PSS Topic Modeling (2017)

제품서비스시스템(PSS) 연구 동향: 지속가능성과 가치 창출
- 2017년 춘계공동학술대회 (대한산업공학회 · 한국경영과학회 · 한국시뮬레이션학회)

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1. 제품서비스시스템(PSS) 연구 동향: 지속가능성과 가치 창출 서한빈¹, 이학연²* ¹서울과학기술대학교 데이터사이언스학과, ²서울과학기술대학교 글로벌융합산업공학과 *교신저자, hylee@seoultech.ac.kr 2017 춘계공동학술대회 V170403 997
2. 2 / 21 목 차 1. 서론 2. 선행 연구 3. 연구 방법 4. 데이터 탐색 5. 연구주제 분석 6. 결론 998
3. 1. 서론 ➢ 연구배경 ▪ 제품서비스시스템(Product Service System; PSS): 제품과 서비스의 연계 또는 통합 솔루션 개념 (Goedkoop et al., 1999; Baines et al., 2007) ▪ PSS에 대한 연구는 1999년 최초 제시된 이후 2010년대 들어 활발하게 연구됨 ▪ 동시에 다양한 측면에서 PSS에 대한 연구가 진행 ✓ 한편 개별적인 저널과 컨퍼런스에서 연구결과 발표되 상호교환(interchange)이 어려움, 즉 PSS연구에 대한 Research landscape 부재 (Boehm et al., 2013; Sakao et al., 2009) ➢ 연구동기 ▪ PSS 연구주제를 설정하는데 있어, PSS 연구 동향에 대한 이해 필요 ▪ 특히 정량적/실증적 분석, Taxonomy 부재 ➢ 연구목적 ▪ 논문 초록을 바탕으로 PSS 연구주제(토픽) 도출, PSS 분야의 연구 동향 분석 ▪ PSS 관련 학술지별 특성 도출 3 / 21 999
4. 2. 선행 연구 (1/3) ➢ PSS 유형 및 분류 연구 ▪ PSS를 유형화, 분류 하는 연구 ✓ 지속가능성(sustainability)에 초점을 맞춰, Product/Use/Result oriented PSS 유형을 제시 하면서 8가지 세분화 된 분류를 제안 (Tukker, 2004) ✓ 이해관계자 참여형태와 가치창출 활동 관점에 따라 9가지 PSS 분류체계 제안 (임치현 외, 2010) ▪ PSS 관련 컨셉을 비교 하는 연구 ✓ PSS를 포함해 “제품-서비스 통합”과 관련된 컨셉을 분류화, 유형화하여 Marketing/Engineering oriented IPS(integrated product–service) 특징 비교 (Park et al., 2012) ➢ PSS 연구주제를 분류하는 연구 ▪ PSS 연구 분야를 비교하는 연구 ✓ Information Systems, Business Management, Engineering & Design 각각의 분야에서 PSS 개념 비교 (Boehm et al., 2013) • → PSS와 관련된 3가지 분야를 정의하고, 이를 기준으로 하여 Typology 제시 4 / 21 1000
5. 2. 선행 연구 (2/3) ➢ PSS 연구주제를 분류하는 연구 [계속] ▪ PSS 연구주제(이슈)에 대한 연구 ✓ PSS 엔지니어링/마케팅/혁신전략/지속가능성 이라는 4개의 PSS 연구주제 정의 (Van Ostaeyen, 2014) • 한편 이 연구는 PSS 비즈니스의 잠재력 분석을 목적으로 하는 연구, 위 제안은 부산출물 • → 185개의 저널기사에 대한 연구자 개인의 정성적 분류 ✓ PSS 개발 생애주기(PSS design/evaluation/operation)에 따라 주요 연구이슈 정의 (김광재 외, 2011) • 2010년까지의 PSS에 대한 정성적 문헌리뷰 연구, 적용사례와 연구사례를 소개 • → 3개의 생애주기 구간을 기준으로 연구이슈 분류; Typology 제시 5 / 21 ➢ Ostaeten(2014)와 같이, 보편적으로 통용될 수 있는 PSS 연구주제가 다른 PSS 연구에서도 필요 ✓ 하지만 이에 대한 정량적, 실증적 분석은 미비한 수준 ➢ 특히 관련문서 간 연관관계를 바탕으로 하는 Taxonomy 필요 ✓ 한편 PSS 연구주제에 대한 지배적인(dominant) 분류체계는 없기 때문에 Typology는 부적합 1001
6. 2. 선행 연구 (3/3) ➢ 토픽모델링을 활용한 기술/연구 동향 분석 ▪ 기술동향 분석연구 ✓ 핀 테크(서성훈 & 이학연, 2015), 증강현실(AR)(오승현 & 윤장혁, 2016) 등 ✓ → 특허(Patent) 데이터를 활용해 기술 토픽 정의 ▪ 연구동향 분석연구 ✓ 산업공학(정보권 & 이학연, 2016; 김상겸 & 장성용, 2016), 문헌정보학(박자현 & 송민, 2013), 기술경영(Lee & Kang, 2017), 시뮬레이션(나상태 외, 2016), 사물인터넷(IoT)(김준홍 & 강필성, 2016), 딥 러닝(Deep Learning)(김형식 외, 2016) 등 ✓ → 논문(Paper) 데이터를 활용해 연구 주제 정의 6 / 21 ➢ 다양한 연구영역, 분류 수준, 분석 대상에 대해 토픽모델링 기법을 활용해 동향 분석 수행 ➢ 토픽모델링은 기존 기술(학문)분류 체계 적용이 어려운 신흥 융합 기술(연구)분야에서 효과적 ➢ 공통적으로 LDA(Latent Dirichlet Allocation) 알고리즘을 기반으로 함 1002
