2023全球工程前沿报告-科睿唯安&

全球工程前沿 EngineeringFronts 目录 前言1 第一章研究方法2 1工程研究前沿遴选3 1.1论文数据获取与预处理3 1.2论文主题挖掘3 1.3研究前沿确定与解读4 2工程开发前沿遴选4 2.1专利数据获取与预处理4 2.2专利主题挖掘5 2.3开发前沿确定与解读5 3发展路线图5 4术语解释5 第二章领域报告7 一、机械与运载工程7 1工程研究前沿7 1.1Top10工程研究前沿发展态势7 1.2Top3工程研究前沿重点解读11 2工程开发前沿21 2.1Top10工程开发前沿发展态势21 2.2Top3工程开发前沿重点解读26 二、信息与电子工程35 1工程研究前沿35 1.1Top11工程研究前沿发展态势35 1.2Top3工程研究前沿重点解读40 2工程开发前沿52 2.1Top11工程开发前沿发展态势52 2.2Top3工程开发前沿重点解读57 三、化工、冶金与材料工程67 1工程研究前沿67 1.1Top11工程研究前沿发展态势67 1.2Top3工程研究前沿重点解读71 2工程开发前沿81 2.1Top11工程开发前沿发展态势81 2.2Top3工程开发前沿重点解读86 四、能源与矿业工程94 1工程研究前沿94 1.1Top12工程研究前沿发展态势94 1.2Top4工程研究前沿重点解读99 2工程开发前沿111 2.1Top12工程开发前沿发展态势111 2.2Top4工程开发前沿重点解读117 I 全球工程前沿 EngineeringFronts 五、土木、水利与建筑工程128 1工程研究前沿128 1.1Top10工程研究前沿发展态势128 1.2Top3工程研究前沿重点解读132 2工程开发前沿144 2.1Top10工程开发前沿发展态势144 2.2Top3工程开发前沿重点解读148 六、环境与轻纺工程156 1工程研究前沿156 1.1Top10工程研究前沿发展态势156 1.2Top3工程研究前沿重点解读160 2工程开发前沿169 2.1Top10工程开发前沿发展态势169 2.2Top3工程开发前沿重点解读173 七、农业181 1工程研究前沿181 1.1Top10工程研究前沿发展态势181 1.2Top3工程研究前沿重点解读185 2工程开发前沿196 2.1Top11工程开发前沿发展态势196 2.2Top3工程开发前沿重点解读200 八、医药卫生209 1工程研究前沿209 1.1Top10工程研究前沿发展态势209 1.2Top3工程研究前沿重点解读214 2工程开发前沿223 2.1Top10工程开发前沿发展态势223 2.2Top3工程开发前沿重点解读227 九、工程管理238 1工程研究前沿238 1.1Top10工程研究前沿发展态势238 1.2Top3工程研究前沿重点解读242 2工程开发前沿253 2.1Top10工程开发前沿发展态势253 2.2Top3工程开发前沿重点解读258 总体组成员267 II 前言 前言 工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿代表工程科技未来创新发展的重要方向。当今时代，世界之变、时代之变、历史之变正以前所未有的方式展开，新一轮科技革命和产业变革持续深入演进，人类社会面临前所未有的挑战。前瞻把握世界科技发展动向，准确识变、科学应变、主动求变，已成为各国的共同选择。 为研判工程科技前沿发展趋势，敏锐抓住科技革命新方向，中国工程院作为国家工程科技界最高荣誉性、咨询性学术机构，自2017年起开展全球工程前沿研究项目，每年研判并发布全球近百项工程研究前沿和工程开发前沿，以期发挥学术引领作用，积极引导工程科技和产业创新发展。 2023年度全球工程前沿研究项目依托中国工程院9个学部及中国工程院《工程》系列期刊，联合科睿唯安开展研究工作。