2023全球工程前沿报告-科睿唯安&

第一章研究方法21工程研究前沿遴选31.1论文数据获取与预处理31.2论文主题挖掘31.3研究前沿确定与解读42工程开发前沿遴选42.1专利数据获取与预处理42.2专利主题挖掘52.3开发前沿确定与解读53发展路线图54术语解释5 1工程研究前沿71.1Top 10 工程研究前沿发展态势71.2Top 3 工程研究前沿重点解读112工程开发前沿212.1Top 10 工程开发前沿发展态势212.2Top 3 工程开发前沿重点解读26 二、信息与电子工程35 1工程研究前沿351.1Top 11 工程研究前沿发展态势351.2Top 3 工程研究前沿重点解读402工程开发前沿522.1Top 11 工程开发前沿发展态势522.2Top 3 工程开发前沿重点解读57 三、化工、冶金与材料工程67 1工程研究前沿671.1Top 11 工程研究前沿发展态势671.2Top 3 工程研究前沿重点解读712工程开发前沿812.1Top 11 工程开发前沿发展态势812.2Top 3 工程开发前沿重点解读86 四、能源与矿业工程94 1工程研究前沿941.1Top 12 工程研究前沿发展态势941.2Top 4 工程研究前沿重点解读992工程开发前沿1112.1Top 12 工程开发前沿发展态势1112.2Top 4 工程开发前沿重点解读117 五、土木、水利与建筑工程128 1工程研究前沿1281.1Top 10 工程研究前沿发展态势1281.2Top 3 工程研究前沿重点解读1322工程开发前沿1442.1Top 10 工程开发前沿发展态势1442.2Top 3 工程开发前沿重点解读148 六、环境与轻纺工程156 1工程研究前沿1561.1Top 10 工程研究前沿发展态势1561.2Top 3 工程研究前沿重点解读1602工程开发前沿1692.1Top 10 工程开发前沿发展态势1692.2Top 3 工程开发前沿重点解读173 1工程研究前沿1811.1Top 10 工程研究前沿发展态势1811.2Top 3 工程研究前沿重点解读1852工程开发前沿1962.1Top 11 工程开发前沿发展态势1962.2Top 3 工程开发前沿重点解读200 八、医药卫生209 1工程研究前沿2091.1Top 10 工程研究前沿发展态势2091.2Top 3 工程研究前沿重点解读2142工程开发前沿2232.1Top 10 工程开发前沿发展态势2232.2Top 3 工程开发前沿重点解读227 九、工程管理238 1工程研究前沿2381.1Top 10 工程研究前沿发展态势2381.2Top 3 工程研究前沿重点解读2422工程开发前沿2532.1Top 10 工程开发前沿发展态势2532.2Top 3 工程开发前沿重点解读258 总体组成员267 前 言 工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿代表工程科技未来创新发展的重要方向。当今时代，世界之变、时代之变、历史之变正以前所未有的方式展开，新一轮科技革命和产业变革持续深入演进，人类社会面临前所未有的挑战。前瞻把握世界科技发展动向，准确识变、科学应变、主动求变，已成为各国的共同选择。 为研判工程科技前沿发展趋势，敏锐抓住科技革命新方向，中国工程院作为国家工程科技界最高荣誉性、咨询性学术机构，自2017年起开展全球工程前沿研究项目，每年研判并发布全球近百项工程研究前沿和工程开发前沿，以期发挥学术引领作用，积极引导工程科技和产业创新发展。 2023年度全球工程前沿研究项目依托中国工程院9个学部及中国工程院《工程》系列期刊，联合科睿唯安开展研究工作。研究以数据分析为基础，以专家研判为核心，遵从定量分析与定性研究相结合、数据挖掘与专家论证相佐证、工程研究前沿与工程开发前沿并重的原则，凝练获得93个工程研究前沿和94个工程开发前沿，并重点解读28个工程研究前沿和28个工程开发前沿。 