数值仿真技术专利布局研究

作者 | 宁初明  广东聚华新型显示研究院，TCL科技集团股份有限公司

【摘要】在信息技术迅猛发展的当下，数值仿真技术在缩短产品研发周期、提升产品质量、降低研发风险以及推动技术创新方面具备独特优势，在工程应用中对数值仿真技术进行专利布局对于确保企业的技术领先地位至关重要。本文通过对数值仿真技术的可专利性展开分析，并综合考虑计算机的最小实现原理单元以及数值仿真的最小完整实现单元，提出了基于完整数值仿真实现过程的专利布局和基于离散时间的实现原理的专利布局两个维度的专利布局策略，旨在为企业提供专利布局的理论指导和实践建议。

一、引言

在信息技术迅猛发展的当下，数值仿真技术已然成为现代科学研究与工程应用领域中不可或缺的关键工具。它借助模拟现实世界的物理现象和系统行为，为复杂系统的设计、分析及优化工作提供了极为强劲的支撑力量。在航空航天、汽车制造、生物医学、军事防御等诸多领域内，数值仿真技术均发挥着举足轻重的作用[1-3]。

在知识产权备受重视的当今时代，专利作为保护创新成果的核心手段，对于推动技术创新以及增强创新主体的竞争力有着显著功效[4-5]。数值仿真技术在缩短产品研发周期、提升产品质量、降低研发风险以及推动技术创新方面具备独特优势，其在现代工业各领域中发挥着无可替代的作用。基于数值仿真技术所产生的丰富技术创新成果蕴含着巨大的技术与商业价值，故而探究基于专利的知识产权保护显得尤为关键。

数值仿真技术的应用范围日益广泛，其核心在于数学模型与算法，在从发明迈向专利的进程中，存在着诸多难点。例如，数值仿真技术往往以数学、物理等基本原理为基石，而这些原理本身并不具备可专利性，如何使其满足保护客体的要求便成为一项挑战；数值仿真技术常常涉及复杂的数学公式与算法步骤，如何构建清晰且具备层次布局的多维度专利布局更是一大难题。本文通过深入剖析数值仿真技术的特点以及其可专利性问题，细致分析多种专利布局路径，以期为数值仿真技术的专利申请与布局工作提供理论指引和实践建议，进而为数值仿真技术成果的转化应用筑牢壁垒支撑。

二、数值仿真技术可专利性研究

2.1 数值仿真技术概述

数值仿真技术是一种运用计算机模拟现实世界物理过程和系统行为的技术手段，其涉及计算力学、流体力学、热力学等多个领域，起源于19世纪50年代。1953年，受限于计算机能力及解法，数值仿真技术仅能解决一维一相问题，彼时该项技术首次被Bruce G.H和Peaceman D.W应用于模拟一维气相不稳定径向和线形流[6]。1954年至1959年，West W.J和Garvin W.W等人将两相两维相关技术开拓性地应用于数值仿真中，推动了现代数值仿真技术的初步成型。19世纪60年代，数值仿真技术的数值解法得到大力发展，1968年首次出现三维三相解法技术。19世纪70至90年代，数值仿真技术取得长足进步，嵌套因式分解法成为稳定快速的解法，并最终成为应用最为广泛的解法。步入21世纪，数值仿真技术进一步发展出一体化模拟技术和定量进行属性不确定性分析的能力，使其能够更为全面、精准地模拟和预测复杂系统的行为[7]。

伴随计算机技术的持续进步，不断发展的数值仿真技术在工程技术领域的作用愈发凸显，其应用范围也日益宽泛。在医疗领域，借助数字仿真技术对器官组织和细胞结构进行模拟，以及对药物吸收效果展开仿真模拟，从而为医疗诊断和治疗提供指导；在军事领域，运用数字仿真技术模拟军事装备的性能，进行战术策略分析；在航空领域，采用数字仿真技术模拟飞行器的飞行性能，剖析飞行状况，实施设计优化；在新能源领域，利用数字仿真技术对太阳能电池、风能发电机组等新能源设备的性能进行仿真模拟，优化设计方案；在社会经济管理领域，运用数字仿真技术对市场运行状态、经济发展变化趋势等进行模拟，研究和分析经济管理政策等。

