基于文献计量法的民机制造技术体系建设及技术预见探析

朱天聪，张虎翼

（中国商飞上海飞机制造有限公司，上海 201324）

科技创新不仅是引领发展的第一动力，同时也是衡量国家综合国力的重要方面。在全球化的背景下，科技创新竞争日趋激烈，新兴学科、交叉学科不断涌现，新技术的创新难度、创新风险、创新成本也因此不断增加，在这种情况下，如何准确把握未来科技发展趋势是科技发展的重要前提，具有前瞻意义的技术预见已成为科技发展规划的重要组成部分。通过技术预见，在政府层面，可以为政府出台相关规划及政策提供理论支持；在市场层面，可以有效把握市场需求，优化产业结构，合理配置资源；在技术层面，可以确定优先发展的技术方向，提高资源利用效率。对于民用飞机（以下简称“民机”）制造行业而言，其具有高度国际化与强垄断性、高科技与高投入、长周期与慢回报等特点［1］。民机制造一般代表全球制造业的最高科技水平，在民机研制过程中，产品开发周期较长，对技术储备要求较高，并且需要对前沿技术不断进行探索，因此产品研制成本高。在民机制造领域，S 公司是国内的领军企业，具有大型飞机总装能力、先进的部件对接技术、国际规范的测试和校验设备、可靠的质量保证体系，作为我国民用飞机总装制造中心，其研究能力在一定程度上反映了我国民机制造技术的发展水平，因此通过分析S 公司的技术研究现状，在此基础上进行技术预见，可以识别民机研制的未来需求，确定优先发展的技术领域，制定未来关键技术的创新策略，提高资源配置效率。这对于提高我国民机制造研发能力，打造高水平的民机制造产业具有重要意义。

1 技术预见文献综述

20 世纪90 年代，Martin［2］提出了“技术预见”一词，指对未来科学、技术、社会和经济发展进行探索，在此基础上确定具有战略意义的研究领域以及产生最大经济和社会效益的通用技术。但在现实中，20 世纪20 年代，美国便开始了对技术预见活动的探索；之后，日本、英国等也都相继开展国家层面的技术预见活动，日本每5 年开展1 次国家技术预见，具有较为成熟的组织实施方案［3］，英国也开展了面向2030 年的技术预见［4］。目前，技术预见活动已在国内外众多国家中得到了广泛应用［5］。

在技术预见实施过程中，常用的方法可划分为定性研究和定量研究两类。在定性研究中，常用的方法有德尔菲法、情景分析法、专家意见法等，如Apreda 等［6］通过专家预测对医疗技术的发展进行技术预测，并将其与实际发展结果进行比较，分析偏差；Hussain 等［7］结合场景分析和技术路线图，对英国医疗服务机构采用射频识别技术进行了技术预见；王婷等［8］通过两轮德尔菲调查，对2035 年我国公共卫生数字技术进行了技术预见，并对相关技术的选择和布局提出了建议；高胜生等［9］则运用情景分析法，结合技术系统进化定律构建情景，在此基础上提出产品技术从当前到未来之间的映射。

在技术预见定量研究中，常用的方法有文献计量法、专利分析法等，如Zhang 等［10］基于作者、关键词和摘要内容分析，通过文献计量学对混合动力汽车的发展进行了技术预见；白光祖等［11］基于文献知识关联识别外部潜在颠覆性技术，并通过Fisher-Pry 改进模型分析技术成熟度，最后以技术路线图展示技术预见成果；赖朝安等［12］将专利作为研究数据，使用SAO 链表示其特征，使专利文本相似度计算更加准确，然后以工业机器人领域为例，通过专利网络识别出该领域的5 个技术机遇；张振刚等［13］则提出一种基于知识网络的技术预见方法，通过K均值聚类法将专利划分为两类，并对纳米技术进行技术预见验证了方法的有效性。

此外，部分学者在技术预见研究中将定性方法和定量方法相结合，如Stelzer 等［14］将情景分析和文献计量法相结合，用于医学上的技术预见；陈旭等［15］将情景分析和专利分析相结合，并运用于企业技术预见之中；张乔木［16］则将德尔菲法和聚类分析相结合，对于新材料关键共性技术进行了技术预见。

