新型技術(shù)路線圖構(gòu)建研究范文

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《科學(xué)學(xué)研究雜志》2015年第八期

技術(shù)路線圖是一種有效的客觀管理工具，可以廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)進(jìn)行決策支持并制定長期計劃。它不僅提供了一種圖形化的方法來探索在時間推移過程中，市場、產(chǎn)品和技術(shù)三者間發(fā)展和進(jìn)化的相互關(guān)系［1］，也是掌握技術(shù)發(fā)展態(tài)勢并有效預(yù)測技術(shù)未來趨勢的重要工具之一。然而，當(dāng)前技術(shù)路線圖的繪制主要采用問卷調(diào)查、德爾菲、專家訪談等定性分析方法，雖然部分學(xué)者將文獻(xiàn)計量學(xué)等定量方法融入到技術(shù)路線圖的構(gòu)建中，但核心思想依然局限于關(guān)鍵技術(shù)名詞的提取，并不能發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)發(fā)展背后的驅(qū)動因素和技術(shù)發(fā)展目的。且目前構(gòu)建的技術(shù)路線圖通常只包含技術(shù)、產(chǎn)品、市場三個層次，在實際應(yīng)用過程中很難提供詳細(xì)指導(dǎo)。為解決這些問題，本文提出了以SAO分析為基礎(chǔ)的技術(shù)路線圖構(gòu)建方法，以SAO結(jié)構(gòu)包含的關(guān)鍵信息———“何種技術(shù)可以解決何種問題”為依據(jù)，在找到領(lǐng)域未來發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)發(fā)展趨勢的同時挖掘出這些技術(shù)趨勢背后的驅(qū)動因素，即領(lǐng)域發(fā)展所必須解決的關(guān)鍵問題，并對SAO結(jié)構(gòu)的語義信息進(jìn)行屬性劃分，構(gòu)建了包含材料、技術(shù)、影響因素、產(chǎn)品、目標(biāo)和應(yīng)用六個層次的技術(shù)路線圖。最后，本文以瑞士學(xué)者在染敏太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域的研究成果為實證案例，證明了該方法的科學(xué)性和有效性。

1文獻(xiàn)綜述

1．1技術(shù)路線圖繪制19世紀(jì)70年代，技術(shù)路線圖首先應(yīng)用于美國的汽車行業(yè)，主要目的是避免忽視有可能成功的技術(shù)、展示公司對于其利益相關(guān)者的策略并最終加強(qiáng)供應(yīng)鏈參與者相互間的信任。隨后，技術(shù)路線圖被摩托羅拉及其他公司成功應(yīng)用，特別是對半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響［2］，并廣泛地應(yīng)用于企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新管理決策、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、政府戰(zhàn)略規(guī)劃等方面。雖然，技術(shù)路線圖作為一種有效的創(chuàng)新管理工具已成功應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，但其繪制方法普遍以SWOT分析、情景分析、德爾菲法等定性分析方法為主，例如朱星華和蔣玉濤主要利用德爾菲法和SWOT分析方法構(gòu)建了廣東省區(qū)域產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖［3］。國家科技部于2005年1月18日組織召開了氫能技術(shù)路線圖研討會，圍繞氫能技術(shù)的5個主要技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行小組劃分和研討，經(jīng)過兩次研討會最終制定了我國氫能技術(shù)的技術(shù)路線圖［4］。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各國學(xué)者開始結(jié)合定量化的分析方法進(jìn)行技術(shù)路線圖的構(gòu)建探索。劉蘭、趙新力等人利用文本挖掘技術(shù)發(fā)現(xiàn)隱含在科技信息中的知識和聯(lián)系，并結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜业闹R進(jìn)行技術(shù)路線圖的構(gòu)建［5］。張璧嘉、張旭將專利網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)引入到技術(shù)路線圖的構(gòu)建中，并以美國部分專利為例進(jìn)行了實證研究［6］。張嶷等人將文獻(xiàn)計量學(xué)方法與專家判斷相結(jié)合，構(gòu)建了材料、組件、產(chǎn)品三個層次的電動汽車領(lǐng)域全球技術(shù)路線圖［7］。Huang等人利用文獻(xiàn)計量學(xué)、文本挖掘和定性分析方法在國家、技術(shù)、企業(yè)、實驗影響分析四個維度上構(gòu)建了大學(xué)、機(jī)構(gòu)和企業(yè)三個層次的中國太陽能電池領(lǐng)域的技術(shù)路線圖［8］。根據(jù)上述綜述信息可以發(fā)現(xiàn)，雖然一些學(xué)者在技術(shù)路線圖繪制過程中使用了定量或定性與定量相結(jié)合的分析方法，在一定程度上克服了傳統(tǒng)僅利用定性分析方法構(gòu)建技術(shù)路線圖的主觀性，并節(jié)約了時間和成本，但是它們普遍利用高頻詞為主體，并不能揭示未來技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動因素;且目前構(gòu)建的技術(shù)路線圖通常只包含三個層次，并不能有效提供指導(dǎo)企業(yè)規(guī)劃和行業(yè)發(fā)展所需的詳盡信息。

