基于裁剪法的機(jī)構(gòu)綜合專利利用再創(chuàng)新模型＊

劉江南，于德介，彭 麗，洪義海，盧偉健，楊小娟

（湖南大學(xué) 汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410082）

產(chǎn)品創(chuàng)新，特別是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性創(chuàng)新，是企業(yè)追求的發(fā)展方向.機(jī)械產(chǎn)品區(qū)別于其他產(chǎn)品，具有運(yùn)動(dòng)傳遞性、可變機(jī)動(dòng)性、機(jī)械能的互換性等機(jī)械特征.機(jī)構(gòu)作為機(jī)械產(chǎn)品的骨架和執(zhí)行器，是機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和運(yùn)動(dòng)變換的核心.機(jī)構(gòu)綜合對(duì)機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)綜合和型綜合，是機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)確定系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案關(guān)鍵性的工作，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品高水平創(chuàng)新的重要環(huán)節(jié).直接對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，是設(shè)計(jì)中高難度的工作.

專利是保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要形式，專利信息是創(chuàng)新的結(jié)果，也是設(shè)計(jì)創(chuàng)新的寶貴資源.如何充分利用專利信息、同時(shí)規(guī)避專利保護(hù)進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合再創(chuàng)新，是機(jī)械工程領(lǐng)域迫切希望解決的問題，但目前學(xué)術(shù)界卻鮮有研究.

許多學(xué)者對(duì)專利分析、歸納和提煉方法進(jìn)行了研究，但大多數(shù)集中在對(duì)專利知識(shí)信息的挖掘技術(shù)上，如利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)專利知識(shí)進(jìn)行獲取，基于專利知識(shí)和專家系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行情報(bào)分析，提煉專利的深度知識(shí)形成特定技術(shù)領(lǐng)域的專利情報(bào)數(shù)據(jù)，以支持基于專利知識(shí)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)[1－5].對(duì)于這些頗有價(jià)值的信息，如何進(jìn)一步利用和規(guī)避、進(jìn)行有針對(duì)性的機(jī)械產(chǎn)品再創(chuàng)新、形成新的專利，目前研究非常少.

本文基于功能裁剪法和設(shè)計(jì)目錄等技術(shù)創(chuàng)新方法，提出利用和規(guī)避專利信息的機(jī)構(gòu)綜合再創(chuàng)新過程模型，為機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ).

1 利用專利信息的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)除具有一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)的共性外，還具有自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)特點(diǎn)，如概念設(shè)計(jì)階段的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì).通過利用專利信息進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程如圖1所示.

機(jī)構(gòu)綜合是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)中重要一環(huán)，也是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)最具創(chuàng)新的階段，但目前很少與已有專利知識(shí)結(jié)合起來.

2 功能裁剪法和設(shè)計(jì)目錄方法的優(yōu)勢(shì)

2.1 功能裁剪法

功能裁剪法是Altshuller等前蘇聯(lián)學(xué)者創(chuàng)建的發(fā)明問題解決理論（其俄文的英文音譯縮寫TRIZ）用于改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、解決技術(shù)問題的重要方法之一[6].該方法針對(duì)已有系統(tǒng)中存在的技術(shù)問題進(jìn)行功能分析、流分析、因果鏈分析或進(jìn)化法則分析，識(shí)別功能組件和接觸作用關(guān)系，建立功能模型圖.通過裁剪、刪除系統(tǒng)或超系統(tǒng)中特定組件，并在剩余組件之間重新分配有用功能，減少或消除部分缺陷，以增加系統(tǒng)的效率、降低其成本、改善系統(tǒng)的功能.對(duì)于裁剪刪除特定組件后可能帶來的新問題，如該組件原來所提供的功能失去了承擔(dān)者，可通過以下方法尋求解決方案：采用其他新元件或由超系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)；由受作用元件自己承擔(dān)；刪除此功能；刪除原組件的作用元件，等等.對(duì)于所帶來的其他問題，可通過TRIZ的各種原理及各類工具尋求解決.

圖1 利用專利信息的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程Fig.1 Innovative design process of mechanical products based on patent information

專利信息中的機(jī)械產(chǎn)品，有不少在功能上具有創(chuàng)新，但如果對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析，可能會(huì)找出其薄弱之處，采用功能裁剪法研究每一個(gè)功能是否必需，如果必需則研究系統(tǒng)中的其他元件是否可完成該功能，通過去除不必要的功能及其元件、或采用新的元件替代原有元件來完善功能模型，使裁剪后的系統(tǒng)更為簡化、成本更低而性能保持不變甚至更好，即通過功能裁剪法可以在此產(chǎn)品專利的基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)新，使產(chǎn)品或工藝更趨向于理想解.

