基于CiteSpace知识图谱的环锭纺纱研究热点与趋势分析

高灿钰,王海洋,刘爱嘉,钱 讯,曹吉强,2,*

(1.新疆大学纺织与服装学院,新疆 乌鲁木齐 830017;2.东华大学纺织学院,上海 201620)

建设新型纺织行业的首要因素就是实现科技第一生产力的跨越式发展,应用高新技术升级纺织技术[1]。我国作为纺织大国,拥有亚洲最大的纺织产能[2],纺织行业规模已发展成为世界第一[3],国内外90%的短纤纱线在环锭纺纱机上生产,因此分析环锭纺技术的研究热点与发展趋势对纺织行业产能升级与技术发展极具意义。“纺纱”可被定义为用天然或合成聚合物生产纤维或长丝的工艺,或通过绞合等其他方法将天然或人造纤维及长丝转化为纱线的工艺[4]。1530年约翰·久而金(John jürgen)利用锭翼和纱管的纺纱方法,首次将加捻与卷绕同时进行[5]。经不断完善,在21世纪已经开发了一些更高产的系统,但环锭纺技术成熟、适应性广、应用领域广泛的优点使得环锭纺纱在今天仍然是常用的纱线生产方法[6]。

纺织工业是我国传统支柱产业和创造国际化新优势产业[7],但近年受国内劳动力成本上升、结算货币汇率贬值等因素影响,我国纺织品出口有所减少[8],发展呈现出压力大、增长动力转换、结构深入调整、运行基本平稳的特征[9]。在“十四五”新征程的推动下,中国纺织工业联合会发布了《纺织行业“十四五”发展纲要》[10]和《科技、时尚、绿色发展指导意见》[11],指明:我国在基本实现纺织强国目标的基础上,立足新发展格局,建设科技、时尚、绿色的新型纺织行业。CiteSpace是梳理学科知识、探讨学科研究热点、研究趋势的可视化分析工具[12]。文中运用Citespace 6.1 R6软件对中国知网(CNKI)与Web of science(WOS)核心数据库中2012—2022年的相关文献进行分析,通过可视化图谱呈现环锭纺纱技术的合作网络、研究热点和发展趋势,并进行探讨、分析与梳理,旨在为纺织领域发展探索提供新的研究视角和思考。

1 文献来源与研究方法

环锭纺相关中文文献来源于CNKI,输入检索条件为:主题=“环锭纺纱”,检索时限设置为2012 年1月1日至2022 年12 月31 日,共计检索出中文文献396篇,为保证数据样本的可信度,剔除品牌营销、文件修订公告等文章,纳入有效题录369篇。英文文献源于WOS核心合集数据库,设置检索条件为:主题=“RING SPINNING”,时间范围通过自定义设置为2012年1月1日至2022年12月31日,筛选剔除后,共计检索到288条记录。

Citespace 6.1 R6时间分区(time slicing)设置为2012—2022,时间切片(year per slice)为“1”,节点类型(node types)分别选择国家(country)、作者(author)和关键词(key word)等,分析环锭纺文献发表国家、作者网络和关键词的共现、聚类和突现的可视化知识图谱。

2 知识图谱结果

2.1 发文量趋势

年度发文量是评定科学研究发展的一项重要数值,在一定程度上反映了该领域知识量的增长情况与该研究领域历经的发展阶段,可用于评价并预测研究的发展状况[13-14]。对环锭纺纱领域2012—2022 年的中英文文献发文量进行分析,如图1所示。

图1 环锭纺研究文献年代分布

通过中文文献发文量分析可知,国内环锭纺纱领域相关的文献总量呈现逐年递减的趋势,但2014年有明显增加现象。受纺织工业“十二五”发展规划影响,2014年,大中型纺织企业研究与实验(R＆D)经费支出257亿元,比2010 年增加了81%,研发投入强度为0.67%[15]。分析与专利相关的区域分布信息,可以预测各阶段技术的发展情况[16],2014年有效发明专利为5381项,是2010年的2.3倍,反映出2014年在国家政策推动下,环锭纺纱的发展速度快于前一阶段。工业技术的发展在不同阶段会有不同特点[17],对纺织行业进行技术生命周期(TLC)阶段分析[18],2018年中国纺织行业的技术生命周期已经进入成熟阶段,纺织工业创新正从追求数量向追求质量转变[19]。总体来说,国内文献发表数量在10年间有减少趋势,但环锭纺纱技术发展从数量追求转移至质量追求。

2.2 研究国家合作知识图谱

通过运行软件“Country”选项可以获得环锭纺纱研究领域国家的知识图谱,如图2所示。为更加清晰展示节点层与发文数量,深入挖掘数据信息,分析前7个国家发文数量与中心度排序,见表1。