综上可以看出，在技术预见实际研究中，主要使用的方法有定性研究和定量研究两类，研究对象多为高新技术产业，如医疗、混合动力汽车、工业机器人、纳米技术等，但在研究过程中大多对技术的复杂性考虑不足，缺少建立合理的技术体系。对于民机制造产业而言，其技术要求高且复杂，在产品研制中需要对技术进行研究分析，但当前对民机制造进行技术预见的研究较少。其中，李晋章等［17］结合德尔菲法、情景分析法等定性方法构建大型飞机制造技术创新图谱，提供大飞机健康发展的方向；张秀妮等［18］通过专利分析法，找出我国航空航天产业劣势技术，挖掘急需突破的核心技术。在这些研究中，只分析了民机制造产业急需突破的技术领域和创新路径，并未立足于民机制造技术体系来探讨其未来的发展方向，也并未结合民机制造领域内的企业进行实证性分析。

因此，本研究在对民机制造产业开展技术预见时，首先考虑结合民机制造领域内领军企业进行分析，突出其实际应用价值，通过文献计量法对民机制造技术发展进行梳理；其次，充分考虑民机制造技术的复杂性，建立民机制造技术体系对技术类别进行划分，在此基础上进行技术预见，分析民机制造技术可能的发展方向；最后，为民机制造产业发展提出有价值的参考建议。通过研究，探讨民机制造未来的发展趋势，以期为明确民机制造产业的发展方向提供参考。

2 研究数据与方法

2.1 数据来源

以S 公司为单位发表的学术论文，在一定程度上反映了我国民机制造产业发展的现状，因此选择此部分论文作为研究对象。在定量分析中，可靠准确的数据是研究分析的基础。本研究中，文献来源为中国学术期刊网络出版总库（中国知网），以作者单位为S 公司、时间范围为截至2020 年12 月、类型为学术期刊论文作为检索条件，共获得文献764篇（以下简称“样本文献”）。

2.2 研究方法和工具

在研究中，主要使用的软件为CiteSpace，这是基于Java 开发的一款工具［19］。其可通过引文分析、共词分析等对文献进行计量，探寻学科演化的关键路径，挖掘某个研究领域的热点和发展趋势［20］。首先对样本文献进行简单计量，如年发文量统计分析，然后通过CiteSpace 软件开展科学计量和可视化分析，最后通过分析探寻民机制造领域发展前沿和趋势。

3 S 公司民机制造研究热点和趋势分析

3.1 发表论文基本情况

论文数量的变化情况是衡量学科领域发展的重要指标，对样本文献根据年发文量绘制论文年度分布曲线（见图1），以分析其发展趋势和成因。从年发文量总体趋势来看，年度发文数量在部分年份间虽有所反复，但整体上呈增长趋势，反映出S 公司近些年来发展较为稳定，研究成果呈增长状态。而从各年份论文发表数量来看，根据波动幅度，可以划分为3 个阶段，分别为起步期（2009—2011 年）、扩张期（2012—2014 年），发展期（2015—2020 年）。其中，起步期内S 公司实现公司制改造，发展初期科研人员较少，因此发表论文数量较少；扩张期内公司人员快速扩张，研发人员增加，因此相较于起步期，发表论文数量显著增多，同时该段时期内发表论文数量有所反复；发展期内公司在人员方面保持稳定增长状态，发表论文数量也稳步增长，2020年论文发表数量较2019 年有所降低主要是因为2020年新冠肺炎疫情暴发，对公司正常科研生产活动造成了一定影响。

图1 S 公司发表论文数量的年度分布

结合S 公司的实际发展来看，在投入方面，大型飞机作为国家重大专项，近年来支持力度不断加大；在研发人员方面，公司招聘人员数量连年增加；在仪器设备水平方面，不断推进关键生产设备自主可控；在产学研用方面，打造科技创新平台，提高自主创新能力，加强与外界高校、研究院所合作。从各方面可以看出，S 公司仍处于蓬勃发展阶段，未来论文发表数量仍将呈增长趋势，民机制造技术水平也将不断提升。

