基于文獻計量和專利分析的我國智能制造發(fā)展態(tài)勢研究

付英 張愛寧

（甘肅省科學技術情報研究所；甘肅省科技評價重點實驗室，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是國家保持競爭力、經(jīng)濟健康運行和社會穩(wěn)定的基礎，是科技創(chuàng)新的主戰(zhàn)場，尤其在2008年金融危機后，美國等發(fā)達國家紛紛推出“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，將智能化制造納入到其長期發(fā)展戰(zhàn)略當中，推進國家產(chǎn)業(yè)分工重塑，力圖搶占國際競爭的制高點，爭奪產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈高地，中國制造業(yè)也迎來了歷史性機遇與挑戰(zhàn)[1]。英國學者保羅·麥里基認為，第三次工業(yè)革命的核心是以機器人、增材制造和新材料為代表的智能制造業(yè)。從某種程度上說，智能制造開辟了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)理論和產(chǎn)業(yè)組織理論的新空間，促進了二三產(chǎn)業(yè)的交叉融合，推進企業(yè)的組織形態(tài)向生態(tài)主導型轉(zhuǎn)變，推動傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)組織理論進一步發(fā)展。2015年，我國提出了“中國制造2025”計劃，把互聯(lián)網(wǎng)放在突出位置，將智能制造將作為產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的主攻方向，推動“互聯(lián)網(wǎng)＋”與“中國制造2025”緊密融合，推進生產(chǎn)過程智能化，培育新型生產(chǎn)方式[2]。

從現(xiàn)有學者的研究成果來看，智能制造研究涉及智能技術、制造技術、信息技術等多個學科，其研究文獻較為豐富，涉及面較廣，尚未形成系統(tǒng)性研究[3]。加之受《中國制造2025》政策的影響，我國智能制造領域研究文獻數(shù)量激增，“工業(yè)4.0”“大數(shù)據(jù)”、“智能化”等新的關鍵詞現(xiàn)。因此，本文運用文獻計量的方法，采用1992-2018年CNKI來源期刊中，關于智能制造的研究成果進行文獻計量和可視化分析，對于厘清研究現(xiàn)狀、聚焦研究熱點、審視研究局限、探明發(fā)展前景動向具有重要的學術意義。同時，也為這一議題的后續(xù)研究提供了全面的參考和借鑒，對于進一步推進智能制造的融合發(fā)展提供重要的理論價值。

1 研究方法與樣本選取

本文以該數(shù)據(jù)庫為檢索工具，檢索條件為“篇名=智能制造”，檢索關鍵詞為“精確匹配”方式，時間跨度為1992-2018年，檢索結(jié)果為5036篇，剔除外文文獻后，共檢索文獻4258篇。為確保研究的客觀性、科學性、公正性和可行性，本文綜合運用數(shù)據(jù)過濾法、數(shù)據(jù)拆分法、數(shù)據(jù)降維法等多種數(shù)據(jù)清洗方法，從研究寬度和研究深度兩個維度，剔除與主題不相符的會議紀要、會議通知、新聞評論、技術簡介、網(wǎng)絡報道等1467條非研究性文獻后，最后得到2791條記錄。本文運用內(nèi)容分析、共詞分析、信息可視化等方法，揭示我國智能制造領域文獻研究現(xiàn)狀和特性，預測研究熱點與未來趨勢。

2 我國智能制造研究態(tài)勢

2.1 年度載文量統(tǒng)計分析

論文年度載文量能夠反映某一個研究領域在某一個時間段內(nèi)的研究動態(tài)和趨勢[4]。從下圖文獻年份數(shù)量分析中可以看出，該領域在CNKI中收錄最早始于1992年，由華中科技大學的楊叔子院士率先開展研究。整體上分為3個階段：1992-2011年，智能制造研究文獻在我國處于探索階段；2012-2014年期間基本呈逐步上升的趨勢，2015-2018年，呈現(xiàn)快速上升趨勢?？傮w上看，我國該研究領域論文年發(fā)表數(shù)量呈上升趨勢，特別是在2012年和2016年分別提出實施“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略”和《中國制造2025》之后，論文數(shù)量出現(xiàn)了一個轉(zhuǎn)折性的高峰期，這說明智能制造研究領域具有很大的活力?？梢灶A見，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的背景下，今后智能制造研究領域的文獻數(shù)量仍將保持快速增長，研究隊伍也在不斷壯大。

