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作者:洪永杰(2005-02-22);推薦:徐業良(2005-02-28)
附註:本文為元智大學燃料電池研究中心申請經濟部學界科專委辦計畫,分項計畫五第三年計畫書。

「建立燃料電池技術專利分析與前瞻創新技術設計平台」計畫書

本計畫承接先前兩年計畫之規劃,主要工作包括燃料電池CatalystPolar Plate、與MEA Assembly技術專利檢索策略之修正與技術分析、燃料電池MEA專利檢索與分析、燃料電池各項關鍵技術創新設計平台之建立等三項,分別敘述如下。

1.     燃料電池各項關鍵技術專利檢索與修正

燃料電池關鍵技術主要可分為四部份:MEA(薄膜電極組)、Catalyst(觸媒)、Polar plate(電極板)與MEA Assembly(薄膜電極組之組裝技術)。本分項計畫於前兩年已初步完成CatalystPolar Plate、與MEA Assembly三部份的專利分析工作。由於前兩年計畫成果有完整之專利管理圖,但專利技術圖尚未涵蓋各分項計畫需求,因此於第三年期計畫將對前述三項專利檢索策略作細部修正,同時針對MEA相關專利進行專利檢索與技術分析。

1.1 已進行專利檢索項目之修正

CatalystPolar Plate、與MEA Assembly三部份的專利分析工作,主要在檢討現有檢索策略,以進一步擴張現有專利技術資料,滿足各分項計畫需求,同時並對各分項計畫作專利技術分析,以建立完整專利地圖。完整的專利地圖包括專利管理圖、專利技術資訊圖、與專利權利圖三項重要圖表,其細部內容詳細說明如表1

1. 專利地圖說明

專利圖表

地圖製作例

主要傳達之資訊與目的

專利管理圖

專利技術生命週期

衡量專利技術所處狀態,預測未來技術興衰

歷年專利分布圖

歷年專利產出發展情形

專利所屬國分析圖

判別主導該技術國家

專利專利權人分析

判別主導該技術之重要企業或研究機構

專利引證率分析

找出該領域內之核心技術專利

專利技術圖

技術手段分析圖

掌握該領域內之主要技術之發展與趨勢

技術功效矩陣表

開發領域的選定與技術評估,尋找技術切入點

技術功效魚骨圖

相關技術與其所能達成功效之分類細部整理

專利權利圖

專利家族圖

掌握重要專利權利資訊

專利範圍要點圖

掌握受專利權保護之技術範圍,提供迴避設計參考

本項工作預計進行步驟如下:

(1)   擴張現有專利技術資料

針對已檢索出之專利進行再次解讀,從中歸納出各關鍵技術部份之關鍵字、國際專利技術分類碼(IPC)、與美國專利技術分類碼(UPC),回饋至各分項計畫主持人增刪、確認後,再次進行專利檢索,同時建立各分項領域專利管理圖。專利檢索部分預計採用USPTO(美國專利)及Delphion(美國、日本、歐洲)兩專利資料庫,及Patent Guider(專利管理圖)軟體進行。

(2)   對各分項計畫作專利技術分析

利用文字採礦(Text Mining)方法,對專利說明書內之應用領域(Application)、欲解決問題(Task)、使用之技術手段(Method)、該專利領域已存在之先前技藝與改良技術(Prior Art and Invention)、以及重要主題(Important Topics)進行語意分析(Semantic Analysis),並分析不同技術特性之下各技術領域的專利技術摘要整理,專利特性分析,功效搜尋,技術問題解答。針對各分項技術領域所欲解決與創新之問題,進行專利技術分類與相關專利功效矩陣,同時建立各分項領域專利技術圖。除逐篇閱讀專利文件外,此部分工作預計使用Goldfire Innovator(Text Mining)Patent Guider(專利技術圖)兩軟體輔助執行。

(3)   建立重要技術之發展族譜圖

針對上述三項關鍵技術之專利技術演進分別建立一有系統之發展族譜圖,鎖定特定技術之專利,藉以判斷哪些技術手段逐漸成熟即將進入市場,哪些技術手段已經成熟較難突破。同時鎖定各分項技術領域內之特定研究單位的核心與基礎型專利,藉由過去被他人引證與自我引證之關係圖,建立技術演繹魚骨圖,以掌握該技術領域內主要研究對手之研發技術走向與重點研發項目。經由此一分析結果可以進一步瞭解目前廠商與研發單位的技術佈局(technology focus)以及後續主力技術之研究時程。