研究以数据分析为基础，以专家研判为核心，遵从定量分析与定性研究相结合、数据挖掘与专家论证相佐证、工程研究前沿与工程开发前沿并重的原则，凝练获得93个工程研究前沿和94个 工程开发前沿，并重点解读28个工程研究前沿和28个工程开发前沿。 为提高前沿研判的科学性，在前六年实践经验的基础上，2023年度的研究工作继续在研究最初阶段完善技术体系，明确九大领域的技术边界和结构，梳理各分支技术之间的关联关系；继续在重点前沿解读过程中利用发展路线图工具，研判重点工程前沿未来5~10年的发展方向和趋势。 本报告是2023年度全球工程前沿项目研究成果，由两部分组成：第一部分为研究概况，主要说明研究采用的数据和研究方法；第二部分为领域报告，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共9个领域分报告，分别描述与分析各领域工程研究前沿和工程开发前沿概况，并对重点前沿进行详细解读。 工程前沿研判是一项复杂且有挑战性的工作。七年来，项目研究聚焦全球工程科技发展的热点和难点，将前沿研究、学术论坛与期刊建设紧密结合，相互促进，逐步探索出一条别具特色的研究路径。工程前沿研究得到了来自我国工程科技界各领域、各机构近千位院士和专家的支持，在此向所有指导工程前沿研究的院士、参与工程前沿研究的专家表示感谢！ 第一章研究方法 工程是人类借助科学技术改造世界的实践活动。工程前沿指具有前瞻性、先导性和探索性，对工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向，是培育工程科技创新能力的重要指引。根据前沿所处的创新阶段，工程前沿可分为侧重理论探索的工程研究前沿和侧重实践应用的工程开发前沿。 2023年度全球工程前沿研究采用专家与数据多轮交互、迭代遴选研判的方法，通过专家研判与数据分 析深度融合，在9个领域共遴选出93个工程研究前沿和94个工程开发前沿，并重点解读28个工程研究 前沿和28个工程开发前沿。各领域前沿数量分布如表1.1所示。 工程前沿研究基本流程包括三步：数据对接、数据分析和专家研判。数据对接，主要是领域专家和图书情报专家依据各领域的技术体系，制定论文和专利数据检索式，明确数据挖掘的范围；数据分析，主要是通过共被引聚类形成文献聚类主题、共词聚类形成专利地图，获得前沿主题；专家研判，主要是通过前沿主题筛选、前沿名称修订、专家研讨等方法逐步筛选确定前沿。同时，为弥补因数据挖掘算法局限性或数据滞后所导致的前沿性不足，鼓励领域专家结合定量分析结果修正、归并、扩充前沿。研究实施流程如图1.1所示， 表1.1 9个领域前沿数量分布 领域 工程研究前沿/个 工程开发前沿/个 机械与运载工程 10 10 信息与电子工程 10 10 化工、冶金与材料工程 11 11 能源与矿业工程 12 12 土木、水利与建筑工程 10 10 环境与轻纺工程 10 10 农业 10 11 医药卫生 10 10 工程管理 10 10 合计 93 94 工程研究前沿工程开发前沿 专家确定期刊与会议列表 技术体系 专家确定专利检索式 最终文献专利检索列表 专家提名前沿问题 专家提名前沿问题 候选前沿热点 论文数据分析 专利数据分析 专利地图 50+个研究备选前沿 专家数据交互 专家补充前沿 50+个开发备选前沿 问卷调查 会议研讨 10+个研究前沿 10+个开发前沿 文献专利数据分析 重点解读3+个研究前沿 发展路线图 重点解读3+个开发前沿 图1.1全球工程前沿研究流程 其中绿色部分以数据分析为主，紫色部分以专家研判为主，红色方框为专家与数据多轮深度交互的过程。 1工程研究前沿遴选 工程研究前沿遴选包括两种途径：一是基于WebofScience数据库SCI期刊论文和会议论文数据，经数据挖掘聚类形成工程研究前沿主题；二是通过专家提名，提出工程研究前沿问题。以上结果经过专家研判论证、提炼得到备选工程研究前沿，再经过问卷调查和多轮专家研讨，遴选得出9个领域93个工程研究前沿。 1.1论文数据获取与预处理 首先构建中国工程院9个学部领域技术体系与WebofScience学科的映射关系，获得每个领域对应的学术期刊和学术会议列表。