为提高前沿研判的科学性，在前六年实践经验的基础上，2023年度的研究工作继续在研究最初阶段完善技术体系，明确九大领域的技术边界和结构，梳理各分支技术之间的关联关系；继续在重点前沿解读过程中利用发展路线图工具，研判重点工程前沿未来5~10年的发展方向和趋势。 本报告是2023年度全球工程前沿项目研究成果，由两部分组成：第一部分为研究概况，主要说明研究采用的数据和研究方法；第二部分为领域报告，包括机械与运载工程，信息与电子工程，化工、冶金与材料工程，能源与矿业工程，土木、水利与建筑工程，环境与轻纺工程，农业，医药卫生和工程管理共9个领域分报告，分别描述与分析各领域工程研究前沿和工程开发前沿概况，并对重点前沿进行详细解读。 工程前沿研判是一项复杂且有挑战性的工作。七年来，项目研究聚焦全球工程科技发展的热点和难点，将前沿研究、学术论坛与期刊建设紧密结合，相互促进，逐步探索出一条别具特色的研究路径。工程前沿研究得到了来自我国工程科技界各领域、各机构近千位院士和专家的支持，在此向所有指导工程前沿研究的院士、参与工程前沿研究的专家表示感谢！ 第一章研究方法 工程是人类借助科学技术改造世界的实践活动。工程前沿指具有前瞻性、先导性和探索性，对工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向，是培育工程科技创新能力的重要指引。根据前沿所处的创新阶段，工程前沿可分为侧重理论探索的工程研究前沿和侧重实践应用的工程开发前沿。 2023年度全球工程前沿研究采用专家与数据多轮交互、迭代遴选研判的方法，通过专家研判与数据分析深度融合，在9个领域共遴选出93个工程研究前沿和94个工程开发前沿，并重点解读28个工程研究前沿和28个工程开发前沿。各领域前沿数量分布如表1.1所示。 工程前沿研究基本流程包括三步：数据对接、数据分析和专家研判。数据对接，主要是领域专家和图书情报专家依据各领域的技术体系，制定论文和专利数据检索式，明确数据挖掘的范围；数据分析，主要是通过共被引聚类形成文献聚类主题、共词聚类形成专利地图，获得前沿主题；专家研判，主要是通过前沿主题筛选、前沿名称修订、专家研讨等方法逐步筛选确定前沿。同时，为弥补因数据挖掘算法局限性或数据滞后所导致的前沿性不足，鼓励领域专家结合定量分析结果修正、归并、扩充前沿。研究实施流程如图1.1所示， 其中绿色部分以数据分析为主，紫色部分以专家研判为主，红色方框为专家与数据多轮深度交互的过程。 1工程研究前沿遴选 工程研究前沿遴选包括两种途径：一是基于Web of Science数据库SCI期刊论文和会议论文数据，经数据挖掘聚类形成工程研究前沿主题；二是通过专家提名，提出工程研究前沿问题。以上结果经过专家研判论证、提炼得到备选工程研究前沿，再经过问卷调查和多轮专家研讨，遴选得出9个领域93个工程研究前沿。 1.1论文数据获取与预处理 首先构建中国工程院9个学部领域技术体系与Web of Science学科的映射关系，获得每个领域对应的学术期刊和学术会议列表。经领域专家审核与修订后，确定本年度重点分析的9个领域共计12 696种学术期刊和54 389个学术会议。此外，针对82种综合性国际学术期刊，采用单篇文章归类的方法，即根据文章参考文献的主要归属学科来确定相关期刊中单篇文章的研究领域。 针对每个领域的期刊论文和会议论文，参照Web of Science高被引论文确定方法，综合考虑期刊论文和会议论文差别、出版年等因素，筛选出2017—2022年期间发表的被引频次位于前10%的高影响力论文（截至2023年1月），作为研究前沿分析的基础数据集。各领域数据源概况如表1.1.1所示。 1.2论文主题挖掘 基于基础数据集，利用共被引方法对高影响力论文进行聚类分析，获得每个领域的前沿聚类主题，每个聚类主题由一定数量的核心论文组成。