1.2 MEA相關專利進行專利檢索與技術分析

在前兩年計畫中,MEA之相關專利檢索與分析尚未開始進行,本年度將對MEA相關專利進行專利檢索與技術分析。專利分析工作流程如圖1所示,進行步驟詳述如下:

1. MEA(薄膜電極組)專利分析工作流程圖

(1)   各分項計劃問題與檢索策略之界定

此階段將由各分項計畫主持人提出其所需之專利資訊類別、相關技術範圍、與該技術領域內常用技術關鍵辭彙,由本分項計畫進行各分項計畫專利檢索策略之規劃,同時回饋予各計畫主持人進行確認。

(2)   初步搜尋、專利資訊彙整並回饋至各分項計畫

針對上述檢索策略進行初步檢索,同時將專利初級資訊作一整理(包含專利件數、專利應用領域、專利技術分類架構等),並將相關資訊回饋予各計畫主持人進行確認。

(3)   檢索策略修正與二次搜尋

針對已檢索出之專利初級資訊與各分項計畫主持人進行討論,視需要進行檢索策略之修正並進行二次搜尋,檢索結果亦將作一整理並回饋至各分項計畫。

(4)   專利技術資訊摘要整理與分析

將已檢索出之專利逐篇閱讀並依其技術進行分類,同時將每篇專利整理成一專利技術摘要表供各分項計畫團隊參考。

(5)   專利地圖製作

當專利文獻的分析工作告一階段後,預計將取得的資訊歸納整理為專利管理圖、專利技術資訊圖、與專利權利圖三項重要圖表。

1.3 專利資訊資料庫建置

依各分項計畫之需要,針對該領域所檢索之專利資訊,依據技術手段與產業資訊(如國別、專利權人、相關技術歷史演進)類別,建立可供研究人員檢索與查詢之專利資訊資料庫。此部分工作預計使用Goldfire Innovator軟體執行。

2.     燃料電池各項關鍵技術創新設計平台

整個燃料電池關鍵技術的創新設計平台(圖2)建構是由專利資訊資料庫與創新設計資料庫所組成,專利資訊資料庫的相關內容如前述。在進行完專利的資料蒐集與整理後,下一階段的工作將導入TRIZ理論(Theory of Inventive Problem Solving,創意問題解決理論)來協助迴避設計既存專利,針對燃料電池四大關鍵技術零組件開發產生多種可能的創新途徑,建立完整之創新設計平台。創新設計資料庫將Goldfire Innovator創新輔助軟體建立,內容包含專利迴避設計系統化流程、TRIZ理論與創新法則、產品功能模型與知識庫三個部份。此階段預計進行步驟下:

2. 創新設計技術平台架構

(1)   專利迴避設計系統化流程

TRIZ理論是經由研究分析專利文獻所提出來的創新設計方法,適合用來進行專利迴避與創新設計,圖3是利用TRIZ技法來進行專利迴避與創新設計的流程。

3. TRIZ技法來進行專利迴避與創新設計步驟

首先將燃料電池四大技術領域中之現存核心專利或與各分項計畫技術主題較為接近之專利,依其請求之權利,逐一條列出所有權利範圍,分析判斷每一項權利範圍之新穎性與進步性,思考是否有可突破之專利有效範圍。再依其每項之權利範圍進行要件分析,思考是否有可以刪除的專利申請範圍的元件或功能,或可以取代之元件與功能性來進行專利迴避與創新設計。例如:

l          增加在系統中的功能元件

l          刪除或重組元件以達成新的功能

l          轉移功能到某一工作元素上

l          轉移某些功能到前一系統或外在環境上

l          利用已存在之內外在資源

利用TRIZ技法,列出欲改善功能之矛盾衝突,由衝突表中找出適當之設計原則。最後檢核所找出之設計原則,是否能避開權利範圍之「全要件」或「均等論」之要項,亦即為「風險評估」。確認已達成專利迴避之要項後,進行工程計算、設計製造。