圖1 智能制造領域論文年度載文量分布圖

2.2 核心作者統(tǒng)計分析

學者是推進基礎研究和科技創(chuàng)新的主體，學術論文是其科研產(chǎn)出的重要載體之一，反映了在該領域的學術貢獻水平[5]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，該領域85.26%的作者僅撰寫1篇論文，分布較為分散。按照普賴斯的理論，發(fā)表論文數(shù)位m篇以上的作者為杰出科學家即核心作者，其中m=0.749（nmax）1/2，nmax為發(fā)文量最多作者的發(fā)文篇數(shù)[6]。測算顯示，m=2.90篇，核心作者群體的發(fā)文量在3篇及以上，顧碩成為該領域發(fā)文量最多的作者，達到15篇。從下表中可以看出，該領域的高產(chǎn)作者主要有：顧碩、黃麗萍、沈烈初、宋慧欣、姜紅德、梁秀璟、李偉、郭朝暉、袁春妹等，發(fā)文量都在10篇以上。為更直觀顯示智能制造領域高頻作者，運用加權(quán)統(tǒng)計法，量化作者在該領域的權(quán)重，按作者加權(quán)統(tǒng)計，路甬祥、彭瑜、譚弘穎3 位作者超過李偉（6.9405）、袁春妹（5.3000）、楊叔子（2.9000），見表2。因此，這些學者可作為信息倫理研究領域的核心作者，推動了我國智能制造研究的發(fā)展。需要說明的是，核心作者發(fā)文量約占該領域總發(fā)文量的50%時，即可形成學科高產(chǎn)作者群[7]。經(jīng)測算，該領域核心占論文總數(shù)的12.93%，遠低于50%的要求，該研究領域穩(wěn)定的核心作者群尚未形成。

2.3 高頻關鍵詞統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)清洗后，該領域研究中關鍵詞總計5865個。為便于統(tǒng)計分析和熱點總結(jié)，對同義關鍵詞進行合并，歸為一類；對不同表述的關鍵詞進行統(tǒng)一表述替換；對單次出現(xiàn)的關鍵詞予以刪除，進行篩選和整理后共得到關鍵詞1542個。經(jīng)過統(tǒng)計分析智能制造領域出現(xiàn)頻次高于60次的關鍵詞，發(fā)現(xiàn)該領域研究熱點是：智能制造、企業(yè)管理、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、中國制造2025、智能制造系統(tǒng)和技術、智能裝備和產(chǎn)品、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人、工業(yè)4.0等，并可預測這些熱點未來的研究趨勢。

表1 智能制造研究領域排名前10位的高產(chǎn)作者

表2 智能制造領域高頻關鍵頻次（60次及以上）

2.4 核心期刊統(tǒng)計分析

對于某一特定的學科或?qū)I(yè)而言，大量的論文發(fā)表集中分布在極為少數(shù)的核心期刊中，通過篩選鎖定核心期刊，可以有效收集該學科或?qū)I(yè)領域的前沿動態(tài)和研究熱點[5]。經(jīng)分析，該研究領域論文分布在899種期刊上，有1467篇文獻出現(xiàn)在消息、報道之中，論文發(fā)表期刊分布相對分散，載文量最多達69篇，最少僅為1篇。其中，智能制造領域的中文核心期刊是排名前21位的期刊如下表所示。將已發(fā)表的2791篇論文的相關期刊分成三個區(qū)：①刊載10篇及以上的期刊數(shù)量55個，載文量1074篇，載文占比38.48%；②刊載2～9篇的期刊數(shù)量198個，載文量914篇，載文占比32.75%；③刊載1～2篇的期刊數(shù)量646個，載文量8.3篇，載文占比28.77%。分析顯示，各區(qū)相關論文數(shù)約占三成左右。

2.5 研究機構(gòu)統(tǒng)計分析

統(tǒng)計1992-2019年論文所在的期刊，智能制造研究論文共分布在企業(yè)、高校和科研院所上，其中，以高校和科研院所為主。按照區(qū)域分析法得出，智能制造領域的研究機構(gòu)排名前10位的單位分別為：中國機械工業(yè)聯(lián)合會機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所，占比23.43%；中國工程院，占比12.94%；中國工業(yè)和信息化部，占比9.79%；南京航空航天大學，占比9.44%；《金屬加工》雜志社，占比8.74%；華中科技大學，占比8.04%；中國工業(yè)報社，占比7.34%；浙江大學，占比6.99%；清華大學，占比6.64%；中國機械工程學會，占比6.64%。

