基于共詞知識(shí)圖譜的材料工程學(xué)科研究熱點(diǎn)及研究趨勢分析

張學(xué)召

（1河南科技大學(xué)圖書館，河南 洛陽 471023;2周口科技職業(yè)學(xué)院圖書館，河南 周口 466000）

1 研究內(nèi)容

將材料學(xué)和焊接學(xué)兩門學(xué)科作為研究對(duì)象，以CSCD國內(nèi)權(quán)威數(shù)據(jù)庫的作為數(shù)據(jù)源，采用計(jì)量學(xué)中的共詞分析方法，對(duì)1989～2013年材料學(xué)、焊接學(xué)等學(xué)科文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并利用聚類分析、因子分析、多維尺度分析以及社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析等方法和相關(guān)軟件，構(gòu)建這兩門學(xué)科的關(guān)鍵詞詞頻分布表、類團(tuán)關(guān)系圖等，通過對(duì)所構(gòu)建的兩個(gè)學(xué)科的共詞知識(shí)圖譜進(jìn)行詳細(xì)比較對(duì)比，分析兩門學(xué)科的當(dāng)前研究熱點(diǎn)、研究趨勢及前景。

2 研究方法及過程

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用的數(shù)據(jù)來源于《中文社會(huì)科學(xué)引文索引》檢索系統(tǒng)。本文選取CSSCI1989～2013年收錄的期刊----鋼鐵研究學(xué)報(bào)和復(fù)合材料學(xué)報(bào)、電焊機(jī)和焊接技術(shù)做樣本，套錄該期刊文獻(xiàn)的所有題錄信息。具體方法：打開CSSCI 檢索界面，收錄年限選定為1989～2013，在［來源文獻(xiàn)］檢索界面的［期刊名稱］中分別輸入“鋼鐵研究學(xué)報(bào)、復(fù)合材料學(xué)報(bào)和電焊機(jī)、焊接技術(shù)”期刊刊名，［匹配］限定為“精確”，同時(shí)［每屏顯示］設(shè)定為50 條，套錄這些期刊在這一時(shí)期內(nèi)文獻(xiàn)的題錄信息，然后將得到的數(shù)據(jù)分別整理后，分別得出在這一時(shí)期內(nèi)材料學(xué)和焊接學(xué)題錄數(shù)據(jù)庫。然后通過利用C#自編的計(jì)算機(jī)程序，按照頻次由高到低排列，得到一個(gè)材料學(xué)和焊接學(xué)的關(guān)鍵詞排名，頻次總數(shù)分別是16 057個(gè)和21 622個(gè)。

2.2 數(shù)據(jù)處理說明

從兩個(gè)學(xué)科關(guān)鍵詞排序中分別截取一定頻次的關(guān)鍵詞，其中材料學(xué)關(guān)鍵詞截取詞頻大于22 次、焊接學(xué)關(guān)鍵詞截取詞頻大于50 次，由此，得出了兩個(gè)學(xué)科的99 個(gè)和102個(gè)高頻關(guān)鍵詞。再將這些類似性質(zhì)的關(guān)鍵詞進(jìn)行歸整，從而分別確定了兩個(gè)學(xué)科的80個(gè)和63個(gè)高頻關(guān)鍵詞表，將這兩個(gè)關(guān)鍵詞表（見表1-1、表1-2）作為共詞分析我國材料工程學(xué)科的基礎(chǔ)。

表1-2 63個(gè)高頻關(guān)鍵詞表

2.3 構(gòu)造關(guān)鍵詞共詞矩陣

2.3.1 構(gòu)造原始共詞矩陣

由于以上兩個(gè)學(xué)科選定的關(guān)鍵詞是材料工程學(xué)科論文中出現(xiàn)頻率最高的詞，它們代表了當(dāng)前我國材料工程學(xué)科的研究熱點(diǎn)。為了能進(jìn)一步更好地反映這些關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，本論文對(duì)這些高頻關(guān)鍵詞作如下處理：在已建立的題錄數(shù)據(jù)庫中，利用自編的計(jì)算機(jī)程序分別對(duì)兩個(gè)學(xué)科確定的80 個(gè)和63 個(gè)高頻關(guān)鍵詞兩兩進(jìn)行共詞檢索，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，得到了一個(gè)80×80 的共詞矩陣（部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1-3）和一個(gè)63×63 的共詞矩陣（部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1-4）。