7. 3. 연구 방법 (1/4) ➢ 연구 프레임워크 7 / 21 논문 DB (Scopus DB) 데이터셋 추출*¹ 키워드 기초 분석*² 4. 데이터 탐색 5. 연구주제 분석 동향/분포 기초 분석 연구주제 정의 (토픽 네이밍) 연구주제 동향 분석 연구주제 분포 분석 토픽모델링*³ 1003
8. 3. 연구 방법 (2/4) ➢ *1. 데이터셋 추출 ▪ 데이터 수집 ▪ 데이터 정제 ✓ 토픽모델링 초록데이터 정제 과정 ✓ (저자)키워드 정제 • Product Service System, Product Service Systems, Product-Service System (PSS), PSS 등 다양한 표현의 같은 키워드 통합 8 / 21 수집일자; DB; 문서 수 2017.2.3.; Scopus DB; 1229건 문서 검색조건 1. Title, Abstract, Keyword에 “product service system”를 포함하는 문서 1차 검색 2. Document Type은 Conference Paper, Article, Review, Book Chapter, Article in Press 에 대해서만 한정한다. 3. Year 기준에서 올해(2017)는 제외한다. 불용문서 제거조건 1. error_bad_lines=False 조건에 의해 불용문서 제거(pandas.dataframes at Python) 2. Abstract 항목이 [No abstract available]인 문서 36건 제거 Remove punctuation Tokenization Remove stopwords POS tagging Lemmatization 1004
9. 3. 연구 방법 (3/4) ➢ *2. (저자)키워드 네트워크 ▪ 저자-키워드 동시 출현 분석 ✓ 두 키워드의 동시 출현 횟수 많을수록 두 키워드 간 연관 관계가 높음(Callon et al., 1993) ✓ 일반적으로 저자-키워드는 연구자가 강조하고자 하는 주제를 직접적으로 표현(Šauperl, 2004) ▪ 키워드 네트워크 구축 구조 ✓ 유사도 측정 ✓ 시각화 및 군집화 : VoS(visualization of similarity) 기법(Waltman et al., 2010) • 연관관계가 높은 개체(노드)들을 가깝게 배치하는 거리 기반 접근법 » 목적함수 및 거리함수 9 / 21 O = 1 ⋯ 𝑖 ⋯ 𝑗 ⋯ 𝑛 1 ⋮ 𝑘 ⋮ 𝑚 𝑜𝑘𝑖 = 0 𝑜𝑟 1 𝐶 = 𝑂𝑇𝑂 𝑐𝑖𝑗 = ෍ 𝑘=1 𝑚 𝑜𝑘𝑖 𝑜𝑘𝑗 C = 1 ⋯ 𝑖 ⋯ 𝑗 ⋯ 𝑛 1 ⋮ 𝑖 ⋮ 𝑗 ⋮ 𝑛 𝑐𝑖𝑗 • Occurrence Mat. (𝒎 × 𝒏) • Co-occurrence Mat. (𝒏 × 𝒏) • Association strength Mat. (𝒏 × 𝒏) 𝑆𝐴 = 𝑐𝑖𝑗 𝑠𝑖 𝑠𝑗 𝑠𝑖 = 𝑐𝑖𝑖 = ෍ 𝑘=1 𝑚 𝑜𝑘𝑖 ✓ m ∶ # of documents ✓ ) n ∶ # of objects(words (Source: Van Eck & Waltman, 2009) 𝑠𝑖 min max (시각화) (군집화) 1005
10. 3. 연구 방법 (4/4) ➢ *3. 토픽모델링(topic modeling) ▪ 문서 집합에 내재된 주제(topic)를 발견하기 위한 통계적 모델링(Blei, 2012; Blei et al., 2003) ✓ 분석 대상 문서에 대한 사전 정보 및 정성적 판단이 불필요 ✓ 잠재 디리클레 할당(Latent Dirichlet Allocation: LDA) 알고리즘이 가장 널리 활용 ▪ LDA 추론 구조 10 / 21 (Source: Lee & Kang, 2017; Blei, 2012) 1006
11. 4. 데이터 탐색 (1/4) ➢ 기초 동향 분석 : 연도별 논문건수 추이 11 / 21 1 5 3 11 7 9 26 23 28 69 89 108 115 150 179 230 216 0 50 100 150 200 250 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 ➢ 2010년 안팎을 기준으로 “Product Service System” 키워드를 사용하는 논문건수 증가 추세 1007
12. 4. 데이터 탐색 (2/4) ➢ 기초 분포 분석 : 상위 빈도 저널 점유율 12 / 21 17%, 208 6%, 70 3%, 43 3%, 39 2%, 23 2%, 22 2%, 21 1%, 20 2%, 20 62%, 763 Procedia CIRP Journal of Cleaner Production IFIP Advances in Information and Communication Technology Proceedings of the International Conference on Engineering Design, ICED Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics) International Journal of Production Research Journal of Manufacturing Technology Management Others ➢ PSS에 대한 연구는 제조, 디자인, 환경, IT 등 다양한 분야의 저널에서 발표되고 있음 1008
