基于文献计量和专利分析的我国智能制造发展态势研究

付英 张爱宁

（甘肃省科学技术情报研究所；甘肃省科技评价重点实验室，甘肃 兰州 730000）

0 引言

制造业是国民经济的主体，是国家保持竞争力、经济健康运行和社会稳定的基础，是科技创新的主战场，尤其在2008年金融危机后，美国等发达国家纷纷推出“再工业化”战略，将智能化制造纳入到其长期发展战略当中，推进国家产业分工重塑，力图抢占国际竞争的制高点，争夺产业链和价值链高地，中国制造业也迎来了历史性机遇与挑战[1]。英国学者保罗·麦里基认为，第三次工业革命的核心是以机器人、增材制造和新材料为代表的智能制造业。从某种程度上说，智能制造开辟了产业结构理论和产业组织理论的新空间，促进了二三产业的交叉融合，推进企业的组织形态向生态主导型转变，推动传统的产业组织理论进一步发展。2015年，我国提出了“中国制造2025”计划，把互联网放在突出位置，将智能制造将作为产业融合发展的主攻方向，推动“互联网＋”与“中国制造2025”紧密融合，推进生产过程智能化，培育新型生产方式[2]。

从现有学者的研究成果来看，智能制造研究涉及智能技术、制造技术、信息技术等多个学科，其研究文献较为丰富，涉及面较广，尚未形成系统性研究[3]。加之受《中国制造2025》政策的影响，我国智能制造领域研究文献数量激增，“工业4.0”“大数据”、“智能化”等新的关键词现。因此，本文运用文献计量的方法，采用1992-2018年CNKI来源期刊中，关于智能制造的研究成果进行文献计量和可视化分析，对于厘清研究现状、聚焦研究热点、审视研究局限、探明发展前景动向具有重要的学术意义。同时，也为这一议题的后续研究提供了全面的参考和借鉴，对于进一步推进智能制造的融合发展提供重要的理论价值。

1 研究方法与样本选取

本文以该数据库为检索工具，检索条件为“篇名=智能制造”，检索关键词为“精确匹配”方式，时间跨度为1992-2018年，检索结果为5036篇，剔除外文文献后，共检索文献4258篇。为确保研究的客观性、科学性、公正性和可行性，本文综合运用数据过滤法、数据拆分法、数据降维法等多种数据清洗方法，从研究宽度和研究深度两个维度，剔除与主题不相符的会议纪要、会议通知、新闻评论、技术简介、网络报道等1467条非研究性文献后，最后得到2791条记录。本文运用内容分析、共词分析、信息可视化等方法，揭示我国智能制造领域文献研究现状和特性，预测研究热点与未来趋势。

2 我国智能制造研究态势

2.1 年度载文量统计分析

论文年度载文量能够反映某一个研究领域在某一个时间段内的研究动态和趋势[4]。从下图文献年份数量分析中可以看出，该领域在CNKI中收录最早始于1992年，由华中科技大学的杨叔子院士率先开展研究。整体上分为3个阶段：1992-2011年，智能制造研究文献在我国处于探索阶段；2012-2014年期间基本呈逐步上升的趋势，2015-2018年，呈现快速上升趋势。总体上看，我国该研究领域论文年发表数量呈上升趋势，特别是在2012年和2016年分别提出实施“创新驱动发展战略”和《中国制造2025》之后，论文数量出现了一个转折性的高峰期，这说明智能制造研究领域具有很大的活力。可以预见，在产业转型升级的背景下，今后智能制造研究领域的文献数量仍将保持快速增长，研究队伍也在不断壮大。

图1 智能制造领域论文年度载文量分布图

2.2 核心作者统计分析

学者是推进基础研究和科技创新的主体，学术论文是其科研产出的重要载体之一，反映了在该领域的学术贡献水平[5]。统计数据显示，该领域85.26%的作者仅撰写1篇论文，分布较为分散。按照普赖斯的理论，发表论文数位m篇以上的作者为杰出科学家即核心作者，其中m=0.749（nmax）1/2，nmax为发文量最多作者的发文篇数[6]。测算显示，m=2.90篇，核心作者群体的发文量在3篇及以上，顾硕成为该领域发文量最多的作者，达到15篇。从下表中可以看出，该领域的高产作者主要有：顾硕、黄丽萍、沈烈初、宋慧欣、姜红德、梁秀璟、李伟、郭朝晖、袁春妹等，发文量都在10篇以上。为更直观显示智能制造领域高频作者，运用加权统计法，量化作者在该领域的权重，按作者加权统计，路甬祥、彭瑜、谭弘颖3 位作者超过李伟（6.9405）、袁春妹（5.3000）、杨叔子（2.9000），见表2。因此，这些学者可作为信息伦理研究领域的核心作者，推动了我国智能制造研究的发展。需要说明的是，核心作者发文量约占该领域总发文量的50%时，即可形成学科高产作者群[7]。经测算，该领域核心占论文总数的12.93%，远低于50%的要求，该研究领域稳定的核心作者群尚未形成。

2.3 高频关键词统计分析

数据清洗后，该领域研究中关键词总计5865个。为便于统计分析和热点总结，对同义关键词进行合并，归为一类；对不同表述的关键词进行统一表述替换；对单次出现的关键词予以删除，进行筛选和整理后共得到关键词1542个。经过统计分析智能制造领域出现频次高于60次的关键词，发现该领域研究热点是：智能制造、企业管理、产业创新、中国制造2025、智能制造系统和技术、智能装备和产品、人工智能、工业互联网、工业机器人、工业4.0等，并可预测这些热点未来的研究趋势。