2.2 可专利性分析

《专利法》第二条第二款明确规定，发明是指对产品、方法或者其改进所提出的新的技术方案。由此可见，数值仿真技术若要获得专利保护，必须被界定为一种技术方案，而非单纯的算法或数学方法。《专利审查指南》针对算法相关方案的可专利性提供了更为详尽的指引。依据2019年的修订内容，审查指南在第二部分第九章新增第6节，专门针对包含算法特征或商业规则和方法特征的发明专利申请的审查作出规定[8]。由此可见，在评判包含算法或商业规则的专利申请时，应从整体层面考量权利要求中记载的所有特征，涵盖技术特征与算法或商业规则特征，并评估这些特征是否共同构成解决某一技术问题的技术手段，以及能否取得相应的技术效果，由此判断其是否属于专利法第二条第二款所述的技术方案[9-10]。

《专利法》第二十五条明确界定了部分不授予专利权的对象，其中包括智力活动的规则和方法。因此，倘若一个算法仅仅是抽象的数学方法或算法本身，而未与特定技术应用相结合，那么其可能不被认定具有可专利性，即专利法保护的对象不能是智力活动的规则和方法。所以，数值仿真技术必须超越纯粹的算法层面，体现为解决具体技术问题的应用。尽管数值仿真与智力活动的规则和方法存在关联，但专利法中的“智力活动的规则和方法”属于抽象思想范畴，若未结合具体应用，则会被排除在可专利主题之外。数值仿真体现了智力活动的规则与方法，但不属于进行独立的智力活动，也无法生成独立的规则，故而有可能被纳入可专利主题的范畴。

由此可知，计算机仿真技术（涵盖数值仿真）本身属于非技术性特征，但其与技术性特征相互作用时，能够解决基于场景的技术问题并产生技术效果。例如，通过仿真输入输出与物理现实的直接物理关联，或者仿真过程与计算机环境的相互作用，改进计算机本身或使其更好地适配现有计算机结构，这些技术性互动所形成的技术方案可使数值仿真技术成为专利保护的客体。

三、数值仿真技术专利布局策略

在当前竞争激烈的商业环境中，专利布局被视为企业获取并维持竞争优势的核心策略。企业通过高效合理的专利布局，不仅能够确保其核心技术的知识产权得到切实保护，还能借助专利的授权与转让等机制实现经济利益的增值。鉴于数值仿真技术在工程实践中的广泛应用，其对产品设计、方案优化、全生命周期维护等阶段均提供重要技术支撑，因此，在工程应用中对其进行专利布局对于确保企业的技术领先地位至关重要。

3.1 专利布局原则

专利布局不仅关乎创新成果的保护，更是企业在市场竞争中占据优势地位、实现可持续发展的关键要素之一。故而，在开展数值仿真技术的专利布局时，应遵循以下四个方面的布局原则。

全面性原则要求全面覆盖技术创新的各个层面，涵盖算法、软件、硬件、应用等方面，确保技术的每个环节均能得到有效保护。在专利申请过程中，不仅要囊括核心技术，还需将其周边技术、改进技术以及潜在的替代技术纳入保护范围。这种全面性的覆盖有助于构建起一个立体的专利防御体系，从而在不同层面上守护企业的技术和产品。

前瞻性原则强调依据技术发展趋势和市场需求，预测未来可能涌现的技术热点和创新点，并提前开展专利布局工作。不仅要考量当前的技术状态，更要对未来的技术发展趋势和市场需求进行预判。通过预测潜在的技术热点和市场动向，企业能够提前在这些领域布局专利，从而在未来的市场竞争中占据有利地位。

灵活性原则要求在专利布局中保持一定的灵活性，以便依据市场变化和技术进步适时进行调整。在科技飞速发展的领域，企业需要持续评估其专利组合的有效性，并根据新的市场信息和技术发展动态做出相应调整。

防御性原则旨在通过专利布局构建防御性专利组合，防范竞争对手的侵权与模仿行为。在关键技术领域进行密集的专利申请，构筑难以逾越的专利壁垒。

3.2 专利布局策略

本文以数值仿真技术方案的创新点为根本出发点，以仿真技术原理的连续性特点和计算机仿真实现过程的离散性特点为立足点，从计算机的最小实现原理单元以及数值仿真的最小完整实现单元维度考量，从宏观原理和微观实现两个角度对数值仿真技术进行多元化专利布局，力求覆盖数值仿真技术方案的核心创新点，形成以小专利包保护核心创新技术的态势。