1．2SAO結(jié)構(gòu)信息SAO是Subject－Action－Object的英文縮寫，即主謂賓結(jié)構(gòu)。SAO語義分析是一種以事實為導(dǎo)向的本體模型，其來源于創(chuàng)新問題解決理論(俄語:TRIZ)。其主要目的是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)并把其作為一種解決目標(biāo)問題的方案。通常對期刊文獻(xiàn)和專利文檔的分析主要是提取其SAO結(jié)構(gòu)，這些由主語、謂語、賓語構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可以提供大量技術(shù)信息［9］。例如，它們可以清晰地描繪包含不同語義信息的不同短語或詞組間的關(guān)系，如果以“問題－解決方案”形式提取，那么主語就代表技術(shù)，謂語和賓語組合起來就可以形成作用概念，代表需要被解決的問題［10］。這一形式，解決了傳統(tǒng)文獻(xiàn)計量學(xué)方法的不足，可以發(fā)現(xiàn)某一技術(shù)可以解決的特定問題。在此舉一個典型的例子，“BatteryEnergizesBulb”，這句話中“Bat-tery”是主語，代表技術(shù)，“Energizes”是謂語，“Bulb”是賓語，“EnergizesBulb”代表了技術(shù)“Battery”可以解決的問題。現(xiàn)在，SAO分析已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域進(jìn)行期刊文獻(xiàn)和專利文獻(xiàn)的分析，其中最主要的兩個應(yīng)用領(lǐng)域是技術(shù)分析和專利相似度分析。技術(shù)分析方面:Gerken和Moehrle提出了基于SAO結(jié)構(gòu)信息的新工具，可以用來識別高創(chuàng)新度的發(fā)明［11］;Choi，Yoon等通過將SAO結(jié)構(gòu)信息的提取和社會網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)相結(jié)合，從專利信息中得到了未來技術(shù)的發(fā)展趨勢［12］;Yoon和Kim利用SAO結(jié)構(gòu)信息和異常值檢測技術(shù)來識別新技術(shù)機(jī)會的標(biāo)志［13］;郭俊芳等人利用提取SAO結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行技術(shù)路線圖構(gòu)建，為新興技術(shù)的未來技術(shù)方案和路徑選擇提供參考［14］。專利相似度分析方面:Sternitzke和Bergmann利用SAO結(jié)構(gòu)測量了專利文檔的相似度，并將此方法與共詞分析、文獻(xiàn)計量方法、共引用分析和自引用關(guān)聯(lián)四種方法進(jìn)行了對比研究，得出SAO分析和共詞分析方法可以挖掘出與基于引用的分析方法揭示的知識流不同的語義相似度［15］;Park利用SAO結(jié)構(gòu)計算語義相似性并結(jié)合語義TRIZ的“ReasonForJump”原理，識別出可以進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移的潛力專利［16］。由此可以看出，SAO結(jié)構(gòu)依靠其在主－謂－賓關(guān)聯(lián)度揭示方面的巨大優(yōu)勢，在一定程度上確實能夠挖掘出文獻(xiàn)計量、引文分析等常用文獻(xiàn)分析方法所忽視的信息并為學(xué)者提供技術(shù)研究、趨勢預(yù)測和相似度測量方面更詳盡和準(zhǔn)確的信息。隨著SAO語義分析的不斷發(fā)展成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大，以其獨特的優(yōu)勢挖掘出更多有價值的信息，并將科學(xué)研究推向一個新階段。

