中国工程院_科睿唯安-2019全球工程前沿-2019.12-230页_3mb

全球工程前沿（2019）总结

核心内容

全球工程前沿研究旨在把握工程科技的发展趋势，为全球挑战的应对和可持续发展提供方向指引。该研究由中国工程院联合科睿唯安和高等教育出版社共同开展，采用定量分析与定性研究相结合的方法，结合数据分析和专家研判，提炼出93项工程研究前沿和94项工程开发前沿，并从中选取28项重点解读。

研究流程分为三个阶段：数据对接、数据分析与专家研判，并采用三轮专家与数据交互机制，以提升研究前沿的科学性和准确性。此外，研究还引入了需求拉动的视角，增强前沿的现实意义。

主要观点

1. 工程研究前沿：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，是创新能力建设的重要指南。
2. 工程开发前沿：聚焦于技术应用和工程实践，是解决实际问题的关键方向，强调技术落地与产业化。
3. 研究方法：通过文献聚类分析和专利地图分析获取研究热点，再结合专家提名与研判，确保研究结果的全面性和权威性。
4. 技术融合趋势：前沿研究高度依赖多学科交叉融合，如人工智能、物联网、材料科学等，推动工程技术的革新。
5. 数据与专家互补：数据挖掘与专家主观判断相结合，避免唯数据或唯专利的局限性，提升前沿研判的科学性。

关键信息

• 研究数据来源：Web of Science期刊论文和会议论文、Derwent Innovation专利数据库。
• 数据筛选方法：
  • 论文：选取高被引论文（前10%）作为研究热点。
  • 专利：选取高被引专利（前10000）并构建专利地图。
• 专家参与方式：
  • 提名研究前沿与开发前沿。
  • 对数据挖掘结果进行查漏补缺和归并修订。
  • 通过问卷调查和多轮会议研讨最终确定前沿。
• 技术发展趋势：
  • 智能制造、固态电池、多机器人协同控制等成为研究热点。
  • 车联网安全、新能源混合动力系统、空间机器人等成为开发重点。
• 挑战与机遇：
  • 固态电池面临高离子传导率、界面阻抗、全寿命周期性能等问题。
  • 智能制造需要解决互联互通技术、数据安全和系统协同等难题。
  • 超声速流减阻减热需发展新型传感技术和数值仿真方法。

领域报告概览

一、机械与运载工程

工程研究前沿（Top 10）

1. 基于工业物联网的智能制造：融合物联网、大数据和人工智能，实现制造资源的优化配置。
2. 高能固态锂电池：替代传统液态电池，提升能量密度、安全性和循环寿命。
3. 超声速流中的减阻减热研究：针对高超声速飞行器、航天器再入大气层等场景，研究气动加热与减阻方法。
4. 多机器人系统的协同控制：实现复杂任务的高效完成，提高系统的鲁棒性和可靠性。
5. 高性能微纳生物传感器：发展高灵敏、低成本、集成化的生物检测技术。
6. 车联网信息安全与隐私保护：保障数据与通信安全，防止隐私泄露。
7. 基于拓扑优化和增材制造的设计与制造一体化：实现材料-结构-工艺一体化设计。
8. 空间系留机器人自适应目标捕获控制：用于清理轨道垃圾，提高空间任务安全性。
9. 基于可再生能源/燃料电池的混合动力系统：解决环境污染与能源危机。
10. 智能电网的资源调度与风险评估：提升电网的可靠性、安全性和效率。

工程开发前沿（Top 10）

1. 临近空间高超声速飞行器推进系统
2. 高效燃气涡轮发动机设计与制造技术
3. 波浪能发电与能量收集
4. 新型高效氢燃料电池
5. 船舶电力推进系统
6. 飞行器电磁隐身超材料开发与应用
7. 基于深度学习的人机智能交互系统
8. 生物3D打印制造技术
9. 面向无人驾驶的视觉传感与识别
10. 反小型无人机系统

二、信息与电子工程

（内容略）

三、化工、冶金与材料工程

（内容略）

四、能源与矿业工程

（内容略）

五、土木、水利与建筑工程

（内容略）

六、环境与轻纺工程

（内容略）

七、农业

（内容略）

八、医药卫生

（内容略）

九、工程管理

（内容略）

术语解释

• 前沿：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。
• 文献（论文）：Web of Science中经同行评议的期刊论文、综述和会议论文。
• 高影响力论文：同出版年、同学科中被引频次前10%的论文。
• 文献聚类主题：通过共被引分析得到的文献主题和关键词。
• 核心论文：与工程研究前沿相关联的高影响力论文。
• 专利地图：基于语义相似度将相关专利聚集展示的技术全景图。
• 技术覆盖宽度：专利被分入不同德温特手工代码的数量，体现技术广度。
• 中国工程院学部专业划分标准体系：涵盖53个专业学科，用于工程前沿分类。

总体合作与趋势

• 国际合作：各领域研究中，中国、德国、瑞典、印度等国家在论文和专利方面合作较多。
• 技术热点：智能制造、固态电池、多机器人系统等成为全球工程研究的热点方向。
• 发展态势：基于工业物联网的智能制造和高能固态锂电池的论文发表增速显著，是未来研究的重点。

结论

2019年全球工程前沿研究全面覆盖了9个工程领域，揭示了未来工程科技发展的关键方向。通过数据挖掘与专家研判相结合的方式，不仅提升了研究的科学性，也增强了对实际工程需求的响应能力。研究强调了技术融合、多学科协同和创新模式的发展，为全球工程科技提供了明确的行动指引。