2抽取22变害为利
3局部质量23反馈
4非对称24中介勿
5组合25自服务
6多用性26复制
7嵌套27廉价替代品
8重量补偿28机械系统替代
9预先反作用29气压和液压结构
10预先作用30柔性壳体或薄膜
11事先防范31多孔材料
12等势32改变颜色
13反向作用33同质性
14曲面化34抛弃或再生
15动态特性35物理/化学状态变化
16不足或超额行动36相变
17空间维数变化37热膨胀
18机械振动38强氧化剂
19周期性作用39惰性环境
20有效作用的连续性40复合材料

Table 6  Annotation Example

2.设置有四个不等距切削刃→组合;5
3.侧刃前角、第一后角、第二后角的角度变化→空间维数17

### 图1

Fig.1   Schematic Diagram of Three Layers of TRIZ

（1）体变又可以分出形体之变、动静之变、材质之变、维数之变、物相之变、化合之变、位势之变、自身之变。

①形体之变,指改变其空间形状结构,从而适应不同情况、获取多种功能等。

②动静之变,指通过改变物体结构,使原本静止的物体可以发生运动、转动,或改变其运动方式。

③材质之变,指改变原材料的组成成分,工具材质、性质的改变,如采用特种合金分子。

④维数之变,指改变物体空间维度,直线变成曲线、二维平面变成立体空间。

⑤物相之变,指对物体部分固体结构用液体或流体代替,或者热胀冷缩等物理相位变化等改变物体结构。

⑥化合之变,指利用化学作用替换、改变原材料。

⑦位势之变,指改变其结构使其位置发生改变,或改变其位置利用位势差达到某一目的。

⑧自身之变,指改变自身结构、通过辅助功能、维护功能为自身服务,舍弃自身部分零部件,或者作为自身中介物进行间接服务。

（2）用变又可以分为环境之变、聚合之变、反向之变、时序之变、维数之变、度量之变、频率之变、信息之变、场相之变。

① 环境之变,指改变生产环境、性能,使其适应不同情况,以达到最佳效果。

②聚合之变,指将多种功能、用途融合到同一物体。对应TRIZ规则第6项。

③反向之变,指利用与原来性质相反的方式执行,比如方向、相对运动、利害转换等。

④时序之变,指在时间维度上作处理,或者提高对流程中空挡时间的利用。

⑤维数之变,指利用物体的多面性。

⑥度量之变,指在操作上以饱和式提供物料用量。对应TRIZ规则第16项。

⑦频率之变,指改变设备、流程、运作上的频率、周期,或者利用机械振动方式达到目的。

⑧信息之变,指利用信息反馈及时进行调整响应。

⑨场相之变,指系统环境的变换如电磁场变换、时变场变恒定场等。

### 3.2 基于LDA的专利TRIZ分类表示模型

（1） LDA主题模型

LDA模型因其能够有效地模拟大规模文档集或语料库中的语义特点,被引入到专利技术演化研究中,并且受到国内外研究学者的青睐。LDA模型由Blei等[23]提出,其具体描述如下：

$θd=Dirchlet(α)$

$βk=Dirchlet(η)$

d的第n个词,从 $θd$的推导中得到所属主题的多项式分布 $zdn$,如公式（3）所示。

$zdn=multi(θd)$

d的第n个词,从 $βk$的推导中得到具体词汇 $wdn$,如公式（4）所示。

$wdn=multi(βk)$

（2） TRIZ特征词提取

$I(wkn,CTrizj)=∑k,n,jp(wkn,CTrizj)logp(wkn,CTrizj)p(wkn)p(CTrizj)$

（3） 基于TRIZ特征词的主题表示

（4） TRIZ规则上的代表主题

$KL(zjk,zik')=∑np(zjkwn*)logp(zik'wn*)p(zjk'wn*)$

（5） TRIZ归类下专利技术路径分析

## 4 实 验

### 4.1 各时间切片主题概率分布分析

Table 7  The Distribution of Data Set at Each Time Slice

2007-20083 163377 89750
2009-20103 131216 33460
2011-20121 838221 61560
2013-2014994116 46350
2015-201647152 89860

Table 8  Hot Topics of Guangdong Knife-Scissor Patents in 2015-2016

Topic29切削刀面端面刀轴输出工件通孔限位
Topic1固定进行螺钉问题矩形铰链增大白雾
Topic11部件操作旋转轴钻孔行业鼓形白雾不锈钢管
Topic32刀柄具有支撑涉及能够平面质量产生
Topic6安装形状齿形裁剪出现周向操作者轴头
Topic37刀体支架配合导向轴线刀身回转环形

Table 9  Topic Keywords for Each Time Slice

2007-2008刀具部分切削动力平面壳体
2009-2010刀头刀体刀刃部件刀片切削
2011-2012刀具螺旋部分切削支架齿轮
2013-2014刀具定位简易连接刀片固定
2015-2016切削固定部件刀柄安装刀体

Table 10  “Cutting” Topic Content Evolution

2007-2008切削形成使用控制器切屑质量抽吸少于
2009-2010切削提供达到结合减小颗粒成分面积
2011-2012切削刀片摆动镜面压料边腿弧向宽大
2013-2014切削刀片配合夹角内壁压出触发柜本
2015-2016切削刀面端面刀轴输出工件通孔限位

### 4.2 主题关键词的相关词结果分析

Table 11  Keyword Prediction Test Results

Table 12  Words for the Development of Patented Knife-Scissor Technology in Next Three Years

（1）切削方面的技术偏向于刀具使用的简易性和高附加值再利用功能的探索研究;

（2）固定方面的技术将会在避让槽和木柄设计领域有所发展;

（3）部件方面,专利技术发展主要会集中在新型结构格栅以及纤维型结构上的创新应用;

（4）刀柄方面的技术探索主要是在铣刨机上的应用以及如何更好地支持刀具以便操作者进行工作的问题探究;

（5）安装方面的技术主要在开创新型安装方法和提高刀具整体质量的领域比较有潜力;

（6）刀体方面,有关刀具在液压缸内壁动力系统的应用以及数控机床监测技术的应用未来会有很大的技术发展潜力。

## 5 结 语

（1）对10年内的刀剪专利数据进行TRIZ归类的标注。

（2）建立一种新的TRIZ分类体系。当前大部分的专利文本内容比较晦涩难懂,部分专利描述未能显式地与TRIZ规则对应,给计算机分析专利数据带来极大困难。本文通过对大量专利研究分析,对TRIZ作三层归纳,从中抽象出更适合机器学习的分析方式。

（3）在所提出的TRIZ归类体系下,对TRIZ专利演变路径进行分析,发现中国刀剪产业前期专利主要集中在形体结构、运动方式改变、材质变化等不多的几个TRIZ规则上,经过一系列分析,通过广东省2007年-2016年刀剪专利文本,预测未来三年基于TRIZ的发展趋势,并提出对其未来发展方向的建议。

（1）政府对相关企业进行政策扶植和资金资助时,可重点引导其向高价值技术方向演进,积极促进广东传统制造企业技术提升,鼓励传统企业建立技术提升路径。

（2）刀剪产业的各研发企业可考虑形成技术合作联盟,提升刀剪产业基础科学发展,促进刀剪产业的技术创新。

（3）研究机构应着力关注刀剪传统产业技术发展的过程,充分利用其专利数据进行分析,对其技术发展进行持续关注,提高该产业产品的附加值。

## 支撑数据:

[1] 胡勇军.体用数据集.xlsx.体用TRIZ分类数据.

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