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廣義上的動物健康可分為生理健康及情緒健康,音頻分析技術一般都是針對患有呼吸道疾病的動物咳嗽聲處理實現生理健康監測。為此應首先提取患病動物咳嗽聲特征,Ferrari等[8-9]通過臨床檢查篩選染病豬并采集其咳嗽聲,與檸檬酸誘發的健康豬咳嗽聲對比發現染病豬咳嗽音頻的標準化壓力均方差及峰值頻率均值均低于健康豬,而染病豬咳嗽持續時間及咳嗽頻率則高于健康豬。針對染病豬咳嗽音頻特征參數構建參考模板,將日常生產中利用定向麥克風采集到的豬咳嗽聲與該參考模板做模式匹配,可以實現呼吸道疾病疑似病豬智能識別。在圈舍群養的豬飼養方式下,很難實現豬個體咳嗽聲的采集,可將圈設定為監測對象,使用麥克風陣列定位具備病豬咳嗽音頻特征的咳嗽聲[10],將出現病豬咳嗽聲頻率高的圈設定為高危圈,養殖人員重點關注高危區內動物健康狀況,及早隔離確診病例,這不僅有效降低了人工勞動強度,而且提高了患病豬識別效率,降低了規?;B殖場由于動物疾病帶來的經濟損失。動物情緒健康更多是動物福利關注的問題,目前音頻分析技術主要用于提取動物在恐懼、孤獨、焦慮等不良情緒下的叫聲特征,在此基礎上可實現動物情緒健康的無損監測。Jahns[11]針對已知的牛饑餓和叫聲信號提取出先驗特征矩陣及其參考模式,利用模式匹配方法識別牛只日常叫聲中所蘊含的饑餓及信息。Ikeda等[12]利用線性判別分析方法處理聲音信號的頻譜結構變化特征,進而智能識別母牛饑餓以及與仔牛分隔而產生的兩種焦慮狀態。豬的情緒健康水準評價研究目前鮮見報道,限位欄飼養母豬和剪牙斷尾仔豬的情緒健康問題最值得關注。
以仔豬為例,為了驗證剪牙斷尾過程會引起仔豬極強的恐懼情緒,可設計獨立的仔豬叫聲采集室,人為制造令其恐懼的突變環境,采集其叫聲音頻并提取音頻特征構建參考模板,與剪牙斷尾時采集的仔豬叫聲做模式匹配,實現仔豬恐懼情緒的智能識別。動物采食、飲水、排泄行為異??捎糜陬A測其健康異常,因此這三大行為是畜牧養殖從業人員最為關注的動物行為。及時監測到動物行為模式的突變有利于及早發現疑似發病個體,降低經濟損失。音頻分析技術目前主要用于牧場放養的牛羊采食行為監測,這種飼養方式下牛羊活動范圍廣,人工觀察方式及機器視覺技術難以監測它們的采食行為。但是牛羊采食主要有咬斷及咀嚼草料兩種動作,而實際采食量可由咬斷草料的次數來判定,因此可通過咬斷、咀嚼草料兩種動作的不同音頻特征識別牛羊采食過程中咬斷草料的次數,進而實現采食量的智能監測[6-7]。難以實時、準確掌握養殖動物需求是目前畜牧養殖業面臨的挑戰之一,而動物叫聲是其生理、情緒健康狀況的外在表現,準確掌握動物叫聲含義有利于養殖人員根據動物自身需求開展養殖工作。動物叫聲音頻分析的首要目標是針對大量已知含義的動物叫聲音頻提取特征參數,不斷擴充動物叫聲音頻分析模式庫,這是研發動物叫聲含義智能識別系統的基礎。另外,動物叫聲含義分析對音頻質量要求高,如何有效降低圈養動物叫聲間的相互干擾及環境噪聲的影響以實現音頻高質量地實時采集,是后續研究中需要解決的問題。
機器視覺技術
在畜牧養殖領域,動物行為與動物健康狀況、生存舒適度密切相關,利用動物行為自動分析動物健康及舒適度狀況相比人工經驗觀察而言結果更加客觀。隨著機器視覺技術在數字化農業領域的廣泛應用,近年來,研究人員開始涉足基于動物視頻自動分析動物行為及動物生存舒適度的研究領域[13]。行為模型是核心,該模塊從動物形體姿態特征、行為間內在聯系以及行為與環境間聯系三個方面針對動物行為進行定義、表示和建模。視頻流是動物行為分析的信息源,目前一般是在養殖舍頂部架設連接PC的攝像機實現視頻流信息采集[14-17],而關注動物腿部運動姿態的研究一般會單獨構建規則通道,側方位架設攝像機,在動物經過通道時采集其運動視頻[18]。運動目標分割步驟從視頻流原始圖像中分割出監測對象,特征提取步驟主要工作是提取足夠的動物形體特征,以區分不同的動物行為,這些形體特征包括位置、姿態、運動速度、輪廓等等信息,該步驟首先需要解決視頻序列中研究目標的檢測與跟蹤問題。目前針對群養豬個體跟蹤的最新方法能夠準確識別、跟蹤3頭豬長達8min,為豬只行為特征提取奠定了良好的基礎[14]。行為特征提取的目的是區分不同的動物基本行為,所謂基本行為是指諸如休息、探究、采食等能夠持續一定時間的獨立行為。臨產母牛的站立、躺臥、攝食等基本行為可用于預測母牛分娩時間,Canger等[15]研究了這些基本行為對應的主軸線方向、臀圍長度、體型寬長比、背部面積等圖像特征,實現了基本行為的自動識別,該研究成果使得設計一種基于母牛行為的人工助產自動預警系統成為可能。
復雜行為由一個或多個具有時空關聯的基本行為組成,復雜行為分析也可稱為動物行為模式分析,其主要工作是挖掘動物基本行為間或基本行為與環境間的內在聯系。Shao等[16]針對群養豬睡眠時的紅外圖像選取圖像不變矩、背景前景像素轉換頻率以及豬群緊密程度作為特征向量,使用最小歐幾里德距離方法區分環境溫度寒冷與舒適兩種狀況下豬的睡眠姿態。基于此,養殖人員可根據動物睡眠姿態判斷其環境溫度舒適度,實現養殖環境參數的按需調節,該研究對探索環境因子對豬生長的影響也具有重要的學術意義和實用價值。動物行為模式是發現動物反常行為的基礎,而反常行為是動物個體出現健康異?;颦h境發生突變的外在表現。動物反常行為的及時發現可用于動物疾病或環境調節預警。朱偉興等[17]利用安裝于豬舍排泄區的嵌入式監控設備對群養豬的排泄行為進行24h監控,對于單日排泄次數超過系統閾值的豬只,認定其排泄行為出現異常。Song等[18]將牛行走過程中同側前后蹄接觸地面中心點間距離定義為形跡重疊參數Δ,并挖掘出健康牛行走行為模式:行進過程中Δ值小于或等于0。將行進過程中Δ>0的牛只認定為患有跛腿殘疾。僅從畜牧信息的無損監測角度而言,基于機器視覺技術的動物行為監測是目前最好的方法,這種技術以無接觸方式記錄動物行為信息,對動物活動沒有任何影響。但是該方法的技術實現難度較大,受現場光照條件影響大,攝像機視距、拍攝范圍有限,一般只能監測圈養動物信息。后續研究中除了需要針對動物行為進行更精確的行為建模外,還需要解決養殖動物個體識別與跟蹤的問題,以豬行為監測為例,目前最新研究進展能夠準確識別、跟蹤3頭豬8min時間[14]。而中國群養豬的單欄養殖密度一般都大于3頭/欄,仔豬單欄養殖密度則更高,在這種應用場景下,如何在大通量的視頻信息中識別跟蹤某一行為異常的個體是后續研究需要重點解決的問題。#p#分頁標題#e#
無線傳感器網絡技術
無線傳感器網絡是由部署在監測區域內眾多的微型傳感器節點組成,通過無線通信方式形成的一個自組織無線網絡系統,可用于監測復雜多變的環境條件,如溫度、濕度、噪聲等級等,也可監測節點附著對象的運動特征,如速度、加速度、運動方向等[19]。無線傳感器網絡豐富的傳感器資源使其在畜牧信息監測應用中具有得天獨厚的優勢,無線通信方式不僅解決了養殖現場布線困難的問題,而且使得網絡節點可以穿戴在養殖動物軀體上,能夠滿足動物行為、體征等參數信息監測的連續性和實時性要求。適宜的養殖環境可以充分發揮養殖動物的生產潛力,增強動物抵抗力,減少疾病的發生,繼而提高畜牧業的生產效益[20],同時,良好的環境也是動物福利的要求。畜牧生產中重點關注的養殖環境指標主要有溫濕度、光照強度及有害氣體濃度。利用無線傳感器監測養殖環境指標信息主要有以下3個挑戰:一是于節點監測范圍受限,單個節點監測結果不能客觀反映整個養殖舍環境信息;二是養殖舍內多種氣體傳感器存在交叉敏感的問題;三是實際生產中需經常沖洗圈舍,網絡節點不能布署于舍內較低的位置,這就帶來節點無法測得動物高度層的實際環境信息的不足。針對第一個問題,滕翠鳳等[21]提出采用自適應加權融合算法融合同類傳感器組的多源數據,利用D-S證據推理理論融合溫度濕度和光照度環境參數,提高了環境監測的精確度。針對第二個問題,俞守華等[22]利用小波變換提取氣體信號動態反應過程的局部特征,利用遺傳算法對小波系數特征值進行篩選,降低特征維數并簡化神經網絡結構,進而提高基于BP神經網絡的有害氣體定性測定準確率。對于第三個問題,可將養殖舍內環境看作一個場,研究養殖舍溫濕度場、氣體濃度場,挖掘出不同高度層的環境參數的關系模型,實際布署網絡時將節點布署于養殖舍頂部,根據頂部環境指標結合不同高度環境參數關系模型,得到養殖動物所處高度層的實際環境信息。無線傳感器網絡監測的環境參數可通過3G網絡[23]或其它無線通信方式由基站(或網關節點)發送到服務器端。對于采集到的環境參數目前主要有兩種處理方案:一種是當養殖環境監測值超過系統設定閾值時由服務器自動向管理人員或養殖人員報警[1];第二種是由服務器自動控制養殖場環境調控設備,這種處理方案中控制算法設計是關鍵,目前主要采用的是模糊控制算法[22,24]。綜合運用養殖環境監測與反饋調節技術,可以設計完整的養殖舍環境監控系統[25],為養殖動物創造良好的生存環境。