2.2 設(shè)計(jì)目錄

德國學(xué)者Roth K首先提出的設(shè)計(jì)目錄方法[7]，對(duì)已有的設(shè)計(jì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和成功設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行歸納總結(jié)，以圖文表格等形式表達(dá)設(shè)計(jì)過程中的各類信息，并按照一定規(guī)律進(jìn)行分類、排列和匯編，提供具有某種綜合性和不同具體化程度的設(shè)計(jì)解及其變形解，以方便設(shè)計(jì)人員查找和調(diào)用.Roth K和Koller R等在一系列著作中對(duì)設(shè)計(jì)目錄進(jìn)行了全面論述[8]，匯編并公開發(fā)表了包括機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域連桿機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)、勻變速傳動(dòng)等在內(nèi)的大量設(shè)計(jì)目錄[9].

基于設(shè)計(jì)目錄的機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，所涉及的設(shè)計(jì)目錄主要有功能元目錄、機(jī)構(gòu)解目錄以及圍繞這兩個(gè)目錄的輔助目錄.這些目錄所包括的信息具有完備性、可拓展性、易表達(dá)性和易檢索性，信息內(nèi)部包含簡單的推理機(jī)制，便于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).機(jī)構(gòu)綜合的最終目的是在功能分解基礎(chǔ)上獲得機(jī)構(gòu)解，可以利用的設(shè)計(jì)目錄是已被全面匯編的一般化運(yùn)動(dòng)鏈目錄[10].

3 利用和規(guī)避專利信息的機(jī)構(gòu)綜合再創(chuàng)新過程模型

機(jī)構(gòu)綜合不僅需要確定構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副、構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副之間的相互關(guān)系等運(yùn)動(dòng)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還要確定機(jī)架、驅(qū)動(dòng)件、執(zhí)行件.本文基于功能裁剪法和設(shè)計(jì)目錄方法，提出利用已有專利信息進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)的如下程序化流程模式，為機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持.

首先進(jìn)行專利分析.對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象從各種專利信息庫進(jìn)行專利查詢和分析，建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)對(duì)象專利信息數(shù)據(jù)庫，以備后續(xù)過程利用和規(guī)避.

然后進(jìn)行機(jī)構(gòu)數(shù)綜合.根據(jù)產(chǎn)品的功能需求確定機(jī)構(gòu)自由度；根據(jù)資源約束并參照已有專利確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)空間；利用自由度計(jì)算公式，對(duì)構(gòu)件數(shù)NL和運(yùn)動(dòng)副約束數(shù)、即文獻(xiàn)[11]中運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)的秩Cs進(jìn)行匹配，生成約束函數(shù)秩匹配目錄；根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)期復(fù)雜程度選擇確定運(yùn)動(dòng)副類型，進(jìn)一步得出運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)匹配目錄.在進(jìn)行機(jī)構(gòu)型綜合之前，對(duì)參考專利進(jìn)行功能分析和裁剪，得出多種系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，以尋求盡可能多而簡潔的構(gòu)件數(shù)與運(yùn)動(dòng)副匹配方案，從而完成機(jī)構(gòu)數(shù)綜合.

最后進(jìn)行機(jī)構(gòu)型綜合.依據(jù)數(shù)綜合結(jié)果，查詢一般化運(yùn)動(dòng)鏈目錄，綜合滿足本產(chǎn)品功能需求的運(yùn)動(dòng)鏈；通過拓?fù)渫瑯?gòu)判斷消除同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈，得到運(yùn)動(dòng)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)目錄；再根據(jù)功能需求，確定機(jī)架和驅(qū)動(dòng)件，特殊化運(yùn)動(dòng)副和桿組，得到各種機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)型式；對(duì)照已有專利，規(guī)避涉嫌侵權(quán)的有效專利，最終得到具有新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu).建立新機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)目錄，并申請(qǐng)新的專利.

上述過程模型如圖2所示.

