新型技术道路图构建研究.docx

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1、新型技术道路图构建研究（科学学研究杂志）2015年第八期技术道路图是一种有效的客观管理工具，能够广泛地应用于各个行业进行决策支持并制定长期计划。它不仅提供了一种图形化的方法来探索在时间推移经过中，市场、产品和技术三者间发展和进化的互相关系1，也是把握技术发展态势并有效预测技术将来趋势的重要工具之一。然而，当前技术道路图的绘制主要采用问卷调查、德尔菲、专家访谈等定性分析方法，固然部分学者将文献计量学等定量方法融入到技术道路图的构建中，但核心思想仍然局限于关键技术名词的提取，并不能发现这些技术发展背后的驱动因素和技术发展目的。且目前构建的技术道路图通常只包含技术、产品、市场三个层次，在实际应用经过

2、中很难提供具体指导。为解决这些问题，本文提出了以SAO分析为基础的技术道路图构建方法，以SAO构造包含的关键信息“何种技术能够解决何种问题为根据，在找到领域将来发展关键技术和技术发展趋势的同时挖掘出这些技术趋势背后的驱动因素，即领域发展所必须解决的关键问题，并对SAO构造的语义信息进行属性划分，构建了包含材料、技术、影响因素、产品、目的和应用六个层次的技术道路图。最后，本文以瑞士学者在染敏太阳能电池技术领域的研究成果为实证案例，证实了该方法的科学性和有效性。1文献综述11技术道路图绘制19世纪70年代，技术道路图首先应用于美国的汽车行业，主要目的是避免忽视有可能成功的技术、展示公司对于其利益相

3、关者的策略并最终加强供给链介入者互相间的信任。随后，技术道路图被摩托罗拉及其他公司成功应用，十分是对半导体行业产生了深远的影响2，并广泛地应用于企业的技术创新管理决策、产业发展规划、政府战略规划等方面。固然，技术道路图作为一种有效的创新管理工具已成功应用于诸多领域，但其绘制方法普遍以SWOT分析、情景分析、德尔菲法等定性分析方法为主，例如朱星华和蒋玉涛主要利用德尔菲法和SWOT分析方法构建了广东省区域产业技术道路图3。国家科技部于2005年1月18日组织召开了氢能技术道路图研讨会，围绕氢能技术的5个主要技术领域进行小组划分和研讨，经过两次研讨会最终制定了我国氢能技术的技术道路图4。随着信息技术

4、的不断发展，各国学者开场结合定量化的分析方法进行技术道路图的构建探索。刘兰、赵新力等人利用文本挖掘技术发现隐含在科技信息中的知识和联络，并结合领域专家的知识进行技术道路图的构建5。张璧嘉、张旭将专利网络分析技术引入到技术道路图的构建中，并以美国部分专利为例进行了实证研究6。张嶷等人将文献计量学方法与专家判定相结合，构建了材料、组件、产品三个层次的电动汽车领域全球技术道路图7。Huang等人利用文献计量学、文本挖掘和定性分析方法在国家、技术、企业、实验影响分析四个维度上构建了大学、机构和企业三个层次的中国太阳能电池领域的技术道路图8。根据上述综述信息能够发现，固然一些学者在技术道路图绘制经过中使

5、用了定量或定性与定量相结合的分析方法，在一定程度上克制了传统仅利用定性分析方法构建技术道路图的主观性，并节约了时间和成本，但是它们普遍利用高频词为主体，并不能揭示将来技术发展的驱动因素;且目前构建的技术道路图通常只包含三个层次，并不能有效提供指导企业规划和行业发展所需的详尽信息。12SAO构造信息SAO是SubjectActionObject的英文缩写，即主谓宾构造。SAO语义分析是一种以事实为导向的本体模型，其来源于创新问题解决理论(俄语:TIZ)。其主要目的是发现现有技术并把其作为一种解决目的问题的方案。通常对期刊文献和专利文档的分析主要是提取其SAO构造，这些由主语、谓语、宾语构成的构造