表1 智能制造研究领域排名前10位的高产作者

表2 智能制造领域高频关键频次（60次及以上）

2.4 核心期刊统计分析

对于某一特定的学科或专业而言，大量的论文发表集中分布在极为少数的核心期刊中，通过筛选锁定核心期刊，可以有效收集该学科或专业领域的前沿动态和研究热点[5]。经分析，该研究领域论文分布在899种期刊上，有1467篇文献出现在消息、报道之中，论文发表期刊分布相对分散，载文量最多达69篇，最少仅为1篇。其中，智能制造领域的中文核心期刊是排名前21位的期刊如下表所示。将已发表的2791篇论文的相关期刊分成三个区：①刊载10篇及以上的期刊数量55个，载文量1074篇，载文占比38.48%；②刊载2～9篇的期刊数量198个，载文量914篇，载文占比32.75%；③刊载1～2篇的期刊数量646个，载文量8.3篇，载文占比28.77%。分析显示，各区相关论文数约占三成左右。

2.5 研究机构统计分析

统计1992-2019年论文所在的期刊，智能制造研究论文共分布在企业、高校和科研院所上，其中，以高校和科研院所为主。按照区域分析法得出，智能制造领域的研究机构排名前10位的单位分别为：中国机械工业联合会机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，占比23.43%；中国工程院，占比12.94%；中国工业和信息化部，占比9.79%；南京航空航天大学，占比9.44%；《金属加工》杂志社，占比8.74%；华中科技大学，占比8.04%；中国工业报社，占比7.34%；浙江大学，占比6.99%；清华大学，占比6.64%；中国机械工程学会，占比6.64%。

表3 智能制造领域主要期刊频次（前21位）

3 我国智能制造研究领域热点与趋势分析

3.1 研究热点

为全面了解智能制造的相关技术发展，从专利角度分析了基于关键词的智能制造相关论文热点主题。从下图可以看出，我国智能制造的相关研究集中于中国制造2025、智能制造技术和系统、人工智能、工业4.0、智能化和自动化等主题。经检索Incopat专利数据库发现，2010-2018年中国共申请智能制造相关专利743件，稳居世界第一，其中申请量排名前10的省份为广东（26.12%）、江苏（12.16%）、浙江（7.93%）、安徽（7.55%）、山东（5.88%）、北京（5.12%）、上海（5.12%）、湖北（3.20%）、重庆（3.07%）和四川（2.94%）。国内授权专利共计213 件，其中实用新型专利148 件，发明专利40 件，外观设计专利25 件。全球排名前10 的申请人为佛山海格利德机器人智能设备有限公司（3.32%）、刘道灵（1.79%）、旌德县瀚海星云智能化技术研发有限公司（1.40%）、阜阳盛东智能制造技术研发有限公司（1.40%）、肇庆乐创科技有限公司（1.28%）、重庆大学（1.28%）、KYRAZIS DEMOS（1.15%）、佛山市三盟新能源有限公司（1.15%）、浙江大学（1.02%）、苏州富纳艾尔科技有限公司（1.02%）。根据国际专利分类（IPC），智能制造领域专利各部占比由多到少分别为：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%），由此可见，该领域专利主要集中在作业、运输部和物理部两大部类中。

3.2 趋势分析

图2 基于关键词的我国智能制造相关论文热点主题分布

改革开放四十年来，中国制造业积极融入全球经济体系，积极布局智能制造发展，但全球范围来看距离智能制造发展前端国家还有很大差距。从经济发展、技术职称、产品质量等方面整体来看，我国入围世界500强企业的平均利润比美国低30%，集成电路芯片制造装备、通用计算机CPU、基础软件等都依赖进口，通用零部件、模具等产品使用寿命远低于国外先进水平。经检索数据对比和文献分析，物联网、CPS、云计算、大数据以及信息传递技术等成为制造业转型升级的重要手段[8]，国内智能制造产业未来发展如要呈现以下趋势[9-11]：一方面，工业机器人、智能数控机床、3D打印、智能传感器、智能物流仓储等领域是重点研发方向。另一方面，随着工业化进程的推进，未来智能制造逐渐向传统产业领域渗透，转向提供高附加值衍生服务，实现“AI+”的广泛应用。

4 结果与讨论

综上研究显示，国内智能制造的研究已经积累了一定的研究成果。目前，智能制造文献正呈指数模式快速增长，该学科正处于发展时期，尚未到成熟时期，发展空间较大。在研究热点问题方面，中国制造2025、智能制造技术和系统、人工智能、工业4.0、智能化和自动化等问题是该领域研究的重点。从期刊属性和作者群来看，行业专业性研究类期刊较多，稳定的核心研究群体尚未形成。最后，需要指出的是本研究着眼于CNKI的相关文献和Incopat专利数据库，由于数据量的不足和研究方法的局限，可能会使研究结果不够全面，探究“互联网+智能制造”的新模式，发展工业4.0对中国制造业的转型与升级意义重大，这已成为当前许多学者的共识，将在后续的研究中进一步完善并加以改进。