一种高速列车三维产品结构技术功效图构建系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种高速列车三维产品结构技术功效图构建系统及方法，首先基于技术词库从专利网中获取专利信息，并对专利信息进行预处理；从预处理后的文本中抽取技术相关词和功效相关词；再结合各簇相关词在专利中的分布情况，分析出技术项和功效项；基于相关词在专利中的分布情况，计算出每个专利中不同主题的权重；结合技术主题权重和技术生命周期判别指标，分析出每项技术的生命周期；根据主题权重计算出技术项、功效项和产品结构三者的共现值，并基于此绘制三维产品结构技术功效图。本发明专利技术实现了技术、功效与产品结构关联，使技术功效图更具有指导意义，实现了技术信息的动态获取，解决了传统获取方法人力耗费大而且主观性大的问题。

A construction system and method of three-dimensional product structure technical efficacy diagram of high-speed train

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车三维产品结构技术功效图构建系统及方法
本专利技术涉及高速列车设计和数据挖掘
，具体为一种高速列车三维产品结构技术功效图构建系统及方法。
技术介绍
自2004年，我国确定推进铁路技术装备现代化“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”的总体方针以来，我国高速列车历经了十余年的跨越式发展，取得了一系列技术创新成果。但当今世界科技日新月异，全球化步伐明显加快，国内高速列车制造企业在享受着各种机遇的同时，也迎来了更大的挑战。以仿制国外产品的传统设计思路早已无法与中国快速全球化的思想契合。因此，高速列车制造企业急需提高自主创新能力，增强其竞争力，使企业得以占据市场的主导地位。其中，规划技术战略，确定技术研发重点是企业进行自主创新的首要任务。然而，目前高速列车制造企业主要通过专家访谈和现场调研得到研发技术现状，以此作为技术战略规划的数据参考。这种获取方法存在获取不及时，人力耗费大和主观性大等问题，而且获取内容通常以报告、答卷等形式记录，内容不直观而且难以直接指导产品研发，这都影响了企业对研发技术现状识别的准确性，从而影响企业技术战略规划。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够自动地分析大量的专利数据，挖掘出高速列车创新研发技术，有效地支持我国高速列车自主研发技术的快速创新、迭代的高速列车三维产品结构技术功效图构建系统及方法。技术方案如下：一种高速列车三维产品结构技术功效图构建系统，包括：(1)技术词库储存高速列车研发技术相关的词语；(2)数据获取模块将技术词库中的技术项、功效项和产品结构作为关键词，在专利网中实时抓取专利信息，包括专利题目、说明书摘要、权利要求书、说明书、申请人、申请日、IPC分类号；(3)预处理模块根据python程序，将专利题目、说明书摘要、权利要求书、说明书的文本进行分词、词性标注和停用词过滤；(4)相关词抽取模块采用产生式的表达形式，编写抽取规则，并基于抽取规则分别抽取技术、功效相关词；(5)语义聚类模块根据语义相似度对词语归类，并用平均轮廓系数确定簇数；通过分析各簇中相关词在专利中的出现次数和位置，得到各簇中词语的优先排序，并提供排序较前的词语给工程师，由其总结出各簇的技术项或功效项；并将技术项和功效项与词库中现有的项进行对比，对新项进行标识；(6)主题分析模块根据各簇中相关词在专利中的分布情况，分析出每个专利的技术主题权重和功效主题权重；根据产品结构中的产品名称及其相关词在专利中的分布情况，分析出每个专利的产品结构主题权重；(7)技术生命周期计算模块计算出每项技术的技术生长率、技术成熟系数、技术衰老系数、新技术特征系数和失效度，并通过指数平滑减少噪声数据影响，再由周期判别规则分析出技术的生命周期；(8)三维技术功效图构建模块以功效项为X轴、技术项为Y轴、产品结构为Z轴构建三维空间坐标系，再以功效主题权重、技术主题权重和产品结构主题权重计算出功效项、技术项、产品结构三者的共现值以此作为三维空间中相交球的半径值；共现值表示的是功效项、技术项和产品结构在现有专利中同时出现的频率累计值；(9)
技术实现思路
查看模块提供用户可视化界面，供用户查看技术生命周期和产品结构技术功效图。进一步的，所述语义聚类模块将技术项、功效项与词库中现有的项进行对比，发现新项，并对其进行标识，以供后续评价；所述三维技术功效图构建模块根据新项的共现值判断其是否为新技术项或功效项，共现值不为零则为新技术项或功效项，添加至技术词库，否则舍弃；在此基础上，三维技术功效图构建模块统计每个相交球中相关专利的申请人占比和IPC类别占比，得到技术所属领域分布和技术所属企业分布。更进一步的，所述
技术实现思路
