Patent Data for Engineering Design: A Critical Review and Future Directions

Patent data have long been used for engineering design research because of its large and expanding size, and widely varying massive amount of design information contained in patents. Recent advances in artificial intelligence and data science present unprecedented opportunities to develop data-driven design methods and tools, as well as advance design science, using the patent database. Herein, we survey and categorize the patent-for-design literature based on its contributions to design theories, methods, tools, and strategies, as well as the types of patent data and data-driven methods used in respective studies. Our review highlights promising future research directions in patent data-driven design research and practice.Comment: Accepted by JCIS

Human-AI Synergy in Creativity and Innovation

In order to maximize creative behavior, humans and computers need to collaborate in a manner that will leverage the strengths of both. A 2017 mathematical proof shows two limits to how innovative a computer can be. Humans can help counteract these demonstrated limits. Humans possess many mental blind spots to innovating (e.g., functional fixedness, design fixation, analogy blindness, etc.), and particular algorithms can help counteract these shortcomings. Further, since humans produce the corpora used by AI technology, human blind spots to innovation are implicit within the text processed by AI technology. Known algorithms that query humans in particular ways can effectively counter these text-based blind spots. Working together, a human-computer partnership can achieve higher degrees of innovation than either working alone. To become an effective partnership, however, a special interface is needed that is both human- and computer-friendly. This interface called BrainSwarming possesses a linguistic component, which is a formal grammar that is also natural for humans to use and a visual component that is easily represented by standard data structures. Further, the interface breaks down innovative problem solving into its essential components: a goal, sub-goals, resources, features, interactions, and effects. The resulting human-AI synergy has the potential to achieve innovative breakthroughs that either partner working alone may never achieve

Дані краудсорсингу для інновацій: Чи це має значення?

Purpose – to explore a crowdsourcing data-driven approach to construct crowdknowledge databases for innovation through supporting creative idea generation. In the approach, social media will be used as platforms to crowdsource knowledge for producing the databases. Findings. Creativity is an essential element of innovation, but producing creative ideas is often challenging in design. Many computational tools have become available recently to support designers in producing creative ideas that are new to individuals. As a standard feature, most of the tools rely on the databases employed, such as ConceptNet and the US Patent Database. This study highlighted that the limitations of these databases have constrained the capabilities of the tools and, thereby, new computational databases supporting the generation of new ideas to a crowd or even history are needed. Crowdsourcing outsources tasks conventionally performed in-house to a crowd and uses external knowledge to solve problems and democratize innovation. Social media is often employed in crowdsourcing for a crowd to create and share knowledge. Originality/value/scientific novelty of the research. This paper proposes a novel approach employing social media to crowdsource knowledge from a crowd for constructing crowd knowledge databases. Practical importance of the research. The crowd knowledge database is expected to be used by the current computational tools to support designers producing highly creative ideas that are new to the crowd, in new product design, and ultimately to innovation. Research limitations/Future research. In this study to provide insights and potential directions for future research are discussed that challenges of employing described approach.   