3.2 研究热点可视化分析

关键词是对文献研究内容的高度浓缩和精炼，具有概括全文的作用［21］，通过对关键词进行分析，可以挖掘一篇文献的核心研究内容；而对某一研究领域内大量文献中的关键词进行共现和聚类分析，则在一定程度上反映了该研究领域在这段时期内的研究热点。通过CiteSpace 软件对文献关键词进行共现，在参数设置上时间段为2009—2020 年，时间切片为1 年，节点类型选择为关键词，生成关键词共现图谱，如图2 所示。其中，圆形的节点代表关键词，节点越大表明该关键词出现的频次越高；节点之间的连线表示这两个节点代表的关键词在文献中共同出现过，连线的粗细则反映了关键词之间联系的强弱。从图2 可以看出，复合材料出现的频次最高，是研究的重要内容；其次为飞机装配。经统计，出现频次排名前8 位的关键词分别为复合材料(88 次)、飞机装配(25 次)、铝锂合金(21 次)、力学性能(21 次)、民用飞机(15 次)、大型客机(14 次)、铝合金(12 次)、飞机制造(10 次)。

图2 样本文献的关键词共现图谱

关键词反映了文献的研究内容，在关键词共现的基础上可以通过CiteSpace 软件中的对数似然率（Log-likelihood rate，LLR）算法对关键词进行聚类，得到民机制造领域相关的知识子群，揭示研究主题。对于聚类得到的知识子群，将过小或含义模糊的知识子群进行删除，最终得到8 个主要的知识子群，主要涉及的内容如表1 所示，其中最大的知识子群为数字化装配。

表1 民机制造技术各知识子群主要内容

在聚类效果及合理性方面，通过CiteSpace 软件对关键词进行聚类时，模块值（Q值）和平均轮廓值（S值）可以作为评判图谱绘制效果的一个依据：Q>0.3 时，可以认为聚类结构显著；S>0.5 时，可以认为聚类合理，而S>0.7 时，则说明聚类是令人信服的［22］。通过对样本文献关键词进行聚类，聚类结果Q=0.759 4，表明聚类结构显著，S=0.921 9，表明聚类结果令人信服，总体来看聚类结果合理有效。

3.3 研究趋势可视化分析

关键词聚类分析结果反映了民机制造领域内的主要研究主题和研究内容，在此基础上，可以通过CiteSpace 软件将关键词共现图谱按时间序列进行分布，展示各个时间段内的研究热点，以识别民机制造领域的研究趋势。具体如图3 所示，横轴为年份，每一年份对应一条纵向区域，区域内的节点表示该关键词在该年份首次出现，节点大小表示关键词出现的频次，连线则表明两节点对应的关键词在同一文献中出现过。可以看出，民机制造研究发展过程可以大致划分为两个时期。第一个时期是2009—2013 年，侧重于民机制造广度研究，研究内容和领域快速增加，数字化装配、复合材料、力学性能、铝锂合金、原位成型、挖补修理等知识子群均在这段时间内出现，高频次关键词出现密集。第二个时期是2014—2020 年，侧重于民机制造深度研究，主要针对之前的研究主题进行深入研究，研究方法各异，对应关键词出现频次较低，因此在图3 中出现的关键词较少，主要出现大型客机、变形这两类知识子群。

图3 样本文献关键词共现时区图谱

4 民机制造技术体系建设及技术预见分析

4.1 民机制造技术体系建设

从以上分析可以看出，一是民机制造技术复杂，包含技术种类多，如装配研究、复合材料研究、力学性能研究等；二是民机制造各项技术作用不同，如部分技术是基础性技术，起到基础支撑的作用，部分技术则是前沿技术，起到引领创新的作用；三是不同时期民机制造技术侧重点不同，前期侧重于民机制造广度研究，后期侧重于民机制造深度研究。由于民机制造技术的高度复杂性，在对民机制造研究热点和研究趋势进行分析时，还需建立民机制造技术体系，对民机制造领域内各知识子群进行分类、梳理，为后续的技术预见打下基础。结合当前民机制造技术发展和技术作用的不同，可以将民机制造技术划分为应用基础研究技术、关键共性技术、前沿颠覆性技术3 类。

