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ISSN 1009-1742 (Print)
ISSN 2096-0034 (Online)
CN 11-4421/G3
Formerly Known as Chinese Journal of Engineering Science.
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  • 2018年, 第20卷 第6期 出版日期:2019-01-14
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    工程科技颠覆性技术战略研究项目综述
    “工程科技颠覆性技术战略研究”项目综合组
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 1-6.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.001
    摘要   PDF (559KB)

    颠覆性技术已成为经济社会发展和军事变革的重要推动力量,加强颠覆性技术创新对我国实现转型发展,掌握未来战略主动尤为重要。“工程科技颠覆性技术战略研究”是中国工程院设立的重大咨询项目,旨在谋划我国工程科技颠覆性技术的发展。本文系统介绍了项目研究的目标、内容和思路方法,梳理了项目在颠覆性技术概念研究、预测识别方法研究、世界颠覆性技术发展态势跟踪预警、重大颠覆性技术方向识别评价等方面取得的进展,总结了项目研究中的经验与不足,为国家开展颠覆性技术相关的战略研究提供了有益参考。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    颠覆性技术概念的战略内涵及政策启示
    刘安蓉, 李莉, 曹晓阳, 魏永静, 安向超, 张科, 张建敏, 苗红波
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 7-13.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.002
    摘要   PDF (344KB)

    颠覆性技术概念自提出以来得到广泛应用,研究视角不同尚未有统一定义。由于颠覆性技术具有定义时代重构格局的变革性效果,日益上升为国家战略关口地带,国家视角下认识颠覆性技术对于发展颠覆性技术具有现实指导意义;本文在探讨不同视角颠覆性技术概念思想上,指出国家视角的颠覆性技术是基于科学技术的新原理、新组合和新应用而开辟的全新技术轨道,导致传统产业归零或价值网络重组,并决定性影响社会技术体系升级跃迁,或国家现有基础、能力、结构等重构的战略性创新技术;同时,从来源、结构、跨度、尺度、层次与路径等角度分析提出了颠覆性技术的一种解构框架;在此基础上从注重前沿与实用相结合、注重过程性、注重现实与未来平衡、注重创新管理模式、注重战略研究五个方面,对于从国家视角发展颠覆性技术获得了若干政策启示。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    国内外颠覆性技术研究进展跟踪与研究方法总结
    孙永福, 王礼恒, 陆春华, 孙棕檀, 王崑声, 徐源
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 14-23.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.003
    摘要   PDF (397KB)

    当前,全球科技创新进入空前密集活跃的时期,一些重大颠覆性技术不断涌现,推动新产业与新业态的迭代加速,深刻影响和改变国家力量对比,重塑世界经济结构和国际竞争格局,各国纷纷瞄准这一时代契机,积极对颠覆性技术进行早期识别与培育。本文对国内外各类颠覆性技术研究报告进行了广泛跟踪,对国内外颠覆性技术研究进展及主要采用的颠覆性技术评估与预测方法进行了归纳、分析和评价,并就促进我国颠覆性技术研究科学发展与快速成型提出集中优势资源设立专业智库群、建立科学的技术评估体系等相关建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    分类支持基础研究 促进全链条颠覆性技术创新
    张慧琴, 平婧, 孙昌璞
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 24-26.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.004
    摘要   PDF (316KB)

    近年来,我国在科技领域取得了巨大的进步,但明显存在关键技术的“卡脖子”问题。为了有效地推动我国科学技术源头创新,从根本上解决“卡脖子”问题,必须回归基础研究。为探究基础研究催生颠覆性技术,本文阐述了基础研究的内涵,并根据基础研究面向的目标,将基础研究分为四大类型:面向重大科学目标的基础研究、国家需求牵引的基础研究、以人才为本的自由探索型基础研究和以实际应用为目标的基础研究;在分析各类型基础研究特点及发展需求的基础上,提出实施差异化的稳定支持、促进全链条颠覆性技术创新的发展建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    机械与运载工程领域颠覆性技术战略研究
    杨艳明, 赵云, 邵珠峰, 李道春, 高增桂, 张子龙, 沈悦, 王林军
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 27-33.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.005
    摘要   PDF (376KB)