Paper type – theoretical.Цель работы – изучить краудсорсинговый подход, основанный на данных для создания крауд-баз данных для инноваций посредством поддержки генерации творческих идей. В этом подходе социальные медиа будут использоваться как платформы для краудсорсинга знаний для создания баз данных. Результаты исследования. Креативность - важный элемент новаторства, но создание креативных идей часто является сложной задачей в проектировании. Отмечено, что в последнее время стало доступно множество вычислительных инструментов для поддержки проектантов в разработке новых творческих идей для отдельных заказчиков. В качестве стандартной функции большинства инструментов проектанты используют базы данных, такие как ConceptNet и Патентная база данных США. В исследовании показано, что ограничения этих баз данных урезают возможности инструментов и, следовательно, необходимы новые вычислительные базы данных, поддерживающие генерацию новых идей для краудсорсинга или даже для истории процессов. При краудсорсинге на аутсорсинг передаются задачи, обычно выполняемые собственными силами, с целью использовать крауд-знания в решении проблем и демократизации инноваций. Отмечено, что социальные сети часто используют в краудсорсинге для накопления и внешнего обмена знаниями. Оригинальность/Ценность/Научная новизна исследования. Предложен новый подход использования социальных сетей при краудсорсинге для создания крауд-баз данных. Практическое значение исследования. Ожидается, что база данных коллективных знаний будет использоваться текущими вычислительными инструментами для поддержки проектантов, создающих очень креативные идеи, которые являются новыми в краудсорсинге, в проектировании новых продуктов и, в конечном итоге, в инновациях. Ограничения исследований /Перспективы будущих исследований. В этом исследовании обсуждаются проблемы использования описанного подхода для предоставления понимания и потенциальных направлений для будущих исследований. Тип статьи – теоретический.Мета роботи – вивчити краудсорсинговий підхід, заснований на даних для створення баз даних краудсорсингу для інновацій за допомогою підтримки генерації творчих ідей. У цьому підході соціальні медіа будуть використовуватися як платформи для краудсорсингу знань для створення баз даних. Результати дослідження. Творчість – важливий елемент інновацій, проте створення креативних ідей часто складне завдання у проектуванні. Наголошено, що нещодавно багато обчислювальних інструментів стали доступними для підтримки дизайнерів у виробленні нових творчих ідей для окремих замовників. Зазвичай більшість дизайнерських інструментів покладаються на використовувані бази даних, такі як ConceptNet та База даних патентів США. У цьому дослідженні підкреслено, що обмеження цих баз даних зменшують можливості інструментів, а отже, необхідні нові обчислювальні бази даних, що підтримують генерування нових ідей для краудсорсингу або навіть історії процесів. Під час краудсорсингу передають на аутсорсинг завдання, які зазвичай виконують власноруч, з метою використати зовнішні знання для вирішення проблем та демократизації інновацій. Наголошено, що соціальні медіа застосовують у краудсорсингу для накопичення та зовнішнього обміну знаннями. Оригінальність/Цінність/Наукова новизна дослідження. Запропоновано новий підхід із використання соціальних медіа задля накопичення крауд-баз даних для інновацій. Практичне значення дослідження. Очікується, що крауд-база даних знань може застосовуватися сучасними обчислювальними інструментами для підтримки дизайнерів, що виробляють висококреативні ідеї, які є новими для краудсорсингу, під час розробці нових продуктів і, зрештою, для інновацій. Обмеження досліджень/Перспективи подальших досліджень. У цьому дослідженні обговорено проблеми застосування описаного підходу задля надання розуміння та потенційних напрямків для подальших досліджень. Тип статті – теоретичний