13. 4. 데이터 탐색 (3/4) ➢ 기초 키워드 분석: 키워드 네트워크(co-word network) 13 / 21 1009
14. 4. 데이터 탐색 (4/4) ➢ 기초 키워드 분석 [계속]: 키워드 군집 별 핵심 키워드 탐색 ▪ 군집 별 weight<Total link strength> 기준 정렬 14 / 21 군집 1(19개) 군집 2(19개) 군집 3(17개) 군집 4(14개) 군집 5(13개) 군집 6(12개) 군집 7(12개) service innovation service engineering sustainability functional product (fp) design servitization simulation design for sustainability service design industrial product- service system (ips2) maintenance product business model literature review sustainable development product lifecycle management (plm) life cycle assessment (lca) life cycle knowledge management manufacturing conceptual design Framework life cycle management (lcm) decision making product developme nt ict case study product design strategic niche management customer value eco-costs availability value creation methodology pss design transition management automotive industry eco-efficiency sustainability assessment healthcare service science modelling system innovation collaboration Ecodesign discrete event simulation stakeholder service innovation ➢ 네트워크에서 PSS의 핵심 키워드는 servitization, IPS2, business model, sustainability ➢ 특정 키워드는 특정 군집에만 할당(assign)되기 때문에 군집 간 특징을 파악하는데 다소 어려움 1010
15. 5. 연구주제 분석 (1/5) ➢ LDA기반 토픽모델링 시행 ▪ 토픽 개수 10개, Gibbs Sampling Method 사용해 iteration 1000회 시행 ➢ 토픽별 상위 단어 목록 15 / 21 Topic 1 Topic 2 Topic 3 Topic 4 Topic 5 Topic 6 Topic 7 Topic 8 Topic 9 Topic 10 service system model product process cost innovation sustainable design pss product use business approach development performance industry sustainability product framework system information customer base knowledge decision strategy environmental method methodology manufacturing technology company life system evaluation firm system concept identify manufacture new value requirement support maintenance practice potential new case orient data offer system industrial use challenge impact support literature production user case cycle ips2 quality management consumer service review integrate need base customer different time capability economic activity exist enterprise application relationship use engineering tool role consumption element factor traditional way provider solution network machine level energy tool psss 1011