在該模型的流程中，專利查詢可以通過專利資源庫或相關(guān)分析軟件協(xié)助完成，但專利資源的拓?fù)錂C(jī)構(gòu)分析這項(xiàng)工作，由于目前軟件技術(shù)對(duì)專利語言的語義分析技術(shù)相當(dāng)不成熟，對(duì)結(jié)構(gòu)圖的識(shí)別更是達(dá)不到辨析構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的智能程度，于是在很長一段時(shí)間內(nèi)將難以得到計(jì)算機(jī)軟件的協(xié)助，所以這項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作目前還需要人工完成.非常迫切而且有意義的一項(xiàng)工作是，針對(duì)某類產(chǎn)品的專利資源，經(jīng)過人工分析和篩選，建立機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，以供共享.在模型的機(jī)構(gòu)數(shù)綜合流程中，過程參數(shù)明確、數(shù)學(xué)邏輯性強(qiáng)，結(jié)合較為成熟的機(jī)構(gòu)學(xué)理論，方便人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)程序化操作.在模型的機(jī)構(gòu)型綜合流程中，利用相關(guān)設(shè)計(jì)目錄的流程步驟也具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)邏輯性，方便人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)程序化操作，理論上可以遍歷運(yùn)動(dòng)鏈中每個(gè)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的各種選擇、窮舉所有可能的運(yùn)動(dòng)鏈、產(chǎn)生成千上萬的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案.所以，開發(fā)相應(yīng)的軟件進(jìn)行輔助綜合設(shè)計(jì)將是一項(xiàng)有意義且可實(shí)現(xiàn)的工作.由運(yùn)動(dòng)鏈目錄到機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的綜合過程，可從以下方面著手獲得更多方案.

1）選擇一個(gè)構(gòu)件做機(jī)架，改變機(jī)架構(gòu)件可獲得不同方案；

2）選擇機(jī)架之外的構(gòu)件作為執(zhí)行構(gòu)件，改變執(zhí)行構(gòu)件亦可獲得不同方案；

3）兩個(gè)串聯(lián)AssurⅡ級(jí)桿組且以移動(dòng)副相連的構(gòu)件可作為壓性組件；

4）兩個(gè)串聯(lián)AssurⅡ級(jí)桿組且以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的構(gòu)件可作為撓性組件或彈性件；

5）采用低副高代方法，可綜合含凸輪副或齒輪副的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

6）將一個(gè)多副構(gòu)件上多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副重疊，可獲得一個(gè)多重復(fù)合鉸鏈，但要避免產(chǎn)生呆鏈；

7）以運(yùn)動(dòng)鏈為胞源機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈，設(shè)計(jì)構(gòu)件變胞和運(yùn)動(dòng)副變胞等變胞方式，可綜合變胞機(jī)構(gòu).

需要指出的是，由此得到的成千上萬個(gè)方案需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)品功能需求和實(shí)際資源約束進(jìn)行篩選和詳細(xì)設(shè)計(jì)，才能適用于工程實(shí)際.如在依據(jù)運(yùn)動(dòng)鏈目錄綜合機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，如何選擇一個(gè)構(gòu)件做機(jī)架、選擇機(jī)架之外的構(gòu)件為執(zhí)行構(gòu)件，選用不同構(gòu)件將得到不同的機(jī)構(gòu)方案，其機(jī)構(gòu)性能不一樣，對(duì)最終產(chǎn)品工作性能的影響也都將有較大的不同.這正是機(jī)構(gòu)綜合的難點(diǎn)和亮點(diǎn)所在.

4 應(yīng)用示例

運(yùn)用上述機(jī)構(gòu)綜合過程模型，對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)中的典型案例——兩輪摩托車的后輪懸掛系統(tǒng)[9－10]進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合再創(chuàng)新，具體過程包括以下3個(gè)部分.

4.1 專利查詢與分析

1）專利查詢

根據(jù)需要設(shè)計(jì)的對(duì)象——摩托車后輪懸掛系統(tǒng)，從 Derwent Innovations Index專利信息庫和中國專利全文數(shù)據(jù)庫查詢此主題相關(guān)的各國專利，檢索詞：（摩托車or車輪）and（懸掛or支撐），檢索表達(dá)式：（AB＝（（懸掛or支撐）and（摩托車or兩輪車））OR AB＝（（車輪 or后輪）and（懸掛 or支撐）））.匯總產(chǎn)品專利的相關(guān)信息，如表1所示.

