基于文獻計量法的民機制造技術體系建設及技術預見探析

朱天聰，張虎翼

（中國商飛上海飛機制造有限公司，上海 201324）

科技創新不僅是引領發展的第一動力，同時也是衡量國家綜合國力的重要方面。在全球化的背景下，科技創新競爭日趨激烈，新興學科、交叉學科不斷涌現，新技術的創新難度、創新風險、創新成本也因此不斷增加，在這種情況下，如何準確把握未來科技發展趨勢是科技發展的重要前提，具有前瞻意義的技術預見已成為科技發展規劃的重要組成部分。通過技術預見，在政府層面，可以為政府出臺相關規劃及政策提供理論支持；在市場層面，可以有效把握市場需求，優化產業結構，合理配置資源；在技術層面，可以確定優先發展的技術方向，提高資源利用效率。對于民用飛機（以下簡稱“民機”）制造行業而言，其具有高度國際化與強壟斷性、高科技與高投入、長周期與慢回報等特點［1］。民機制造一般代表全球制造業的最高科技水平，在民機研制過程中，產品開發周期較長，對技術儲備要求較高，并且需要對前沿技術不斷進行探索，因此產品研制成本高。在民機制造領域，S 公司是國內的領軍企業，具有大型飛機總裝能力、先進的部件對接技術、國際規范的測試和校驗設備、可靠的質量保證體系，作為我國民用飛機總裝制造中心，其研究能力在一定程度上反映了我國民機制造技術的發展水平，因此通過分析S 公司的技術研究現狀，在此基礎上進行技術預見，可以識別民機研制的未來需求，確定優先發展的技術領域，制定未來關鍵技術的創新策略，提高資源配置效率。這對于提高我國民機制造研發能力，打造高水平的民機制造產業具有重要意義。

1 技術預見文獻綜述

20 世紀90 年代，Martin［2］提出了“技術預見”一詞，指對未來科學、技術、社會和經濟發展進行探索，在此基礎上確定具有戰略意義的研究領域以及產生最大經濟和社會效益的通用技術。但在現實中，20 世紀20 年代，美國便開始了對技術預見活動的探索；之后，日本、英國等也都相繼開展國家層面的技術預見活動，日本每5 年開展1 次國家技術預見，具有較為成熟的組織實施方案［3］，英國也開展了面向2030 年的技術預見［4］。目前，技術預見活動已在國內外眾多國家中得到了廣泛應用［5］。

在技術預見實施過程中，常用的方法可劃分為定性研究和定量研究兩類。在定性研究中，常用的方法有德爾菲法、情景分析法、專家意見法等，如Apreda 等［6］通過專家預測對醫療技術的發展進行技術預測，并將其與實際發展結果進行比較，分析偏差；Hussain 等［7］結合場景分析和技術路線圖，對英國醫療服務機構采用射頻識別技術進行了技術預見；王婷等［8］通過兩輪德爾菲調查，對2035 年我國公共衛生數字技術進行了技術預見，并對相關技術的選擇和布局提出了建議；高勝生等［9］則運用情景分析法，結合技術系統進化定律構建情景，在此基礎上提出產品技術從當前到未來之間的映射。

在技術預見定量研究中，常用的方法有文獻計量法、專利分析法等，如Zhang 等［10］基于作者、關鍵詞和摘要內容分析，通過文獻計量學對混合動力汽車的發展進行了技術預見；白光祖等［11］基于文獻知識關聯識別外部潛在顛覆性技術，并通過Fisher-Pry 改進模型分析技術成熟度，最后以技術路線圖展示技術預見成果；賴朝安等［12］將專利作為研究數據，使用SAO 鏈表示其特征，使專利文本相似度計算更加準確，然后以工業機器人領域為例，通過專利網絡識別出該領域的5 個技術機遇；張振剛等［13］則提出一種基于知識網絡的技術預見方法，通過K均值聚類法將專利劃分為兩類，并對納米技術進行技術預見驗證了方法的有效性。

此外，部分學者在技術預見研究中將定性方法和定量方法相結合，如Stelzer 等［14］將情景分析和文獻計量法相結合，用于醫學上的技術預見；陳旭等［15］將情景分析和專利分析相結合，并運用于企業技術預見之中；張喬木［16］則將德爾菲法和聚類分析相結合，對于新材料關鍵共性技術進行了技術預見。