目前利用無線傳感器網絡監測的動物個體信息主要包括動物生理指標(體溫、心率等)信息及行為(休息、散步、快走等)信息兩類,其一般流程如圖3所示,流程中首先需要解決的問題是設計適合動物穿戴的高效、耐用的傳感器及相應的節點。心率和體溫是傳統意義上的動物生理健康狀況重要指標,Eigenberg等[26]分別針對牛和豬設計了體溫和呼吸頻率傳感器。Martinez等[27]與Warren等[28]設計了一種能安置在瘤胃上的藥丸式心電圖節點來自動測量牛的心率,但該節點存在射頻信號受動物脂肪組織影響而衰減嚴重的問題,Hoskins等[29]針對這一問題設計了一種電感鏈路用以將體內節點監測的數據發送到體外數據接收器。在行為監測方面,研究人員提出利用三軸加速度傳感器監測養殖動物運動過程中的三向加速度值并基于此對動物行為進行分類[30-34]。Brehme等[35]在已經投入實際應用的電子計步器基礎上擴展環境溫度傳感器、位置信息傳感器,設計了一款綜合記錄動物生理、行為信息的傳感器節點,并將該節點應用于奶牛周期監測。為了防止動物運動對傳感器節點帶來的破壞,需要將監測節點合理固定在動物軀體上,利用動物項圈在動物頸部固定節點是目前最常用的方法[36-38],但對于有特殊監測目標的節點而言,應靈活調整固定位置。Watanabe等[39]將三軸加速度傳感器固定在牛的下顎部以監測其下顎運動特征,進而分析牛咬斷、咀嚼草料以及休息3種行為。Robert等[31]將三軸加速度傳感器固定于牛腳踝處以實現遠程監測牛行走、站立和躺臥等行為。Warren等[28]為監測牛心率參數將傳感器節點通過手術固定在牛瘤胃上。附屬于動物軀體的傳感器節點按設定時間間隔監測動物體溫、心率、肢體運動三軸加速度等參數,將監測數據無線發送到數據收集器(如基站或網關節點)的方法目前主要有兩類:第一類是節點將監測數據緩存于存儲器,當動物活動到數據接收器(一般置于動物飲水器或食槽上)附近時,將緩存的監測數據無線發送到數據接收器[31,40-41];第二類是設計無線傳感器網絡數據路由協議,利用節點轉發監測數據到數據收集器,這些路由協議需重點解決節點移動帶來的網絡拓撲實時動態變化的問題[36]。
對于傳感器網絡監測到的動物生理指標參數信息,可設計養殖專家知識庫自動分析生理指標所蘊含的動物健康狀況,并針對健康異常個體發出報警。對于監測到的動物行為數據,需要研究相應的動物行為模型以實現行為自動分類,動物行為模型主要解決傳感器數據與行為類型之間的關聯問題。目前針對三軸加速度值的行為建模主要采用的數學方法有動態線性模型、爾曼濾波[32-34]、K-均值聚類算法[42]及支持向量機[43]。動物行為模型是分析動物運動能力特征的基礎,可為母豬、奶牛的初步鑒定提供判定依據[32,34,44]。目前已經投入實際使用的傳感器節點大多針對生產環境相對規范穩定的工業現場設計,但是畜牧業生產環境復雜,有些應用場合甚至具有高溫高濕的特點,而且在動物個體信息監測應用中,需要將節點固定在養殖動物軀體上,在動物躺臥甚至相互爭斗時都可能破壞傳感器節點。因此,畜牧業中應用的傳感器節點應該具備比工業生產現場更好的抗高溫抗高濕及抗損壞性能,然而畜牧業生產特點決定了其使用的傳感器節點不能代價高昂。高性能、高穩定性、低成本間的矛盾是無線傳感器網絡在畜牧業中應用需要重點解決的問題。
RFID技術
微膠囊壁的厚度、彈性、拉伸及壓縮強度、耐熱性以及與芯材的相容性直接影響MEPCM的可應用性,因此,壁材應選用無毒、不熔、不溶、密封性好、有較高拉伸及壓縮強度的樹脂。常用于囊壁的材料有尿素-甲醛樹脂(UF)[7]、聚氨酯(PU)[8]以及耐高溫性能較好的三聚氰胺-甲醛樹脂(MF)、尿素-三聚氰胺-甲醛樹脂(MUF)等。同時,壁材與芯材的質量比對MEPCM的相變焓與調溫效率有直接影響,一般芯材的質量分數在60%~80%之間[9-10]。有研究選用MF樹脂包覆復合高級醇類芯材制備相變溫度接近人體體溫且粒徑分布均勻的MEPCM,實驗測定其芯殼比例為4∶1時,MEPCM的相變焓較高且具有良好的調溫能力[11]。最新報道顯示,實驗室制作MEPCM的芯材質量分數可實現87%以上[12],熱焓值可達200kJ/kg[13]。未來應用于紡織品的MEPCM研究重點應由單純增大相變材料芯材的質量分數來提升相變焓,轉變為優化芯殼比例,提高蓄熱調溫智能紡織品的蓄熱密度和調溫效率,提升MEPCM綜合應用性能。
1.2乳化劑的選用
油溶性有機相變材料作為MEPCM芯材,需先高速分散形成水包油(O/W)或油包水(W/O)體系的乳狀液,再與壁材發生聚合反應進而形成微膠囊。乳液液滴的直徑分布越小,在溶液中分散越均勻,制得的MEPCM熱學性能越好[14]。影響乳化效果的因素有:親水親油平衡值(HLB值)[15]、臨界膠束濃度(CMC)、乳化時間、乳化溫度、乳化機轉速、乳化劑種類、乳化劑質量分數、乳化劑分子質量[14]等。其中,CMC和HLB是表征乳化劑性能和乳化效果的主要參數。HLB值低表示乳化劑的親油性強,易形成W/O型體系;HLB值高則表示親水性強,易形成O/W型體系;HLB值居中為6~8時,通過強力攪拌可分散形成乳狀溶液,適合用作潤濕劑,因此HLB值是影響乳化效果的關鍵因素[16-17]。常用的乳化劑主要有陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型,其中陰離子和非離子型乳化劑適用于O/W型乳液。用于分散相變芯材的乳化劑主要有苯乙烯-馬來酸酐共聚物(SMA)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、全氟壬烯氧基苯磺酸鈉(OBS)、失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚(Tween)和失水山梨醇脂肪酸酯(Span)等。實驗室研究應用不同成分乳化劑對相變芯材進行乳化處理,表2匯總了目前已報道的相變芯材及其選用的乳化劑。而基于乳化劑HLB值和基團相容性對相變材料分散性的理論研究還較為淺顯。閆麗佳[18]對比SDS和OBS陰離子型乳化劑對正十八烷的分散能力發現:SDS的分散能力雖強,但其制備的微膠囊壁材易黏連,芯材質量分數低導致MEPCM熱焓值降低;OBS熱穩定性和化學穩定性較好,且乳化制得的MEPCM的相變溫度和相變焓均高于同等條件下SDS制備的MEPCM。顏超[8]對比陰離子和非離子乳化劑的乳化效果發現:使用陰離子乳化劑SDS的石蠟體系乳液在剪切停止后立即分層;而Tween-80、OP-10和平平加O3種非離子乳化劑的乳化效果較好。這是由于石蠟/水體系乳化所需的HLB值為11~13,SDS不能提供適宜的HLB值,而上述3種非離子乳化劑的HLB值均在11左右,因此具有較好的乳化效果。其中,平平加O乳化劑中疏水鏈段的脂肪烴對石蠟具有更好的相容性而有助于提升乳化效果;2種不同種類非離子乳化劑混合得到的復配乳化劑在使用時發生的協同效應有利于乳化效果。對不同Span-Tween復配乳化劑種類和用量下的乳液穩定性也進行了相關研究[19]。復配乳化劑可根據實際應用要求而確定最優HLB值及乳化參數。
1.3MEPCM的制備方法
微膠囊的制備方法分為物理法、化學法和物理化學法。目前應用于紡織品的MEPCM主要采用化學方法制備。國內外學者對使用界面聚合法[27-28]、原位聚合法[11,29]等易操作方法制備包含不同相變材料的微膠囊研究較多。這2種方法制備的MEPCM結構見圖1[3]。界面聚合法既適用于制備水溶性芯材也適用于油溶性芯材的微膠囊,其特點是將形成壁材的2種單體分別溶解在不相溶的2種溶液中,2種單體分別從兩相內部向芯材乳液液滴界面移動并在相界面發生聚合反應,使聚合物包裹芯材形成微膠囊,其工藝流程見圖2[27]。原位聚合法與界面聚合法的區別是,壁材單體先發生預聚形成預聚體,沉積在已經分散為小液滴的芯材表面,在交聯和聚合反應下形成微膠囊外殼。相較之下原位聚合法成球較容易,壁材厚度和芯材質量分數可控。此外,也有通過乳液聚合法[30]、懸浮聚合法[20]和復合凝聚法[21,31]等方法制備MEPCM的研究報道。