2基于SAO分析的技術(shù)路線圖構(gòu)建

2．1技術(shù)路線圖構(gòu)建流程本文以SAO分析為主要工具并輔以專家知識的指導(dǎo)，建立了基于SAO結(jié)構(gòu)信息的六層技術(shù)路線圖構(gòu)建方法，具體流程如圖1所示。(1)確定研究的技術(shù)領(lǐng)域，制定檢索策略，下載相關(guān)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)來源方面，既可以選擇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫也可以選擇專利數(shù)據(jù)庫。(2)SAO結(jié)構(gòu)提取和修正。本文主要利用Stan-fordparser軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行SAO結(jié)構(gòu)的提取，提取的結(jié)構(gòu)可以來源于文檔的標(biāo)題、摘要或全文，通常摘要被視為最有價值的部分［17］，因此本文選擇摘要部分作為SAO結(jié)構(gòu)提取的來源。由于SAO結(jié)構(gòu)為機(jī)器提取，得到的部分結(jié)果可能沒有具體的意義或者幾個結(jié)構(gòu)表達(dá)著相同的語義信息，需要專家進(jìn)行剔除和合并。(3)進(jìn)行頻次統(tǒng)計，找到領(lǐng)域關(guān)鍵問題和對應(yīng)的技術(shù)解決方案，并確定各技術(shù)方案出現(xiàn)的時間階段。(4)對各技術(shù)方案按技術(shù)路線圖的不同定義和其所屬部件進(jìn)行劃分。(5)將技術(shù)方案、部件、關(guān)鍵問題結(jié)合時間因素對應(yīng)到技術(shù)路線圖的各層之中，進(jìn)行技術(shù)路線圖繪制。

2．2技術(shù)路線圖各層次定義為了使SAO結(jié)構(gòu)分析挖掘到的信息可以準(zhǔn)確的利用到技術(shù)路線圖的構(gòu)建過程中，首先要對技術(shù)路線圖材料、技術(shù)、影響因素、產(chǎn)品、目標(biāo)和應(yīng)用六個層次進(jìn)行定義，從而限定其所需要的信息的來源和范圍。材料:某一技術(shù)方案所使用的關(guān)鍵材料。主要來源于SAO結(jié)構(gòu)中的S。技術(shù):解決某一關(guān)鍵問題所需的具體技術(shù)方案。主要來源于SAO結(jié)構(gòu)中的S。影響因素:技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題，該層次的問題可以被“技術(shù)層次”中的技術(shù)方案所解決，主要來源于SAO結(jié)構(gòu)中的“AO”結(jié)構(gòu)串。產(chǎn)品:目標(biāo)領(lǐng)域內(nèi)的具體產(chǎn)品。主要來源于“SAO”結(jié)構(gòu)中的S。目標(biāo):代表目標(biāo)領(lǐng)域行業(yè)的整體目標(biāo)。該層次的信息可以依據(jù)對SAO結(jié)構(gòu)中“AO”結(jié)構(gòu)串進(jìn)行歸納總結(jié)并輔以文獻(xiàn)調(diào)研的方法得到。應(yīng)用:指目標(biāo)領(lǐng)域產(chǎn)品可以應(yīng)用的具體領(lǐng)域，主要來源于SAO結(jié)構(gòu)中的“AO”結(jié)構(gòu)串。

3實證研究

目前，化石燃料危機(jī)和全球變暖被認(rèn)為是人類面臨的兩個最大挑戰(zhàn)，而太陽能電池是新能源領(lǐng)域最具潛力的技術(shù)。染敏太陽能電池作為第三代太陽能電池，由于其低制造成本、易裝配過程和相對較高的能量轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)勢替代硅太陽能電池等傳統(tǒng)光伏設(shè)備的潛力極大［18］。在能源短缺和環(huán)境問題的視角下，分析染敏太陽能電池領(lǐng)域的發(fā)展對于新能源領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)規(guī)劃和政策制定具有重要作用。為控制數(shù)據(jù)量以確保實證研究的有效進(jìn)行，本文選擇染敏太陽能電池技術(shù)為實證對象，并將作者國家限定為瑞士來開展技術(shù)路線圖的構(gòu)建，主要原因有以下幾點:(1)瑞士科學(xué)家Gratzel是染敏太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域最具權(quán)威的專家，不僅首次發(fā)明了染敏太陽能電池，而且其研發(fā)的DSSCs技術(shù)以其高效率居世界領(lǐng)先地位;(2)與瑞士進(jìn)行DSSCs技術(shù)研發(fā)合作的國家數(shù)量多且?guī)缀鹾w全球發(fā)表DSSCs技術(shù)類論文數(shù)量排名前20位的國家。這些都從側(cè)面反映出瑞士為染敏太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先國家，了解其在該領(lǐng)域的核心解決問題、關(guān)鍵技術(shù)趨勢、行業(yè)目標(biāo)等信息對于我國DSSCs技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用。(1)本文采用本科研團(tuán)隊早前與佐治亞理工學(xué)院學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域數(shù)據(jù)檢索合作中得到的檢索策略［19］，對WebofScience平臺中的SCI－E數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，獲得染敏太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域1991－2013年的所有數(shù)據(jù)，并選擇其中瑞士學(xué)者發(fā)表的論文作為源數(shù)據(jù)，共得到484篇。(2)利用Stanfordparser軟件對484篇文章進(jìn)行SAO結(jié)構(gòu)提取，經(jīng)修正后共得到321條有效的SAO結(jié)構(gòu)。(3)經(jīng)過頻次統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，瑞士DSSCs領(lǐng)域研究排名前3的關(guān)鍵問題分別為improve/increaseefficiency，improve/enhancestability和improve/in-creaseperformance，頻次分別為100、18和15。根據(jù)這三個“AO”結(jié)構(gòu)串連接的“S”可以找到解決這三個關(guān)鍵問題的關(guān)鍵技術(shù)(或解決方案)，對這些技術(shù)進(jìn)行歸納得到表1。值得注意的是通過對efficiency進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了2012年太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，太陽能電池開始應(yīng)用于水分解技術(shù)中。(4)對表1的“S”和“AO”信息分別按TRM各層的定義進(jìn)行分類并歸納進(jìn)其所屬的TRM層次中，其中“目標(biāo)”層信息可根據(jù)“影響因素”層信息并結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研得到，各層具體結(jié)果如表2所示。(5)根據(jù)表2所包含的信息并結(jié)合代表各技術(shù)、材料和產(chǎn)品的賓語(S)在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的時間，進(jìn)行技術(shù)路線圖繪制，結(jié)果如圖2所示。

