基于文献计量法的技术风险评估研究

/北京航天长征科技信息研究所

航天型号产品的研制呈现体系复杂、技术先进、投资巨大、研发周期长等一系列特点，具有较高的风险，表现在进度慢、性能低、费用涨等多种形式。航天型号产品的研制一般包括任务需求分析、可行性论证、方案设计、工程研制、设计定型、试生产、批生产以及使用改进等阶段。如果在任务需求分析阶段能够进行技术风险评估，则可以有效降低这些风险的发生。

目前，国内外航天企业均根据自身情况建立了相应的技术成熟度风险模型，但是较少有通过对科技文献（含专利和非专利文献）进行计量挖掘分析而建立的技术风险评估体系，而且对文献的分析多数也是以定性分析为主、定量分析为辅的方式，将专利和非专利文献有效结合的计量分析模型更是少之又少。因此，笔者将对基于专利和非专利文献的文献计量方法在航天技术风险评估中的应用进行初步的研究和控讨。

一、文献计量分析的概念及作用

1.文献计量分析的概念

随着信息技术的发展，海量的文献知识产生于各领域的现代运营过程中，这些文献知识是客观的，但也是无序、分散和非结构化的，需要经过数据清洗和处理才能成为具有现实价值的有用知识。同时还需要对潜藏在庞杂乱散数据背后的各类知识进行计量统计和挖掘提炼。

1964年，兰德公司通过长期调研发表了《长远预测研究报告》，首次将文献计量分析法和德尔菲法用于未来技术预测研究。经过几十年的发展，技术预见研究逐渐形成了定性和定量两大类研究方法。定性方法以德尔菲法为代表，定量方法以文献同被引分析、主题共现地图、技术形态分析等方法为代表。其中，基于计量的技术形态分析是新兴起并引起较高关注的一种技术预见研究方法。文献计量分析是指借助文献各种特征的数量，采用数学与统计学方法来描述、评价和预测科学技术的现状与发展趋势的知识发现方法。文献计量分析法作为知识分析和情报研究中成熟的定量研究方法，已经在国内外得到非常广泛的应用，尤其在描述技术的演进发展、竞争对手发现和研发风险预警方面取得了诸多卓有成效的成果。

2.文献计量分析的作用

针对技术项目（产品）在立项阶段所面临的技术研发和知识产权等风险，基于对科技文献知识（含专利和非专利）的计量分析开展立项风险分析评估，主要解决以下问题：基于计量统计分析识别风险；基于量化指标科学评价风险，包括是否具有研发潜力，是否会触及技术壁垒；提出有效规避或降低风险的措施及建议。

二、技术风险评估方法及工作流程

按照风险管理理论，高新技术项目的风险可从不同角度、不同标准进行分类，其中按照风险引发或损失产生的原因可将风险划分为技术风险、市场风险、管理风险、财务风险等。此次的研究对象为技术风险的评估方法及指标。

技术风险是指在高新技术项目研发过程中，技术能否顺利转化为生产力，并能在未来适应该领域技术发展而产生的风险，主要包括：一是技术生命周期的不确定性，是否能够在有限的技术生命周期过程中保持先进性和竞争性，是高新技术项目的重要潜在风险因素；二是技术成果的成熟度，主要表现为技术是否具备稳定性和可靠性；三是技术论证的不充分性，技术可行性论证的充分与否将直接导致项目所面临的技术风险程度；四是技术环境风险，包括竞争对手在该领域已取得的成果和国家政策在该领域技术的政策导向等。

1.技术风险评估模型

根据中国科学技术信息研究所郑彦宁教授发表的《高新技术项目技术风险评估研究——技术风险模型构建和风险因素分析》文章中提出的高新技术项目技术风险三维模型（见图1），并结合中国运载火箭技术研究院的实际情况建立模型评价指标，见表1、表2和表3。

图1 高新技术项目技术风险三维模型图

在这些评价指标中，有些指标需要通过阅读相关法规文献进行定性总结分析，有些则可以利用文献计量分析方法来进行量化考核，如技术生命周期、技术前景风险、产业技术竞争强度、技术竞争指数、专利权力要求数和专利授权率等。

2.工作流程

技术风险评估工作流程（见图2）包括项目调研、确定关键词及检索策略、获取科技文献知识、定性总结分析、文献计量分析以及提出研发及专利布局建议6个环节。

开展项目调研。该环节需要技术人员给予高度的配合，提供项目背景资料、技术专家咨询，并填写项目调查单（技术主题树、技术功效图、本单位技术优劣势等）。

确定关键词及检索策略。专利和非专利分析人员根据技术人员提供的调研材料进行初检、调整关键词和检索策略。

获取科技文献知识。专利和非专利分析人员下载专利文献和非专利文献的元数据，并进行数据筛选和清洗。

定性总结分析。非专利分析人员通过对检索到的重点非专利文献进行阅读后，分析国内外现状、技术发展情况和竞争对手情况，并进行综述；专利分析人员通过阅读重点专利文献比较分析本单位技术与重点专利技术的差距，并找出可借鉴或可直接利用的技术点。

文献计量分析。该环节是技术风险评估的关键环节，与定性总结分析可同时进行，并可相互提供参考和补充。首先，利用元数据抽取软件，基于海量概念关系词典对下载的科技文献进行元数据的抽取，抽取字段包括标题、关键词、摘要、作者（专利发明人）、机构（专利申请人）、发表时间（专利申请时间）等；其次，利用计量分析软件对风险评估指标进行计量统计，统计内容包括高频词（标题主题词、关键词和摘要主题词）、作者（专利发明人）、机构（专利申请人）、发表时间（专利申请时间）等；最后，将共现高频词形成聚类知识岛图，即技术前景风险图，以确定技术潜力区和技术壁垒区。