2MEPCM在紡織品中的應用
在紡織應用領域,MEPCM通過直接紡絲法和織物表面整理法等加工方式附加到紡織品上,制成蓄熱調溫紡織品。
2.1相變纖維
美國Outlast、TRDC公司一直致力于MEPCM在熔融紡絲工藝中的研究和應用。目前Outlast已成功研制出包含MEPCM的聚丙烯腈纖維、粘膠和聚酯短纖維并正式應用于服用紡織品[32]。圖3示出Outlast研制的蓄熱調溫纖維截面形態[32]。國內外研究學者對采用熔融紡絲和濕法紡絲等直接紡絲工藝制備添加MEPCM的蓄熱調溫纖維進行了深入探討。其中對應用熔融紡絲法的研究較多,因濕法紡絲流程長、污染大、產量低,并且微膠囊的理論添加量受限,相關研究較少。
2.1.1熔融紡絲
用熔融紡絲法制備蓄熱調溫纖維是將紡絲高聚物與MEPCM共混制成切片,將切片加熱到高聚物熔點以上成熔融態,再通過噴絲孔射出到空氣中冷凝成絲條。由于熔融紡絲液的溫度較高,紡絲速度快,微膠囊在紡絲液中易破損和升華,因此熔融紡絲法對微膠囊芯材和壁材的耐熱性要求很高。為了增強紡絲過程中MEPCM的耐熱性,Fan等[14]在十八烷相變芯材乳化液中添加一定量環己烷并對MEPCM進行耐高溫改性處理。微膠囊在160℃條件下加熱30min使環己烷升華,其壁內產生預留膨脹空間,提高了膠囊粒徑分布均勻性,實驗測得膠囊耐熱溫度最高可達270℃。Han等[33]認為導致熔融紡絲工藝中MEPCM熱焓效率低的原因有2類:一是囊壁包裹不均勻的微膠囊在高溫下容易破裂;二是在熔融紡絲過程中摩擦力和剪切力導致部分微膠囊發生破裂。本文對紡絲工藝與相變性能、熱效率及力學性能和耐熱性能的關系進行研究后發現,聚合物的玻璃化轉變溫度和熔融溫度隨微膠囊質量分數的增加而升高,而纖維的斷裂強度和伸長率隨著MEPCM的質量分數升高而降低。有研究發現MEPCM質量分數為20%時丙烯腈基初生纖維的力學性能可達到服用要求[34]。
2.1.2濕法紡絲
用濕法紡絲法制備蓄熱調溫纖維是將MEPCM和高聚物配制成紡絲溶液,將紡絲液從噴絲孔中壓出后射入凝固浴形成絲條。該方法的紡絲速度低且溶液溫度低,因此對微膠囊損傷較小。制備以聚丙烯腈、粘膠等聚合物基體的蓄熱調溫纖維均適用濕法紡絲法,具有廣泛的實用性。張興祥等[35]將MEPCM與聚丙烯腈-偏氯乙烯共聚物混合經溶液紡絲制成MEPCM質量分數達30%的腈氯綸纖維。該纖維具有較好的可紡性、熱穩定性和熱焓效率,但力學性能較差。為了提高濕法紡絲制備相變材料纖維的力學性能,于海飛等[36]通過改變紡絲凝固浴中NaSCN的質量分數測試其對纖維強度的影響。通過濕法紡絲工藝制備含聚酰胺包覆石蠟相變材料的蓄熱調溫聚丙烯腈纖維,MEPCM質量分數為16.7%,當紡絲凝固浴中NaSCN質量分數為10%時,MEPCM在纖維中的熱焓效率達到78.4%,同時纖維斷裂強度為1.35cN/dtex。對比研究表明,在濕法紡絲凝固浴中添加適量NaSCN制備的含MEPCM聚丙烯腈纖維能夠獲得良好的力學性能和蓄熱調溫性能。通過直接紡絲法制備的蓄熱調溫纖維中微膠囊分布均勻,織物調溫性能優良,但融入MEPCM紡絲液的直接紡絲工藝難度較大,纖維斷裂強度和伸長率較低導致其可紡性較差,因此,直接紡絲法制備相變材料纖維仍有很大的研究空間??蓢L試以聚乙烯醇和熱學、力學性能優良的芳砜綸為主體纖維用濕法紡絲制備蓄熱調溫纖維。用熔融紡絲法制備蓄熱調溫纖維可向多功能方向發展,如與可降解聚乳酸結合制備生物醫用材料,纖維中添加MEPCM與遠紅外粒子產生協同作用增強織物保溫效果等。
2.2基于相變材料微膠囊的織物整理
用相變材料微膠囊整理織物是將MEPCM添加到整理液或涂層劑中,通過織物后整理方法,依靠黏合劑的作用使相變材料黏接在纖維或織物上,從而獲得蓄熱調溫紡織品。采用后整理技術得到的蓄熱調溫紡織品的耐水洗性和耐久性的報道較少,且關于織物的組織結構、織物密度、微膠囊質量分數、涂層密度對蓄熱調溫性能的研究不夠深入。相比直接紡絲法,通過后整理方法附著在織物表面的微膠囊理論上易磨損和脫落,因此,整理液中涂層劑的選擇需與微膠囊壁材和纖維的化學成分結合性均好。在紡織應用領域,一般通過浸軋法和涂層法將MEPCM附加到紡織品上制成蓄熱調溫紡織品。常用的PU、丙烯酸類黏合劑對MEPCM具有良好的粘接性和成膜強度。通過選用適當比例的整理液配方[18],及后整理技術得到的織物具有較好的平整度和調溫性能,但織物表面的涂層易形成薄膜覆蓋紗線及中間空隙從而影響織物透氣性。司琴等[37]嘗試在MEPCM浸軋整理前先將棉織物浸入聚醚改性氨基硅油進行柔軟整理,再經微膠囊附加整理,所得織物具有較好的調溫性能,且毛羽、柔軟性能和透氣性有不同程度的改善。目前關于含MEPCM整理液的研究報道中選用的黏合劑見表3?;跀抵的M的MEPCM對紡織品調溫性能模型的研究認為,相變材料微膠囊附加織物的調溫過程常常伴隨纖維吸濕,其保溫體系包含:纖維、濕空氣、相變材料,使得熱濕傳遞和相變過程耦合在一起,基于數值方法則可以較為便捷、靈活地模擬相變材料調溫過程。因此,Li等[38]在其前期研究的基礎上發展了基于控制體積法和有限差分法的熱濕傳遞數學模型。模型將單一芯材的相變過程考慮為一個移動邊界問題,將相變溫度考慮成一個點,并討論了PCM質量分數對織物中熱濕傳遞的影響。He等[39]針對復合相變材料指出其相變過程不是發生在一個恒定溫度點,而是一個溫度范圍,該相變溫度范圍對PCM能量調節過程有重要影響。李鳳志等[2]研究了MEPCM半徑及質量分數對織物熱濕性能影響,基于織物熱濕耦合模型,對相變問題采用顯熱容法處理,模擬結果發現MEPCM質量分數越大,半徑越小,延遲織物內溫度變化的幅度越大,但延遲時間越短。
2.2.1浸軋法
采用浸軋方式可使MEPCM均勻分布于織物表面并深入紗線內部,獲得均勻的調溫效果。Alay等[22]制作以正十六烷為芯材的不同質量分數、粒徑分布于0.22~1.05μm之間的MEPCM。將與微膠囊和纖維的結合性均好的聚甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯作為黏合劑,分別通過一浸一軋方式將MEPCM均勻整理到純棉、純滌、滌/棉織物上。實驗證明經過微膠囊整理的不同織物的熱焓值明顯提升,且熱學性能較好。用浸軋法經過MEPCM整理后織物的調溫性能有顯著提高,然而透氣性能會受到微膠囊固著量和涂層劑的涂覆量影響。一般來說,微膠囊整理劑的固著量與織物的熱焓正相關,與透氣性負相關,焙烘溫度和時間對微膠囊的耐洗性能影響較大。林鶴鳴等[41]采用二浸二軋整理法分別將2種納米膠囊整理到純棉針織物上,測得織物溫變速率明顯減緩且透氣性降低約10%,但對織物的舒適性影響不大。顏超等[8]嘗試在保證浸軋法整理聚氨酯型MEPCMOutlast/蠶絲織物的調溫性能的同時改善織物的透氣性。實驗結果顯示,MEPCM固著量為13g/m2的Outlast/蠶絲織物的相變焓和相變溫度均有明顯上升,從宏觀上驗證了通過MEPCM浸軋整理的Outlast/蠶絲織物具有良好的調溫效果。Salaün等[25]探究了織物調溫性與透氣性的最佳效果,發現隨著涂層劑的增加,織物在吸熱過程中的吸收峰溫度逐漸升高。實驗得出最適合蓄熱調溫紡織品的涂層劑與MEPCM用量比值在1∶2~1∶4之間,織物可獲得良好的調溫性能并且不影響其透氣性。通過浸軋法將MEPCM整理到織物上要求整理液黏度低、分散均勻方可實現膠囊深入織物內并均勻分布。目前報道中鮮見關于MEPCM在整理液中分散性能的優化配方。由于浸軋輥處理織物時易導致膠囊破裂而降低調溫效果、破壞蓄熱調溫體系;同時浸軋法適用于織物密度較低時的雙面整理,難以實現MEPCM在高密或多層織物內的均勻分布;在某些需要微膠囊單面處理的應用場合,浸軋法無法控制膠囊的合理分布,因此,目前研究重點應著眼于優化MEPCM在浸軋整理液中的分散均勻度和提高MEPCM的質量分數;合理控制微膠囊芯殼比與軋輥壓力的關系,降低微膠囊的破壞率。
2.2.2涂層法