6、能够提供大量技术信息9。例如，它们能够明晰地描绘包含不同语义信息的不同短语或词组间的关系，假如以“问题解决方案形式提取，那么主语就代表技术，谓语和宾语组合起来就能够构成作用概念，代表需要被解决的问题10。这一形式，解决了传统文献计量学方法的缺乏，能够发现某一技术能够解决的特定问题。在此举一个典型的例子，“BatteryEnergizesBulb，这句话中“Bat-tery是主语，代表技术，“Energizes是谓语，“Bulb是宾语，“EnergizesBulb代表了技术“Battery能够解决的问题。如今，SAO分析已广泛应用于各个领域进行期刊文献和专利文献的分析，其中最主要的两个应用领域是

7、技术分析和专利类似度分析。技术分析方面:Gerken和Moehrle提出了基于SAO构造信息的新工具，能够用来识别高创新度的发明11;Choi，Yoon等通过将SAO构造信息的提取和社会网络分析技术相结合，从专利信息中得到了将来技术的发展趋势12;Yoon和Kim利用SAO构造信息和异常值检测技术来识别新技术时机的标志13;郭俊芳等人利用提取SAO构造信息进行技术道路图构建，为新兴技术的将来技术方案和途径选择提供参考14。专利类似度分析方面:Sternitzke和Bergmann利用SAO构造测量了专利文档的类似度，并将此方法与共词分析、文献计量方法、共引用分析和自引用关联四种方法进行了比照研

8、究，得出SAO分析和共词分析方法能够挖掘出与基于引用的分析方法揭示的知识流不同的语义类似度15;Park利用SAO构造计算语义类似性并结合语义TIZ的“easonForJump原理，识别出能够进行技术转移的潜力专利16。由此能够看出，SAO构造依靠其在主谓宾关联度揭示方面的宏大优势，在一定程度上确实能够挖掘出文献计量、引文分析等常用文献分析方法所忽视的信息并为学者提供技术研究、趋势预测和类似度测量方面更详尽和准确的信息。随着SAO语义分析的不断发展成熟，其应用领域也将不断扩大，以其独特的优势挖掘出更多有价值的信息，并将科学研究推向一个新阶段。2基于SAO分析的技术道路图构建21技术道路图构建流

9、程本文以SAO分析为主要工具并辅以专家知识的指导，建立了基于SAO构造信息的六层技术道路图构建方法，详细流程如图1所示。(1)确定研究的技术领域，制定检索策略，下载相关数据。在数据来源方面，既能够选择文献数据库可以以选择专利数据库。(2)SAO构造提取和修正。本文主要利用Stan-fordparser软件对数据进行SAO构造的提取，提取的构造能够来源于文档的标题、摘要或全文，通常摘要被视为最有价值的部分17，因而本文选择摘要部分作为SAO构造提取的来源。由于SAO构造为机器提取，得到的部分结果可能没有详细的意义或者几个构造表达着一样的语义信息，需要专家进行剔除和合并。(3)进行频次统计，找到领

10、域关键问题和对应的技术解决方案，并确定各技术方案出现的时间阶段。(4)对各技术方案按技术道路图的不同定义和其所属部件进行划分。(5)将技术方案、部件、关键问题结合时间因素对应到技术道路图的各层之中，进行技术道路图绘制。22技术道路图各层次定义为了使SAO构造分析挖掘到的信息能够准确的利用到技术道路图的构建经过中，首先要对技术道路图材料、技术、影响因素、产品、目的和应用六个层次进行定义，进而限定其所需要的信息的来源和范围。材料:某一技术方案所使用的关键材料。主要来源于SAO构造中的S。技术:解决某一关键问题所需的详细技术方案。主要来源于SAO构造中的S。影响因素:技术领域发展面临的关键问题，该层