1. 基于完整数值仿真实现过程的专利布局

数值仿真的核心在于构建能够精准描述物理现象的数学模型。在从物理问题抽象为数学模型的过程中，需充分考量各种物理因素及其相互作用，确保数学模型能够完整呈现物理过程的本质特征。例如，在流体力学仿真中，要依据流体的性质、流动状态以及边界条件等因素，挑选适宜的控制方程，如纳维-斯托克斯方程，来刻画流体的运动。在基于数学模型分析物理现象时，通常假定物理量呈连续分布，这种连续性假设使我们能够运用连续的数学函数描述物理现象，进而建立相应的物理理论和方程。在此基础上，对于物理过程通常也将连续性作为基本假设，这种连续性假设使我们可以借助微积分等数学工具描述和分析物理过程。由此可见，连续性是数值仿真技术方案实现原理的直观描述表征，对数值仿真技术方案进行基于完整数值仿真实现过程的专利布局，更有助于创新主体及时察觉并制止竞争对手的侵权行为，从而获取竞争优势。

与此同时，基于完整数值仿真实现过程的专利布局需要综合考量多方面因素，在专利布局时应着重关注以下两个维度的问题：

一是加强以技术方案完整架构为基础的专利布局。基于完整数值仿真实现过程的专利布局是从数值仿真技术方案的最小完整实现单元维度的专利布局，其视角着眼于技术方案的完整架构可实现性，因此在进行专利布局时可考虑从输入到输出的完整实现过程，而非单一时刻的具体步骤实现，从而实现宏观视角的技术方案专利化。

二是以产品单元结构思维强化专利权利要求的层次布局。宏观视角的专利布局有利于提高专利的侵权可视度，方法步骤于现有专利制度下，其侵权可识别度相对于产品结构来说则相对更弱一些，因此，在进行完整数值仿真实现过程的专利布局时，应尽可能的从产品结构的维度进行权利要求的层次布局，以实现从输入模块到仿真模块再到输出模块的单元模块的专利布局。针对数值技术仿真的核心创新点（仿真模块）部分，仍应坚持单元模块的布局思维，如可以静态限定方式逐步引出算法模块的实现功能，末端技术特征再以具体模型作为支撑，从而实现对数值仿真技术方案从整体到局部、从核心到外围进行全方位保护。

2. 基于离散时间的实现原理的专利布局

离散时间实现原理作为一种重要的技术手段，在各个领域都拥有广阔的应用前景。在仿真领域，连续时间系统和离散时间系统仿真的基本概念存在差异。连续时间系统仿真基于微分方程，而离散时间系统仿真基于差分方程，然而，在计算机模拟仿真系统实现过程中，计算机仅能处理离散数据。基于计算机的数据离散处理特性，在数值仿真系统中，时间通常被分割为均等或非均等的时间间隔，并以一个基本的时间间隔计时（仿真步长），由此可知，数值仿真系统在特定时刻可视为一个离散系统。在数值仿真领域，众多复杂系统的仿真均利用了离散时间原理，提升了仿真的效率和准确性。例如，在航空航天领域的飞行模拟、电子电路的性能模拟等方面，离散时间仿真能够有效处理复杂的物理模型和海量数据；在工业自动化控制领域，离散时间控制算法也得到广泛应用，实现了对生产过程的精确控制。因此，基于某一时刻的数值仿真实现过程可视为数值仿真技术方案的最小技术实现单元，对其进行基于离散时间的实现原理的专利布局能够更为直接地体现发明本意。

与此同时，基于离散时间实现原理的专利布局需要综合考量多方面因素，在专利布局时应着重关注以下两个维度的问题：

一是核心技术点的技术创新性。与离散时间实现原理相关的专利必须具备新颖性和创造性，这意味着所申请的专利技术在现有技术中尚未被公开，且相较于现有技术具有显著的进步和突出的实质性特点。例如，在离散时间系统的算法改进方面，新算法需要在计算效率、精度、稳定性等方面显著优于现有算法，以新算法在某一时刻的实现原理为基础进行专利布局则使其具备了新颖性和创造性的基础。