通過涂層加工的方式可將相變材料黏接在織物上,目前多采用直接涂層和泡沫涂層2種涂層方法,其他涂層方法因對微膠囊自身的耐熱性和抗拉、壓縮性能要求較高而受限。受涂層劑的濃度和涂層厚度的影響,涂層織物的透氣性和柔軟性均比浸軋整理織物差。Onder等[21]研究發現微膠囊的熱焓值與芯材的相變溫度成正比。將添加質量分數為9.5%~22.5%MEPCM的聚氨酯基涂層劑分別涂覆在純棉織物上,通過測試不同織物的熱焓值發現,經MEPCM涂層整理的織物比未經涂層的儲熱能力提高了2.5~4.5倍。Fallahi等[42]測定了MEPCM涂層對延遲織物溫度變化的影響。將普通織物和2種經MEPCM涂層的織物在50℃的溫度下放置18min,發現未經微膠囊涂層整理的滌綸/粘膠(65/35)混紡平紋織物與經質量分數為0.6%微膠囊涂層織物的相對溫度變化高于10%,而微膠囊質量分數為10%的織物相對溫度變化低于10%,說明MEPCM質量分數對溫度變化延遲效果非常顯著。研究結果表明,MEPCM涂層織物適用于外界溫度變化劇烈的防護紡織品。劉向等[28]分析了涂層整理劑在織物表面形成的聚合物薄膜增加紗線及織物強力和延展性,因此使得織物的斷裂強力升高,斷裂伸長率增大;但涂層后織物透氣性下降,抗彎剛度增大。相比于等濃度無微膠囊成分的涂層劑,含微膠囊涂層劑的黏度較低,同時粉末狀態的微膠囊可以降低絮集問題,因此微膠囊與乳液相結合后的外觀黏度比等量固體濃度的乳液的表觀黏度低。閆飛等[43]發現通過超聲波震蕩伴隨攪拌可以降低MEPCM的體均粒徑和在涂層液中的分散程度。MEPCM比原始芯材相變材料的裂解溫度提高了70℃,耐熱性能也明顯提高。通過測試發現附加MEPCM整理的蓄熱調溫織物在升溫曲線和降溫曲線上都存在明顯的拐點,從而說明其具有較好的智能調溫作用。然而Alay等[44]對比含MEPCM聚氨酯涂層對織物透氣、透濕性能的影響發現,微膠囊和聚氨酯涂層填充了織物組織的孔隙,易使織物的透氣性減弱,含MEPCM的聚氨酯涂層織物的透氣性低于未整理織物和不含MEPCM聚氨酯涂層織物。同時,不含MEPCM聚氨酯涂層織物因聚氨酯涂層本身具有的良好吸濕性而促進了織物的透濕性,添加微膠囊后雖然涂層的吸濕性好,但是微膠囊顆粒阻塞了織物孔隙導致透濕性降低。織物經泡沫涂層整理后,化學試劑的增量僅為織物干態質量的2%~3%,涂覆量低,涂層輕薄且不影響織物手感和透水透氣性[45],以泡沫為依托的微膠囊在涂層劑中的分散更均勻。Shim等[40]利用暖體假人測試經過微膠囊泡沫整理的織物從暖環境到冷環境再到暖環境的熱量流失。通過泡沫整理涂覆1層和2層MEPCM的聚酯纖維織物與未經整理的織物進行對比發現,涂覆1層MEPCM的織物在冷環境中釋放熱量可以幫助暖體假人的熱量流失平均降低6.5W,而涂覆2層的織物平均減少13.2W。通過涂層法對織物進行MEPCM整理的弊端有:刮刀刮涂易致微膠囊破損,需平衡刮涂力度與微膠囊的承受能力和涂層厚度的關系;MEPCM的顆粒狀特性以及涂覆在織物上的涂層整理液都會降低織物的柔軟性和透水、透氣性,因此,配制高濃、低黏整理液在紡織品MEPCM后整理的研究中顯得尤為重要。與直接涂層工藝相比,泡沫涂頭的刮涂力度柔和,涂層過程中對MEPCM的損傷小;與浸軋整理相比,泡沫整理微膠囊適用于織物單面涂覆且不易滲入到織物內部破壞保溫體系,是目前較為理想的微膠囊織物整理技術之一。
2.2.3浸軋法與涂層法比較
研究人員對通過浸軋法與涂層法附加微膠囊整理織物的性能做對比。曹虹霞等[46]將MEPCM涂層整理液分別通過二浸二軋和干法涂層整理到棉織物上并對比2種織物發現,通過涂層整理比通過浸軋整理得到的蓄熱調溫織物的相變溫度低,但涂層整理比浸軋整理得到織物的相變焓高,且織物的相變焓隨MEPCM質量分數的增大而升高,蓄熱調溫性能明顯增強,但同時涂層織物增厚,織物手感和應用受到限制。劉元軍等[47]采用乳化固化法制備殼聚糖/石蠟MEPCM,同樣對比二浸二軋法和直接涂層法對牛仔布熱性能的影響發現,涂層整理對牛仔布增重率高于浸軋整理,而毛效則低于浸軋整理。此外,單面涂層整理的牛仔布比浸軋整理的牛仔布手感硬。透濕性和透氣性均低于同等條件下浸軋整理的布樣。作者分析這可能與微膠囊粒徑大小及在布樣上的增重大小有關。目前,相變材料微膠囊也被研究用于纖維紡織品之外的服用材料。IzzoRenzi等[48]嘗試將MEPCM通過干法涂層和濕法浸軋的方式將其整理到皮革表面,觀察2種整理方式下微膠囊的分布情況,發現皮革的多孔結構限制了微膠囊涂層對皮革的調溫性能的影響,涂層工藝對皮革的斷裂強度和伸長率也沒有明顯影響。比較浸軋法和涂層法對織物進行MEPCM整理:在技術方面,浸軋法和涂層法均需綜合考慮MEPCM的物理化學性能參數,研究配方合理、分散均勻、微膠囊質量分數較高的涂層整理液,同時基于MEPCM易碎的芯殼結構,需對軋輥和涂頭的整理力度進行優化設計;在調溫效率方面,通過浸軋法和泡沫整理比通過直接涂層法得到的織物更輕薄,有利于提高蓄熱和放熱反應的靈敏性;在應用方面,涂層法可以更好地控制微膠囊在織物表層和內部的分布,可根據實際應用設計涂層層數和微膠囊在織物上的分布密度,擴展產品的應用范圍。
一、概述
所謂智能紡織品是指對外界刺激具有感知能力或兼具反應能力的紡織品。其中,對外界刺激具有感知能力的紡織品主要指光導纖維紡織品以及導電纖維紡織品;對外界刺激兼具反應能力的紡織品主要指形狀記憶紡織品、變色紡織品、防水透濕紡織品、蓄熱調溫紡織品以及吸濕放熱紡織品。由于這類紡織品具有較高的附加值,故有必要對其進行深入研究和開發。
本文根據現有資料及信息,對己開發成功或正在設計、研制、開發的智能型紡織品作簡要介紹,期望引起同行對這一領域的進一步關注。
二、各類智能紡織品
(一)光響應類紡織品
這類紡織品主要由自發光纖維所制得。自發光纖維,是一種剛剛興起的功能性纖維,目前僅在日本、美國有小批量的生產,一般是在合成纖維生產過程中加入少量的蓄光劑(主要成分為氧化鉛和一些稀土元素,平均粒度在2μm~3μm)。產品經光線照射10min~20min,即可持續發光8h~10h,顏色多種多樣,有黃、綠、藍等。如美國Beaverindustries和Glo~Tech兩大公司就分別以Glosafety和Glo~Tech商標名出售其自發光產品。
變色紡織品是一種能隨環境和溫度而自動改變顏色的紡織品,在陽光下鮮艷奪目,在綠蔭下柔和自然,在室內樸素淡雅,其原理是纖維和紡織品采用光敏染料染色。如士兵穿上它,在樹林里變成綠色,在草原上變成草黃色。在近紅外夜視儀、激光夜視儀、電子形象增強儀、黑白膠片和彩色膠片等器材和偵視技術面前會產生錯覺,不易被敵方發現,以達到隱蔽自己、迷惑敵人的目的。
(二)熱調節類紡織品
溫度調節方面主要可分為涼爽功能紡織品、保溫功能紡織品和自動溫度調節紡織品三大類,分別介紹如下。
1、涼爽功能紡織品
涼爽功能中最有代表性的就是美國杜邦公司用于生產cool-max織物的四溝道(Tefrachannel)聚酣纖維,它具有優良的芯吸能力,是將疏水性合成纖維制成高導濕能力的纖維??蓪⑵つw上的汗用芯吸導到織物表面蒸發并冷卻,有實驗證明在30min內,濕度的去除百分率,棉織物為52%。而cool-max為95%。
2、保溫功能紡織品
目前這種類型的紡織品主要包括積極保暖和積極產熱兩方面的功能。Toyobo和Mizuno兩大公司正在聯合推廣一種“breath-thermo”產品,屬于一種包含有交聯聚丙烯類的滌綸纖維。所應用的這種化學物質還因為具有很強的吸水能力經常被用做醫用干燥劑。
Tomy公司的“Warmsensor”機織物包含有特殊的陶瓷粒子,結構由吸收、絕緣、隔熱三層組成。與普通機織物相比,其內部溫度要高出2℃~3℃,Asics公司已將其用于運動內衣、內衣、滑雪服中。由Maldemnills生產的“Porlatech”是內置鋰電池的服裝。其中熱盤可以連續維持5h,以保持服裝內的溫度。Goldwin公司目前已開始向市場推廣這類產品。
在1998年冬季的奧林匹克運動會上,200名瑞士運動員和300名記者就穿著了Descent的“Mobilethermo”夾克,這種夾克內置了加熱體系。從而保證了內部溫度控制精確性。Mitsubishirayon公司生產的“Thermocatch”熱絕緣體系屬于聚丙烯睛纖維。但是其中心為具有光熱轉換功能細微的陶瓷粒子。其表面為氧化銻。據報道在普通的纖維中僅僅混入10%該纖維,就可將服裝內的溫度提高2℃~8℃,快干、良好的導電性能也是其突出的功能。
與Descente一道,Unitika公司也成功生產出一種產熱紡織品So1ar&microtype,它是在聚酰胺紗的截面中加入ZrC而形成的,與普通的聚酰胺產品相比,至少可以將內部的溫度提高2℃。這些紡織品可用于運動服裝。用65dtex/15f和130dtex/32f紗所制成的服裝,在1998年的奧運會上,已經被西班牙、澳大利亞和加拿大的國家隊運動員穿著。
3、自動溫度調節纖維及其紡織品