查看模块以曲线图的形式，显示技术生命周期的变化情况，以空间离散点图的形式，显示产品结构技术功效图；所述产品结构技术功效图中的每个相交球连接相关的技术所属领域分布和技术所属企业分布，并以饼状图的形式显示。更进一步的，还包括技术词库管理模块，用于对技术词库中的词语进行增添、修改和删除。一种高速列车三维产品结构技术功效图构建方法，包括以下步骤：步骤1：基于与高速列车研发技术相关词语的技术词库，从专利网中获取专利信息；步骤2：通过python程序对获取的专利题目、摘要、权利要求书、说明书的文本进行分词、词性标注、去停用词的预处理；步骤3：基于预定义的规则从预处理后的文本中抽取技术相关词和功效相关词；步骤4：基于语义相似度分别对两类相关词聚类，通过轮廓系数调整簇数，并分析出各聚类簇的技术项和功效项；步骤5：基于相关词在专利中的分布情况，计算出每个专利中不同主题的权重；步骤6：结合技术主题权重和技术生命周期判别指标，分析出每项技术的生命周期；步骤7：根据主题权重计算出技术项、功效项和产品结构三者的共现值，并基于此绘制三维产品结构技术功效图。进一步的，所述步骤4具体包括：步骤41：根据技术相关词间的相似程度将词语归类进行语义相似度聚类，基于同义词词林中词语的相似情况进行语义相似度计算，语义相似度表示为：其中，wri、wrj表示任意两个技术相关词，wri＝wrj表示在词林中两个词等价，wri#wrj表示在词林中两个词相关，init是相似度的初值函数，其自变量为技术相关词wri、wrj之间的最短路径；a为两个相关词最近公共父结点的直接子结点的个数，b为两个相关词在最近公共父结点中的分支间距；某聚类簇中各点到聚类中心距离的平方和表示为：其中，WRk表示k簇中词语的集合，表示k簇中词语的数量，wrik表示k簇中第i个技术相关词；表示k簇的聚类中心，同时作为k簇中词语的中心词，表示为：其中，u表示中心词在词林中的位置编号，当u的值不为整数时，采用进位方式修正；max(wrik)和min(wrik)表示k簇中词语在词林中的最大编号和最小编号；基于语义相似度聚类的目标是实现聚类域中所有的词语到聚类中心距离的平方和最小，即进一步表示为：其中，WR表示总的技术相关词集合，k表示聚类的簇数；表示j簇中词语的数量；表示j簇中第i个技术相关词；表示j簇的聚类中心；步骤42：轮廓系数计算公式为：其中，difz(wri)表示技术相关词wri与其同一簇内其它所有词差异度的平均值，用于量化簇内的内聚度；difw(wri)表示技术相关词wri与其外部的一个簇中所有词的差异度，遍历所有其他簇，找到最小的差异度，用于量化簇间分离度；用整个词语集的平均轮廓系数确定聚类簇数，平均轮廓系数计算公式为：其中，nc为所有技术相关词的数量；当平均轮廓系数L(WR)k最大时，簇数k为最佳的聚类簇数；步骤43：基于各聚类簇中词语在专利题目、摘要、权利要求书、说明书的出现位置和次数，计算各簇技术相关词的优先排序，技术相关词的出现次数计算公式表示为：其中，nz表示获取专利的数量，分别表示技术相关词wrik在专利j的题目、摘要、权利要求书、说明书中出现的次数，表示词在专利中不同位置出现的权重；根据各技术相关词num(wrik)值的大小，进行从大到小排序，并将前10～20个技术相关词作为推荐词，再由工程师从中总结出关键词，即技术项；所得的技术项将与词库中现有的项进行匹配，基于此发现新技术项。更进一步的，所述步骤5具体包括：计算在一个专利中每个技术项的相关词出现的总次数，计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速列车三维产品结构技术功效图构建系统，其特征在于，包括：(1)技术词库储存高速列车研发技术相关的词语；(2)数据获取模块将技术词库中的技术项、功效项和产品结构作为关键词，在专利网中实时抓取专利信息，包括专利题目、说明书摘要、权利要求书、说明书、申请人、申请日、IPC分类号；(3)预处理模块根据python程序，将专利题目、说明书摘要、权利要求书、说明书的文本进行分词、词性标注和停用词过滤；(4)相关词抽取模块采用产生式的表达形式，编写抽取规则，并基于抽取规则分别抽取技术、功效相关词；(5)语义聚类模块根据语义相似度对词语归类，并用平均轮廓系数确定簇数；通过分析各簇中相关词在专利中的出现次数和位置，得到各簇中词语的优先排序，并提供排序较前的词语给工程师，由其总结出各簇的技术项或功效项；并将技术项和功效项与词库中现有的项进行对比，对新项进行标识；(6)主题分析模块根据各簇中相关词在专利中的分布情况，分析出每个专利的技术主题权重和功效主题权重；根据产品结构中的产品名称及其相关词在专利中的分布情况，分析出每个专利的产品结构主题权重；(7)技术生命周期计算模块计算出每项技术的技术生长率、技术成熟系数、技术衰老系数、新技术特征系数和失效度，并通过指数平滑减少噪声数据影响，再由周期判别规则分析出技术的生命周期；(8)三维技术功效图构建模块以功效项为X轴、技术项为Y轴、产品结构为Z轴构建三维空间坐标系，再以功效主题权重、技术主题权重和产品结构主题权重计算出功效项、技术项、产品结构三者的共现值，以此作为三维空间中相交球的半径值；所述共现值为功效项、技术项和产品结构在现有专利中同时出现的频率累计值；(9)技术内容查看模块提供用户可视化界面，供用户查看技术生命周期和产品结构技术功效图。...