表1 按照文章数量和中心度分别排序的前7位高产国家

图2 高产国家合作图谱

中心值大于0.1的节点被视为关键性节点[21],结合表1中数据可知,中国文献中心度为0.13,而其他国家中心度均不超过0.03,表明中国在环锭纺纱领域相比其他各国创造力更强、影响更大。中国纺织品出口量居世界首位,中国纺织工业的健康发展不仅促进了中国经济发展,也极大地影响了世界纺织工业的发展,因此探讨分析国内环锭纺纱领域合作关系、研究热点与研究趋势对研究国际环锭纺纱领域的进展与转变有重要参考价值。

2.3 研究作者合作知识图谱

运行软件选择“Author”选项,可得到环锭纺纱高产作者之间的科学合作图谱,如图3所示。在国际层面,近10 年来在环锭纺纱领域发文的学者共有424位,合作次数共582次,且合作关系网被分为以刘新金(37篇)、郑国荣(16篇)、耶尔马兹·内斯利汉(7篇)、戈登(6篇)为中心的五大研究团体。在国内层面,章友鹤(15篇)、倪远(10篇)、刘新金(9篇)发文量较大,且章友鹤与其他学者之间联系最密切、发文量最大,对该领域研究更加深入。

图3 英文和中文作者合作分析图谱

普莱斯定律[23]可以计算某研究领域的核心作者群,其公式为M =0.749,Nmax指最高产作者的发文数量,M指杰出作者应达到的最低发文量,认定某领域具有核心作者群的条件为M大于或等于全部论文数量的50%。WOS数据库中Liu Xinjin发文量最多,共37篇,代入公式得M =4.56,共统计出11位学者发文量不少于5篇,归为核心作者行列。上述作者发文数量共计149篇,占总文献数量的51.73%,可知WOS数据库已形成核心作者群。同理,CNKI数据库中发文量最多的学者为章友鹤,共15篇,代入公式得M =2.9,其中17位国内学者发文量不少于3篇,文献数量合计为102篇,占总比重27.64%,与认定标准不符,表明国内学者未形成核心作者群。总体而言,国内与国际环锭纺纱领域学者合作均较为紧密,研究力量较为集中,但合作网络划分成块,不利于创新,且国内学者目前仍未形成核心作者群,不利于学者之间的沟通合作。

3 关键词热点与趋势

3.1 关键词共现聚类演变

关键词反映了文献所要表现的各个主题之间的相互关系,分析关键词有利于研究本领域的热点[24]。运行“Keyword”选项,对中文文献进行可视化分析,调整出现次数在8次以上的关键词可得到图4。

图4 中文文献关键词聚类图谱

图5 英文和中文前19个最强突现词

图4 中节点共339个,节点连线595条,网络密度(density)为0.0104。其中出现次数最多、具有较高的中介中心性的词为转杯纺(204次)、环锭纺(196次)、紧密纺(21次)、毛羽(18次)。通过关键词聚类得出环锭纺技术向紧密纺、sirofil等新型复合纺纱方法的发展是这10年间的研究热点之一,各种纺纱技术在今后的发展中将会出现多种纺纱方法互相渗透、共同发展的局面,并且环锭纺在未来一段时间不会被转杯纺、喷气涡流纺全部替代[25]。

WOS文献中,关键词毛羽(hairiness,37次)、纱线结构(geometry,29 次)、三角区(spinning triangle,26次)出现的次数多,频次高,中心性明显。中心性在一定程度上可以涵盖热点和关键转折点,所以许多学者研究通过缩小甚至消除三角区,减少成纱毛羽,优化纱线结构[24]。通过软件关键词聚类将本次统计文献中312个关键词分为9个聚类。聚类标签序号靠前,该类别中所含关键词联系紧密,改良环锭纺序号(modified ring spinning,#4)较小,以该技术研发新型纱线,也是近几年来环锭纺纱技术进步的一个亮点[26]。

通过查阅文献进一步了解,除了技术层面,在环保方面,纺织行业供应链的生产阶段以及消费和消费后阶段都面临挑战[27]。如:在纤维、织物和服装的制造过程中大量用水同时产生大量废物,在处理这些废物时对环境造成危害[28]。以往学者进行了各种研究,试图使纺织行业更环保,这些研究包括产品设计(product design)[29]、相关污染物的处理(treatment of associated pollutants)[30-31]、技术瓶颈(barriers encountered)[32]、循环经济(circular economy)[33]、生产过程(production process)[34-35]和企业社会责任(corporate social responsibility)[36]。然而,尽管纺织行业以不断创新的需求而闻名,但很少有研究通过可持续性创新视角来研究工业纺织品的可持续性问题[37],这一结果也导致图4中没有出现关于绿色和可持续发展的关键词。此外,可持续被视为当前和未来创新的主要驱动力[38-39],中国纺织业规模已达全球的50%,化纤产量占比更是超过70%,是纺织品生产大国和碳排放大国。在“碳达峰、碳中和”目标导向下,加大纺织行业的绿色创新将成为学术界和产业界关注的重点[40]。作为纺织行业的常青树,环锭纺技术也面临着创新驱动与绿色可持续发展的问题。

