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

核心内容概述

《全球工程前沿 2023》报告由中国工程院全球工程前沿项目组发布，旨在通过数据挖掘与专家研判相结合的方式，识别和解读全球工程科技发展的前沿方向。报告涵盖9个领域，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。研究方法分为工程研究前沿遴选与工程开发前沿遴选，分别基于论文和专利数据，结合专家意见进行分析和筛选，最终确定93个工程研究前沿和94个工程开发前沿，并对其中28个进行重点解读。

研究方法概述

工程研究前沿遴选

1. 论文数据获取与预处理

   • 基于Web of Science数据库，构建9个学部与学科的映射关系，获取学术期刊和会议列表。
   • 筛选出2017—2022年期间被引频次位于前10%的高影响力论文作为研究基础数据集。
   • 各领域数据源概况见表1.1.1。

2. 论文主题挖掘

   • 采用共被引聚类和共词聚类方法，分析文献聚类主题，获得各领域的研究热点。
   • 针对不同时间段（2017—2020年与2021—2022年）分别筛选出35个和25个不相似的文献聚类主题。
   • 通过专家与数据的多轮交互，最终筛选出756个备选研究热点。

3. 研究前沿确定与解读

   • 领域专家基于专业背景和科技情报信息，提出工程研究前沿问题。
   • 通过问卷调查和多轮专家研讨，最终确定每个领域10余个研究前沿。
   • 选取3（或4）个重点研究前沿，邀请权威专家从国家和机构布局、合作网络、发展趋势、研发重点等角度进行解读。

工程开发前沿遴选

1. 专利数据获取与预处理

   • 基于Derwent Innovation专利数据库，构建53个学科组的专利检索范围。
   • 筛选出年均被引频次位于前10000的高影响力专利家族，形成专利地图。

2. 专利主题挖掘

   • 采用语义相似度分析，基于DWPI标题和摘要字段进行主题聚类。
   • 生成53张ThemeScape专利地图，直观呈现技术分布。
   • 领域专家结合专利地图，提炼技术开发前沿，归并相似前沿，确定开发前沿名称。

3. 开发前沿确定与解读

   • 通过专家提名和专利地图分析，结合多轮专家研讨和问卷调查，确定每个领域10余个开发前沿。
   • 选取3（或4）个重点开发前沿，邀请权威专家从国家和机构布局、合作网络、发展趋势、研发重点等角度进行解读。

领域报告概览

一、机械与运载工程

1. 工程研究前沿

• Top 10 工程研究前沿
  涉及机械工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学技术、兵器科学与技术、动力及电气设备工程与技术、交通运输工程等方向。
  • 高超声速飞行器技术：飞行速度超过5倍声速，具有军事和经济价值，涉及多学科交叉融合。当前研究重点包括构型设计、动力技术、防热材料及控制与制导系统。
  • 低碳及零碳燃料发动机技术：采用低碳或零碳燃料以减少碳排放，研究方向包括燃料合成、储存、燃烧模式优化及全生命周期碳排放分析。氢气和氨气是当前研究热点。
  • 动态可重构移动微型机器人集群：具备自组织、自适应和协同能力，适用于复杂任务和环境。研究重点包括集群控制、信息融合、路径规划和多智能体一致性跟踪。

2. 工程开发前沿

• Top 10 工程开发前沿
  涉及自动驾驶测试、机器人加工、无线充电系统、智能传感技术、可穿戴设备等。
  • 水下自主航行器无线充电系统：通过非接触方式实现能量传输，提升续航能力。
  • 机器人铣削和磨抛：提高大型复杂构件制造效率和精度。
  • 血管介入手术机器人系统：提高手术精度，减少医生负担，研究重点包括自主导航、力觉感知和智能辅助。

3. 重点解读

• 高超声速飞行器技术

  • 核心论文数最多的是中国，篇均被引频次最高的国家是美国、加拿大和新加坡。
  • 主要产出机构包括西北工业大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学等。
  • 发展路线图显示该技术在未来5~10年将向天地往返、可重复使用方向发展。