圖2 基于裁剪法和設(shè)計(jì)目錄的機(jī)構(gòu)綜合專利利用與規(guī)避再創(chuàng)新過程模型Fig.2 Patent oriented and competitive patent circumvented process model of re－innovating mechanism synthesis based on trimming and catalog design

表1 摩托車后輪懸掛系統(tǒng)相關(guān)專利匯總表Tab.1 Summary of patent information of rear suspension systems for motorcycle

2）專利分析

根據(jù)本文側(cè)重于機(jī)構(gòu)綜合的特點(diǎn)，從上述匯總信息識(shí)別專利中描述的功能和結(jié)構(gòu)，篩選出涉及機(jī)構(gòu)改進(jìn)的專利進(jìn)行機(jī)構(gòu)拓?fù)浞治?，并等效轉(zhuǎn)換為一般化運(yùn)動(dòng)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如表2所示，建立專利數(shù)據(jù)庫.

表2 后輪懸掛專利的機(jī)構(gòu)拓?fù)浞治雠c運(yùn)動(dòng)鏈一般化Tab.2 Topology structure analysis and kinematic chain generalization of rear suspension mechanisms in the patents

4.2 機(jī)構(gòu)數(shù)綜合

1）機(jī)構(gòu)自由度的確定

后輪懸掛是摩托車車架與后車輪之間的連接系統(tǒng)，主要功能是緩沖、減震和傳力，以保證車輛行駛的穩(wěn)定性和平順性，即當(dāng)摩托車行駛在路面時(shí)能將路面支撐力傳遞給車架，同時(shí)大幅降低傳至車架的振動(dòng)頻率和幅度.對(duì)于懸掛系統(tǒng)而言，后輪的上下振動(dòng)就是機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入，所以懸掛系統(tǒng)是一個(gè)單自由度系統(tǒng).

2）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)空間的確定

考慮到摩托車車架結(jié)構(gòu)對(duì)稱中心與車輪在同一縱向平面，在空間上，希望整體結(jié)構(gòu)關(guān)于此縱向平面保持對(duì)稱，而且橫向尺寸盡量小，同時(shí)參照相關(guān)專利信息，本例后懸掛系統(tǒng)采用平面機(jī)構(gòu).

3）構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副約束數(shù)關(guān)系匹配

根據(jù)式（1）平面機(jī)構(gòu)自由度Fp計(jì)算公式[11]，匹配構(gòu)件數(shù)NL和運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)秩Cs之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.平面高副Cs＝1；平面低副Cs＝2，由此建立匹配目錄，如表3所示（限于本文篇幅，未全部列出），得到構(gòu)件數(shù)NL和運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)秩Cs的全部匹配方案.

式中：NJi為第i種約束函數(shù)秩Csi對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副數(shù)量.

4）選擇運(yùn)動(dòng)副類型

對(duì)于平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的選擇，根據(jù)運(yùn)動(dòng)副表面規(guī)則性損失的程度，優(yōu)先選擇較小的類型.轉(zhuǎn)動(dòng)副的規(guī)則性損失較小，而移動(dòng)副的規(guī)則性損失很大[12].當(dāng)移動(dòng)副數(shù)量較少、機(jī)構(gòu)中其他運(yùn)動(dòng)副具有足夠公共約束時(shí)，可選擇圓柱副來承擔(dān)移動(dòng)副功能.在現(xiàn)有專利信息和工程實(shí)際情況看，這種方式被普遍采用.限于篇幅和工作量考慮，在本例中主要選用轉(zhuǎn)動(dòng)副和少量圓柱副，不選擇高副和變胞運(yùn)動(dòng)副，即運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)C（t）＝常向量且Cs＝2.

5）建立約束函數(shù)匹配目錄

根據(jù)表3中只含移動(dòng)副的匹配方案，確定運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)值匹配目錄，如表4所示（限于本文篇幅，未全部列出），得到不同構(gòu)件數(shù)、運(yùn)動(dòng)副數(shù)所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)全部匹配方案.

表3 構(gòu)件數(shù)NL與運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)秩Cs的匹配關(guān)系Tab.3 Matching between link numberNLand the rank of constraint function of kinematic pairCs

表4 運(yùn)動(dòng)副約束函數(shù)匹配目錄Tab.4 Catalogues of constraint function matching of kinematic pairs

6）分析參考專利系統(tǒng)功能

參考表2中專利US4465156，其懸掛系統(tǒng)的功能及其分解如圖3所示.