16. 5. 연구주제 분석 (2/5) ➢ 토픽 네이밍 ▪ 토픽 별 상위 확률 단어와 토픽 별 상위 비율 문서를 참고해 토픽 명칭 정의 16 / 21 토픽 토픽 명칭 토픽별 주요 단어 Topic 1 Service-oriented manufacturing service, manufacturing, manufacture, orient, production, shift, paradigm Topic 2 ICT-based PSS ict, system, information, technology, communication, architecture, platform Topic 3 PSS business model for value co-creation model, business, customer, value, relationship, creation, need, advantage Topic 4 PSS requirement engineering requirement, solution, problem, component, configuration, domain, need Topic 5 Industrial PSS (IPS2) industrial, ips2, process, knowledge, support, engineering, system Topic 6 PSS performance evaluation cost, performance, decision, evaluation, quality, evaluate, method, effective Topic 7 Servitization strategy innovation, strategy, servitization, transition, towards, transformation Topic 8 PSS for sustainability sustainable, sustainability, environmental, economic, consumption, eco Topic 9 PSS design design, method, concept, activity, function, feature, scheme, conceptual Topic 10 PSS framework and methodology pss, framework, methodology, systematic, perspective, characteristic, step 1012
17. 5. 연구주제 분석 (3/5) ➢ 연도별 토픽비율 변화 17 / 21 ➢ PSS 연구 초기에는 [T8] PSS for sustainability 토픽의 연구가 활발했던 것을 알 수 있음 1013
18. 5. 연구주제 분석 (4/5) ➢ 유망 토픽, 쇠퇴 토픽 분석 ▪ P-value 0.05 이상, 선형관계가 존재하는 토픽 분류 18 / 21 [T10] PSS framework and methodology [T3] PSS business model for value co-creation [T5] Industrial PSS (IPS2) [T2] ICT-based PSS [T7] Servitization strategy [T6] PSS performance evaluation [T8] PSS for sustainability ➢ [T8] 연구주제는 쇠퇴하는 반면, [T10], [T3], [T5] 등 다양한 연구주제가 부상(emerging) 1014
19. 5. 연구주제 분석 (5/5) ➢ 상위 빈도 저널 토픽비율 분포 ▪ 토픽 별 상위 저널 순위 19 / 21 SourceTitle [T1] Service- oriented manufacturing [T2] ICT-based PSS [T3] PSS business model for value co-creation [T4] PSS requirement engineering [T5] Industrial PSS (IPS2) [T6] PSS performance evaluation [T7] Servitization strategy [T8] PSS for sustainability [T9] PSS design [T10] PSS framework and methodology Procedia CIRP 9.45% 9.07% (4) 10.79% (3) 9.47% (3) 12.67% (1) 10.07% (3) 8.85% 9.48% (3) 9.02% (5) 11.13% (4) Journal of Cleaner Production 8.52% 8.72% (5) 9.05% 8.82% 8.25% 7.29% 10.85% (3) 18.56% (1) 8.99% 10.96% (5) IFIP Advances in Information and Communication Technology 12.17% (2) 9.73% (3) 10.72% (5) 9.16% (5) 11.84% (2) 8.70% (5) 10.34% 9.11% (4) 7.96% 10.26% Proceedings