表1-3 80×80共詞原始矩陣（部分）

表1-4 63×63共詞原始矩陣（部分）

以上兩個(gè)表格中的共詞矩陣是一個(gè)相關(guān)、對(duì)稱矩陣，對(duì)角線上的數(shù)據(jù)為該詞出現(xiàn)的頻次，主對(duì)角線單元格的數(shù)據(jù)為兩個(gè)關(guān)鍵詞共同出現(xiàn)的頻次。

2.3.2 構(gòu)造相關(guān)矩陣

本文在對(duì)兩個(gè)學(xué)科的原始矩陣進(jìn)行包容處理時(shí)采取Salton 指數(shù)法，處理數(shù)據(jù)部分結(jié)果見表1-5和表1-6，Salton 指數(shù)法的計(jì)算公式為［3］：S=Nij/（Ni×Nj）1/2（3-1）。其中，Ni，Nj分別表示關(guān)鍵詞i和j的頻次，Nij表示關(guān)鍵詞i和j共現(xiàn)的頻次。

表1-5 80個(gè)高頻關(guān)鍵詞的相關(guān)矩陣（部分）

表1-6 63個(gè)高頻關(guān)鍵詞的相關(guān)矩陣（部分）

以上兩個(gè)表格相關(guān)矩陣中的數(shù)字為相似數(shù)據(jù)，數(shù)字的大小表明了相應(yīng)兩個(gè)關(guān)鍵詞之間的距離遠(yuǎn)近，數(shù)值越大則表明關(guān)鍵詞之間的距離越近，相似度越好；反之，數(shù)值越小則表明關(guān)鍵詞之間的距離越遠(yuǎn)，相似度越差。

2.3.3 構(gòu)造相異矩陣

由于相關(guān)矩陣中的‘0’值過多，統(tǒng)計(jì)時(shí)容易造成誤差過大，為了方便進(jìn)一步處理，兩個(gè)學(xué)科相異矩陣的部分?jǐn)?shù)據(jù)詳見表1-7和表1-8。

表1-7 80個(gè)高頻關(guān)鍵詞的相異矩陣（部分）

表1-8 63個(gè)高頻關(guān)鍵詞的相異矩陣（部分）

以上兩個(gè)表格相異矩陣中的數(shù)據(jù)，正好與相關(guān)矩陣相反，數(shù)值越大則表明關(guān)鍵詞之間的距越遠(yuǎn)，相似度越差；反之，數(shù)值越小則表明關(guān)鍵詞之間的距離越近，相似度越好。

2.4 聚類方法與聚類圖

具體方法：在SPSS17.0 軟件界面中輸入要分析的相異矩陣，然后選擇［分析］——［分類］——［系統(tǒng)聚類］進(jìn)行聚類分析。聚類方法選擇組間距離法；度量標(biāo)準(zhǔn)--區(qū)間選擇共詞聚類分析中最常用的歐氏距離（Euclideandistance）。

3.5 構(gòu)建類團(tuán)關(guān)系圖

類團(tuán)關(guān)系圖主要用連線的粗細(xì)來明確類團(tuán)間的關(guān)系強(qiáng)弱，類團(tuán)間的關(guān)系強(qiáng)弱以連線的粗細(xì)來表示，兩個(gè)類團(tuán)之間的連接線就越粗，說明他們之間的關(guān)系的關(guān)系越強(qiáng)，反之則亦然［4］。具體方法是首先計(jì)算出各個(gè)類團(tuán)的內(nèi)部聯(lián)系強(qiáng)度與其外部聯(lián)系強(qiáng)度，然后利用先進(jìn)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件pajek 繪制出兩個(gè)學(xué)科的類團(tuán)關(guān)系圖。通過對(duì)兩學(xué)科類團(tuán)的形成、演化、新增及消失的過程研究，動(dòng)態(tài)地揭示我國材料工程學(xué)科的研究的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及發(fā)展。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 總體狀況描述