其中，2017—2020年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文的数量、总被引频次、平均出版年、常被引论文占比依次筛选，每个领域获得35个不相似的文献聚类主题；2021—2022年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文的数量、总被引频次、常被引论文占比依次筛选，每个领域获得25个不相似的文献聚类主题。以上聚类分析中，如果各领域聚类主题有交叉，则递补不交叉的聚类主题，对于没有聚类主题覆盖的学科，按照关键词进行定制检索和挖掘，最终筛选得到9个领域756个备选研究热点（包括相似和不相似主题），如表1.2.1所示。 1.3研究前沿确定与解读 与论文数据处理挖掘同步，领域专家基于专业背景知识，并结合其他综合性科技情报信息，如科技动态、科技政策、新闻报道等进行分析判断，提出工程研究前沿问题，并将其融入前沿确定的每个阶段。 在数据对接阶段，图书情报专家将领域专家提出的研究前沿问题转化为检索式，作为初始数据源的重要组成部分；在数据分析阶段，针对没有文献聚类主题覆盖的学科，领域专家提供关键词、代表性论文或代表性期刊，用于定制检索和挖掘；在专家研判阶段，领域专家对照文献聚类结果进行查漏补缺，对于未出现在数据挖掘结果中而专家认为重要的前沿进行第二轮提名，图书情报专家提供数据支撑。最终，领域专家对数据挖掘和专家提名的工程研究前沿素材进行归并、修订和提炼，而后经过问卷调查和多轮会议研讨，每个领域遴选出10余个工程研究前沿。 工程研究前沿确定后，各领域依据发展前景、受关注度选取3（或4）个重点研究前沿，邀请前沿方向的权威专家从国家和机构布局、合作网络、发展趋势、研发重点等角度详细解读前沿。 2工程开发前沿遴选 工程开发前沿遴选同样包括两种途径：一是基于Derwent Innovation专利检索平台，对9个领域53个学科组中被引频次位于各学科组前10 000的高影响力专利家族进行文本聚类，获得53张专利地图，领域专家从专利地图中解读出备选工程开发前沿；二是通过专家提名，提出工程开发前沿问题。在这两种途径获得的备选开发前沿基础上，通过多轮专家研讨和问卷调查，最终遴选产生每个领域10余个工程开发前沿。 2.1专利数据获取与预处理 在数据对接阶段，基于Derwent Innovation专利数据库，采用德温特世界专利索引（DWPI）手工代码、《国际专利分类表》（IPC分类）、美国专利局分类体系（UC）等专利分类号和特定的技术关键词，初步构建9个领域53个学科组的专利数据检索范围及检索策略。领域专家对专利检索式删减、增补和完善，并提名备选前沿主题，图书情报专家将其转化为专利检索式。以上两部分检索式整合后确定53个学科组的专利 检索式，在2017—2022年“DWPI和DPCI（德温特专利引文索引）专利集合”中检索（专利引用时间截至2023年1月），进而获得相应学科的专利文献。最后对检索得到的百万量级专利文献根据“年均被引频次”和“技术覆盖宽度”指标进行筛选，综合评估得到每个学科前10 000个专利家族。 2.2专利主题挖掘 在前面形成的专利家族数据基础上，针对9个领域53个学科组被引频次位于前10 000的高影响力专利家族，开展专利文本语义相似度分析，基于DWPI标题和DWPI摘要字段进行主题聚类，获得53张能快速直观呈现工程开发技术分布的ThemeScape专利地图，以关键词的形式展现所聚集专利的总体技术信息。 领域专家在图书情报专家的辅助下，从专利地图中提炼技术开发前沿、归并相似前沿、确定开发前沿名称，得到每个学科组的备选工程开发前沿。同时，为避免遗漏新兴的或交叉的前沿，领域专家重视专利地图中低频次、关联性较低的离群技术点的研判。 2.3开发前沿确定与解读 在专利数据处理与挖掘的同时，领域专家基于专业背景知识并结合其他综合情报信息，如产业动态、科技政策、新闻报道等进行分析判断，提出开发前沿问题，并将其融入前沿确定的每个阶段。 在数据对接阶段，图书情报专家将领域专家提出的开发前沿问题转化为专利检索式，作为基础数据集的重要组成部分；在数据分析阶段，领域专家开展第二轮前沿提名，补充数据挖掘中淹没的专利量少、影响力尚未显现的新兴技