自動調溫纖維和紡織品既不同于傳統纖維和紡織品,也不同于其他高保溫纖維和紡織品,它是一種具有雙向溫度調節作用的、以改善舒適性為主要目的的新型材料。關于溫度調節智能紡織品最重要的就是outlast纖維。它是70年代末80年代韌,由美國航空航天局空間研究項目的成果,其技術的關鍵就是應用了一種微膠囊包裹的相變材料—PCM,它是一種在確定的溫度范圍內可改變自身聚集狀態的材料,在生產加工過程中,以微膠囊的形式加入到紡織纖維的基質中。當到達相交溫度時,相交材料通過不連續的升溫來防止服裝內溫度波動范圍過大。相變過程的能量貯存于PCM中以提高其熱容量。當環境溫度下降時,又會釋放出其貯存的能量。(三)熱適應性與可逆收縮性纖維及其紡織品
Vigo等將聚乙二醇與各種纖維,如:棉、聚酯或聚酰胺共混物結合,使其具有熱適應性與可逆收縮性。所謂熱適應性,是賦予材料熱記憶特征:溫度升高時纖維冷卻;溫度降低時纖維發熱。熱記憶效應源于結合在纖維上的相鄰多元醇螺旋間氫鍵的作用,溫度升高時,氫鍵解離,系統趨于無序,線團松弛,過程吸熱;當環境溫度降低時,氫鍵使系統更為有序,線團壓縮,過程放熱。所謂可逆收縮性,是指形狀記憶功能,濕態時收縮,收縮率可35%,干態時恢復到原始尺寸。如壓力繃帶,在血液中收縮,傷口上所產生的壓力會止血,繃帶干燥時壓力消除。
(四)結合電子技術類紡織品
目前,這方面的研究處于基礎研究階段,故本文只簡要介紹三種。
1、帶傳感器的導電紡織品
意大利Pisa大學將聚吡咯涂層在萊卡纖維表面制成的織物,在受到外力拉伸后產生伸縮,聚毗咯的導電性能產生變化,記錄和分析電信號的變化,可探測出手指運動情況(見圖1)。
圖1智能手套的電信號輸出
2、音樂茄克
飛利浦公司和Levis公司合作生產,包含—個簡易的網絡系統,依靠埋入衣料內的光纖將隨身攜帶的電子產品連接起來,并且通過置入織物的軟鍵盤,實現對手機和播放機的控制,在衣領內有一個微型麥克風和一對可隨意調節左右聲道的立體聲耳機,可以與外界對話和收聽廣播??梢?,紡織面料把織造技術與柔性觸模界面技術結合在一起,計算機也設計成為了服裝的一部分。
3、智能襯衣
智能襯衣(如圖2所示模型)可被作為連接身體與環境之間的媒介,與織物一體化的傳感器能夠檢測或顯示監控環境和人體生理的一些重要指標,并通過分析這些數據,建議合理的運動量,同時,智能卡記錄了穿著者的訓練計劃,能夠感知穿著者的疲勞程度,或建議你繼續運動,或建議你改天再訓練。當嬰兒或老人佩帶時,如果發生危及生命的情形,可以及時提醒父母或看護人員,以避免意外發生。高級智能服裝將集成無線遙控技術、GPS全球定位系統、溫度傳感器和保暖材料。情感服裝具有測試人的情緒的功能。根據人的情緒,服裝將發生顏色的變化或釋放香味。該服裝甚至能夠記憶你曾經度假的地方,營造環境的氣氛、聲音甚至氣味。躺在智能醫用床單上的病人可以聽音樂、看VCD、上網或讀書。
圖2智能襯衣模型
三、開發與展望
智能型紡織品是繼功能紡織品之后出現的又一種類型的高科技紡織品。它在增加服裝舒適性、提高人們的生活質量、改善人們的勞動條件、滿足某些特種行業和特種場合的需要等方面正在和必將繼續發揮越來越重要的作用。同時,它能增大產品附加值,引起人們的興趣,促進消費,有助于推動紡織行業的發展和振興。智能型紡織品的開發不僅需要纖維、紡、織、染、整、剪、裁、縫的緊密配合與協作,更需要多學科的互相滲透、交叉相融合:愿更多的紡織行業和其他有關行業的產、學、研人員投入到這一嶄新的領域里來。
參考文獻
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Web3.0相對Web2.0轉變的一個重要標志就是前者升級為人工智能。人工智能又稱“智能模擬”。利用電子計算機和各種電子技術來模擬人類的某些智力活動。有模擬識別、學習過程、推理過程、探索過程、環境適應等。新一代人工智能主要特征是具備學習、進化和自組織能力。注入了人工智能因子的Web3.0將極大的改變互聯網廣告的形態。
可以說,從Web1.0到Web2.0,再到Web3.0的劃分,不但實現了時間上的跨越,更重要的是這種劃分實現了人類使用網絡方式的革新。也在潛移默化中影響了我們這個時代。如果說Web1.0時代以門戶網站的信息綜合呈現以及客戶的單向訪問為代表,Web2.0推進了普通個人使用互聯網的進程使之成為草根狂歡的世代,那么Web3.0則進一步發揮了Web2.0的優勢,大大提高了網絡的智能化程度,解決協同生產方式的恒久動力問題和信息最優化自動整合的問題,極大提高了生產力。智能廣告就其傳播學意義上來說是關于廣告主及其產品或服務與消費者之間通過智能網絡進行的信息高效化合理化溝通問題,Web3.0平臺為解決這個問題鋪平了道路。
隨著Web3.0人工智能技術在網絡廣告領域廣泛應用,產生了許多以Web3.0為平臺以人工智能等技術為支撐新的廣告形態。盡管它們的形式可能各有不同,但他們都表現出一個共同的本質能力,就是能夠針對用戶接觸媒體的習慣做出簡單的分析歸納、推理判斷,進而合理的安排廣告方式,解決傳統廣告無法解決的定向、精準、高效的問題。我們將這些具有近乎人類思考和行動的簡單推理判斷能力的廣告形態,稱之為智能廣告。
二、智能廣告的幾種表現形態
智能廣告常見的表現形態主要有如下幾種:
1多感官廣告
在互聯網Web3.0的發展方向下,智能廣告主要表現形態就是多感官廣告。人類對外界的體驗能力來自于視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺,以及第六感(潛意識)幾大感官。前五感是人類可以借之明確傳遞感覺、情感、思想或其他體驗的感官。人類在感知事物時同時運用這五種感官,因此,在某種體驗的傳播中,如果媒介調動受眾的感官越多,人的感知感覺就越仿真。顯然,廣告信息若經由這種仿真媒介得以傳播,廣告的作用效果將會大大提升。Web3.0時代,計算機圖形、數字影像、人機交互、傳感設備、人工智能等技術的進步和綜合運用能創造出一種基于可計算信息的沉浸式交互環境,這就是“虛擬現實”。人們通過人機交互設備與虛擬環境當中的對象自然交流,產生“沉浸”于等同真實環境的感受和體驗。
2自動廣告
隨著網絡廣告的進一步智能化,互聯網上出現了越來越多的智能廣告系統。這種廣告系統能夠根據一些特定因素自動選擇將廣告放置在哪里。這些因素包括用戶信息、站點分析、頁面內容和廣告過去的表現等。隨著Web3.0步伐的加速,網絡廣告的發展也進一步智能化。
3智能搜索引擎廣告
智能搜索引擎被稱為第三代搜索引擎,是區別于以人工進行目錄分類的Yahoo等第一代搜索引擎和當今以百度、Google所代表的以關鍵詞搜索為核心技術的第二代搜索引擎而提出來的全新的搜索方式。作為對第二代搜索的一種超越,第三代搜索的范式革命主要在于呈現方式以及參差多態的演化路徑。其呈現方式有諸如Clusty、bbmao的自動分類、聚類功能以及Autonomy基于某種專有的模式匹配和概念搜索的算法,可以自動根據文本中的概念進行分類,自動標引,并基于用戶興趣自動匹配出個性化、多側面的直接或隱含的相關檔案。其演化路徑有例如個性化搜索、社會化搜索、本地化搜索、知識問答社區、社區內容搜索等等。而在核心搜索技術上,則大致包含人工智能、模式識別、語義分析、神經網絡等發展方向。
4微件廣告
微件廣告是一種新型的廣告服務方式,廣告商通過它為用戶提供有用的服務,增強網站的個性化功能,從而獲得消費者的眼球和寶貴時間。這種廣告的妙處就在于,消費者在享受廣告商提供的微件服務時無形中接受了廣告信息,建立起與品牌之間的情感聯系。整個體驗微件服務的過程是一個人機交流的過程,充分體現了網絡應用的智能性。
三、智能廣告的主要特征
通過對以上幾種常見的廣告形態的分析,我們可以發現智能廣告可以具有虛擬現實、自動、智能匹配等特征。尤以受眾識別、方式、內容生成和效果監測等方面的智能化特征最為顯著。
1受眾識別的智能化
智能廣告首先要解決的問題就是如何精確的識別廣告的目標受眾。受眾的細分是一個鮮明的趨勢,細分的同時伴隨著的是新的聚合方式,而受眾識別的任務就是發現細分后個性化了的人以及重新聚合了的群體。從現有的模式來看,受眾的選擇和識別方式有以下幾種:
(1)基于網絡用戶使用行為的識別方式
這種識別方式主要結合IP和Cookie方式追蹤和收集用戶信息。發現用戶的瀏覽興趣和使用行為。通過使用探針檢測、Netflow采集、DNS訪問統計、鼠標軌跡分析(鼠標點擊熱圖)、基于系統日志收集技術等數據采集技術,可以獲取大量網絡用戶使用行為方面的數據。除此之外,用戶的屬性數據和價值數據、本企業和競爭對手的經營數據等業務數據還可以從業務系統或者通過情報分析獲取。