材料學(xué)科（以鋼鐵研究學(xué)報(bào)和復(fù)合材料學(xué)報(bào)為代表）從1983年到2013年共有9 302 篇論文，每種期刊年均155.03 篇，平均每篇論文的關(guān)鍵詞數(shù)為1.73 個(gè)。經(jīng)過規(guī)整、縮減后，這一階段頻次不小于22次的高頻詞共80個(gè)，其中，復(fù)合材料、力學(xué)性能、顯微組織、有限元分析、層合板、數(shù)值模擬等出現(xiàn)200次以上，說明網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以復(fù)合材料為核心的材料性能分析是這一階段的研究熱點(diǎn)，具體分析內(nèi)容主要體現(xiàn)在材料的力學(xué)性能分析、有限元分析、數(shù)值模擬分析等方面。

焊接學(xué)科（以電焊機(jī)和焊接技術(shù)為代表）從1984年到2013年共有11 778 篇論文，每種期刊年均196.3 篇，平均每篇論文的關(guān)鍵詞為1.84個(gè)。這一學(xué)科（焊接學(xué)科）論文總數(shù)與材料學(xué)科相比基本持平，但是篇均關(guān)鍵詞數(shù)卻略有上升。經(jīng)過規(guī)整、縮減后，這一階段頻次不小于50次的高頻詞共63 個(gè)，與材料學(xué)科相比，焊接工藝以2 368次居于首位，焊機(jī)、焊縫、焊接電源、焊接控制、焊接質(zhì)量、焊接電流、電焊、埋弧焊、焊條等是出現(xiàn)200 次上的高頻詞，可見，在該學(xué)科目前的主要研究熱點(diǎn)是焊接設(shè)備、焊接工藝、焊接工業(yè)參數(shù)等方面。這些方面的研究直接決定或影響到焊接質(zhì)量和焊接效果，這也與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，充分體現(xiàn)了這一學(xué)科的實(shí)踐性。

3.2 研究主題的異同

從材料學(xué)科形成的聚類圖可以看出，我國材料學(xué)科的主要熱點(diǎn)研究領(lǐng)域、研究主題、研究熱點(diǎn)可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

3.1.1 材料工藝、參數(shù)研究

這方面的研究是我國材料學(xué)科研究領(lǐng)域研究成果最豐碩的部分之一。該類團(tuán)群主要包括“材料熱處理類團(tuán)”“材料工藝性能研究類團(tuán)”兩個(gè)類團(tuán)。在該階段，從關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果來看，隨著有計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)/值模擬仿真技術(shù)及材料熱處理技術(shù)的發(fā)展。材料學(xué)科研究動(dòng)態(tài)主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，材料分析、材料加工更加精準(zhǔn)化。第二，材料熱處理參數(shù)、方法始終是材料學(xué)科發(fā)展的重點(diǎn)。

3.1.2 工程材料研究

工程材料研究始終是材料學(xué)科研究的主要方向。工程材料類團(tuán)群主要包括金屬材料類團(tuán)、非金屬材料類團(tuán)、復(fù)合材料類團(tuán)。金屬材料類團(tuán)一直是材料學(xué)科發(fā)展的主流，各種有色金屬它們是現(xiàn)代各種機(jī)器零部件的生力軍，它們?yōu)椴牧蠈W(xué)科的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。復(fù)合材料類團(tuán)的研究是材料學(xué)科發(fā)展的延續(xù)和補(bǔ)充。在現(xiàn)當(dāng)代化生產(chǎn)中，隨著對(duì)材料性能需求的日益提高，單純的金屬材料性能已經(jīng)不能滿足各類機(jī)器零部件的使用要求，為此復(fù)合材料的研究被材料學(xué)家們納入了研究領(lǐng)域，并且自從復(fù)合材料進(jìn)入研究領(lǐng)域開始，到現(xiàn)在，乃至未來，復(fù)合材料的研究都將經(jīng)久不衰，這一點(diǎn)從關(guān)鍵詞詞頻分布都可以看出：復(fù)合材料出現(xiàn)的頻次排列第一、層合板、金屬基復(fù)合材料、高溫合金、陶瓷基復(fù)合材料、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵詞的都屬于這一類團(tuán)，并且頻次分布也很靠前。