其一，应用基础研究技术通用性强，是能在单一行业或多个行业中得到广泛应用，对于行业发展具有普遍性、基础性应用价值的技术。应用基础研究技术一般不直接面向市场，但它是产业由基本研发到生产、最终走向市场的重要连接，同时为关键共性技术研究、前沿颠覆性技术研究提供必要支撑。在应用基础研究基础上，企业可以根据自身需求进行后续商业化开发，形成技术或产品，以提高自身竞争力。

其二，关键共性技术是在行业领域内广泛应用，并对产业形成瓶颈制约作用的技术。关键共性技术是关键技术和共性技术的交叉融合创新，不仅具备共性技术应用范围广的特点，同时也具备关键技术效益性显著、技术关联性强等特点。关键共性技术一般应用领域广阔，且在产业领域内与上下游技术联系广泛，起到瓶颈制约的作用；但同时，关键共性技术经济效益显著，一旦突破，可以为企业发展带来显著的经济效益和社会效益，同时助力产业结构优化升级。

其三，前沿颠覆性技术是一种打破现有认知模式或技术体系，在未来几十年内有望取得重大突破，并能对本领域甚至多个领域技术与产业发展产生颠覆性影响的技术。前沿颠覆性技术具备科学突破性、产业变革性、价值跃迁性等特点，为实现技术“弯道超车”提供了可能性；但同时前沿颠覆性技术的发展也具有高度不确定性，具有长周期、高风险、高投入等特点，从发现到应用是一个长期的发展过程，因此在不同发展阶段也需要给予相应的支持。

就民机制造技术而言，当前研究领域主要在于应用基础研究和关键共性技术研究，对于前沿颠覆性技术的研究起步较晚、相对较少。将以上关键词聚类得到的8 类知识子群按此划分，其中力学性能、大型客机、变形这3 类知识子群侧重于应用基础研究；数字化装配、复合材料、铝锂合金这3 类知识子群侧重于关键共性技术研究；原位成型、挖补修理这两类知识子群侧重于前沿颠覆性技术研究。具体分类如表2 所示。

表2 民机制造技术类别划分

4.2 民机制造技术预见分析

建立民机制造技术体系之后，结合民机制造当前技术发展进行民机制造技术预见，分析各知识子群可能的技术发展方向。在研究内容上，民机制造主要集中于数字化装配和复合材料研究方面；在发展方向上，主要趋于信息化、数字化、自动化发展；在新技术探索上，增材制造技术、激光加工技术等新型技术逐渐被应用到民机制造领域当中（见表3）。具体分析如下：

表3 民机制造技术各知识子群可能的发展方向

表3 （续）

在应用基础研究中，在力学性能方面可能的发展方向为力学性能试验技术、分析技术、有限元分析等。在大型客机方面，发展方向主要为工艺规划和标准体系的构建，以及工艺适用性评价等；在变形方面，则主要为结合信息化技术进行数值模拟。

在关键共性技术研究中，所包含的3 类知识子群技术应用范围广，且一旦攻克技术难关，往往能在降低成本、提高效率方面起到显著性作用。在具体的技术发展可能上，在数字化装配方面，主要趋向于数字化测量、机器人自动装配、大部件自动对接等方面的研究；在复合材料方面，除了基本的复合材料结构、性能方面的研究，还趋向于复合材料无损检测、复合材料数字化维修等方面的研究；在铝锂合金方面，则趋向于超塑成型技术、摩擦焊接技术、激光焊接等先进加工技术的研究。

在前沿颠覆性技术研究中，所包含的两类知识子群主要结合当前技术发展的高新技术如增材制造、激光加工等进行发展。在原位成型方面，可能的发展方向为激光熔化技术、激光烧结技术、熔融沉积成型技术等；在挖补修理方面，可能的发展方向则为激光熔覆修复技术。

4.3 民机制造技术发展建议

民机制造是一项复杂的系统工程，其技术体系涵盖了材料、技术、工艺等方面。从民机制造技术发展来看，基本在于加强投入应用基础研究，核心在于重点推进关键共性技术研究，抓手在于提前布局前沿颠覆性技术研究，因此可以考虑从这三方面着手，以促进我国民机制造技术发展。

