《全球工程前沿2018》报告发布!——工程管理领域前沿分析

2017年以来,中国工程院启动“全球工程前沿”研究。围绕机械与运载工程、信息与电子工程、化工冶金与材料工程、能源与矿业工程、土木水利与建筑工程、环境与轻纺工程、农业、医药卫生、工程管理9个领域,遴选出年度工程研究前沿95项和工程开发前沿96项,并发布《全球工程前沿2018》报告。

报告以数据分析为基础,以专家研判为依据。在数据分析方面,综合利用期刊论文(SCIE 收录)、会议论文和全球专利数据。在专家研判方面,文献情报专家以及领域专家全程参与数据源的补充、前沿方向的提炼和修订。本文主要介绍报告中工程管理领域前沿部分。

工程研究前沿

在工程管理领域中,全球工程研究前沿如下图所示,这10 个工程研究前沿集中包含了机械、电气、能源、环境、医学、建筑、农业等众多学科。

工程管理领域Top10工程研究前沿

1

制造企业服务导向战略研究

制造服务化是制造与服务深度融合的一种先进制造模式,是面向制造的服务和面向服务的制造协同发展的新型产业形态。当前,制造服务化研究前沿中的关键问题为:制造服务化商业模式竞争力影响机理研究、产品与服务优化匹配与设计、制造与服务集成化优化决策控制、产品服务化供应链协同管理研究、新信息技术在服务化转型中的作用研究等。

“制造企业服务导向战略研究”工程研究前沿中核心论文的主要产出国家或地区

2

电动汽车充电策略

伴随世界石油资源的供需紧张和车辆排放法规的日趋严格,以电动汽车为代表的新能源汽车已成为汽车工业发展的趋势所在。但电动汽车在行驶途中的耗电量受到多种因素的影响,以充电成本最小为目标,根据不同电动汽车充电需求,确定合理的充电方式是促进电动汽车发展的重要环节。此外,电动汽车的无序充电会造成电力系统峰谷差加大、局部地区电压跌落等负面影响。为此,实施电动汽车有序充电成为实现电力系统削峰填谷和电动汽车经济运行最为方便和可行的途径之一。

“电动汽车充电策略”工程研究前沿中核心论文的主要产出国家或地区

3

共享社会经济路径下的土地资源利用

共享社会经济路径(SSP)是土地利用–生态环境–气候变化大系统研究的新情景框架。其主要通过对人口、人类发展、经济和生活方式、政策和制度、技术、环境和自然资源的未来变化的五个定性描述为关键要素,构建模型定量SSP 预测的基础和意义。共享社会经济路径下土地资源利用研究前沿以土地利用变化数据、空中场景分类(Aerial Scene Classification)、遥感场景分类等技术为基础,集中在能源系统的发展、农业生产体系的改善、温室气体排放、环境影响、气候变化、城镇化等方面,为气候政策与其他社会目标的结合、生物多样性保护、提高生态系统服务价值、土地利用可持续化等问题提供解决方案。

“共享社会经济路径下的土地资源利用”工程研究前沿中核心论文的主要产出国家或地区

4

气候变化对干旱地区水资源的影响研究

气候变化将改变大气降水的空间分布和时间变异特性,从而改变水循环,影响水资源时空分布格局。同时,在社会经济发展和全球气候变化共同影响下,干旱地区水资源需求和水资源压力日益增加,干旱的影响进一步增强。在气候变化背景下,定量研究干旱地区水资源的时空响应特征,特别是极端水文过程的频率、周期、强度、持续时间和影响范围的演变情势,对水文极端灾害预警以及防灾减灾、保障社会稳定和经济可持续发展具有重大意义。

5

基于移动设备传感器的精神疾病状况诊断

智能手机、电脑和可穿戴传感器等移动设备可以持续监测与精神疾病相关的行为成分(如活动减少、睡眠变化)和动机状态(如快感缺失),还可以监测精神疾病患者的心率、体温等生理状态,从而帮助精神科医生更好地对精神疾病患者进行病情控制。移动设备传感器正成为一种诊断精神疾病的高新技术被广泛应用,但其挑战依然存在,最大的挑战就是无法将掌控的大量数据信息与患者的感受联系起来;另一方面的挑战就是无法保证患者对设备治疗过程的忠诚度。

6

区域环境治理战略规划研究

区域环境治理规划要求以根据自然疆界划分的生态区域为治理对象,生态区域内的环境主体(尤其是地方政府)服务于生态区域的整体环境利益,分区、合作治理是其基本特点。当前,区域环境治理规划研究集中于生态文明、大气污染、雾霾治理等问题,研究前沿的关键问题为:区域环境治理的法律保障和问责机制、跨区域环境治理中地方政府合作、复合激励机制构建等。

工程管理领域 Top10 工程研究前沿逐年核心论文发表数

7

基于分布式微型电网技术的能源管理

分布式微型电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。研究前沿包括:分布式微网将可再生能源、储能系统及局部负荷并入电网优化配置;利用微电网突破新能源穿透功率极限限制;多个微电网的并联;微电网在并网和孤岛运行时的稳定性;利用微电网提高电能质量;采用随机能源管理,解决随机供与需的不确定性及全系统的供需平衡;提高电能质量、能源利用、自主性、适应性等;多微网协调控制策略,提高多微网稳定性;交互功能更突出的能源管理系统;解决基于时间需求响应的优化策略等。