綜上可以看出，在技術預見實際研究中，主要使用的方法有定性研究和定量研究兩類，研究對象多為高新技術產業，如醫療、混合動力汽車、工業機器人、納米技術等，但在研究過程中大多對技術的復雜性考慮不足，缺少建立合理的技術體系。對于民機制造產業而言，其技術要求高且復雜，在產品研制中需要對技術進行研究分析，但當前對民機制造進行技術預見的研究較少。其中，李晉章等［17］結合德爾菲法、情景分析法等定性方法構建大型飛機制造技術創新圖譜，提供大飛機健康發展的方向；張秀妮等［18］通過專利分析法，找出我國航空航天產業劣勢技術，挖掘急需突破的核心技術。在這些研究中，只分析了民機制造產業急需突破的技術領域和創新路徑，并未立足于民機制造技術體系來探討其未來的發展方向，也并未結合民機制造領域內的企業進行實證性分析。

因此，本研究在對民機制造產業開展技術預見時，首先考慮結合民機制造領域內領軍企業進行分析，突出其實際應用價值，通過文獻計量法對民機制造技術發展進行梳理；其次，充分考慮民機制造技術的復雜性，建立民機制造技術體系對技術類別進行劃分，在此基礎上進行技術預見，分析民機制造技術可能的發展方向；最后，為民機制造產業發展提出有價值的參考建議。通過研究，探討民機制造未來的發展趨勢，以期為明確民機制造產業的發展方向提供參考。

2 研究數據與方法

2.1 數據來源

以S 公司為單位發表的學術論文，在一定程度上反映了我國民機制造產業發展的現狀，因此選擇此部分論文作為研究對象。在定量分析中，可靠準確的數據是研究分析的基礎。本研究中，文獻來源為中國學術期刊網絡出版總庫（中國知網），以作者單位為S 公司、時間范圍為截至2020 年12 月、類型為學術期刊論文作為檢索條件，共獲得文獻764篇（以下簡稱“樣本文獻”）。

2.2 研究方法和工具

在研究中，主要使用的軟件為CiteSpace，這是基于Java 開發的一款工具［19］。其可通過引文分析、共詞分析等對文獻進行計量，探尋學科演化的關鍵路徑，挖掘某個研究領域的熱點和發展趨勢［20］。首先對樣本文獻進行簡單計量，如年發文量統計分析，然后通過CiteSpace 軟件開展科學計量和可視化分析，最后通過分析探尋民機制造領域發展前沿和趨勢。

3 S 公司民機制造研究熱點和趨勢分析

3.1 發表論文基本情況

論文數量的變化情況是衡量學科領域發展的重要指標，對樣本文獻根據年發文量繪制論文年度分布曲線（見圖1），以分析其發展趨勢和成因。從年發文量總體趨勢來看，年度發文數量在部分年份間雖有所反復，但整體上呈增長趨勢，反映出S 公司近些年來發展較為穩定，研究成果呈增長狀態。而從各年份論文發表數量來看，根據波動幅度，可以劃分為3 個階段，分別為起步期（2009—2011 年）、擴張期（2012—2014 年），發展期（2015—2020 年）。其中，起步期內S 公司實現公司制改造，發展初期科研人員較少，因此發表論文數量較少；擴張期內公司人員快速擴張，研發人員增加，因此相較于起步期，發表論文數量顯著增多，同時該段時期內發表論文數量有所反復；發展期內公司在人員方面保持穩定增長狀態，發表論文數量也穩步增長，2020年論文發表數量較2019 年有所降低主要是因為2020年新冠肺炎疫情暴發，對公司正常科研生產活動造成了一定影響。

圖1 S 公司發表論文數量的年度分布

結合S 公司的實際發展來看，在投入方面，大型飛機作為國家重大專項，近年來支持力度不斷加大；在研發人員方面，公司招聘人員數量連年增加；在儀器設備水平方面，不斷推進關鍵生產設備自主可控；在產學研用方面，打造科技創新平臺，提高自主創新能力，加強與外界高校、研究院所合作。從各方面可以看出，S 公司仍處于蓬勃發展階段，未來論文發表數量仍將呈增長趨勢，民機制造技術水平也將不斷提升。

