2022-12-26-科睿唯安_中国工程院-全球工程前沿2022_282页_16mb

全球工程前沿 2022 总结

核心内容概述

《全球工程前沿 2022》是由中国工程院全球工程前沿项目组发布的年度研究报告，旨在识别全球工程科技发展的热点与趋势，为工程科技与产业创新提供方向指引。本报告涵盖机械与运载工程、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、医药卫生及工程管理9个领域，共提炼出95个工程研究前沿和93个工程开发前沿，并重点解读29个研究前沿和29个开发前沿。

研究方法

工程研究前沿遴选

工程研究前沿通过两种方式遴选：一是基于Web of Science数据库中的高被引论文进行共被引聚类分析，形成文献聚类主题；二是通过专家提名提出前沿问题。结合定量分析与定性研究，经过多轮专家研讨与问卷调查，最终确定各领域的研究前沿。

• 数据获取与预处理：构建9个学部与Web of Science学科的映射关系，筛选2016—2021年高影响力论文作为基础数据集。
• 主题挖掘：利用共被引和共词聚类技术，挖掘出各领域的研究热点，形成聚类主题。
• 前沿确定与解读：结合专家背景知识与情报信息，对聚类主题进行筛选与修订，最终确定各领域的Top 10研究前沿，并选取3-4个重点前沿进行详细解读。

工程开发前沿遴选

工程开发前沿同样采用两种方式遴选：一是基于Derwent Innovation专利数据库，通过专利地图分析获得开发前沿；二是通过专家提名提出开发前沿问题。最终通过多轮专家研讨与问卷调查，确定各领域的开发前沿。

• 数据获取与预处理：构建53个学科组的专利检索式，筛选出2016—2021年高影响力专利家族。
• 主题挖掘：基于DWPI标题与摘要字段，开展语义相似度分析，形成53张专利地图。
• 前沿确定与解读：结合专家背景知识与情报信息，对专利地图进行解读，最终确定各领域的Top 10开发前沿，并选取3-4个重点前沿进行详细解读。

发展路线图

发展路线图是本年度研究的重要创新点，各领域基于研究与开发前沿的分析，绘制未来5~10年的发展方向与趋势图，以可视化方式展现技术演进路径。

术语解释

• 文献（论文）：指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：指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，分为高影响力论文或按主题检索被引频次排前10%的论文。
• 专利比例：某个国家或机构参与的核心专利数量占全部国家或机构产出核心专利数量的比例。
• ThemeScape专利地图：基于Derwent Innovation的DWPI专利信息，通过语义相似度分析，将相关技术的专利聚集在一起并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分类数量。

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

• 飞行器船舶甲板自主着陆技术：涉及多学科交叉，如卫星导航、雷达跟踪、人工智能等，研究向多信息、全方位、自主化发展。
• 人-机器人非接触式协作：强调机器人与人的安全协作，研究方向包括传感技术、机器视觉、生物力学等。
• 摩擦纳米发电技术：通过机械力产生电能，可为低功耗可穿戴设备供能，研究重点包括材料、结构与性能提升。
• 水下导航定位技术：传统方法包括惯性导航、水声导航等，未来发展趋势为多源信息融合与高精度感知。
• 协同式无人驾驶与运行优化技术：聚焦于多维立体感知、群体智能决策、多船协同控制等。
• 连续多维变构型飞行控制理论与方法：研究飞行器的变形控制与智能控制策略，以适应复杂环境。
• 微型机器人主动给药技术：通过精准操控实现药物的主动输送，未来研究方向包括生物安全性与驱动优化。
• 高速列车湍流流场的主动/被动控制技术：旨在降低气动阻力与噪声，提升列车运行效率。
• 机器人变刚度控制技术：结合材料、结构与控制，实现机器人在不同环境下的灵活操作。
• 小微型无人机探测：面临低慢小目标探测难题，研究方向包括多源信息融合与智能识别。

1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读

• 飞行器船舶甲板自主着陆技术：研究重点包括多模态信息融合、高精度导航与控制策略，核心论文主要由中、新、澳、加、韩等国贡献。
• 人-机器人非接触式协作：强调安全性、适应性与舒适性，主要研究机构为意大利的莫德纳和勒佐艾米利亚大学、罗马大学等。
• 摩擦纳米发电技术：重点研究材料-结构-应用一体化设计，主要研究国家为中国、美国、英国，主要机构为中国科学院、加利福尼亚大学洛杉矶分校等。

2.1 Top 10 工程开发前沿发展态势

• 用于船舶舰艇的隐身超材料：具有独特的物理特性，可实现电磁、声学隐身。
• 自主无人系统多传感器融合技术：提升无人系统的感知与决策能力。
• 大涵道比涡扇发动机：提高航空动力效率与燃油经济性。
• 航空碳纤维增强复合材料3D打印技术：实现轻量化与高性能制造。
• 基于声光探测的水下无人机：提升水下探测能力与环境适应性。
• 智能移动机器人控制与感知系统：实现机器人自主导航与环境感知。
• 高功率密度高效率电动机：提升电动机性能，应用于新能源交通工具。
• 新一代氢能燃料电池汽车技术：推动绿色交通发展。
• 可回收复用航天器：降低航天成本，提升航天器利用率。
• 可调曲度变形柔性机翼：提升飞行器空气动力学性能。

2.2 Top 3 工程开发前沿重点解读

• 用于船舶舰艇的隐身超材料：具有电磁、声学隐身能力，提升舰艇隐蔽性。
• 自主无人系统多传感器融合技术：提升无人系统的环境感知与决策能力。
• 新一代氢能燃料电池汽车技术：推动绿色交通发展，减少碳排放。

总体趋势

全球工程前沿研究呈现出跨学科融合、智能化、自主化、绿色化等发展趋势。通过数据分析与专家研判相结合，本年度研究进一步提升了前沿识别的科学性与前瞻性，为各国工程科技与产业创新提供了重要参考。