【技术特征摘要】
1.一种高速列车三维产品结构技术功效图构建系统，其特征在于，包括：(1)技术词库储存高速列车研发技术相关的词语；(2)数据获取模块将技术词库中的技术项、功效项和产品结构作为关键词，在专利网中实时抓取专利信息，包括专利题目、说明书摘要、权利要求书、说明书、申请人、申请日、IPC分类号；(3)预处理模块根据python程序，将专利题目、说明书摘要、权利要求书、说明书的文本进行分词、词性标注和停用词过滤；(4)相关词抽取模块采用产生式的表达形式，编写抽取规则，并基于抽取规则分别抽取技术、功效相关词；(5)语义聚类模块根据语义相似度对词语归类，并用平均轮廓系数确定簇数；通过分析各簇中相关词在专利中的出现次数和位置，得到各簇中词语的优先排序，并提供排序较前的词语给工程师，由其总结出各簇的技术项或功效项；并将技术项和功效项与词库中现有的项进行对比，对新项进行标识；(6)主题分析模块根据各簇中相关词在专利中的分布情况，分析出每个专利的技术主题权重和功效主题权重；根据产品结构中的产品名称及其相关词在专利中的分布情况，分析出每个专利的产品结构主题权重；(7)技术生命周期计算模块计算出每项技术的技术生长率、技术成熟系数、技术衰老系数、新技术特征系数和失效度，并通过指数平滑减少噪声数据影响，再由周期判别规则分析出技术的生命周期；(8)三维技术功效图构建模块以功效项为X轴、技术项为Y轴、产品结构为Z轴构建三维空间坐标系，再以功效主题权重、技术主题权重和产品结构主题权重计算出功效项、技术项、产品结构三者的共现值，以此作为三维空间中相交球的半径值；所述共现值为功效项、技术项和产品结构在现有专利中同时出现的频率累计值；(9)技术内容查看模块提供用户可视化界面，供用户查看技术生命周期和产品结构技术功效图。2.根据权利要求1所述的高速列车三维产品结构技术功效图构建系统，其特征在于，所述语义聚类模块将技术项、功效项与词库中现有的项进行对比，发现新项，并对其进行标识，以供后续评价；所述三维技术功效图构建模块根据新项的共现值判断其是否为新技术项或功效项，共现值不为零则为新技术项或功效项，添加至技术词库，否则舍弃；在此基础上，三维技术功效图构建模块统计每个相交球中相关专利的申请人占比和IPC类别占比，得到技术所属领域分布和技术所属企业分布。3.根据权利要求1所述的高速列车三维产品结构技术功效图构建系统，其特征在于，所述技术内容查看模块以曲线图的形式，显示技术生命周期的变化情况，以空间离散点图的形式，显示产品结构技术功效图；所述产品结构技术功效图中的每个相交球连接相关的技术所属领域分布和技术所属企业分布，并以饼状图的形式显示。4.根据权利要求1所述的高速列车三维产品结构技术功效图构建系统，其特征在于，还包括技术词库管理模块，用于对技术词库中的词语进行增添、修改和删除。5.一种高速列车三维产品结构技术功效图构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于与高速列车研发技术相关词语的技术词库，从专利网中获取专利信息；步骤2：通过python程序对获取的专利题目、摘要、权利要求书、说明书的文本进行分词、词性标注、去停用词的预处理；步骤3：基于预定义的规则从预处理后的文本中抽取技术相关词和功效相关词；步骤4：基于语义相似度分别对两类相关词聚类，通过轮廓系数调整簇数，并分析出各聚类簇的技术项和功效项；步骤5：基于相关词在专利中的分布情况，计算出每个专利中技术主题权重、功效主题权重、产品结构主题的权重；步骤6：结合技术主题权重和技术生命周期判别指标，分析出每项技术的生命周期；步骤7：根据主题权重计算出技术项、功效项和产品结构三者的共现值，并基于此绘制三维产品结构技术功效图。6.根据权利要求5所述的高速列车三维产品结构技术功效图构建方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：步骤41：根据技术相关词间的相似程度将词语归类进行语义相似度聚类，基于同义词词林中词语的相似情况进行语义相似度计算，语义相似度表示为：其中，wri、wrj表示任意两个技术相关词，wri＝wrj表示在词林中两个词等价，wri#wrj表示在词林中两个词相关，init是相似度的初值函数，其自变量为技术相关词wri、wrj之间的最短路径；a为两个相关词最近公共父结点的直接子结点的个数，b为两个相关词在最近公共父结点中的分支间距；某聚类簇中各点到聚类中心距离的平方和表示为：其中，WR...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁国富，韩鑫，黎伟洋，吴畏，黎荣，丁雨秋，张剑，
申请(专利权)人：西南交通大学，成都地铁运营有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51