3.1.3 材料性能缺陷研究

材料性能缺陷研究也是我國材料學(xué)科乃至全世界材料學(xué)科研究的主題。這一研究類團(tuán)群主要包括材料加工方法類團(tuán)和材料缺陷類團(tuán)。材料缺陷類團(tuán)包含的關(guān)鍵詞主要有：疲勞、裂紋、磨損、斷裂、夾雜物等，這些關(guān)鍵詞頻次的分布在本研究統(tǒng)計(jì)中占有相當(dāng)?shù)谋戎?，由此可以看出怎樣預(yù)防材料的各種缺陷，提高材料的加工及使用性能，至關(guān)重要。緊接著引出了材料學(xué)家們所關(guān)注的材料的加工類團(tuán)（轉(zhuǎn)爐、電弧爐、熱軋、冷軋、軋制等）。雖然這一類團(tuán)群的關(guān)注度不如工程材料研究，也不如材料工藝參數(shù)的研究。但是無論從各種工程材料來說，還是從各種材料的工藝參數(shù)研究來說其目的都是怎樣去避免材料的各種缺陷，從而提高和改善材料的加工性能、使用性能，達(dá)到人們生產(chǎn)加工的目的。

從焊接學(xué)科的聚類圖可以看出，我國焊接學(xué)科的主要熱點(diǎn)研究領(lǐng)域、研究主題、研究熱點(diǎn)可以總結(jié)為以下幾個(gè)研究方向：

3.1.3.1 焊接工藝參數(shù)研究。同材料學(xué)科一樣，焊接學(xué)科的焊接接工藝參數(shù)研究是本學(xué)科的研究主題和重點(diǎn)。在這一類團(tuán)群中焊接工藝這一關(guān)鍵詞在頻次表中出現(xiàn)的次數(shù)達(dá)到了2 368 次，可見在焊接學(xué)科中，工藝參數(shù)研究所站的比重和地位。焊接工藝規(guī)范、焊接工藝參數(shù)、焊接手法等方面是這一類團(tuán)研究的主題，而這一研究主題隨著焊接設(shè)備和焊接方法的不同焊接工藝亦有不同。

3.1.3.2 焊接類型方法研究。這一類團(tuán)是一個(gè)大面類團(tuán)，焊接類型和方法直接決定或影響焊接工藝、決定了焊接設(shè)備、焊接工具的選擇。這一類團(tuán)的關(guān)鍵詞主要有：手工電弧焊、堆焊、焊接方法、激光焊接、攪拌摩擦焊、點(diǎn)焊、埋弧焊、釬焊、氬弧焊、氣體保護(hù)焊等。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展及焊接質(zhì)量要求的提高，該類團(tuán)正朝著自動(dòng)焊接、機(jī)器人焊接等自動(dòng)化方向發(fā)展。

3.1.3.3 焊接工程、工具、材料研究。焊接工程、工具、材料這一類團(tuán)群涉及焊接材料、焊接環(huán)境、焊接設(shè)備工具，從而間接地決定焊接方法的選擇、焊接工藝流程。這一研究類團(tuán)，從各種焊接對(duì)象材料（管道、鋁合金、不銹鋼、奧氏體不銹鋼等）說起，涉及了焊接結(jié)構(gòu)、焊接工程、工程建設(shè)及焊接應(yīng)用。分析了焊條、藥芯焊絲的使用環(huán)境、使用方法等。這一主題類團(tuán)的研究，是該學(xué)科研究的基礎(chǔ)，研究主題關(guān)鍵詞雖然詞頻分布沒有排在前列，但關(guān)鍵詞詞頻分布的范圍廣。未來該主題的研究將朝著細(xì)化焊接工具方向，具體可能以焊接工具研究所形式出現(xiàn)。

3.1.3.4 焊接質(zhì)量控制研究。這一類團(tuán)的研究主題是焊接學(xué)科研究的目的所在。不管焊接工藝如何合理、焊接方法如何選擇、焊機(jī)及焊接工具的選擇的多么具有針對(duì)性，其最終目的是獲得優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量。在這一研究主題中，分析了各種焊接缺陷（裂紋、缺陷、變形等）各作者、學(xué)者提出了如何規(guī)避焊接缺陷的各種方法、技巧。目前這一研究主題隨著焊接材料的多樣化，生產(chǎn)要求的提高而日益嚴(yán)峻，機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)焊技術(shù)的發(fā)展對(duì)焊接質(zhì)量的提高起著決定性的作用，但其普及應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)。