表3 智能制造領域主要期刊頻次（前21位）

3 我國智能制造研究領域熱點與趨勢分析

3.1 研究熱點

為全面了解智能制造的相關技術發(fā)展，從專利角度分析了基于關鍵詞的智能制造相關論文熱點主題。從下圖可以看出，我國智能制造的相關研究集中于中國制造2025、智能制造技術和系統(tǒng)、人工智能、工業(yè)4.0、智能化和自動化等主題。經(jīng)檢索Incopat專利數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，2010-2018年中國共申請智能制造相關專利743件，穩(wěn)居世界第一，其中申請量排名前10的省份為廣東（26.12%）、江蘇（12.16%）、浙江（7.93%）、安徽（7.55%）、山東（5.88%）、北京（5.12%）、上海（5.12%）、湖北（3.20%）、重慶（3.07%）和四川（2.94%）。國內(nèi)授權(quán)專利共計213 件，其中實用新型專利148 件，發(fā)明專利40 件，外觀設計專利25 件。全球排名前10 的申請人為佛山海格利德機器人智能設備有限公司（3.32%）、劉道靈（1.79%）、旌德縣瀚海星云智能化技術研發(fā)有限公司（1.40%）、阜陽盛東智能制造技術研發(fā)有限公司（1.40%）、肇慶樂創(chuàng)科技有限公司（1.28%）、重慶大學（1.28%）、KYRAZIS DEMOS（1.15%）、佛山市三盟新能源有限公司（1.15%）、浙江大學（1.02%）、蘇州富納艾爾科技有限公司（1.02%）。根據(jù)國際專利分類（IPC），智能制造領域?qū)＠鞑空急扔啥嗟缴俜謩e為：B部（45.83%）、G部（42.63%）、H部（12.03%）、C部（3.32%）、F部（2.81%）、A部（2.30%）、D部（1.02%）、E部（0.76%），由此可見，該領域?qū)＠饕性谧鳂I(yè)、運輸部和物理部兩大部類中。

3.2 趨勢分析

圖2 基于關鍵詞的我國智能制造相關論文熱點主題分布

改革開放四十年來，中國制造業(yè)積極融入全球經(jīng)濟體系，積極布局智能制造發(fā)展，但全球范圍來看距離智能制造發(fā)展前端國家還有很大差距。從經(jīng)濟發(fā)展、技術職稱、產(chǎn)品質(zhì)量等方面整體來看，我國入圍世界500強企業(yè)的平均利潤比美國低30%，集成電路芯片制造裝備、通用計算機CPU、基礎軟件等都依賴進口，通用零部件、模具等產(chǎn)品使用壽命遠低于國外先進水平。經(jīng)檢索數(shù)據(jù)對比和文獻分析，物聯(lián)網(wǎng)、CPS、云計算、大數(shù)據(jù)以及信息傳遞技術等成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段[8]，國內(nèi)智能制造產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展如要呈現(xiàn)以下趨勢[9-11]：一方面，工業(yè)機器人、智能數(shù)控機床、3D打印、智能傳感器、智能物流倉儲等領域是重點研發(fā)方向。另一方面，隨著工業(yè)化進程的推進，未來智能制造逐漸向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領域滲透，轉(zhuǎn)向提供高附加值衍生服務，實現(xiàn)“AI+”的廣泛應用。

4 結(jié)果與討論

綜上研究顯示，國內(nèi)智能制造的研究已經(jīng)積累了一定的研究成果。目前，智能制造文獻正呈指數(shù)模式快速增長，該學科正處于發(fā)展時期，尚未到成熟時期，發(fā)展空間較大。在研究熱點問題方面，中國制造2025、智能制造技術和系統(tǒng)、人工智能、工業(yè)4.0、智能化和自動化等問題是該領域研究的重點。從期刊屬性和作者群來看，行業(yè)專業(yè)性研究類期刊較多，穩(wěn)定的核心研究群體尚未形成。最后，需要指出的是本研究著眼于CNKI的相關文獻和Incopat專利數(shù)據(jù)庫，由于數(shù)據(jù)量的不足和研究方法的局限，可能會使研究結(jié)果不夠全面，探究“互聯(lián)網(wǎng)+智能制造”的新模式，發(fā)展工業(yè)4.0對中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級意義重大，這已成為當前許多學者的共識，將在后續(xù)的研究中進一步完善并加以改進。