3.2 关键词突现

“突现年份”代表了该主题词突变性显著变化的时间,可概括为该时间段内的研究前沿内容。中文文献中在2012—2014 年之间出现的突现词占比较大,为47.36%,反映出当时环锭纺纱技术发展迅速,有许多新内容迸发。2019—2022 年突现的关键词有图形处理(1.42)、性能测试(1.48)、出条速度(1.09)等,其中图像处理突现强度持续时间长达3年,反映出现代环锭纺纱技术结合计算机技术运行自动化分析模式达到节约用工、提升生产效率将是国外该领域的研究前沿[41]。

英文文献中纱线结构(geometry,5.29)、纱线扭矩(yarn torque,4.69)是2012—2016年的高强度突现词,且对于三角区对成纱结构的研究在过去几十年之间一直是研究的重点课题之一,受到广泛关注[42],但随后强度衰减,反映出其近期研究热度下降[43]。2016—2018年之间突现的关键词数量多,且持续时间短,反映出环锭纺纱领域当时迅速发展。2019—2022年突现的关键词:紧密纺(compact spinning,2.33)、纱线张力(yarn tension,2.17)和纤维(fiber,2.36),均持续至今且突现强度高,表明国际领域中紧密纺技术、纤维及其性能的研究仍将是研究前沿。

4 讨论与建议

4.1 环锭纺纱领域发文趋势

通过发文趋势分析可知,近10年来国际层面环锭纺纱领域发文量逐年增加,但国内发文量为递减趋势,呈现出从数量追求转至质量追求。通过发文量分析可知,我国在过去10年发文量为369篇,大于同时期国际发文量288篇,显示出国内环锭纺纱领域研究势头虽比以往有所下降,但研究能力仍较国际水平更高,同时也说明了国内发文逐渐向质量追求的趋势。因此,现阶段需整合研究力量、提升文章质量。

4.2 环锭纺纱领域研究国家、机构、作者分析

通过CiteSpace软件的可视化呈现得到各国环锭纺纱领域发文量对比,如图2与表1所示,分析发现中国文献中心性最强,在环锭纺纱领域贡献度高、投入高、发挥作用大、影响力高。通过图3高产作者合作图谱分析可知,国内作者合作网络相比国外更固化而分散,虽然研究力量较集中但未形成良好合作群,多数仍处于独立研究的状态,不利于创新和学者之间的沟通合作。

4.3 环锭纺纱研究关键词演变与热点

关键词反映了文献表现的各个主题之间的相互关系,是文章中心的核心概括,分析关键词有利于研究本领域的热点[21]。近年来环锭纺纱结合智能化的逐渐推广[44],紧密纺、改良环锭纺的发展与应用拓宽了环锭纺的应用领域,有助于提升纱线质量。节约用工、提升纱线质量与性能是未来国内外研究的趋势,此外,在“碳达峰、碳中和”政策的影响下,绿色可持续发展将是国内环锭纺纱技术发展的导向。总体而言,国内环锭纺纱发展围绕节约用工、提高生产效率、提升纱线品质、创新驱动、绿色可持续发展而展开[45]。

5 结 论

借助CiteSpace计量工具对CNKI与WOS数据库中环锭纺纱领域相关文献进行计量、分类排序,具体描述了2012—2022年国内环锭纺纱领域的研究状况、研究热点和发展趋势。

从发文趋势与国家、作者间合作分布结果分析可知:中国近10年环锭纺纱相关研究呈现下降趋势,发展从数量追求转移至质量追求;中国文献中心度最大,在环锭纺纱领域贡献度高、影响力高;各研究学者之间合作较为紧密,但未形成核心作者群。

从关键词与突显词分析可知,过去10年间,研究热点围绕环锭纺的技术创新和纱线质量提升展开,扭妥TM 纺纱技术就是其中代表之一,各种纺纱技术相互促进发展,环锭纺仍具有广阔的研究前景。此外,在“碳达峰、碳中和”的环保目标与发展需要面前,创新驱动、绿色低碳亦是环锭纺领域的发展方向。

顺应发展潮流才能促进技术快速发展,我国环锭纺纱领域学者应该整合研究力量,建立核心作者群,形成覆盖面更广的合作网络。此外,在环锭纺纱领域对绿色低碳的相关研究目前较少,是现阶段发展的需要,研究重心应当向绿色可持续发展转移。