圖3 參考專利的懸掛系統(tǒng)功能及其分解Fig.3 Functional decomposition of the rear suspension system of the referenced patent

7）裁剪系統(tǒng)功能單元

從功能裁剪法的角度繼續(xù)對(duì)懸掛系統(tǒng)功能進(jìn)行分析.系統(tǒng)的3個(gè)必要功能中，緩沖和傳力的實(shí)現(xiàn)均由多個(gè)單元共同完成，而減震功能只由一個(gè)單元完成.輔助功能變剛度的實(shí)現(xiàn)，由同時(shí)完成緩沖功能的一個(gè)單元承擔(dān).從功能單元的必要性看，桿組5－6是必需的，而桿組2－3與7－8之間存在冗余.而且，輔助功能變剛度可以在緩沖功能中組合實(shí)現(xiàn).從運(yùn)動(dòng)鏈的緊湊性、剛性和動(dòng)態(tài)靈敏度等拓?fù)涮匦钥矗糇杂啥认嗤?、?gòu)件數(shù)越少，緊湊性和動(dòng)態(tài)靈敏度更好.于是，對(duì)系統(tǒng)單元進(jìn)行裁剪，可以刪除一組以上的桿組，使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈由（8，9）變成六桿甚至更少的一般化運(yùn)動(dòng)鏈，同時(shí)，將系統(tǒng)功能進(jìn)行重新分配.

8）構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副匹配方案

經(jīng)過專利功能元裁剪后，根據(jù)表4構(gòu)建構(gòu)件數(shù)與運(yùn)動(dòng)副匹配目錄，如表5所示，得到六桿以下運(yùn)動(dòng)鏈構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副類型及方位匹配的全部方案.

4.3 機(jī)構(gòu)型綜合

1）綜合運(yùn)動(dòng)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

根據(jù)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副匹配方案，查一般化運(yùn)動(dòng)鏈目錄有兩種（6，7）鏈和一種（4，4）鏈，據(jù)此可綜合出含兩個(gè)以下移動(dòng)副的瓦特型運(yùn)動(dòng)鏈50種、斯蒂芬森型運(yùn)動(dòng)鏈50種、四桿運(yùn)動(dòng)鏈5種（限于本文篇幅，未全部列出）.圖4是含一個(gè)移動(dòng)副的（6，7）運(yùn)動(dòng)鏈中的6種.

表5 構(gòu)件數(shù)與運(yùn)動(dòng)副匹配方案Tab.5 Scheme of matching of link number and kinematic pairs

圖4 綜合的部分運(yùn)動(dòng)鏈Fig.4 Some synthesized kinematic chains with one prismatic pair

上述運(yùn)動(dòng)鏈可能存在拓?fù)渫瑯?gòu)問題.舍棄重復(fù)的同構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈，根據(jù)表5運(yùn)動(dòng)副匹配方案，最終建立運(yùn)動(dòng)鏈目錄.圖5所示為其中的9種.圖5（a）、圖5（b）、圖5（c）是結(jié)合圖4（a）和表5中運(yùn)動(dòng)副匹配方案所構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)鏈；圖5（d）、圖5（e）、圖5（f）是結(jié)合圖4（d）和表5所構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)鏈；圖5（g）、圖5（h）、圖5（i）是結(jié)合圖4（f）和表5所構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)鏈.

2）綜合機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

從功能分析看，后輪懸掛系統(tǒng)需要一個(gè)減震組件、至少一個(gè)緩沖組件、一個(gè)傳力運(yùn)動(dòng)鏈.考慮到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入是車輪中心垂直方向的運(yùn)動(dòng)，建立水平方向?yàn)閤軸、垂直方向?yàn)閥軸的笛卡爾坐標(biāo)系.根據(jù)運(yùn)動(dòng)鏈目錄，從以下方面進(jìn)行綜合可得到大量的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案：

（ⅰ）選擇一個(gè)構(gòu)件做機(jī)架；

（ⅱ）選擇機(jī)架之外的另一個(gè)構(gòu)件鄰接車輪；

（ⅲ）兩個(gè)串聯(lián)AssurⅡ級(jí)桿組且以移動(dòng)副相連的構(gòu)件作為減震組件；

（ⅳ）兩個(gè)串聯(lián)AssurⅡ級(jí)桿組且以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的構(gòu)件作為彈簧件；

（ⅴ）將一個(gè)多副構(gòu)件上兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副重疊獲得一個(gè)二重復(fù)合鉸鏈.

圖5 綜合的運(yùn)動(dòng)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.5 The topology structures of the synthesized kinematic chains

如對(duì)應(yīng)圖5（a）運(yùn)動(dòng)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇構(gòu)件1為機(jī)架，構(gòu)件2，3為減震器，分別選擇構(gòu)件4，5和6鄰接車輪，得到9種機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，如圖6所示.其中，圖6（d）和圖6（e）的方案含有彈性元件；圖6（e）的方案含有兩個(gè)二重復(fù)合鉸鏈；圖6（f）、圖6（g）、圖6（h）和圖6（i）的方案含有一個(gè)二重復(fù)合鉸鏈.