3.2 研究熱點可視化分析

關鍵詞是對文獻研究內容的高度濃縮和精煉，具有概括全文的作用［21］，通過對關鍵詞進行分析，可以挖掘一篇文獻的核心研究內容；而對某一研究領域內大量文獻中的關鍵詞進行共現和聚類分析，則在一定程度上反映了該研究領域在這段時期內的研究熱點。通過CiteSpace 軟件對文獻關鍵詞進行共現，在參數設置上時間段為2009—2020 年，時間切片為1 年，節點類型選擇為關鍵詞，生成關鍵詞共現圖譜，如圖2 所示。其中，圓形的節點代表關鍵詞，節點越大表明該關鍵詞出現的頻次越高；節點之間的連線表示這兩個節點代表的關鍵詞在文獻中共同出現過，連線的粗細則反映了關鍵詞之間聯系的強弱。從圖2 可以看出，復合材料出現的頻次最高，是研究的重要內容；其次為飛機裝配。經統計，出現頻次排名前8 位的關鍵詞分別為復合材料(88 次)、飛機裝配(25 次)、鋁鋰合金(21 次)、力學性能(21 次)、民用飛機(15 次)、大型客機(14 次)、鋁合金(12 次)、飛機制造(10 次)。

圖2 樣本文獻的關鍵詞共現圖譜

關鍵詞反映了文獻的研究內容，在關鍵詞共現的基礎上可以通過CiteSpace 軟件中的對數似然率（Log-likelihood rate，LLR）算法對關鍵詞進行聚類，得到民機制造領域相關的知識子群，揭示研究主題。對于聚類得到的知識子群，將過小或含義模糊的知識子群進行刪除，最終得到8 個主要的知識子群，主要涉及的內容如表1 所示，其中最大的知識子群為數字化裝配。

表1 民機制造技術各知識子群主要內容

在聚類效果及合理性方面，通過CiteSpace 軟件對關鍵詞進行聚類時，模塊值（Q值）和平均輪廓值（S值）可以作為評判圖譜繪制效果的一個依據：Q>0.3 時，可以認為聚類結構顯著；S>0.5 時，可以認為聚類合理，而S>0.7 時，則說明聚類是令人信服的［22］。通過對樣本文獻關鍵詞進行聚類，聚類結果Q=0.759 4，表明聚類結構顯著，S=0.921 9，表明聚類結果令人信服，總體來看聚類結果合理有效。

3.3 研究趨勢可視化分析

關鍵詞聚類分析結果反映了民機制造領域內的主要研究主題和研究內容，在此基礎上，可以通過CiteSpace 軟件將關鍵詞共現圖譜按時間序列進行分布，展示各個時間段內的研究熱點，以識別民機制造領域的研究趨勢。具體如圖3 所示，橫軸為年份，每一年份對應一條縱向區域，區域內的節點表示該關鍵詞在該年份首次出現，節點大小表示關鍵詞出現的頻次，連線則表明兩節點對應的關鍵詞在同一文獻中出現過。可以看出，民機制造研究發展過程可以大致劃分為兩個時期。第一個時期是2009—2013 年，側重于民機制造廣度研究，研究內容和領域快速增加，數字化裝配、復合材料、力學性能、鋁鋰合金、原位成型、挖補修理等知識子群均在這段時間內出現，高頻次關鍵詞出現密集。第二個時期是2014—2020 年，側重于民機制造深度研究，主要針對之前的研究主題進行深入研究，研究方法各異，對應關鍵詞出現頻次較低，因此在圖3 中出現的關鍵詞較少，主要出現大型客機、變形這兩類知識子群。

圖3 樣本文獻關鍵詞共現時區圖譜

4 民機制造技術體系建設及技術預見分析

4.1 民機制造技術體系建設

從以上分析可以看出，一是民機制造技術復雜，包含技術種類多，如裝配研究、復合材料研究、力學性能研究等；二是民機制造各項技術作用不同，如部分技術是基礎性技術，起到基礎支撐的作用，部分技術則是前沿技術，起到引領創新的作用；三是不同時期民機制造技術側重點不同，前期側重于民機制造廣度研究，后期側重于民機制造深度研究。由于民機制造技術的高度復雜性，在對民機制造研究熱點和研究趨勢進行分析時，還需建立民機制造技術體系，對民機制造領域內各知識子群進行分類、梳理，為后續的技術預見打下基礎。結合當前民機制造技術發展和技術作用的不同，可以將民機制造技術劃分為應用基礎研究技術、關鍵共性技術、前沿顛覆性技術3 類。