    通过文献研究和专家访谈等方法,提出机械与运载工程领域已有或潜在的颠覆性技术:仿生智能技术、无轴轮缘推进技术、智能无人飞行器技术、超回路列车技术和微机电系统,对这五项技术的创新性和颠覆性优势进行了分析,最后提出机械与运载领域颠覆性技术的发展建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    化工、冶金与材料领域颠覆性技术影响初探
    “化工、冶金与材料领域”课题组
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 34-41.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.006
    摘要   PDF (388KB)

    化工、冶金与材料工业通过获取自然资源进行再加工,生产人类生活所必需的材料、化学品和二次能源,为人类社会发展和国民经济建设提供了重要的物质基础。本文梳理了化工、冶金与材料领域历史上曾产生过的、公认的具有颠覆性意义的技术,分析了这类技术对人们日常生活、人类社会文明进步的影响和对传统技术的颠覆。并根据愿景驱动、问题导向和世界技术发展趋势,对化工、冶金与材料领域未来高效、安全、节能环保的可持续性科学发展模式,以及有望产生的颠覆性技术对国计民生的影响进行了展望,提出了浆态床渣油加氢转化技术、冶金制造流程功能拓展技术、石墨烯等具有颠覆性意义的技术。最后针对颠覆性技术的培育、发展和所需营造的环境提出了相关政策与建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    铁路、水利与建筑工程领域颠覆性技术研究
    吴文伶, 卢海陆, 侯保灯, 严登华, 董亮, 潘永杰
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 42-49.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.007
    摘要   PDF (452KB)

    历史上每次科技革命、工艺革命、能源革命,都伴随着颠覆性技术的出现,因此研究颠覆性技术对于各领域未来的发展方向具有重要的意义。本文分析了铁路、水利与建筑工程领域的发展方向和态势,认为铁路领域的发展方向为智能化发展和更高运行速度发展,水利领域的发展方向为人与自然和谐共生,建筑领域的发展方向为精益化、专业化、机械化、信息化、装配化、绿色化。在此基础上,研究总结了这三个领域的颠覆性技术,铁路领域的颠覆性技术包括智能高铁、低真空管道磁悬浮铁路;水利领域的颠覆性技术包括富自然功能协调流域建设技术、水利水电工程群多目标联合调度技术;建筑领域可能的颠覆性技术包括基于建筑信息模型(BIM)的智慧建造技术、工业化建造技术、3D 打印技术、绿色建造技术。最后本文提出了未来发展的建议,以期为铁路、水利与建筑工程领域的研究与发展提供参考。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    环境监测领域颠覆性技术的发展与展望
    刘建国, 孟德硕, 桂华侨, 殷高方, 张甫, 张曙, 张红振, 王金南
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 50-56.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.008
    摘要   PDF (1976KB)

    环境监测技术是支撑和保障环境管理的重要基础,分析研判本领域颠覆性技术的发展态势,有利于加快推进我国生态文明建设与环保产业发展。本文结合文献计量与专利情报分析方法,全面分析评价国内外环境监测领域颠覆性技术的发展历程及最新态势。针对我国环保发展对环境监测技术的重大需求,提出了基于大数据融合的多介质环境与生态系统感知技术、基于新材料与器件的微型智能化环境要素传感技术、基于光谱质谱的环境痕量污染物快速在线监测技术以及基于卫星遥感的区域/ 全球生态环境要素的高分辨率遥感技术等发展方向,以期为我国环境管理与环保产业发展规划提供决策依据。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    农业领域若干颠覆性技术初探
    王栋, 陈源泉, 李道亮, 朱万斌, 谭伟明, 杜太生, 田见晖, 康绍忠
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 57-63.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.009
    摘要   PDF (416KB)

    本文是中国工程院咨询项目“农业领域颠覆性技术战略研究”课题的初步成果。主要围绕当前和未来技术创新活跃的农业生物技术、农业信息技术、纳米材料技术等领域,从动植物育种、农业生物药物与生物肥料、农业生物质工程、智能农业技术以及非传统种植空间利用五个方面开展分析研究。通过会议调研、访谈以及文献分析,梳理出未来农业领域的颠覆性技术发展方向,以期为政府、企业的研发投入以及科学研究方向提供参考。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    医学科技颠覆性技术展望
    李永洁, 杨俊涛, 杜建
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 64-68.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.010
    摘要   PDF (490KB)