经领域专家审核与修订后，确定本年度重点分析的9个领域共计12696种学术 期刊和54389个学术会议。此外，针对82种综合性国际学术期刊，采用单篇文章归类的方法，即根据文章参考文献的主要归属学科来确定相关期刊中单篇文章的研究领域。 针对每个领域的期刊论文和会议论文，参照WebofScience高被引论文确定方法，综合考虑期刊论文和会议论文差别、出版年等因素，筛选出2017—2022年期间发表的被引频次位于前10%的高影响力论文（截 至2023年1月），作为研究前沿分析的基础数据集。各领域数据源概况如表1.1.1所示。 表1.1.1各领域数据源概况 序号 领域 期刊/种 会议/个 高影响力论文/篇 1 机械与运载工程 547 3325 112450 2 信息与电子工程 1010 22572 228672 3 化工、冶金与材料工程 1235 4850 310860 4 能源与矿业工程 946 2893 160920 5 土木、水利与建筑工程 406 1428 104330 6 环境与轻纺工程 1371 1645 245146 7 农业 1463 1282 190750 8 医药卫生 4890 14887 524174 9 工程管理 828 1507 60673 1.2论文主题挖掘 基于基础数据集，利用共被引方法对高影响力论文进行聚类分析，获得每个领域的前沿聚类主题，每个聚类主题由一定数量的核心论文组成。其中，2017—2020年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文的数量、总被引频次、平均出版年、常被引论文占比依次筛选，每个领域获得35个不相似的文献聚类主题； 2021—2022年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文的数量、总被引频次、常被引论文占比依次筛选， 每个领域获得25个不相似的文献聚类主题。以上聚类分析中，如果各领域聚类主题有交叉，则递补不交 叉的聚类主题，对于没有聚类主题覆盖的学科，按照关键词进行定制检索和挖掘，最终筛选得到9个领域 756个备选研究热点（包括相似和不相似主题），如表1.2.1所示。 表1.2.1各领域文献聚类结果 序号 领域 聚类主题/个 核心论文/篇 备选研究热点/个 1 机械与运载工程 12404 49484 98 2 信息与电子工程 23529 101924 68 3 化工、冶金与材料工程 30400 122129 66 4 能源与矿业工程 17173 71528 89 5 土木、水利与建筑工程 11051 46128 129 6 环境与轻纺工程 25575 101630 89 7 农业 19645 76697 76 8 医药卫生 52636 215909 66 9 工程管理 6137 23325 75 1.3研究前沿确定与解读 与论文数据处理挖掘同步，领域专家基于专业背景知识，并结合其他综合性科技情报信息，如科技动态、科技政策、新闻报道等进行分析判断，提出工程研究前沿问题，并将其融入前沿确定的每个阶段。 在数据对接阶段，图书情报专家将领域专家提出的研究前沿问题转化为检索式，作为初始数据源的重要组成部分；在数据分析阶段，针对没有文献聚类主题覆盖的学科，领域专家提供关键词、代表性论文或代表性期刊，用于定制检索和挖掘；在专家研判阶段，领域专家对照文献聚类结果进行查漏补缺，对于未出现在数据挖掘结果中而专家认为重要的前沿进行第二轮提名，图书情报专家提供数据支撑。最终，领域专家对数据挖掘和专家提名的工程研究前沿素材进行归并、修订和提炼，而后经过问卷调查和多轮会议研讨，每个领域遴选出10余个工程研究前沿。 工程研究前沿确定后，各领域依据发展前景、受关注度选取3（或4）个重点研究前沿，邀请前沿方向的权威专家从国家和机构布局、合作网络、发展趋势、研发重点等角度详细解读前沿。 2工程开发前沿遴选 工程开发前沿遴选同样包括两种途径：一是基于D