采集到了原始數據后,要對數據進行分析。根據網絡數據、用戶數據和業務數據,制定相關的數據過濾、預處理、數據綜合分析處理等程序,從中獲取有價值的分析結果,并以準確直觀的方式表示出來?,F有的一些技術已經能夠分析出網絡用戶的人口統計學方面的信息。
(2)基于頁面內容的識別方式
基于網頁內容識別用戶的定向網絡廣告(Content-Tar-getedAdvertising)大大拓展了廣告投放的空間。增加了被用戶瀏覽的機會。這種識別方式是對基于關鍵詞識別方式的一種演進。這種識別方式使用智能技術分析頁面內容。進而對用戶使用習慣作出判斷。通過用戶瀏覽過的頁面進行內容分析,根據信息主題對頁面進行聚類。把用戶瀏覽行為對其興趣的作用列入聚類結果,得到綜合評估模型。頁面內容的分析受計算機自然語言處理水平的限制,比如有時會產生在關于“人工智能”的網頁內投放“人工流產”廣告的失當行為。
(3)基于內容過濾的識別方式
這種識別方式多見于一些社會性網絡(SocialNetwork-ing)中,這些網站通過諸如類型、關鍵詞、標簽等表述、分類或評價方式來建造個性化的發現和推薦機制。通過這類網絡服務,可以很好的發現具有不同個性特征的用戶。比如,國內用戶熟悉的音樂推送網站“潘多拉”()。只要在“潘多拉”網站首頁的播放器中輸入用戶最喜歡的歌手名字或者歌曲標題,網站就會自動建立一個網絡電臺,源源不斷地播放最符合用戶口味的曲目。用戶喜歡或者不喜歡一首歌,可以點擊相應的反饋按鈕,讓系統更明白自己的喜好。
(4)基于協同過濾的識別方式
協同過濾(CollaborativeFiltering)技術,是推薦系統中應用最為廣泛的技術之一。它基于一組興趣相同的用戶進行推薦。協同過濾基于這樣的假設:為用戶找到他真正感興趣的內容的好方法是,首先找他與他興趣相似的用戶,然后將這些用戶感興趣的內容推薦給此用戶。國內網民比較熟悉的當當網、豆瓣網等就是使用了協同過濾技術的代表性網站。這種過濾方式是基于一定的推薦算法。通過這些算法可以推測出用戶喜歡的內容。當然協同過濾除了運用了智能技術,也大量借助了網民自身的力量完成推薦任務。協同過濾方式使網絡能夠更加智能化和個性化的向用戶推薦他們所喜歡的東西。也包括適合他們閱聽的廣告信息。
2廣告方式的智能化
據艾瑞網消息,一個完全自動化的廣告網絡業已。它能將幾種價格模式和定向方式混合在一起,以保證廣告獲得最好的設置,廣告主獲得最大的投資回報。消息詳細報了Turn公司剛剛的與眾不同的廣告網絡TurnSmartMarket,它能夠根據一些因素自動選擇將廣告放置在哪里。這些因素包括用戶信息、站點分析、內容和廣告過去的表現等。由于把不同的定向方法聯合起來,該廣告網絡可以采用幾種價格模式,如CPA。CPC和CPM等。Tum的機器知識平臺可以預測什么廣告和價格模式結合后,能給廣告主帶來最多的收入,給消費者帶來最大的相關性。廣告主保留著排除某些商站點的權利,并且可以根據效果反饋和回復分析來調整廣告活動。但是對于廣告出現在那里則基本沒有控制權。
3廣告內容生成的智能化
廣告內容的生成能夠根據受眾識別的結果并配合廣告系統進行精確匹配,智能組合,生成適合特定用戶的特定廣告信息。
當然這只是在廣告推送過程中使用了智能匹配技術,廣告內容生成更具智能化的目標廣告內容生產本身的“智能化”,這種生產過程是通過智能網絡挖掘人類智慧潛能,進而生產出最具傳播力的廣告內容。
4廣告效果監測的智能化
為了網絡廣告的科學投放,需要對廣告效果進行系統有效的監測,對受眾行為進行科學分析,從而保證網絡廣告投放的效果。在網絡廣告效果監測方法,最有效的方式便是采用智能監測系統。比如DoubleClick公司推出的DART(DynamicAdvertisingReportingandTargeting)便是一款業界領先的廣告智能管理監測系統,其含義是動態廣告傳送及精準傳送。該系統能夠對在線廣告和其它數字傳播渠道進行管理、跟蹤服務和報告,幫助網站在現有架構上最大限度地實現客戶廣告的命中率。
四、智能廣告的發展方向
1廣告本體的淡化
Web3.0時代,傳統意義上的廣告將不復存在,廣告日益超脫了原來的形態,變得越來越隱性化。而且消費者主動閱聽廣告的情況將越來越普遍。廣告與內容之間的界限變得消弭,廣告被溝通、體驗、娛樂、文化消費等活動所替代。
2處處有廣告,處處都不是廣告
法國廣告評論家羅貝爾·格蘭曾說過:“我們呼吸的空氣是由氧氣、氮氣和廣告組成的?!痹赪eb3.0時代,借助先進的客戶端普通用戶就能實現復雜的網絡應用,屏蔽不請自來的廣告顯得輕而易舉,所以廣告被驅逐出用戶的視野。然而,即使是用戶的一個最簡單的網絡應用,都被廣告商布下天羅地網,你的身心都被暗含的廣告所洗禮。廣告以一種友好的方式出現在Web3.0時代的消費者終端屏幕上。
3創意依舊為王
無論媒體技術如何發展,在網絡廣告界最有話語權的永遠是創意和創新。在“世界是平的”的時代里,技術復制成本是如此低廉和便捷,使技術不再掣肘創意,更多是創意在填平技術的溝壑。
隨著現代材料的不斷進步,作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發展。用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。然而混凝土結構在使用過程中由于受環境荷載作用。疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的,結構將不可避免地產生損傷積累、抗力衰減,甚至導致突發事故。為了有效地避免突發事故的發生,延長結構的使用壽命,必須對此類結構進行實時的“健康”監測,并及時進行修復。現有的無損檢測,如聲波檢測X射線及C掃描等,只能定性檢測,而不能定量、數據化處理,更主要的是不能實現實時監測。因而對結構內部狀態的監測和損傷估計還比較困難,甚至是不可能的。傳統的混凝土結構的維修方式主要是在損傷部位進行外部的加固,而對損傷的原結構進行維修比較困難,尤其是對結構內部的損傷修復更是非常困難。隨著現代向智能化的發展,這種停留在被動和計劃模式的檢測與修復方式已不能適應現代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此,研究和開發具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節、自修復、恢復的智能混凝土已成為結構一功能(智能)一體化的發展趨勢[1]
1智能混凝土的定義和發展歷史
智能材料,指的是“能感知環境條件,做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統,同時具有感知和激勵雙重功能,能對外界環境變化因素產生感知,自動作出適時。靈敏和恰當的響應,并具有自我診斷、自我調節、自我修復和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分,使混凝土具有自感知和記憶,自適應,自修復特性的多功能材料。根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的損傷,滿足結構自我安全檢測需要,防止混凝土結構潛在脆性破壞,并能根據檢測結果自動進行修復,顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述,智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合,缺一不可,以的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現;為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。
1.1損傷自診斷混凝土
自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能,但在混凝土基材中復合部分其它材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有:聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹2種當前研究比較熱門的損傷自診斷混凝土。
1.1.1碳纖維智能混凝土