其一，應用基礎研究技術通用性強，是能在單一行業或多個行業中得到廣泛應用，對于行業發展具有普遍性、基礎性應用價值的技術。應用基礎研究技術一般不直接面向市場，但它是產業由基本研發到生產、最終走向市場的重要連接，同時為關鍵共性技術研究、前沿顛覆性技術研究提供必要支撐。在應用基礎研究基礎上，企業可以根據自身需求進行后續商業化開發，形成技術或產品，以提高自身競爭力。

其二，關鍵共性技術是在行業領域內廣泛應用，并對產業形成瓶頸制約作用的技術。關鍵共性技術是關鍵技術和共性技術的交叉融合創新，不僅具備共性技術應用范圍廣的特點，同時也具備關鍵技術效益性顯著、技術關聯性強等特點。關鍵共性技術一般應用領域廣闊，且在產業領域內與上下游技術聯系廣泛，起到瓶頸制約的作用；但同時，關鍵共性技術經濟效益顯著，一旦突破，可以為企業發展帶來顯著的經濟效益和社會效益，同時助力產業結構優化升級。

其三，前沿顛覆性技術是一種打破現有認知模式或技術體系，在未來幾十年內有望取得重大突破，并能對本領域甚至多個領域技術與產業發展產生顛覆性影響的技術。前沿顛覆性技術具備科學突破性、產業變革性、價值躍遷性等特點，為實現技術“彎道超車”提供了可能性；但同時前沿顛覆性技術的發展也具有高度不確定性，具有長周期、高風險、高投入等特點，從發現到應用是一個長期的發展過程，因此在不同發展階段也需要給予相應的支持。

就民機制造技術而言，當前研究領域主要在于應用基礎研究和關鍵共性技術研究，對于前沿顛覆性技術的研究起步較晚、相對較少。將以上關鍵詞聚類得到的8 類知識子群按此劃分，其中力學性能、大型客機、變形這3 類知識子群側重于應用基礎研究；數字化裝配、復合材料、鋁鋰合金這3 類知識子群側重于關鍵共性技術研究；原位成型、挖補修理這兩類知識子群側重于前沿顛覆性技術研究。具體分類如表2 所示。

表2 民機制造技術類別劃分

4.2 民機制造技術預見分析

建立民機制造技術體系之后，結合民機制造當前技術發展進行民機制造技術預見，分析各知識子群可能的技術發展方向。在研究內容上，民機制造主要集中于數字化裝配和復合材料研究方面；在發展方向上，主要趨于信息化、數字化、自動化發展；在新技術探索上，增材制造技術、激光加工技術等新型技術逐漸被應用到民機制造領域當中（見表3）。具體分析如下：

表3 民機制造技術各知識子群可能的發展方向

表3 （續）

在應用基礎研究中，在力學性能方面可能的發展方向為力學性能試驗技術、分析技術、有限元分析等。在大型客機方面，發展方向主要為工藝規劃和標準體系的構建，以及工藝適用性評價等；在變形方面，則主要為結合信息化技術進行數值模擬。

在關鍵共性技術研究中，所包含的3 類知識子群技術應用范圍廣，且一旦攻克技術難關，往往能在降低成本、提高效率方面起到顯著性作用。在具體的技術發展可能上，在數字化裝配方面，主要趨向于數字化測量、機器人自動裝配、大部件自動對接等方面的研究；在復合材料方面，除了基本的復合材料結構、性能方面的研究，還趨向于復合材料無損檢測、復合材料數字化維修等方面的研究；在鋁鋰合金方面，則趨向于超塑成型技術、摩擦焊接技術、激光焊接等先進加工技術的研究。

在前沿顛覆性技術研究中，所包含的兩類知識子群主要結合當前技術發展的高新技術如增材制造、激光加工等進行發展。在原位成型方面，可能的發展方向為激光熔化技術、激光燒結技術、熔融沉積成型技術等；在挖補修理方面，可能的發展方向則為激光熔覆修復技術。

4.3 民機制造技術發展建議

民機制造是一項復雜的系統工程，其技術體系涵蓋了材料、技術、工藝等方面。從民機制造技術發展來看，基本在于加強投入應用基礎研究，核心在于重點推進關鍵共性技術研究，抓手在于提前布局前沿顛覆性技術研究，因此可以考慮從這三方面著手，以促進我國民機制造技術發展。