11、次的问题能够被“技术层次中的技术方案所解决，主要来源于SAO构造中的“AO构造串。产品:目的领域内的详细产品。主要来源于“SAO构造中的S。目的:代表目的领域行业的整体目的。该层次的信息能够根据对SAO构造中“AO构造串进行归纳总结并辅以文献调研的方法得到。应用:指目的领域产品能够应用的详细领域，主要来源于SAO构造中的“AO构造串。3实证研究目前，化石燃料危机和全球变暖被以为是人类面临的两个最大挑战，而太阳能电池是新能源领域最具潜力的技术。染敏太阳能电池作为第三代太阳能电池，由于其低制造成本、易装配经过和相对较高的能量转化效率等优势替代硅太阳能电池等传统光伏设备的潜力极大18。在能源短缺和环

12、境问题的视角下，分析染敏太阳能电池领域的发展对于新能源领域的技术研发规划和政策制定具有重要作用。为控制数据量以确保实证研究的有效进行，本文选择染敏太阳能电池技术为实证对象，并将作者国家限定为瑞士来开展技术道路图的构建，主要原因有下面几点:(1)瑞士科学家Gratzel是染敏太阳能电池技术领域最具权威的专家，不仅初次发明了染敏太阳能电池，而且其研发的DSSCs技术以其高效率居世界领先地位;(2)与瑞士进行DSSCs技术研发合作的国家数量多且几乎涵盖全球发表DSSCs技术类论文数量排名前20位的国家。这些都从侧面反映出瑞士为染敏太阳能电池技术领域的领先国家，了解其在该领域的核心解决问题、关键技术趋

13、势、行业目的等信息对于我国DSSCs技术领域的发展具有重要的指导作用。(1)本文采用本科研团队早前与佐治亚理工学院学者在相关领域数据检索合作中得到的检索策略19，对WebofScience平台中的SCIE数据库进行检索，获得染敏太阳能电池技术领域19912013年的所有数据，并选择其中瑞士学者发表的论文作为源数据，共得到484篇。(2)利用Stanfordparser软件对484篇文章进行SAO构造提取，经修正后共得到321条有效的SAO构造。(3)经过频次统计能够发现，瑞士DSSCs领域研究排名前3的关键问题分别为improve/increaseefficiency，improve/enha

14、ncestability和improve/in-creaseperformance，频次分别为100、18和15。根据这三个“AO构造串连接的“S能够找到解决这三个关键问题的关键技术(或解决方案)，对这些技术进行归纳得到表1。值得注意的是通过对efficiency进行分析，发现了2012年太阳能电池技术领域的重大突破，太阳能电池开场应用于水分解技术中。(4)对表1的“S和“AO信息分别按TM各层的定义进行分类并归纳进其所属的TM层次中，其中“目的层信息可根据“影响因素层信息并结合文献调研得到，各层详细结果如表2所示。(5)根据表2所包含的信息并结合代表各技术、材料和产品的宾语(S)在文献中出现

15、的时间，进行技术道路图绘制，结果如图2所示。由以上技术道路图可知:(1)问题层面:对技术道路图进行分析能够得到瑞士学者对于染敏太阳能电池技术领域的研发活动主要集中于提升转化效率、加强稳定性和提高电池性能三个问题，其中提高太阳能电池的转化效率是最主要的技术驱动因素。(2)技术层面:在提高太阳能电池转化效率这一关键问题上，主要采用的技术包括:开发新的敏化剂和不同敏化剂的混合使用。新型敏化剂开发主要包括DpiA有机警化剂、能量传递染料、无机钌类敏化剂，且近几年学者们对于有机警化剂的研发逐步超过传统的无机钌类敏化剂，有机无机警化剂是新兴的研究热门;离子、酸或化合物的添加，该技术主要围绕敏化剂和电解质两

16、大部件进行。敏化剂方面主要是酸类和离子的添加，电解质方面主要是CLS、TBP和钴类化合物及离子的添加;探索开发新型材料，主要为利用金红石(utile)制造新型光阳极半导体薄膜，选择石墨烯(graphene)作为新型材料对电极材料;改变电池构造，主要为串联混合电池，双层电池、三分支构造电池等;新型氧化复原电子对的开发，该技术主要针对电解质进行改善，利用新型氧化复原电子对替代传统的电子对，目前较为流行的为I/I3氧化复原电子对。在提升稳定性方面主要采用的技术主要包括:开发新型敏化剂，主要为方酸类敏化剂、量子点敏化剂、锌酞菁类敏化剂等，其中固然量子点敏化剂应用于染敏太阳能电池中的效率很低，但是其仍然