    随着医学与现代信息技术、材料科技等技术的深度交叉融合,极大地促进了医学科技的发展,疾病诊断和治疗模式发生革命性的变化。本文主要从医学领域的肿瘤免疫治疗、基因编辑技术、医学人工智能、合成生物学技术和干细胞与转化医学五个技术方向,分析评价其发展态势;结合文献、智库报告和专家观点,对医学科技发展方向进行初探,提出重视医学基础研究投入、优化医学科技战略顶层设计、完善政策及监管体系等政策建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    超材料技术及其应用展望
    周济, 李龙土
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 69-74.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.011
    摘要   PDF (1259KB)

    超材料是一类利用人工结构作为功能单元构筑的新型材料,可实现自然材料无法获得的新性能,得到了世界各国的高度重视,被美国国防部列为六大颠覆性技术之一。本文从工程应用出发对超材料技术的形成和发展做了简单评述,总结了过去一些年超材料在几个典型领域,如隐身、电子元器件及机械减震系统中取得的若干重要突破,预测了可能导致颠覆性技术的几个方向,如超材料透镜技术、超材料全光调控技术,以及超材料与常规材料的融合等,并对超材料技术未来发展的难点和战略思路提出了建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    石墨烯基超级电容器的发展现状与战略研究
    陈静, 郭红霞, 毛卫国, 刘剑洪, 付永胜, 欧阳晓平
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 75-81.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.012
    摘要   PDF (764KB)

    超级电容器兼具普通电容器和化学电池的优点,具有功率密度高、可快速充放电、循环寿命长等显著优势。电极材料是发展具有优异性能超级电容器的关键材料。石墨烯凭借其优异的力学、电学、热学等性能成为超级电容器理想的电极材料。本文首先基于对石墨烯基超级电容器相关学术论文、专利的统计分析,讨论了石墨烯基超级电容器的发展现状与方向;其次,简要阐述了石墨烯基超级电容器在国内的产业发展现状,讨论了石墨烯基超级电容器未来发展所面临的难点与挑战,并在此基础上提出了未来发展的方向与建议。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    基因编辑技术在农业种质资源上的应用
    韩红兵, 谢卡斌, 曹罡, 田见晖, 王栋
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 82-86.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.013
    摘要   PDF (347KB)

    基因编辑是对生物基因组的特定位点进行精准操作,以实现DNA 片段定点删除、插入或者单碱基突变的技术。该技术突破了传统农业育种性状改良的瓶颈,能够创制出多种动植物全新种质。尤其是其中的CRISPR/Cas9 技术,以其操作简便、高效率、多靶标、通用性等优势成为当前主流的应用技术,将给农业种业带来革命。为抢占未来种业种质创新和育种制高点,我国应采取积极应对措施,努力提高此技术的效率与精准性,积极制定相应的法律、法规。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    量子通信的前沿、理论与实践
    王向斌
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 87-92.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.014
    摘要   PDF (342KB)

    量子通信是量子信息科学的重要分支,其中最重要的两个应用是量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发可为通信双方提供无条件安全的密钥分发方式,其理论安全性由量子力学规律保证。量子密钥分发因其无条件安全的特点受到广泛关注。本文通过对量子密钥分发的广泛调研,系统地介绍了量子密钥分发的主要内容、理论安全性证明现状和实际安全性证明现状,着重介绍了诱骗态方法和测量装置无关的量子密钥分发方案;同时针对量子密钥分发在信道衰减严重时面临的问题做了系统调研,介绍了目前学术界对该问题的主流解决方法,即量子中继或卫星中继;最后指出量子密钥分发已经由理论模型发展到实际系统,为后续开展量子密钥分发相关研究提供了有益参考。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    智能源于人、拓于工——人工智能发展的一点思考
    蒋昌俊, 王俊丽
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 93-100.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.015
    摘要   PDF (869KB)

    人工智能(AI)旨在模拟人脑中信息存储和处理机制等智能行为,使机器具有一定程度的智能水平。随着互联网、大数据、云计算和深度学习等新一代信息技术的飞速发展,目前AI 领域的研究和应用已经取得重要进展。本文将深入分析与AI 密切相关的计算机科学、控制科学、类脑智能、人脑智能等学科或领域之间的交融与历史演进;指出神经科学、脑科学与认知科学中有关脑的结构与功能机制的研究成果,为构建智能计算模型提供了重要的启发,并从逻辑模型及系统、神经元及网络模型、视觉神经分层机制等方面,分别阐述智能的驱动与发展;最后从互联网的计算理论、AI 的演算和计算的融合、类脑智能的模型和机理、AI 对神经科学的推动作用、反馈计算的算法设计与控制系统的能级五个方面,对AI 的发展趋势进行了展望。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    无人驾驶技术发展对策研究
    杨艳明, 高增桂, 张子龙, 沈悦, 王林军
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 101-104.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.016
    摘要   PDF (302KB)