對(duì)應(yīng)圖5（a）運(yùn)動(dòng)鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，若選擇構(gòu)件6為機(jī)架，構(gòu)件2，3為減震器，分別選擇構(gòu)件1，4和5鄰接車輪，得到另外6種機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，如圖7所示.其中，圖7（d）、圖7（e）和圖7（f）的方案含有一個(gè)二重復(fù)合鉸鏈.

上述機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能是已有的發(fā)明專利，甚至是現(xiàn)行專利被保護(hù)的內(nèi)容，所以需要對(duì)照專利數(shù)據(jù)予以剔除.如果不是，則可對(duì)此進(jìn)行尺度綜合，得出創(chuàng)新的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)目錄，并申請(qǐng)專利保護(hù).在本例的上述15個(gè)圖例方案中，圖6（a）為國際專利WO 2008／123059（日本雅馬哈公司）的懸掛機(jī)構(gòu)，圖6（b）為國際專利 WO 2006／005687（法國塞克萊斯萊比埃爾公司）及其同族專利CN101076472A的懸掛機(jī)構(gòu)，圖6（c）為一系列專利（專利號(hào)如JP4944000 B2，EP1878648A1，EP1905619A2，EP2216191A1，US7392977B2，US7527252B2，US20080018028A1等）（日本雅馬哈公司）和日本專利JP2004276877 A1（Honda公司）的懸掛機(jī)構(gòu)，圖6（d）為日本專利JP3015963B2（雅馬哈公司）的懸掛機(jī)構(gòu)，圖6（e）為美國專利US2002／0103586A1的懸掛機(jī)構(gòu)，圖6（g）為日本專利JP1985146773A（鈴木公司）、JP19900 20487A（雅馬哈公司）的懸掛機(jī)構(gòu)，圖6（h）為國際專利WO02／44006（英國吉布斯公司）及其同族專利CN1478030A的懸掛機(jī)構(gòu).剔除這些已有專利的方案后，其余均可作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新方案進(jìn)行后續(xù)的機(jī)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì).

圖6 以圖5（a）構(gòu)件1為機(jī)架所綜合的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.6 The mechanism topologies correspond to Fig.5（a）with link 1as frame

圖7 以圖5（a）構(gòu)件6為機(jī)架所綜合的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 The mechanism topologies correspond to Fig.5（a）with link 6as frame

通過本例可以看出，所提出的基于裁剪法和設(shè)計(jì)目錄的機(jī)構(gòu)綜合專利利用再創(chuàng)新過程模型，不僅流程清晰、可操作性強(qiáng)，可窮盡包含諸多文獻(xiàn)所得不同方案（如文獻(xiàn)[9]中的14種、文獻(xiàn)[10]中的6種）在內(nèi)的全部可能創(chuàng)新方案，而且相對(duì)于以往方法，能有效結(jié)合專利信息，從可利用資源出發(fā)尋找突破方向，克服了從大量設(shè)計(jì)目錄中任選方案進(jìn)行發(fā)散性探索的隨意性和盲目性.同時(shí)，通過所建立的專利信息庫還可對(duì)產(chǎn)生的創(chuàng)新方案進(jìn)行篩選和專利規(guī)避.

5 結(jié) 論

基于TRIZ功能裁剪法和設(shè)計(jì)目錄創(chuàng)新技法所構(gòu)建的機(jī)構(gòu)綜合再創(chuàng)新程序化過程模型，不僅充分挖掘?qū)＠Y源信息加以利用，而且在產(chǎn)品開發(fā)概念設(shè)計(jì)中可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)綜合再創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)還能規(guī)避有效專利，為面向?qū)＠Y源進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合創(chuàng)新的新課題提供了過程框架.應(yīng)用實(shí)例表明，該過程模型在專利利用與規(guī)避方面具有可操作性和有效性，若進(jìn)一步結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可使設(shè)計(jì)過程簡單快捷，更重要的是可以遍歷運(yùn)動(dòng)鏈中每個(gè)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的各種選擇、窮舉所有可能的運(yùn)動(dòng)鏈、產(chǎn)生大量新的機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案.該過程模型為機(jī)械產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)指出了新的途徑.

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