• 低碳及零碳燃料发动机技术

  • 核心论文数最多的国家是中国，篇均被引频次最高的国家是沙特阿拉伯、英国和加拿大。
  • 主要产出机构包括牛津大学、清华大学、西安交通大学等。
  • 未来研究方向包括高效低成本制备技术、燃料调质设计和先进燃烧模式。

• 动态可重构移动微型机器人集群

  • 核心论文数最多的国家是中国，篇均被引频次最高的国家是美国。
  • 主要产出机构包括香港中文大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学等。
  • 发展路线图显示该技术将向多模态任务执行、复杂通信条件下的自组织协作方向发展。

其他领域简要概述

二、信息与电子工程

• 工程研究前沿：涉及人工智能、大数据、信息安全等方向，重点包括深度学习、边缘计算和物联网安全。
• 工程开发前沿：涵盖智能硬件、通信技术、数据存储等，如5G通信、智能传感器和数据加密技术。
• 重点解读：人工智能与物联网的融合、数据安全与隐私保护、智能硬件开发等。

三、化工、冶金与材料工程

• 工程研究前沿：涉及绿色化学、先进材料、智能制造等方向，如新型催化剂、高性能材料、智能制造技术。
• 工程开发前沿：涵盖材料加工、设备优化、环保技术等，如高性能复合材料、清洁生产技术。
• 重点解读：高性能材料开发、绿色化学工艺、智能制造系统等。

四、能源与矿业工程

• 工程研究前沿：包括新能源技术、储能系统、智能电网等，如太阳能、风能、氢能等。
• 工程开发前沿：涵盖能源系统优化、智能开采技术、环保技术等。
• 重点解读：智能电网、新能源技术、能源存储与传输等。

五、土木、水利与建筑工程

• 工程研究前沿：涉及智能建造、绿色建筑、灾害防控等，如建筑信息建模、智能监测系统。
• 工程开发前沿：涵盖建筑新材料、施工技术、建筑节能等。
• 重点解读：智能建造技术、建筑节能系统、灾害防控技术等。

六、环境与轻纺工程

• 工程研究前沿：包括环保技术、清洁生产、纺织新材料等。
• 工程开发前沿：涵盖环保设备、绿色制造、智能纺织技术等。
• 重点解读：环保技术、清洁生产、纺织材料创新等。

七、农业

• 工程研究前沿：涉及智能农业、精准农业、农业机器人等。
• 工程开发前沿：涵盖农业机械、智能传感器、农业大数据等。
• 重点解读：智能农业系统、农业机器人、农业大数据应用等。

八、医药卫生

• 工程研究前沿：包括生物医学工程、智能诊断、药物研发等。
• 工程开发前沿：涵盖医疗设备、智能系统、药物生产等。
• 重点解读：智能诊断技术、药物研发与生产、医疗机器人等。

九、工程管理

• 工程研究前沿：涉及项目管理、风险评估、工程优化等。
• 工程开发前沿：涵盖管理信息系统、工程智能化、项目协作等。
• 重点解读：项目管理优化、工程智能化、风险评估技术等。

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：对高影响力论文进行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，核心论文有两种含义——如果是来自数据挖掘经专家修正的前沿，核心论文为高影响力论文；如果是来自专家提名的前沿，核心论文为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中的DWPI增值专利信息，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，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分类的数量。该指标可以体现专利的领域交叉广度。

总体分析

本报告通过定量与定性相结合的方式，全面分析了全球工程科技的前沿发展趋势。研究结果表明，工程研究前沿和开发前沿在多个领域展现出显著的发展潜力和应用前景。其中，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等成为重点研究方向，显示出跨学科融合和技术创新的趋势。报告强调了国际合作的重要性，指出中国在多个前沿领域处于领先地位，并在与多国的合作中发挥了重要作用。未来，这些前沿技术将在推动产业升级、促进可持续发展、提升国际竞争力等方面发挥关键作用。