（1）加強投入應用基礎研究。應用基礎研究是民機制造技術發展的基本，是推動民機制造產業發展的基礎力量。近年來，在國家和政府的大力支持下，國內民機型號研制相繼開展，航空產業發展速度加快，但同時，我國民機制造起步較晚，技術發展過程中仍存在許多問題，且由于民機制造的復雜性，許多技術難以從其他行業照搬利用。因此，在民機制造技術發展過程中，應深入開展符合我國民機制造特點和優勢的應用基礎研究，結合現代科學技術發展，加強民機制造應用基礎研究投入，建立民機制造應用基礎研究體系，從根本上提升我國民機制造水平。

（2）重點推進關鍵共性技術研究。關鍵共性技術研究是民機制造技術發展的核心，是發揮民機制造產業優勢的關鍵力量。民機制造技術體系復雜，技術攻關難度大，同時隨著信息化技術的不斷發展，民機制造也趨向于數字化、智能化，亟需攻克的關鍵共性技術不斷涌現。因此，需要重點推進關鍵共性技術研究，促進企業提速增效，為民機制造產業發展賦能。而在推進關鍵共性技術研究過程中，需從政府和企業兩方面共同著手。政府方面，應突出引導作用，制定科技扶持政策，優化政策發展路徑，營造良好的研究氛圍；企業方面，則突出合作與激勵作用，對研發主體建立長期有效的激勵機制，同時企業間打造關鍵共性技術攻關、共享平臺，健全合作交流機制。

（3）提前布局前沿顛覆性技術研究。前沿顛覆性技術研究是民機制造技術發展的抓手，是推動民機制造產業重構的革命性力量，但當前在民機制造領域，我國還未建立起前沿顛覆性技術研究的標準體系。因此，為促進前沿顛覆性技術研究的開展和發展，可以從以下幾點進行考慮：一是合理規劃前沿顛覆性技術發展階段，在不同發展階段制定對應的支持政策；二是適當提前布局，扶持培育前沿顛覆性技術，有效發揮前沿顛覆性技術的引領作用；三是有效識別前沿顛覆性技術研究潛在風險，制定風險應對措施；四是完善前沿顛覆性技術試驗、應用機制，推動前沿顛覆性技術實際應用；五是完善產業創新制度，制定前沿顛覆性技術研究標準體系，打造前沿顛覆性技術創新平臺。

5 結論

本研究結合S 公司民機制造技術發展狀況，運用CiteSpace 軟件對民機制造相關文獻進行可視化分析，然后建立民機制造技術體系，并對民機制造領域各知識子群進行技術預見，最后為民機制造發展提供建議。

在民機制造文獻可視化分析方面，通過對樣本文獻關鍵詞進行共現，識別出我國民機制造領域主要研究內容為復合材料、飛機裝配、鋁鋰合金、力學性能、民用飛機等，同時通過關鍵詞聚類得到民機制造主要研究方向為數字化裝配、復合材料、力學性能、大型客機、變形、鋁鋰合金、原位成型、挖補修理等8 類知識子群，并通過繪制關鍵詞共現時區圖譜展現民機制造技術發展趨勢，即2009—2013 年期間主要側重于民機制造廣度研究，而2014—2020 年期間則主要側重于民機制造深度研究。進一步將民機制造技術劃分為應用基礎研究技術、關鍵共性技術、前沿顛覆性技術，將8 類知識子群按此進行分類，可知力學性能、大型客機、變形這3 類知識子群側重于應用基礎研究，數字化裝配、復合材料、鋁鋰合金這3 類知識子群側重于關鍵共性技術研究，原位成型、挖補修理這兩類知識子群則側重于前沿顛覆性技術研究。最后針對我國民機制造技術發展提出建議，一是加強投入應用基礎研究，二是重點推進關鍵共性技術研究，三是提前布局前沿顛覆性技術研究。

S 公司為我國民機制造領域內的領軍企業，通過技術預見明確其發展方向，有助于推動我國民機制造技術標準的確立與制定，助力產業調整升級和創新發展，同時可以為相關企業發展規劃提供方向參考，以帶動中小微企業同步發展，形成輻射和示范作用，建立健全民機制造產業鏈，促進我國民機制造產業蓬勃發展。