17、是一种极具潜力的敏化剂，在全色反响和稳定性方面效果较好;离子、化合物添加，主要为固态空穴导电材料或金属离子在电解质中的添加;热处理技术;开发新型的电解质化合物，进而增加电解质的稳定性。提升性能方面主要采用的技术主要包括:不同敏化剂的混合使用，通常为无机警化剂和有机警化剂的搭配使用，无机警化剂稳定性好但是成本高，有机警化剂成本低且吸光系数高，两者的联合使用能够扬长避短，进而提升染敏太阳能电池的性能;离子和钴化合物添加;开发新型敏化剂，主要为DpiA型有机警化剂;薄膜构造的改变，其本质是利用对半导体薄膜构造的改变来增加薄膜的面积、孔隙率，进而增加对染料的吸附量，进而提高效率，主要的形式为双层二氧化

18、钛薄膜和3D形态薄膜;根据电解质和敏化剂之间的匹配提升效率。(3)产品趋势层面:由技术道路图的产品层和目的层能够看出，瑞士学者对该领域的产品研发主要围绕高效率低成本的染敏太阳能电池进行，电池构造逐步趋于复杂化，且注重电池各个部件间的匹配已期到达最优性能。(4)市场趋势层面:染敏太阳能电池目前已发展二十余年，但由于效率方面的原因迟迟没有进行大规模商业化的生产和应用，随着染敏太阳能电池技术的不断进步使得效率不断提高，其研发成果也将不断向商业化应用迈进。十分是2012年Gratzel教授将染敏太阳能电池应用于水分解研究中，初次实现了染敏太阳能电池的实践应用，相信随着染敏太阳能电池技术的不断完善，领域

19、专家将不断尝试其在其它领域中的应用。4结论本文利用SAO分析并结合“问题解决方案原则设计了基于SAO构造信息的技术道路图构建流程，通过对所提取的SAO构造信息进行分类处理，并结合文献调研方法进行补充使其成为可直接构成技术道路图每一层次的详细信息，进而实现包含材料、技术、影响因素、产品、目的和应用六个层次的技术道路图的构建，并以瑞士学者在DSSCs技术领域的研究成果为实证对象，讲明了方法的可行性和有效性。该方法构建的技术道路图包含的信息量全面而详细，不仅能够揭示领域技术研发的驱动因素，也能为企业提供某一问题的详细解决方案，其主要具备三大优势，首先，根据该技术道路图的影响因素层面能够找到领域内的技

20、术研发驱动因素，进而促进整个行业对领域内重点问题、技术研发方向的把握;其次，该技术道路图在提供关键问题信息的基础上也为企业和行业提供了解决这些关键问题的技术以及技术详细使用的材料等信息，为解决详细问题提供了可参考的方案指导;最后，由于本技术道路图涉及材料、技术、影响因素、产品、目的和应用六个层次，提供了领域发展目的的具体途径，对于企业或行业来讲，该技术道路图能够在将来发展方向、产品走向、技术驱动等方面提供更全面的信息和更详尽的指导。然而，该方法仍然存在一定的局限性。一方面，本文所选的案例仅为瑞士学者，得到的结果也只是对瑞士学者DSSCs技术领域现状和趋势方面的揭示。假如能够将数据量扩大到整个DSSCs技术领域，其分析结果也将更具实际价值和参考意义;另一方面，本文主要对文献的摘要信息进行SAO构造提取，固然摘要被以为是整篇文章中最具代表性和价值的部分，但由于其简短性并不能完好反映整篇文章使用的所有技术和解决的所有问题，假如对全文进行SAO构造提取，所得结果亦将更具讲服力。这些都将是本方法将来进一步深化研究的问题。