表1 技术环境风险评价指标及量化标准

表2 技术特征风险评价指标及量化标准

提出研发及专利布局建议。专利和非专利分析人员根据上述分析结果，提出研发及专利布局建议。

三、文献计量分析在航天技术风险评估中的实践

采用文献计量学方法定量分析研究文献的外部特征，能够从某些角度反映出一个技术领域的研究现状。在开展一个项目的文献计量分析过程中，工作流程的制定和组织机构的建立是基础，相关文献的检索是工作开展的关键，准确合理的分析是成果具备借鉴性和参考性的决定因素。

因此，笔者以技术主题“铝合金在运载火箭结构材料中的应用”为实例，将中国知识产权网和中国知网两大专业文献数据库的文献作为检索数据源，结合专利和非专利文献，并利用文献计量分析方法和定性总结方法对该实例进行技术风险评估的实践应用。

表3 项目组织风险评价指标及量化标准

图2 基于科技文献分析的技术风险评估工作流程图

通过对检索获得的专利和非专利文献进行阅读，可以总结出以下内容：铝合金按其生产和加工方法分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。目前，运载火箭主要是采用变形铝合金的各种半成品加工成各种零部件或用铸造铝合金直接生产零部件。用粉末冶金技术也可生产半成品和零部件，但成本较高。

比强度高是铝合金应用于航天结构的首要条件，作为结构材料使用的铝合金必须通过合金化或者其它手段来改善其性能。铝合金的强化机理主要有固溶强化、沉淀强化、亚结构强化、晶粒细化强度及弥散强化等。在铝合金中加入锂元素，可以降低铝合金密度、提高抗拉强度和屈服强度，增加弹性模量和韧性，提高抗腐蚀能力；在铝合金中加入铜、镁等元素来增强铝强度。除了强化合金外，铝合金中还经常加入一些其它作用的元素，用来控制铝合金的晶粒结构。

1.技术生命周期分析

从图3可以看出，铝锂合金文献公开量在1992年最多，之后迅速下降，尤其是在2002～2005年期间没有文献公开，说明该技术处于技术衰退期，技术风险较大。AA5000系列铝镁合金文献公开量在2002年开始上升，在2003年超过其它铝合金公开量，文献拥有人数均大幅增长，说明较多力量进入该技术市场，相关配套技术陆续研制，竞争相对较弱，该阶段风险最小。就目前而言，铝锌系列合金文献公开量较其它种类稍多，说明铝锌合金研发活动较活跃，在航天结构材料中应用较多。

2.技术热点分析

主题词词频统计分析。通过软件对公开文献中高频词的统计分析可了解到，铝合金技术领域的公开文献中词频较高的有热处理、粉末冶金技术、铝锌合金等，说明其技术热点集中在这3个方面。

主题词变化趋势分析。从图4可以看出这些高频词的年度变化趋势，如热处理技术从2004年开始在文献中出现的次数连续增加，在2011和2012年达到峰值，后期有所下降。如果在未来持续下降则说明热处理技术进入了技术衰退期，如果未来开始有所上升，则说明其进入了技术成熟期。

3.基于专利文献的风险分析

图3 铝合金技术生命周期趋势图

图5 项目技术前景风险初始图

技术热点聚类分析。其以当前所有专利文献包含的主题词为基础，以这些词的共现强度为聚类阈值，对当前集中的关键词进行聚类，生成项目技术风险初始图（见图5）。该图为文本聚类结果的图像展示方式之一，其可以确定技术前景的潜力区和壁垒区。从图中可以看到铝合金公开文献中涉及的主要技术内容为通过表面处理、焊接工艺等对铝板、铝块进行处理，制成航天结构构件较为集中，说明现在的研发热点也集中于此。

技术潜力区的设定。首先，初步确定一个或几个专利密度较低的相对较大的区域。判断原则是技术区域专利密度相对稀疏，但也不可太低。如果密度太大，则该区域早已成为研发焦点，到处布满技术壁垒，技术研发潜力不大；如果密度过低，则属于无人介入区，在该区域上进行技术研发风险也会很大。因此，要设定可能的技术潜力区域（见图6），通常在图中用使用相关专利的子集来定义专利空缺的边界。

技术潜力区的验证。通过对技术竞争指数、专利权力要求数、专利授权率等指标的验证，获得技术潜力区指标表（见表4），综合指标衡量标准可确定图6中的group3为技术潜力区，并依据该区域的专利确定技术潜力区的研究内容。此外，图6中密度最大的区域可确定为技术壁垒区。

表4 技术潜力区指标表

图7 竞争对手技术潜力区设定图

表5 竞争对手专利竞争指数表

4.技术竞争性风险分析

通过从中国知网检索到的文献中可以发现，国内高校在铝合金技术研究中取得了较多成果，按照知识类型进行统计，A大学、B大学和C大学的科技文献公开量排在前三位，由此可确定竞争对手（见图7）以及竞争对手专利竞争指数（见表5）。

从表5可以看出，A大学虽然科技文献公开总量排名第一，但其专利的申请竞争指数（权利要求数、专利授权率和PCT专利数量）低于B大学，说明A大学的新技术特征高于B大学，但其专利申请竞争指数低于B大学，所以进行科技成果转化时，侵权风险高于B大学。

国内著名学者马费成曾指出：“对科研文献词频的统计，是利用能够揭示或表达文献核心内容的关键词或主题词在某一研究领域文献中出现的词频高低来确定该领域研究热点和发展动向的文献计量方法。”航天型号研制中技术风险的规避是科研生产管理的重要环节，航天企业在进行型号产品需求分析阶段进行风险评估时，有必要将对公开发表的科技文献的计量分析纳入到技术风险评估体系中，以对航天企业科研生产及型号研制提供有效的知识情报支撑。▲