碳纖維是一種高強度、高彈性且導電性能良好的材料。在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性,而且其物理性能,尤其是電學性能也有明顯的改善,可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內部的損傷程度。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中,可以使混凝土具有自感知內部應力、應變和操作程度的功能。通過觀測,發現水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段,其電阻變化率隨內部應力線性增加,當接近構件的極限荷載時,電阻逐漸增大,預示構件即將破壞。而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化,直到臨近破壞時,電阻變化率劇烈增大,反映了混凝土內部的應力一應變關系。根據纖維混凝土的這一特性,通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態,可以實現對結構工作狀態的在線監測[2].在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中,碳纖維混凝土本身就是傳感器,可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監測。試驗發現,在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器,它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發現,無論在拉伸或是壓縮狀態下,碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數發生不可逆的降低。因此,可以應用這一現象對混凝土材料的疲勞損傷進行監測。通過標定這種自感應混凝土,研究人員決定阻抗和載重之間的關系,由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數,為管理的智能化提供材料基礎。
碳纖維混凝土除具有壓敏性外,還具有溫敏性,即溫度變化引起電阻變化(溫阻性)及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性(Seebeck效應)。試驗表明,在最高溫度為70℃,最大溫差為15℃的范圍內,溫差電動勢(E)與溫差t之間具有良好穩定的線性關系。當碳纖維摻量達到一臨界值時,其溫差電動勢率有極大值,且敏感性較高,因此可以利用這種材料實現對建筑物內部和周圍環境變化的實時監控;也可以實現對大體積混凝土的溫度自監控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。
碳纖維混凝土除自感應功能外,還可應用于防靜電構造。公路路面、機場跑道等處的化雪除冰。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。住宅及養殖場的電熱結構等。
1.1.2光纖傳感智能混凝土
光纖傳感智能混凝土[3],即在混凝土結構的關鍵部位埋人入纖維傳感器或其陣列,探測混凝土在碳化以及受載過程中內部應力、應變變化,并對由于外力、疲勞等產生的變形、裂紋及擴展等損傷進行實時監測。光在光纖的傳輸過程中易受到外界環境因素的影響,如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引起光波量如光強度、相位、頻率、偏振態的變化。因此人們發現,如果能測量出光波量的變化,就可以知道導致光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是,出現了光纖傳感技術。近年來,國內外進行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結構和建筑檢測這一領域的研究,開展了混凝土結構應力、應變及裂縫發生與發展等內部狀態的光纖傳感器技術的研究,這包括在混凝土的硬化過程中進行監測和結構的長期監測。光纖在傳感器中的應用,提供了對土建結構智能及內部狀態進行實時、在線無損檢測手段,有利于結構的安全監測和整體評價和維護。到目前為止,光纖傳感器已用于許多工程,典型的工程有加拿大Caleary建設的一座名為BeddingtonTail的一雙跨公路橋內部應變狀態監測;美國Winooski的一座水電大壩的振動監測;國內工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監測和蕪湖長江大橋長期監測與安全評估系統等。
1.2自調節智能混凝土
自調節智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能?;炷两Y構除了正常負荷外,人們還希望它在受臺風、地震等災害期間,能夠調整承載能力和減緩結構振動,但因混凝土本身是惰性材料,要達到自調節的目的,必須復合具有驅動功能的組件材料,如:形狀記憶合金(SMA)和電流變體(ER)等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應(SME),若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形,當加熱至少許超過相變溫度,即可使原先出現的殘余變形消失,并恢復到原來的尺寸。在混凝土中埋入形狀記憶合金,利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和不同溫度下恢復相應形狀的功能,在混凝土結構受到異常荷載于擾時,通過記憶合金形狀的變化,使混凝土結構內部應力重分布并產生一定的預應力,從而提高混凝土結構的承載力。
電流變體(ER)是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下,電流變體可于0.1ms級時間內組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠,其初度隨電場增加而變調到完全固化,當外界電場拆除時,仍可恢復其流變狀態。在混凝土中復合電流變體,利用電流變體的這種流變作用,當混凝土結構受到臺風,地震襲擊時調整其內部的流變特性,改變結構的自振頻率、阻尼特性以達到減緩結構振動的目的。
有些建筑物對其室內的濕度有嚴格的要求,如各類展覽館、博物館及美術館等,為實現穩定的濕度控制,往往需要許多濕度傳感器、控制系統及復雜的布線等,其成本和使用維持的費用都較高。日本學者研制的自動調節環境溫度的混凝土材料自身即可完成對室內環境濕度的探測,并根據需要對其進行調控。這種混凝土材料帶來自動調節環境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為:沸石中的硅酸鈣含有(3-9)X10-10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和S0x氣體選擇性的吸附。通過對沸石種類進行選擇,可以制備符合實際需要的自動調節環境濕度的混凝土復合材料。它具有如下特點:優先吸附水分;水蒸氣壓力低的地方,其吸濕容量大;吸、放濕與溫度相關,溫度上升時放濕,溫度下降時吸濕。
1.3自修復智能混凝土
