2023-12-26-科睿唯安_中国工程院-2023全球工程前沿报告_272页_9mb

全球工程前沿 2023 总结

核心内容

2023年度《全球工程前沿》报告由中国工程院全球工程前沿项目组发布，涵盖9个领域的工程研究前沿和工程开发前沿，共计93个研究前沿和94个开发前沿，其中28个研究前沿和28个开发前沿进行重点解读。报告采用专家与数据多轮交互、迭代遴选的方法，结合定量分析与定性研究，确保前沿研判的科学性与前瞻性。

研究方法

1. 数据对接：依据各领域的技术体系，制定论文和专利数据检索式，明确数据挖掘范围。
2. 数据分析：通过共被引聚类和共词聚类形成文献聚类主题和专利地图。
3. 专家研判：结合专家的专业背景和情报信息，进行前沿筛选、命名和最终确定。

此外，报告还使用了发展路线图工具，对重点前沿进行未来5~10年发展趋势的可视化分析，以帮助把握前沿方向。

术语解释

• 文献（论文）：包括Web of Science中经过同行评议的公开发布的研究性期刊论文、综述和会议论文。
• 高影响力论文：被引频次在同出版年、同学科论文中排名前10%的论文。
• 文献聚类主题：通过共被引聚类分析获得的一系列主题和关键词的组合。
• 核心论文：根据研究前沿的获取方式不同，核心论文可以是高影响力论文或按主题检索的被引频次排前10%的论文。
• 高影响力专利：每个学科依据DPCI年均被引频次排前10000的DWPI专利家族。
• 核心专利：高影响力专利或按主题检索的全部专利。
• ThemeScape专利地图：通过分析专利文献中的语义相似度，将相关技术的专利聚集在一起，以地图形式可视化展现。
• 技术覆盖宽度：指每个DWPI专利家族覆盖的DWPI分类的数量。
• 中国工程院学部专业划分标准体系：包含9个学部53个专业学科。

领域报告

一、机械与运载工程

1.1 Top 10 工程研究前沿发展态势

机械与运载工程领域Top 10研究前沿涵盖多个方向，包括：

• 高超声速飞行器技术
• 低碳及零碳燃料发动机技术
• 动态可重构移动微型机器人集群
• 柔性自供电可穿戴传感器
• 对抗性环境自动驾驶智能性能测试
• 多材料4D打印
• 水下自主航行器无线充电系统
• 血管介入手术机器人系统
• 基于迁移学习的机械故障诊断
• 机器人铣削和磨抛

这些前沿技术既包括传统领域的深化，也包括新兴技术的探索。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 高超声速飞行器技术
   高超声速飞行器具有飞行速度快、难以拦截等优势，是未来运载技术的重要方向。该技术涉及多个学科的交叉，包括空气动力学、材料科学、导航与控制等。目前主要研究方向包括构型设计、动力系统、防热材料和控制技术。核心论文主要由中国、美国、英国、加拿大、新加坡等国家产出，西北工业大学、清华大学、哈尔滨工业大学等机构是主要贡献者。

2. 低碳及零碳燃料发动机技术
   该技术旨在通过使用低碳或零碳燃料降低发动机的碳排放，涉及燃料合成、燃烧模式优化、储运技术等。主要研究方向包括氢气和氨气发动机、碳中和燃料制备等。核心论文主要由中国、英国、印度、美国、沙特阿拉伯等国家产出，牛津大学、清华大学、西安交通大学等机构是主要贡献者。

3. 动态可重构移动微型机器人集群
   该技术旨在通过多智能体系统的自组织和自适应能力，实现复杂环境下的任务执行。研究重点包括智能涌现机理、自组织协作机制、多机器人协同控制等。核心论文主要由中国、美国、德国、土耳其、瑞士等国家产出，香港中文大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学等机构是主要贡献者。

二、信息与电子工程

1.1 Top 11 工程研究前沿发展态势

信息与电子工程领域Top 11研究前沿涵盖人工智能、大数据、物联网、通信技术、智能系统等方向，展现了该领域在前沿技术上的广泛覆盖。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 人工智能与大数据融合
   人工智能与大数据的结合推动了智能系统的快速发展，重点研究包括数据驱动的智能决策、边缘计算、深度学习等。