Semantic networks for engineering design: State of the art and future directions

This is the author accepted manuscript. The final version is available from the American Society of Mechanical Engineers via the DOI in this recordIn the past two decades, there has been increasing use of semantic networks in engineering design for supporting various activities, such as knowledge extraction, prior art search, idea generation and evaluation. Leveraging large-scale pre-trained graph knowledge databases to support engineering design-related natural language processing (NLP) tasks has attracted a growing interest in the engineering design research community. Therefore, this paper aims to provide a survey of the state-of-the-art semantic networks for engineering design and propositions of future research to build and utilize large-scale semantic networks as knowledge bases to support engineering design research and practice. The survey shows that WordNet, ConceptNet and other semantic networks, which contain common-sense knowledge or are trained on non-engineering data sources, are primarily used by engineering design researchers to develop methods and tools. Meanwhile, there are emerging efforts in constructing engineering and technical-contextualized semantic network databases, such as B-Link and TechNet, through retrieving data from technical data sources and employing unsupervised machine learning approaches. On this basis, we recommend six strategic future research directions to advance the development and uses of large-scale semantic networks for artificial intelligence applications in engineering design

Design and development of a cognitive assistant for the architecting of earth observing satellites

The aim of this thesis is to develop a cognitive assistant for architecting earth observation satellite systems. The motivation for such a system comes from both the recent commercial success of different cognitive assistants as well as the existing challenges in system architecture in general, including earth observation satellite systems. This system has been developed using a layered architecture, where the first layer is a set of front-ends which are deployed on different client machines, including computers, virtual reality headsets, and physical embodiments. The next layer is a server which distributes the requests the user makes from all the front-ends to the different back-ends, which are the ones responsible for performing the basic functionalities of the system. A system of skills, pieces of software which provide the functionalities the end user uses, is built on top of this server. Finally, the back-ends and the skills use different data sources to perform their functionalities. This report describes the whole architecture of the system, with special emphasis on the “Historical Database” and the “Historian Skill”, which I have developed by myself, unlike other parts of the system where the development effort was shared. The final result of this thesis is Daphne, the first open-source cognitive assistant to support the high-level design of earth observation satellite systems by helping reduce the cognitive load of the systems engineer.L’objectiu d’aquest treball de fi de grau és desenvolupar un assistent cognitiu per a dissenyar sistemes de satèl·lits d’observació terrestre. La motivació per crear aquest sistema prové tant del recent èxit comercial de diversos assistents cognitius com dels reptes existents en el disseny de sistemes en general, en els que s’inclou el de sistemes de satèl·lits d’observació terrestre. El sistema s’ha dissenyat amb una arquitectura de capes, la primera de les quals és un conjunt d’interfícies implementades en diferents màquines client com ordinadors, cascs de realitat virtual i encarnacions físiques (robots). La següent capa és un servidor que distribueix les sol·licituds de l’usuari des de les interfícies cap als diferents backends (processadors dorsals), que són els responsables de dur a terme les funcionalitats bàsiques del sistema. Construït també sobre aquest servidor hi ha un sistema d’habilitats, peces de programari que proveeixen les funcionalitats que utilitza l’usuari. Finalment, els backends i les habilitats utilitzen diverses fonts d’informació per dur a terme les seves funcions. Aquest informe descriu l’arquitectura completa del sistema, amb un èmfasi especial en la “Base de Dades Històrica” i l’“Habilitat d’Historiador”, que he desenvolupat personalment, a diferència d’altres parts del sistema, que s’han desenvolupat de manera compartida. El resultat final d’aquest projecte és Daphne, el primer assistent cognitiu de codi obert que dóna suport al disseny d’alt nivell de sistemes de satèl·lits d’observació terrestre tot ajudant a la reducció de la càrrega cognitiva de l’enginyer de sistemes.El objetivo de este trabajo de fin de grado es desarrollar un asistente cognitivo para diseñar sistemas de satélites de observación terrestre. La motivación para crear este sistema proviene tanto del reciente éxito comercial de distintos asistentes cognitivos como de los retos existentes en el diseño de sistemas en general, que incluye el de satélites de observación terrestre. El sistema se ha diseñado con una arquitectura de capas, la primera formada por un conjunto de interfaces que se ejecutan en diferentes máquinas cliente como ordenadores, cascos de realidad virtual y encarnaciones físicas (robots). La siguiente capa es un servidor que distribuye las solicitudes del usuario desde las interfaces hacia los diferentes backends, que son los responsables de llevar a cabo las funciones básicas del sistema. Sobre el servidor se ha construido un sistema de habilidades, piezas de software que proveen las funcionalidades que utiliza el usuario. Finalmente, los backends y las habilidades utilizan distintas fuentes de información para llevar a cabo sus funciones. Este informe describe la arquitectura completa, con un énfasis especial en la “Base de Datos Histórica” y la “Habilidad de Historiador”, que he desarrollado personalmente, a diferencia de otras partes del sistema que se han desarrollado de forma compartida. El resultado de este proyecto es Daphne, el primer asistente cognitivo de código abierto que apoya al diseño de alto nivel de sistemas de satélites de observación terrestre ayudando a la reducción de la carga cognitiva del ingeniero de sistemas

パラメトリック設計とロボットによる自動化施工の実用化に影響を与える要因に関する研究

The construction industry has always been an important part of human economic activity. As time goes on, building techniques and construction methods are changing. However, with the increasing acceleration of social development, traditional construction methods have reached their limits. Both in China and Japan are facing the problem of aging population structure and low birth rate. The human demand for complex forms of construction is growing, yet experienced workers are in short supply. The construction industry continues to undergo industrial upgrading, while the rise of digital design and the widespread use of robotics point the way to the future of the construction industry. To explore the possibilities of parametric design and robotic automated construction through two practical projects. We also explore the factors affecting the application of robotic automated construction technology by building an evolutionary game model to provide a policy reference for the government, construction companies and public universities.北九州市立大