8

水–能源–粮食关联关系研究

对水–能源–粮食关联关系(water-energy-food nexus)的理解包含三个核心层面:水、能源和粮食在生产、消费和废物处理过程中相互影响的核心关联关系;人口、贸易和气候变化要素驱动核心关联作用机制所形成的内在影响关系;关联关系变化作用于社会–经济–生态大系统所形成的外在影响关系。未来,随着关联数据统计口径标准化、各时空维度WEF-Nexus 模型整合及数据监控、多资源供需协同一体化模型的开发、基础设施(绿色、灰色和蓝色)系统韧性与可持续性的增强、智慧决策系统的发展,WEF-Nexus 范式将成为服务于人类可持续发展的重要领域。

9

生态系统服务在生态风险评估中的应用

生态系统服务(ES)指人类通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务, 包括供给服务、调节服务、文化服务和支持服务。当前生态系统服务在生态风险评估中应用的关键问题为:全面评价生态系统不同风险源与受体之间的直接或间接的作用关系,建立生态系统生态风险的模拟及评价体系;外界压力作用下系统物质能量流动和循环速率,如何运用生态生产函数(EPF)评价特定外界压力干扰对生态系统服务产出的影响与风险程度;把握生态系统过程与社会经济之间的因果关系,建立各子系统间的非线性风险评价模型,提高评价过程与社会生态管理过程的对接性,推动生态系统服务在生态风险评估后续阶段作用的研究,将不同利益攸关者的博弈策略纳入到评估过程中。

10

建成环境对通勤的影响研究

相对于交通拥堵收费、车辆单双号限行以及燃油税费等出行需求管理策略而言,发挥建成环境对交通出行影响的正面作用,降低人们对小汽车的依赖,被认为是解决交通问题的根本所在。近年来,大数据和时空行为科学等的新进展为深入研究建成环境与通勤出行的关联机制提供了可行的数据获取及研究手段。当前,建成环境对通勤影响研究的关键问题为:多尺度建成环境对通勤出行影响的微观机理、建成环境与交通需求管理对通勤出行影响的协同效应、建成环境对多维度交通行为的影响机理、轨道交通导向下建成环境与通勤出行的关联机制等。

工程开发前沿

在工程管理领域中,全球工程开发前沿如下图所示。这10 个工程开发前沿集中包含了机械、运输、能源、医学、建筑、电子等众多学科。

工程管理领域Top10工程开发前沿

1

电动汽车充电管理方法与系统

电动汽车通过充换电进行能量补给,行驶里程受到电池所储电量的限制,制约了电动汽车的规模化推广应用。因此,开展电动汽车充电管理方法研究,引导电动汽车有序充电是提升新能源车辆行驶稳定性和可靠性,降低充电成本的重要研究方向。

“电动汽车充电管理方法与系统”工程开发前沿中核心专利的主要产出国家或地区

2

智能健康管理方法与系统

智能健康管理坚持预防为主、促进健康和防治疾病相结合,通过开发医疗与健康管理设备,以移动信息化技术为手段,形成自我健康管理及健康监测、健康风险评估和远程医疗协助有机结合的循环系统,实现对个体健康的全程监控,为全民健康水平的提高提供强有力的科技支撑。未来智能健康管理系统的发展不仅要在技术方法上取得突破,还要提高全国范围内医院、社区、家庭智能健康管理系统的普及率,不仅仅实现个人全生命周期的健康管理,还可通过大数据的融合,为医疗、用药、护理、康复等多方面提供有力证据,对疾病起到预测、监控及管理的作用。

3

智能网联汽车技术

智能网联汽车( Intelligent connected vehicles,ICV),是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,融合现代通信与网络技术,实现车与人、车、路、云端等智能信息交换共享,具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能,实现安全、舒适、节能、高效行驶,并最终可替代人来操作的新一代汽车。ICV 不仅是未来汽车技术的发展方向,也是汽车走向智能化(自动驾驶)和网联化(车联网)相互融合的发展,被视为最具发展前景的新兴技术之一,世界各国已将ICV 产业的发展提升至国家战略层面。

4

风险管理方法与系统

学者们在风险管理的研究中采用了多样化的分析方法,如蒙特卡洛模拟、层次分析法、人工神经网络、模糊数学、遗传算法、贝叶斯网络等。其中,为降低主观因素对风险评估结果的影响,引入模糊评价方法,以降低在使用专家打分、德尔菲法和层次分析法的过程中,主观因素对风险评估结果造成的影响;加强风险偏好、风险态度等个体特征与风险感知和评估结果的关系的研究,引入心理学研究的相关理论,研究主观因素对风险评估结果的影响。另外,在风险管理系统中考虑风险因素之间的相关性、动态性和传递路径,以及在风险发生概率和影响程度的基础上,进一步考虑风险的可管理性、可预测性等特征,对风险评估模型进行改进。

