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3D打印产业技术的演变与预测研究(二)

(2)主路径分析
        Hummon和Doreian最早提出了引文网络主路径的概念,其在搜索算法的基础上开发了主路径生成方法来描述DNA理论的发展 。随后,主路径分析被应用于社交网络分析中,通过分析《社会网络》期刊的文章、作者,构建引文网络,并对其结构进行分析 。主路径分析(Main Path Analysis,MPA)主要是通过识别出引文网络中具有最大连接度的系列文献来概述研究领域的发展态势。

        近年来,许多学者在文献引文数据或专利引文数据的基础上使用主路径分析探讨技术发展的轨迹。Verspagen使用专利引用数据识别了燃料电池技术的发展轨迹。Lucio-Arias以炭纳米管与富勒烯为对象,利用HistCite软件生成引文网络,结合路径依赖转移分析和主路径分析方法得到相应的发展轨道。Liu et al运用主路径分析方法识别了数据包络分析文献的发展轨迹。韩毅等从科学史的研究需求和科学研究的揭示需求人手全面剖析了引文网络主路径分析的产生背景,讨论了主路径分析的算法实现,从实践应用和与其他方法的整合两方面探讨主路径分析法的研究现状,并总结引文网络主路
径分析存在的主要问题。董克等以1998年以来所有引用《Informetric Analyses on the World Wide Web:Methodological Approaches to Webometrics}的文献为研究对象,绘制出网络计量学发展的引文编年图,并运用主路径分析法识别出主干文献节点,指出结合使用引文编年图和主路径分析法才能更好地分析科学发展的主要过程 ]。杨中楷等¨ 阐述了技术轨道(即本文的主路径)识别的原理和基本算法,结合太阳能光伏电池板的专利数据,识别并绘制出该产业发展的主路径,并对主要节点进行分析,揭示和预测了该领域技术发展脉络与趋势。

         专利记载了发明创造和技术创新成果,包含了技术发展及实际应用的相关数据,是从科学技术到产业化应用的重要桥梁,因此可作为衡量技术方向和创新点的工具。由于对专利的内容、数量等进行分析可以准确、全面地了解技术现状和发展历程,而且可以对技术产业化应用方向做出趋势判断,因此成为了技术预测的一种重要方法。专利之间存在引用和被引用关系,这种关系表示专利之间的知识扩散 ,其反映了技术的转移和发展过程。由于新专利不断出现,专利之问的引用关系越来越复杂,从而形成一个不断变化的错综复杂的专利引文网络。而正是由于专利引文网络的存在,技术不断积累和转移,新技术得以产生。分析专利之间的引用关系可以更好地理解特定技术领域的发展历程和趋势。主路径分析是一种从专利引文网络中提取技术发展路径的方法,其通过计算一个专利与其他专利连接时的需要程度,生成一条专利发展轨迹,借此揭示技术改进方向和预测技术发展趋势。

        可见,主路径分析已成为了技术情报及预测分析领域中一种新兴的重要方法。而其中,专利主路径分析对于技术在产业化发展方向方面的预测具有优势。尤其对于新兴产业而言,技术发展动态性高,主导趋势尚不明晰,基于专利引文网络的主路径分析可以弥补传统的专家主观预测在客观性、全面性和有效性等方面的不足。

三、数据获取与研究方法
1.数据获取
        本研究中的3D打印技术专利数据来自Thomson Innovation(TI)全球专利信息检索平台中的德温特世界专利索引数据库(DWPI)。DWPI数据库收录了来自全球40多个专利授权机构的专利数据,收录了全球49家专利机构的数据,包含超过2 300万条基本发明专利(专利同族)、超过5 000万条专利记录,覆盖全球96% 的专利。与其他数据库相比,其在字段设置、标引质量、专利收录完整性、检索便利性等方面都具有优势,以DWPI数据库为检索数据源比单独检索某一个数据库更能全面地反映技术在全世界的发展情况。同时,DWPI数据库按照专利族记录专利信息,从而避免检索中出现大量重复的专利记录。

        本研究参考《产业专利分析报告——增材制造》中3D打印技术的检索关键词,并结合专家访谈的意见,将专利检索式确定为“TI=(3*D printing) OR (three-dimensional printing)OR (3-dimensional printing)OR(material increase manufact *)OR(additive*manufact)OR(rapid prototyp )OR(rapid manufact:Ic) OR (rapid prototyp manufact )OR(Layered Manufaet Technology)OR(Solid free form Fabrication)OR (Stereo Lithography Apparatus)OR(Laminated Object Manufact )OR(Selective Laset Sinter )OR(Fused Deposition Model) OR (Laser Engineered Net Shap;l=)OR (Patternless Casting Manufact) OR (Direct Metal LaserSinter) OR (Direct Laser Fabrication) OR( direct metal deposition) OR (Laser clad forming technology) OR (Electron Beam Selective Melt ) OR (Digital bricklay ) OR (3D mosaic)OR(ballistic particle manufact )。

        由于专利申请至专利公开之间有18个月的滞后期,因此为了获得更完整的年度专利数据,将专利优先权年设置为1960年至201 3年。最终检索结果为4282项专利。

2.研究方法与工具
(1)研究方法
        本研究所采用的研究方法及步骤如下:
①划分技术发展阶段
        基于产业相关专利数据,进行技术生命周期分析,通过历年专利数量趋势及专利申请人数量趋势,把产业技术发展划分为不同阶段。
②建立专利引文网络
        通过提取所有专利数据之间的引用关系,得到不同时间阶段的交叉引用矩阵,构建专利引文网络。在专利引文网络中,专利被看作节点,专利之间的引用和被引用关系表示知识的扩散。节点一般包括源点、汇点、中介点和孤立点。没有先前的专利技术,但被其他专利引用的节点称为源点;汇点是只引用先前的专利,但未被专利引用的节点;中介点表示既引用了先前的专利技术又被其后面的专利引用的节点;孤立点则不存在引用和被引用关系 。
③提取并分析各阶段主路径
        分别提取各技术发展阶段的专利主路径,并以此来分析产业主导技术的动态演化进程。计算源点到汇点每条边的遍历权重是主路径分析中的重要一步。生成主路径的方法有搜索路径连接数(Search Path Link Code,SPLC)、搜索路径节点对数(Search Path Node Pair,SPNP)和搜索路径数(Search Path Count,SPC)。由于SPC方法在分析大型和复杂的网络关系中的广泛应用,本文采用SPC方法来计算每条边的遍历权重,进而从引文网络中提取出所需的主路径。
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