4 類團(tuán)關(guān)系分析

確定了材料學(xué)科、焊接學(xué)科類團(tuán)后，就可以研究各學(xué)科類團(tuán)間的相互關(guān)系，找出哪些類團(tuán)是核心類團(tuán)，它與其他類團(tuán)之間聯(lián)系密切；哪些類團(tuán)是非核心類團(tuán)，它與其他類團(tuán)之間聯(lián)系疏松；哪些類團(tuán)與其他任何類團(tuán)都沒有任何關(guān)系，屬于相對(duì)獨(dú)立類團(tuán)。為此，筆者根據(jù)各類團(tuán)之間的內(nèi)、外相互關(guān)系，利用pajek 軟件繪制出了既能反映自身類團(tuán)的內(nèi)部聯(lián)系強(qiáng)度又能反映這個(gè)類團(tuán)與其他類團(tuán)的外部聯(lián)系強(qiáng)度的類團(tuán)關(guān)系圖（如圖1-1、圖1-2所示）。在圖中，類團(tuán)的內(nèi)部聯(lián)系強(qiáng)弱用節(jié)點(diǎn)的大小來表示，節(jié)點(diǎn)越大，表明該類團(tuán)的內(nèi)部聯(lián)系強(qiáng)度越小，反之，則相反；節(jié)點(diǎn)連線的顏色深淺和連線的粗細(xì)程度和表示兩節(jié)點(diǎn)間的外部聯(lián)系強(qiáng)度，兩節(jié)點(diǎn)間連線顏色越深、連線越粗，則表示兩類團(tuán)之間的外部聯(lián)系強(qiáng)度越大，反之，則相反。

圖1-1 材料學(xué)類團(tuán)關(guān)系圖

圖1-2 焊接學(xué)類團(tuán)關(guān)系圖

5 結(jié)語

本部分研究采用共詞分析方法，利用聚類分析、先進(jìn)的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法和軟件Pajek，分別繪制出材料學(xué)科和焊接學(xué)科兩學(xué)科的聚類圖、類團(tuán)關(guān)系圖，對(duì)兩個(gè)學(xué)科：材料學(xué)科和焊接學(xué)科研究主題進(jìn)行了較為詳細(xì)的對(duì)比分析。通過分析對(duì)比得出兩個(gè)學(xué)科的發(fā)展變化特點(diǎn)：

5.1 材料學(xué)科和焊接學(xué)科都屬于工學(xué)學(xué)科，其發(fā)展研究主題存在共性

從兩個(gè)學(xué)科的研究主題來看，我國材料學(xué)科研究領(lǐng)域、研究熱點(diǎn)體現(xiàn)在復(fù)合材料、材料工藝參數(shù)研究、材料性能缺陷研究上，而焊接學(xué)科體現(xiàn)在焊接工程、工具材料、焊接工藝參數(shù)研究、焊接質(zhì)量（缺陷）控制上。兩個(gè)學(xué)科之間研究主題框架基本一致，其目的都是為了滿足生產(chǎn)實(shí)踐，都是為了規(guī)避缺陷（材料缺陷、焊接缺陷），提升加工質(zhì)量。

5.2 熱點(diǎn)研究領(lǐng)域顯現(xiàn)新特征

兩大學(xué)科的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域各有新特征：材料學(xué)科的陶瓷基復(fù)合材料、鋁基復(fù)合材料、有限元分析、數(shù)值模擬等；焊接學(xué)科的自動(dòng)焊技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等。

5.3 兩個(gè)學(xué)科研究范圍和內(nèi)容具有一定的連續(xù)性、階段性、變化性

兩個(gè)學(xué)科不論是材料學(xué)科還是焊接學(xué)科都是從工程材料研究到工藝參數(shù)研究，最后再到性能缺陷研究，整個(gè)研究過程呈現(xiàn)出連續(xù)性、穩(wěn)定性、階段性、變化性的特點(diǎn)。每個(gè)階段在各自基礎(chǔ)上由細(xì)化整體上呈現(xiàn)發(fā)展性。

［1］ 秦長江.基于共詞知識(shí)圖譜的人文學(xué)科研究熱點(diǎn)可視化的實(shí)證研究［J］.圖書館理論與實(shí)踐，2010（12）.

［2］ 陳祖香.面向科學(xué)計(jì)量分析的知識(shí)圖譜構(gòu)建與應(yīng)用研究［D］.南京理工大學(xué)，2010.

［3］ 王紅.我國圖書情報(bào)學(xué)科研究熱點(diǎn)分析［D］.河南科技大學(xué)，2009.