5

基于BIM的建造管理系统

BIM 以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础建立建筑模型,通过数字信息仿真,模拟建筑物所具有的真实信息,具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。随着BIM 技术在行业应用的不断推进,BIM 技术已从单一的BIM 软件应用转向多软件集成应用,从单项应用转向综合应用,并呈现出BIM+ 的新特点。实现BIM 模型的信息共享,搭建集成交付平台、设备信息管理模块、维护管理模块、操作维护知识库模块和应急计划管理模块等,提升多方协同的工作效率,施工、监理甚至物业从业人员可以识别特定设备的物理位置,有效地实现大量建筑设备信息的维护和应急预案的管理。基于Web 的BIM系统,其在执行特定项目管理的过程中,将进度和成本与提供给Web 的三维模型连接起来,可以在Web 上进行三维模型的仿真,向便携式设备提供2D 或3D图纸、工程进度信息和成本信息等,提高信息的流动性。将施工信息输入BIM 系统,自动生成施工计划和施工绩效等信息,从而可以更有效地规划和管理建筑物的建造,最大化地体现信息的价值。

6

基于定位技术的监控系统开发

基于定位技术的监控系统是指一种采用各类定位技术对监控客体的位置信息、状态信息等进行集成监控的信息系统。在工程管理领域特别是现场施工安全管理应用中,基于定位技术的监控系统将成为新的应用前沿。对于施工场地中人员、设备的安全监控,首要考虑的是定位精度和成本的问题,GPS的定位精度在10米,北斗民用定位的精度在无基站条件下达到平面10米内,高程10米内,若部署基站,成本又急剧上升,无法满足工程需要。一种较可行的技术是采用蓝牙+相控阵,定位精度可达到亚米级,通过部署二级基站和定位标签,可对人员行动轨迹,设备的具体位置进行定位监控,成本也在可接受范围。

工程管理领域 Top10 工程开发前沿的逐年核心专利公开量

7

能源管理控制方法与系统

能源管理是为了完成国家能源战略所采取的手段,涉及国家经济发展战略,是能源战略在不同阶段的外在具体体现。主要技术方向体现在合同能源管理(Energy Performance Contracting,简称EPC;在国内又称EMC)、信息化能源管理系统、分布式能源管理系统等方面。能源互联网系统由智能能量管理系统、分布式可再生能源、储能装置、变流装置和智能终端等组成。通过以上技术保障低碳高效的能源消费。未来除在以上具体方向上需继续深化,还需建立完整高效的海外能源供给辅助体系,提高未来我国能源供给管理水平。

8

物流管理方法与系统

目前,物联网、移动互联网等技术的深化应用以及互联网驱动下的管理和商务变革,给物流管理方法和系统的开发提出了挑战,物流信息化、自动化、智能化、集成化呈现出趋势性要求。在企业物流服务方面,供应链结构下的上下游物流资源集成以及服务协同、搭建供应链物流集成控制平台是企业运营的基础。在生活物流服务方面,广泛的物流资源共享和服务协同是未来可行的方向。在区域物流管理方面,既要考虑区域物流资源的有效组织,又要考虑区域空间资源的有效利用,地表、空中与地下智能物流系统的有机融合将是重要方向。物流单项技术和单环节管理方法已趋成熟,区块链技术支撑下的广域物流服务模型和综合优化决策方法与技术有待开发,大数据环境下物流动态风险分析与控制方法的应用将能提升实时物流服务质量。

9

医疗服务管理方法与系统

医疗服务是具有资质的医疗机构及其医务人员运用各种卫生资源为服务对象提供的疾病诊断、治疗、康复和护理等临床服务活动总称。目前,医疗服务管理方法与系统正在向信息化、智能化、整合化、精准化方向发展。强调利用互联网+技术,构建区域医疗服务大数据和云计算平台,通过医疗服务系统的各种终端,构建整合型和智慧型医疗服务递送体系。但鉴于疾病的发生和发展机制的复杂性、不确定性和个体差异性,尤其是慢性病发展更是难以预测,同时伴随着医疗成本上升和患者权益保护,医疗服务管理方法与系统的改进将面临更多挑战。

10

智能医疗管理方法与系统

智能医疗是指通过先进的人工智能、物联网技术和数据融合技术,实现医疗服务要素之间的信息互动,进而借助数字化手段达到临床服务的智能化和自动化。目前智能医疗管理系统在智能诊断、智能治疗、智能护理以及智能保健领域进行一些富有成效的探索,相继出现了智能药品、智能穿戴和手术机器人、读片机器人以及虚拟医生等智能化服务项目,通过给医务人员赋能和提供辅助,提高了临床决策和医疗实践的高效性和精准性。但现阶段智能医疗管理系统的开发受到医疗环境和健康问题复杂性的影响,加之医疗服务要素之间配合千变万化,智能化管理系统还难以很好适应复杂的医疗实践活动。

工程管理领域课题组人员

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20181207B109Z400?refer=cp_1026
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