    无人驾驶技术被认为是运载工程领域极具颠覆性的一项技术。本文通过专家访谈、对比分析和文献研究等方法,对无人驾驶技术的发展态势、发展阶段进行了分析,并从潜在价值和社会影响进行了评估;提出通过加强汽车线控技术、能源动力技术和驾驶认知技术研究推动无人驾驶技术发展的具体对策。

    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    低真空管道高速磁悬浮系统技术发展研究
    冯仲伟, 方兴, 李红梅, 程爱君, 潘永杰
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 105-111.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.017
    摘要   PDF (388KB)

    轮轨式是目前轨道交通技术体系的主流,但由于空气阻力、轮轨黏着、运行噪声等问题的限制,在现有的技术水平下,难以经济地实现运营速度大幅度提高。为满足更高经济运行速度的需求,在利用磁悬浮技术减少轮轨摩擦、振动的基础上,构建低真空运行环境以减小空气阻力和噪声是未来更高速度轨道交通技术发展的重要方向。本文阐述了发展低真空管道高速磁悬浮系统的意义,研究了其技术特点、发展现状,分析了低真空管道高速磁悬浮系统的科学问题和关键技术,并提出了在国家层面立项研究、建设试验线和国家级实验室的政策建议。

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    基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术
    胡慧珠, 尹璋琦, 李楠, 车双良, 舒晓武, 刘承
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 112-116.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.018
    摘要   PDF (1615KB)

    悬浮光力学是光力学与量子光学结合的产物,为微纳机械振子的控制和测量提供了一种全新的量子方法,这种方法具有前所未有的观测精度,可接近甚至突破标准量子极限,具有广阔的发展和应用前景。目前国际上已在室温下利用此系统实现了力、力矩、位移、加速度等多个物理量的极高灵敏度测量。本文综述了悬浮光力学的研究现状及国内外在精密传感与测量方面的进展。作为近年来发展起来的一种前沿技术,悬浮光力学已逐渐从基础研究走向应用,特别是对惯性传感与精密测量领域有重要的应用前景。最后提出了发展基于悬浮光力学的惯性传感颠覆性技术的建议,为我国惯性传感与量子精密测量技术发展规划的制定提供参考。

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    美国NRC 颠覆性技术持续预测系统浅析
    张晓林
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 117-121.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.019
    摘要   PDF (508KB)

    美国国家研究委员会(NRC)发布的《颠覆性技术持续性预测》(Persistent Forecasting of Disruptive Technologies)研究报告对颠覆性技术预测的关键问题进行了分析,提出了理想的颠覆性技术持续预测系统模型。本文在此基础上,总结了颠覆性技术预测的内涵和挑战,给出了理想的持续性预测系统的属性,并对理想系统模型及实现的功能进行了分析,最后提出了颠覆性技术预测方法研究的启示,以期为我国相关研究工作提供参考与借鉴。

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    DARPA 的颠覆性技术创新及其启示
    曹晓阳, 魏永静, 李莉, 张科, 苗红波, 安向超, 刘安蓉
    中国工程科学. 2018, 20 (6): 122-128.   https://doi.org/10.15302/J-SSCAE-2018.06.020
    摘要   PDF (459KB)

    作为开展颠覆性技术创新的典范,美国国防高级研究计划局(DARPA)被越来越多的国家、政府部门和大型企业所追随,其争相参照DARPA 模式开展颠覆性技术创新。但是,至今鲜有能与DARPA 相匹配的成就,对于如何才能再建一个辉煌的DARPA 还没有共识。从最近十几年各类主体模仿DARPA 的实践经验来看,DARPA 显性化的组织结构和运行机制是DARPA 成功的基础,但不是精髓。本文从演化论的角度,分析了DARPA 成长的历史过程,从成长环境、竞争态势、利益格局、价值追求等方面探讨了DARPA 成功的原因。笔者认为DARPA 的成功是与发展环境长期磨合、斗争的结果,坚定的信仰与初心、极低的本位主义、拆掉各种思想和利益之墙的格局、前瞻的战略视野是DARPA 成功的重要支柱。通过DARPA 的经验,本文认为要加快颠覆性技术的发展需要特殊的管理方式——“体外”特区。

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