由以上技術(shù)路線圖可知:(1)問題層面:對技術(shù)路線圖進(jìn)行分析可以得到瑞士學(xué)者對于染敏太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)活動主要集中于提升轉(zhuǎn)化效率、加強(qiáng)穩(wěn)定性和提高電池性能三個問題，其中提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率是最主要的技術(shù)驅(qū)動因素。(2)技術(shù)層面:在提高太陽能電池轉(zhuǎn)化效率這一關(guān)鍵問題上，主要采用的技術(shù)包括:①開發(fā)新的敏化劑和不同敏化劑的混合使用。新型敏化劑開發(fā)主要包括D－pi－A有機(jī)敏化劑、能量傳遞染料、無機(jī)釕類敏化劑，且近幾年學(xué)者們對于有機(jī)敏化劑的研發(fā)逐漸超過傳統(tǒng)的無機(jī)釕類敏化劑，有機(jī)－無機(jī)敏化劑是新興的研究熱點;②離子、酸或化合物的添加，該技術(shù)主要圍繞敏化劑和電解質(zhì)兩大部件進(jìn)行。敏化劑方面主要是酸類和離子的添加，電解質(zhì)方面主要是CLS、TBP和鈷類化合物及離子的添加;③探索開發(fā)新型材料，主要為利用金紅石(Rutile)制造新型光陽極半導(dǎo)體薄膜，選擇石墨烯(graphene)作為新型材料對電極材料;④改變電池結(jié)構(gòu)，主要為串聯(lián)混合電池，雙層電池、三分支結(jié)構(gòu)電池等;⑤新型氧化還原電子對的開發(fā)，該技術(shù)主要針對電解質(zhì)進(jìn)行改善，利用新型氧化還原電子對替代傳統(tǒng)的電子對，目前較為流行的為I－/I3－氧化還原電子對。在提升穩(wěn)定性方面主要采用的技術(shù)主要包括:①開發(fā)新型敏化劑，主要為方酸類敏化劑、量子點敏化劑、鋅酞菁類敏化劑等，其中雖然量子點敏化劑應(yīng)用于染敏太陽能電池中的效率很低，但是其依然是一種極具潛力的敏化劑，在全色反應(yīng)和穩(wěn)定性方面效果較好;②離子、化合物添加，主要為固態(tài)空穴導(dǎo)電材料或金屬離子在電解質(zhì)中的添加;③熱處理技術(shù);④開發(fā)新型的電解質(zhì)化合物，從而增加電解質(zhì)的穩(wěn)定性。提升性能方面主要采用的技術(shù)主要包括:①不同敏化劑的混合使用，通常為無機(jī)敏化劑和有機(jī)敏化劑的搭配使用，無機(jī)敏化劑穩(wěn)定性好但是成本高，有機(jī)敏化劑成本低且吸光系數(shù)高，兩者的聯(lián)合使用可以取長補短，從而提升染敏太陽能電池的性能;②離子和鈷化合物添加;③開發(fā)新型敏化劑，主要為D－pi－A型有機(jī)敏化劑;④薄膜結(jié)構(gòu)的改變，其本質(zhì)是利用對半導(dǎo)體薄膜結(jié)構(gòu)的改變來增加薄膜的面積、孔隙率，從而增加對染料的吸附量，進(jìn)而提高效率，主要的形式為雙層二氧化鈦薄膜和3D形態(tài)薄膜;⑤根據(jù)電解質(zhì)和敏化劑之間的匹配提升效率。(3)產(chǎn)品趨勢層面:由技術(shù)路線圖的產(chǎn)品層和目標(biāo)層可以看出，瑞士學(xué)者對該領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)主要圍繞高效率低成本的染敏太陽能電池進(jìn)行，電池結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜化，且注重電池各個部件間的匹配已期達(dá)到最優(yōu)性能。(4)市場趨勢層面:染敏太陽能電池目前已發(fā)展二十余年，但由于效率方面的原因遲遲沒有進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化的生產(chǎn)和應(yīng)用，隨著染敏太陽能電池技術(shù)的不斷進(jìn)步使得效率不斷提高，其研發(fā)成果也將不斷向商業(yè)化應(yīng)用邁進(jìn)。特別是2012年Gratzel教授將染敏太陽能電池應(yīng)用于水分解研究中，首次實現(xiàn)了染敏太陽能電池的實踐應(yīng)用，相信隨著染敏太陽能電池技術(shù)的不斷完善，領(lǐng)域?qū)＜覍⒉粩鄧L試其在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用。