(2)   TRIZ理論與創新法則

首先就各分項領域內既存專利欲迴避之關鍵技術加以定義並列出,同時利用TRIZ中之理想化(Ideality)概念分析現有設計中是否有矛盾問題之產生,或者在不增加設計困難度的情形下,是否有其他幾何與效應上之轉換可利用。

接著利用TRIZ理論之矛盾表與40創新法則,針對各分項領域中之特定技術問題,產生多種可能的創新思考方向。TRIZ理論發明人Genrich Altshuller認為矛盾與衝突是創新發明的機會,經由分析歸納得到於工程問題中經常遇到技術矛盾的系統共有39個,並將其對應解的法則整理成矩陣的方式,成為TRIZ理論中最廣為人知的矛盾矩陣(圖4)。矛盾矩陣的縱軸為欲改善的工程特性,而橫軸則為可能惡化的工程特性,假設當設計者欲改善工程特性A時,將令工程特性B發生惡化的情況,即可經由直交快速找到解決問題的創新法則。矛盾矩陣為一39×39的矩陣,共有1263個元素。在此階段將利用矛盾矩陣針對所定義出之問題加以轉化並求解後,提供相對應的創新設計法則給各分項主持人,並協助將所得解答代入原始問題以獲取初步創新設計概念。

4. 矛盾矩陣表簡表

(3)   產品功能模型與知識庫

此一階段將針對初步創新設計的抽像概念加以圖像化,並且定義系統元件的功能,與彼此間和外界環境的交互作用,來分析系統是否合乎預期設計。此概念是由現有的產品或專利出發進行創新設計,利用現有產品或專利的資訊,將之建構為基礎功能模型(Basic Functional Model)。用以建構基礎功能模型之產品,須是該類產品中最為基本的樣式。接下來由上一階段獲取之TRIZ創新設計法則,將之具體化為功能元件模組。在此一過程產生之基礎功能模型與功能元件模組,為具體且有系統的設計資訊,將建構完成之基礎功能模型與功能元件模組存放入知識庫中,成為基礎功能模型知識庫(Basic Functional Model Knowledgebase)與功能元件模組知識庫(Functions & Components Knowledgebase)。選取適合的功能元件模組,將其中功能與基礎功能模型中的元件加以連結,即產生一新的設計組合。

對已產生之產品功能模型配合Goldfire Innovator創新輔助軟體,產生多量的創新的概念設計。這個過程好比堆積木,首先選擇一塊大積木(基礎產品的物質場模型)作地基,然後再選擇要堆放的各種小積木(功能元件模組),最後決定堆放的位置(將功能與元件作結合),由排列組合的概念來產生多量的新設計。但只是單純的組合產品的物質場模型與功能元件模組可能會遇上矛盾的問題,因此在加入功能元件模組再應用軟體進行修剪(Trimming),藉由Goldfire Innovator的評價分析功能消除矛盾,將組合產生的新產品物質場模型加以最佳化,即得到最後需要之概念設計,整個技術創新設計平台到此即告建立完整。

本分項計畫執行工作中,創新設計平台架構極大,一年執行時間無法作完整之建構,將視各分項計畫需求,挑選較合適項目(如Polar PlateMEA Assembly)開始進行建構,再逐漸擴展至其他項目。

3.     預期完成之工作項目及具體成果

本分項計畫預計於第三年期進行,具體工作目標條列如下:

(1)   燃料電池專利地圖與資料庫建置

l          四大領域技術專利經營管理面分析—產出相關專利管理圖表

l          四大領域專利技術與功效之系統化歸納—產出相關專利技術資訊圖表

l          四大領域專利研發與技術管理之整合—產出相關專利權利圖表

l          四大領域專利資訊資料庫

(2)   燃料電池關鍵技術創新設計平台建立

l          各分項計畫技術創新設計流程與模型之建立

l          各分項計畫關鍵技術創新設計平台之建立

l          各分項計畫關鍵技術創新設計知識庫之建置

同時本分項計畫亦將就其他分項計畫成果如何申請專利提供服務與諮詢,並對可能觸犯其他專利部分提供迴避與創新設計之建議。