of the International Conference on Engineering Design, ICED 9.52% 11.02% (2) 9.73% 8.94% 10.05% (4) 7.43% 9.26% 7.21% 14.98% (2) 11.86% (2) Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference 11.46% (4) 7.46% 10.74% (4) 12.35% (1) 7.69% 9.41% (4) 6.65% 7.63% 16.00% (1) 10.60% CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 13.47% (1) 8.11% 11.22% (1) 8.85% 10.69% (3) 8.15% 10.42% (4) 8.27% 9.27% (4) 11.56% (3) Lecture Notes in Computer Science 10.15% (5) 14.62% (1) 8.14% 9.11% 9.15% 7.14% 10.37% (5) 10.35% (2) 13.01% (3) 7.97% International Journal of Production Research 11.66% (3) 8.60% 10.81% (2) 10.99% (2) 9.69% (5) 12.57% (1) 11.84% (2) 8.46% (5) 7.03% 8.36% Journal of Manufacturing Technology Management 7.06% 6.53% 10.54% 9.17% (4) 8.96% 11.50% (2) 16.84% (1) 6.40% 8.92% 14.09% (1) ➢ PSS 토픽 별 비중은 저널의 성격에 따라 상이하게 나타나며, 각 저널들은 저널 별 고유한 특성에 부합하는 PSS 토픽들을 중점적으로 다루고 있음 1015
20. 6. 결론 ➢ 요약 ▪ 2000년대 이후 “Product Service System”에 대해 다룬 논문 1229건 수집 ▪ 1차적으로 연도별 논문건수, 저널 점유율, (저자)키워드 분석을 시행 ▪ 초록데이터를 바탕으로 토픽모델링을 시행해 PSS 연구주제 정의 ▪ 이를 바탕으로 유망, 쇠퇴 연구주제 선정하고 학술지별 특성 파악 ➢ 의의 ▪ PSS 관련 연구 동향 파악과 향후 연구 주제 설정에 활용 ▪ 다른 PSS 연구를 포함해 전반적인 PSS 연구에 있어 Research landscape 제시 ➢ 한계점 ▪ 데이터 수집과정에서 키워드를 “Product Service System”으로 한정했다는 점에 서 “제품-서비스 통합”과 관련된 컨셉을 거시적으로 다루지 못 함 ➢ 향후연구 ▪ 연구결과에서 산출된 주요 키워드를 재정의해 데이터 수집 범위를 확장 ▪ 네트워크 분석을 활용해서 토픽/저널 간 관계를 시각화하고 분석 20 / 21 1016
21. 21 / 21 ❖ 참고문헌 • 김광재, 홍유석, 박광태, 임치현, 허준연, 강창묵, 백민정, 박근완 (2011). 제품-서비스 통합 시스템. 대한산업공학회지, 37(3), 234-247. • 김상겸, 장성용 (2016). 토픽모델링을 이용한 국내 산업공학의 연구동향 분석. 대한산업공학회 춘계공동학술대회 논문집, 3996-4018. • 김준홍, 강필성 (2016). 토픽모델링과 사회연결망 분석을 활용한 ‘사물인터넷’ 연구동향 분석. 대한산업공학회 춘계공동학술대회 논문집, 5274-5305. • 김형석, 박민식, 강필성 (2016). 토픽 모델링과 사회연결망을 통한 딥러닝 연구동향 분석. 대한산업공학회 춘계공동학술대회 논문집, 1877-1899. • 나상태, 김자희, 정민호, 안주언 (2016). 토픽 모델링을 이용한 시뮬레이션 연구 동향 분석. 한국시뮬레이션학회논문지, 25(3), 107-116. • 박자현, 송민. (2013). 토픽모델링을 활용한 국내 문헌정보학 연구동향 분석. 정보관리학회지, 30(1), 7-32. • 서성훈, 이학연 (2015). BM 특허 토픽 모델링을 이용한 핀테크 기술 동향 분석. 대한산업공학회 추계학술대회 논문집, 471-480. • 오승현, 윤장혁 (2016). 특허분석을 통한 증강현실 기술 모니터링. 대한산업공학회 추계학술대회 논문집, 2680-2683. • 임치현, 허준연, 이동희, 김광재, 홍유석, 박광태 (2010). 제품-서비스 통합시스템 유형 분류체계의 개발. 대한산업공학회 춘계공동학술대회 논문집, 769- 774. • 전익진, 이학연. (2016). 연관규칙 기반 동시출현단어 분석을 활용한 기술경영 연구 주제 네트워크 분석, 기술혁신연구, 24(4), 101-126. • 정보권, 이학연. (2016). 국내 산업공학 연구 주제 2001~2015. 대한산업공학회지, 42(6), 421-431. • Baines, T. S., Lightfoot, H. W., Evans, S., Neely, A., Greenough, R., Peppard, J., ... & Alcock, J. R. (2007). State-of-the-art in product-service systems. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 221(10), 1543-1552. • Blei, D. M., Ng, A. Y., & Jordan, M. I. (2003). Latent dirichlet allocation. Journal of machine Learning research, 3(Jan), 993-1022. • Blei, D. M. (2012). Probabilistic topic models. Communications of the ACM, 55(4), 77-84. • Boehm, M., & Thomas, O. (2013). Looking beyond the rim of one's teacup: a multidisciplinary literature review of Product-Service Systems in Information Systems, Business Management, and Engineering & Design. Journal of Cleaner Production, 51, 245-260. • Callon, M., Courtial, J. P., Turner, W. A., & Bauin, S. (1983). From translations to problematic networks: An introduction to co-word analysis. Information (International Social Science Council), 22(2), 191-235. • Eck, N. J. V., & Waltman, L. (2009). How to normalize cooccurrence data? An analysis of some well‐known similarity measures. Journal of the American Society for Information Science and Technology, 60(8), 1635-1651. • Goedkoop, M. J., Van Halen, C. J., Te Riele, H., & Rommens, P. J. (1999). Product service systems, ecological and economic basics. Report for Dutch Ministries of environment (VROM) and economic affairs (EZ), 36(1), 1-122. • Lee, H., & Kang, P. (2017). Identifying core topics in technology and innovation management studies: a topic model approach. The Journal of Technology Transfer, 1-27. • Park, Y., Geum, Y., & Lee, H. (2012). Toward integration of products and services: Taxonomy and typology. Journal of Engineering and Technology Management, 29(4), 528-545. • Sakao, T., Panshef, V., & Dörsam, E. (2009). Addressing uncertainty of PSS for value-chain oriented service development. In Introduction to Product/Service-System Design (pp. 137-157). Springer London. • Šauperl, A. (2004). Catalogers' common ground and shared knowledge. Journal of the American Society for Information Science and Technology, 55(1), 55- 63. • Tukker, A. (2004). Eight types of product–service system: eight ways to sustainability? Experiences from SusProNet. Business strategy and the environment, 13(4), 246-260. • Van Ostaeyen, J. (2014). Analysis of the business potential of product-service systems for investment goods (Doctoral dissertation, PhD thesis, KU Leuven). • Waltman, L., van Eck, N. J., & Noyons, E. C. (2010). A unified approach to mapping and clustering of bibliometric networks. Journal of Informetrics, 4(4), 629-635. 1017