二是专利保护范围的合理性。在基于离散时间实现原理的专利布局中，要依据技术的核心创新点和市场应用前景，合理确定专利的保护范围。例如，对于一种新的离散时间控制算法专利，可以将算法的关键步骤、适用条件等作为保护范围的重点，但也要避免将一些非关键、常规的技术特征纳入保护范围，以免限制专利的实用性。离散时间实现原理处于不断发展演进之中，专利布局时要考虑到未来技术的可能发展方向，适当预留一定的扩展空间。这样在技术更新换代时，已有的专利能够继续发挥作用，或者为后续的专利申请奠定基础并提供支持。

四、结语

数值仿真技术作为现代科学研究和工程应用的重要工具，其专利布局对于保护企业核心技术、增强市场竞争力意义非凡。本文通过对数值仿真技术的可专利性展开分析，并综合考虑计算机的最小实现原理单元以及数值仿真的最小完整实现单元，提出了宏观和微观两个维度技术方案实现的专利布局策略，旨在为企业提供专利布局的理论指导和实践建议。

注释

[1] 郭鑫鑫，陈哲涵：激光增材制造过程数值仿真技术综述[J].航空学报，2021， 42(10)：524227-1-13。

[2] 张柯娜，王来军，洪中荣：考虑前后不对称网联多车跟驰模型及数值仿真[J].公路交通科技，2022，39(12)：139-148。

[3] 孙天宇，张艳秋，潘婷等：经颅聚焦超声治疗脑血栓的数值仿真研究[J].声学技术，2022，41(5)：664-669。

[4] 耿舒平：华为5G标准必要专利布局及其竞争策略分析[D].电子科技大学，2024。

[5] 刘书芝：新能源汽车领域海外专利布局的重点和需要考虑的因素[J].中国发明与专利，2018，15(9)：26-32。

[6] 张霄：半圆形叶片垂直轴风力机的三维CFD数值模拟[D].西北大学，2024。

[7] 冯桐：新型高强度Q&P钢板与TRIP钢板疲劳性能对比研究[D].长春工业大学，2015。

[8] 苗晓静：涉及人工智能的商业方法专利的探讨[J].专利代理，2021(1)：31-36。

[9] 张雪凌，刘庆琳：区块链专利申请审查标准研究[J].知识产权，2020(2)：68-75。

[10] 王翀：人工智能算法可专利性研究[J].政治与法律，2020(11)：125-135。

知产力AI智能体点评

这篇文章具有较高的理论价值和实践指导意义，但在结构严谨性和论述深度上仍有优化空间。以下从三方面进行点评：

1、研究价值的突出体现

文章系统梳理了数值仿真技术的发展脉络（2.1节），并紧密结合《专利法》第二条、第二十五条及《审查指南》对算法类专利的特殊要求（2.2节），清晰界定了技术方案与抽象算法的边界。提出的"连续-离散双维度布局策略"（3.2节）具有创新性，尤其是将离散时间原理作为最小技术单元进行专利布局的思路，与当前审查实践中强调"技术特征与应用场景结合"的趋势高度契合。文中列举的航空航天、工业控制等应用场景案例，有效佐证了专利布局策略的普适性。

2、实务指导的不足之处

尽管提出了全面性、前瞻性等布局原则（3.1节），但缺乏具体操作指引。例如未涉及专利审查中关键的"技术三要素"（技术问题、手段、效果）的撰写技巧，而这正是算法类专利易被驳回的核心痛点。建议补充类似"将算法模块与计算机内部结构关联"（如内存分配、处理器调度等）的具体撰写方法。

3、结构优化的建议

数据支撑待加强：建议增加数值仿真领域专利无效案例的统计；

国际视野需拓展：可借鉴中美欧对算法专利的审查差异（如美国强调"机器或转换"测试，中国注重技术三要素），完善跨国布局建议；

总体而言，该研究为技术密集型企业的专利布局提供了有价值的框架，若能在审查标准动态（如对数值特征日趋严格的审查趋势）和典型案例分析上深化，将更具指导意义。

（本文仅代表作者观点，不代表知产力立场）

封面来源 | Pexels  编辑 | 有得