（1）加强投入应用基础研究。应用基础研究是民机制造技术发展的基本，是推动民机制造产业发展的基础力量。近年来，在国家和政府的大力支持下，国内民机型号研制相继开展，航空产业发展速度加快，但同时，我国民机制造起步较晚，技术发展过程中仍存在许多问题，且由于民机制造的复杂性，许多技术难以从其他行业照搬利用。因此，在民机制造技术发展过程中，应深入开展符合我国民机制造特点和优势的应用基础研究，结合现代科学技术发展，加强民机制造应用基础研究投入，建立民机制造应用基础研究体系，从根本上提升我国民机制造水平。

（2）重点推进关键共性技术研究。关键共性技术研究是民机制造技术发展的核心，是发挥民机制造产业优势的关键力量。民机制造技术体系复杂，技术攻关难度大，同时随着信息化技术的不断发展，民机制造也趋向于数字化、智能化，亟需攻克的关键共性技术不断涌现。因此，需要重点推进关键共性技术研究，促进企业提速增效，为民机制造产业发展赋能。而在推进关键共性技术研究过程中，需从政府和企业两方面共同着手。政府方面，应突出引导作用，制定科技扶持政策，优化政策发展路径，营造良好的研究氛围；企业方面，则突出合作与激励作用，对研发主体建立长期有效的激励机制，同时企业间打造关键共性技术攻关、共享平台，健全合作交流机制。

（3）提前布局前沿颠覆性技术研究。前沿颠覆性技术研究是民机制造技术发展的抓手，是推动民机制造产业重构的革命性力量，但当前在民机制造领域，我国还未建立起前沿颠覆性技术研究的标准体系。因此，为促进前沿颠覆性技术研究的开展和发展，可以从以下几点进行考虑：一是合理规划前沿颠覆性技术发展阶段，在不同发展阶段制定对应的支持政策；二是适当提前布局，扶持培育前沿颠覆性技术，有效发挥前沿颠覆性技术的引领作用；三是有效识别前沿颠覆性技术研究潜在风险，制定风险应对措施；四是完善前沿颠覆性技术试验、应用机制，推动前沿颠覆性技术实际应用；五是完善产业创新制度，制定前沿颠覆性技术研究标准体系，打造前沿颠覆性技术创新平台。

5 结论

本研究结合S 公司民机制造技术发展状况，运用CiteSpace 软件对民机制造相关文献进行可视化分析，然后建立民机制造技术体系，并对民机制造领域各知识子群进行技术预见，最后为民机制造发展提供建议。

在民机制造文献可视化分析方面，通过对样本文献关键词进行共现，识别出我国民机制造领域主要研究内容为复合材料、飞机装配、铝锂合金、力学性能、民用飞机等，同时通过关键词聚类得到民机制造主要研究方向为数字化装配、复合材料、力学性能、大型客机、变形、铝锂合金、原位成型、挖补修理等8 类知识子群，并通过绘制关键词共现时区图谱展现民机制造技术发展趋势，即2009—2013 年期间主要侧重于民机制造广度研究，而2014—2020 年期间则主要侧重于民机制造深度研究。进一步将民机制造技术划分为应用基础研究技术、关键共性技术、前沿颠覆性技术，将8 类知识子群按此进行分类，可知力学性能、大型客机、变形这3 类知识子群侧重于应用基础研究，数字化装配、复合材料、铝锂合金这3 类知识子群侧重于关键共性技术研究，原位成型、挖补修理这两类知识子群则侧重于前沿颠覆性技术研究。最后针对我国民机制造技术发展提出建议，一是加强投入应用基础研究，二是重点推进关键共性技术研究，三是提前布局前沿颠覆性技术研究。

S 公司为我国民机制造领域内的领军企业，通过技术预见明确其发展方向，有助于推动我国民机制造技术标准的确立与制定，助力产业调整升级和创新发展，同时可以为相关企业发展规划提供方向参考，以带动中小微企业同步发展，形成辐射和示范作用，建立健全民机制造产业链，促进我国民机制造产业蓬勃发展。