2. 物联网与智能感知
   物联网技术在智能感知和数据分析方面具有广泛应用，包括环境监测、工业物联网、智慧城市等。

3. 通信与网络优化
   通信技术的发展推动了网络性能的提升，重点研究包括5G/6G、网络切片、边缘计算、网络优化等。

三、化工、冶金与材料工程

1.1 Top 11 工程研究前沿发展态势

该领域Top 11研究前沿涉及新型材料开发、绿色化工、智能制造等方向。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 新型材料开发
   包括多材料4D打印、智能材料、耐高温材料等，重点研究材料的响应特性、加工技术、应用前景等。

2. 绿色化工与可持续发展
   该方向关注低碳工艺、可再生资源利用、循环经济等，推动化工行业向绿色化发展。

3. 智能制造与智能生产
   智能制造技术包括工业4.0、数字孪生、智能控制等，推动生产流程的自动化和智能化。

四、能源与矿业工程

1.1 Top 12 工程研究前沿发展态势

该领域Top 12研究前沿涵盖新能源开发、储能技术、智能电网、绿色采矿等方向。

1.2 Top 4 工程研究前沿重点解读

1. 新能源开发
   重点研究包括太阳能、风能、氢能、核能等，推动清洁能源的广泛应用。

2. 储能技术
   研究方向包括电池技术、超级电容器、储能系统优化等，以提高能源利用效率。

3. 智能电网
   重点研究包括电网智能化、能源管理、分布式能源系统等，推动能源系统的高效和稳定。

4. 绿色采矿
   研究方向包括环保采矿、资源回收、智能监测等，推动采矿行业向绿色化、智能化发展。

五、土木、水利与建筑工程

1.1 Top 10 工程研究前沿发展态势

该领域Top 10研究前沿涵盖智能建造、绿色建筑、结构健康监测、城市基础设施等方向。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 智能建造
   重点研究包括BIM技术、数字孪生、自动化施工等，推动建筑行业的智能化转型。

2. 绿色建筑
   研究方向包括低碳材料、节能设计、可再生能源利用等，推动建筑行业向绿色化发展。

3. 结构健康监测
   重点研究包括传感器网络、数据分析、智能诊断等，提高建筑结构的安全性和耐久性。

六、环境与轻纺工程

1.1 Top 10 工程研究前沿发展态势

该领域Top 10研究前沿涵盖环保技术、智能监测、资源回收、绿色制造等方向。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 环保技术
   研究方向包括污染治理、碳捕集、废弃物处理等，推动环境工程的可持续发展。

2. 智能监测系统
   重点研究包括物联网、大数据、人工智能等，用于环境和资源监测。

3. 绿色制造
   研究方向包括低碳生产、循环经济、智能制造等，推动轻纺行业向绿色化发展。

七、农业

1.1 Top 10 工程研究前沿发展态势

该领域Top 10研究前沿涵盖智能农业、精准种植、农业机器人、农业物联网等方向。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 智能农业
   研究方向包括农业自动化、农业大数据、智能决策系统等，推动农业现代化。

2. 精准种植
   重点研究包括精准施肥、智能灌溉、病虫害监测等，提高农业生产效率和可持续性。

3. 农业机器人
   研究方向包括智能机器人、自动收割、智能播种等，推动农业机械化和智能化。

八、医药卫生

1.1 Top 10 工程研究前沿发展态势

该领域Top 10研究前沿涵盖医疗机器人、智能诊断、药物研发、生物医学工程等方向。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 医疗机器人
   研究方向包括手术机器人、康复机器人、护理机器人等，提高医疗服务的精准性和效率。

2. 智能诊断
   重点研究包括人工智能辅助诊断、影像识别、大数据分析等，推动医疗技术的智能化发展。

3. 药物研发
   研究方向包括药物筛选、合成技术、智能药物设计等，提高药物研发的效率和精准度。

九、工程管理

1.1 Top 10 工程研究前沿发展态势

该领域Top 10研究前沿涵盖项目管理、智能决策、系统优化、风险管理等方向。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

1. 项目管理与优化
   研究方向包括智能项目管理、系统优化、资源分配等，提高工程项目的管理效率和成功率。

2. 风险评估与管理
   重点研究包括风险识别、风险预测、风险控制等，提升工程项目的可持续性和安全性。

3. 系统工程与协同管理
   研究方向包括系统集成、协同创新、数据驱动管理等，推动工程管理的智能化和系统化发展。

总结

本报告全面分析了2023年度全球工程前沿的发展趋势，涵盖了机械与运载工程、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、工程管理等9个领域。报告通过数据挖掘与专家研判结合的方式，为工程科技的未来发展方向提供了科学依据和政策参考。同时，报告强调了技术创新、绿色可持续、智能化、自动化等方向的重要性，并对重点前沿技术进行了深入解读，为相关领域的研究和实践提供了指导。