4結(jié)論

本文利用SAO分析并結(jié)合“問題—解決方案”原則設(shè)計了基于SAO結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)路線圖構(gòu)建流程，通過對所提取的SAO結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行分類處理，并結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研方法進(jìn)行補充使其成為可直接構(gòu)成技術(shù)路線圖每一層次的具體信息，從而實現(xiàn)包含材料、技術(shù)、影響因素、產(chǎn)品、目標(biāo)和應(yīng)用六個層次的技術(shù)路線圖的構(gòu)建，并以瑞士學(xué)者在DSSCs技術(shù)領(lǐng)域的研究成果為實證對象，說明了方法的可行性和有效性。該方法構(gòu)建的技術(shù)路線圖包含的信息量全面而具體，不僅可以揭示領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的驅(qū)動因素，也能為企業(yè)提供某一問題的具體解決方案，其主要具備三大優(yōu)勢，首先，根據(jù)該技術(shù)路線圖的影響因素層面可以找到領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)研發(fā)驅(qū)動因素，從而促進(jìn)整個行業(yè)對領(lǐng)域內(nèi)重點問題、技術(shù)研發(fā)方向的把握;其次，該技術(shù)路線圖在提供關(guān)鍵問題信息的基礎(chǔ)上也為企業(yè)和行業(yè)提供了解決這些關(guān)鍵問題的技術(shù)以及技術(shù)具體使用的材料等信息，為解決具體問題提供了可參考的方案指導(dǎo);最后，由于本技術(shù)路線圖涉及材料、技術(shù)、影響因素、產(chǎn)品、目標(biāo)和應(yīng)用六個層次，提供了領(lǐng)域發(fā)展目標(biāo)的詳細(xì)路徑，對于企業(yè)或行業(yè)來說，該技術(shù)路線圖可以在未來發(fā)展方向、產(chǎn)品走向、技術(shù)驅(qū)動等方面提供更全面的信息和更詳盡的指導(dǎo)。然而，該方法依然存在一定的局限性。一方面，本文所選的案例僅為瑞士學(xué)者，得到的結(jié)果也只是對瑞士學(xué)者DSSCs技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)狀和趨勢方面的揭示。如果可以將數(shù)據(jù)量擴(kuò)大到整個DSSCs技術(shù)領(lǐng)域，其分析結(jié)果也將更具實際價值和參考意義;另一方面，本文主要對文獻(xiàn)的摘要信息進(jìn)行SAO結(jié)構(gòu)提取，雖然摘要被認(rèn)為是整篇文章中最具代表性和價值的部分，但由于其簡短性并不能完整反映整篇文章使用的所有技術(shù)和解決的所有問題，如果對全文進(jìn)行SAO結(jié)構(gòu)提取，所得結(jié)果亦將更具說服力。這些都將是本方法未來進(jìn)一步深入研究的問題。

作者：汪雪鋒 邱鵬君 付蕓 單位：北京理工大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院