混凝土結構在使用過程中,大多數結構是帶縫工作的。混凝土產生裂縫,不僅強度降低,而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過裂縫侵人混凝土內部,使混凝土發生碳化,并腐蝕混凝土內的鋼筋,這對地下結構物或盛有危險品的處理設施尤為不利,一旦混凝土發生裂縫,要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產生的。在人類現實生活中可以見到人的皮膚劃破后,經一段時間皮膚會自然長好,而且修補得天衣無縫;骨頭折斷后,只要接好骨縫,斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織,對受創傷部位自動分泌某種物質,而使創傷部位得到愈合的機能,在混凝土傳統組分中復合特性組分(如含有粘結劑的液芯纖維或膠囊)在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經系統,模仿動物的這種骨組織結構和受創傷后的再生、恢復機理。采用粘結材料和基材相復合的,使材料損傷破壞后,具有自行愈合和再生功能,恢復甚至提高材料性能的新型復合材料。在日本,以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中,一旦混凝土在外力作用下發生開裂,部分膠囊或空心玻璃纖維破裂,粘結液流出并深人裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。美國伊利諾伊斯大學的CarolynDry在1994年采用類似的方法,將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎上CarolynDry還根據動物骨骼的結構和形成機理,嘗試制備仿生混凝土材料,其基本原理是采用磷酸鈣水泥(含有單聚物)為基體材料,在其中加人多孔的編織纖維網。在水泥水化和硬化過程中,多孔纖維釋放出聚合反應引發劑與單聚物聚合成高聚物,聚合反應留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網的表面形成大量有機與無機物,它們相互穿插粘結,最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機與有機相結合的材料,具有優異的強度及延性等性能。而且在材料使用過程中,如果發生損傷,多孔有機纖維會釋放高聚物,愈合損傷。
2智能混凝規究現狀和應注意的
前面所述的自診斷、自調節和自修復混凝土是智能混凝土的初級階段,它們只具備了智能混凝土的某一基本特征,是一種智能混凝土的簡化形式。因此有人也稱之為機敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能發揮智能混凝土作用,人們正致力于將2種以上功能進行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自感應、自凋節和自修復組件材料等與混凝土基材復合并按照結構的需要進行排列,以實現混凝土結構的內部損傷自診斷、自修復和抗震減振的智能化。
智能混凝土具有廣闊的應用前景,但作為一種新型的功能材料,如果投入實際工程,還有很多問題需要進一步地研究:如碳纖維混凝土的電阻率穩定性、電極布置方式、耐久性等;光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優排布方式;自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的產生深遠的。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識:
(1)開發應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發生惡化和結構發生破壞等現象,考慮不同的智能方法,如針對這些現象,設想開發出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的,因此,縮小智能化范圍,以某種功能為對象,從而開發出相對最適應的方法是必要的。
(2)實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現場進行,因而作為智能混凝土的施工方法,對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩定性,要有利于安全使用,不揮發任何有刺激的氣味和其它有害物質,并能大量應用而且成本較低。
一.華東地區智能建筑的發展概況
華東地區具有廣闊的巨大的智能建筑市場,是中國經濟最發達地區之一,智能建筑市場(包括大廈及小區)啟動早,市場大,今后將有更大的發展,是WTO以后國外企業必爭之地,也是國內企業必爭之地。由于華東地區資金雄厚,據不完全統計,迄今為止,上海已新建智能大廈四百多幢,智能小區二百多個。其中已建成的優質工程有上海博物館、金貿大廈、上海期貨大廈、久事復興大廈等號稱上海智能建筑“四大天王”,新建浦東國際機場,上海大劇院,上??萍汲且捕悸劽煜?。江蘇省迄今為止已建成智能建筑二百余幢,小區一百五十多個;南京中信大廈,總醫院新病房大廈及江蘇省政協大廈都為優質工程。聚福園、天地小區是建設部小區示范工程。
浙江人杰地靈,是我國東南沿海技術和經濟發達地區,也是一個建設大省。1997年建成使用的浙江日報社大樓,在浙江省首次開通了樓宇自控系統,堪稱是浙江省第一座達到3A配置的智能化大樓,從而揭開了浙江省智能建筑建設的序幕;1998年建成的浙江省外經貿聯建大廈和華浙廣場都是代表當時浙江省先進水平的智能建筑,其中華浙廣場還代表浙江省參加了建設部組織的優秀智能建筑評選活動。目前浙江省已建成的智能化大樓主要有浙江世界貿易中心、杭州電力調度大樓、浙江省建行大樓、杭州鐵路新客站、浙金廣場、杭州五洲大酒店、浙江省商檢大樓等約90余座,主要集中在杭、寧、溫地區。
二、入世對中國智能建筑業的要求
我國已加入WTO,進入WTO意味著我國經濟完全融入國際化市場,必須遵守WTO的原則和規定。根據WTO協議市場準入原則和國民待遇原則,將使我國智能建筑技術面臨更加廣闊的發展空間、更加劇烈的市場競爭。而我國現行的建設事業政策法規和行業管理體制與WTO的規則和國際通行模式存在較大差異,調整改革完善現行體系和體制的任務相當艱巨,形勢緊迫。
我國加入WTO后經濟發展的國際化,必將對各種建筑,尤其是辦公建筑的智能化水平提出新的更高要求,不僅對新建的辦公樓,而且對量大面廣的已有的辦公建筑的改造也帶來了智能化需求。
WTO對我國智能建筑要求具體表現在:
1.根據《建筑領域加入WTO后的對外承諾》,我國加入WTO后五年,允許外商成立獨資企業,取代外商在我國現有的辦事處機構,他們可以直接在我國簽定內貿合同,從而使產品和工程質量有了進一步的保障。
2.按WTO取消數量限制和關稅減讓原則,我國將降低對外市場準入程度,屆時會有更多智能建筑產品和系統進入中國市場參與競爭,為我們提供更大的選擇余地,并得到更多的實惠。
3.隨著國外企業參與我國智能建筑行業的競爭,他們會把國外成熟的管理體制、規范的運行程序和操作技巧帶入中國,有助于提高中國智能建筑行業的整體水平。
三.華東地區優勢
1.學會健全,學術活動活躍。
以上海華東建筑設計研究院溫伯銀總工為首的上海專家,在全國率先于1994年成立上海智能建筑工程研究會。這是全國第一個智能建筑學會組織,成員有高校、設計院及企業技術人員幾百人,它集中了上海智能建筑界科技精英。在組織報告會、展覽會(上海歷屆智能建筑大型展覽會)、驗收評估上海甲級智能化大廈(如上海久事復興大廈等)起了巨大作用。溫總和上海同濟大學程大章教授(正副會長)的貢獻已載入中國智能建筑歷史,功不可沒。以陳眾勵、瞿二瀾、趙濟安、王東偉高工及上海大學趙哲身教授等為代表的中青年骨干專家已經成長,在國內也有較大影響。
1996年,以南京建筑工程學院(現改為南京工業大學)建筑智能研究所、江蘇省建筑設計院及東南大學建筑設計院為主體成立的江蘇省土木建筑學會智能建筑學術委員會,在國內也是較早成立的智能建筑學術組織,成員有二百多人,每年舉辦學術年會,奉行“技術開放,市場開放”方針。常年舉辦學術報告會及國內外廠商新產品報告會。自辦了省內雜志《智能建筑信息》。
2001年以浙江省建筑設計院為主體成立的浙江省土木建筑學會智能建筑學術委員會。雖成立時間不長,但青年一代學會領導骨干力量成長很快,成員已發展到幾百人。在組織浙江省智能建筑報告會、展覽會方面,做了大量的工作。
2.編寫出臺智能建筑標準。
1995年上海市出臺智能建筑設計標準(DBJ08—47—95),它是以上海華東建筑設計院內部標準修改而成,是中國歷史上第一個智能建筑標準,為全國規范智能建筑設計市場起了示范與指導作用。2000年在建設部領導下,以溫伯銀總工為首的編制組率領團結全國專家編制出臺了我國(乃至世界上)第一個智能建筑設計標準(GB/T50314—2000)開創了中國智能建筑新紀元,填補了空白。評審專家認為該標準已達到國內領先、國際一流的水平。
1998年,在江蘇省建委領導下,在溫總關心指導下,江蘇出臺了江蘇省建筑智能化設計標準(DB32/181—1998),1999年獲得建設部科技進步獎三等獎。1999年又出臺了三個標準:
(1)江蘇省建筑智能化系統工程檢測規程DB32/365—1999
(2)江蘇省建筑智能化系統工程實施及驗收標準DB32/366—1999
(3)江蘇省建筑智能化系統工程評估標準DB32/T367—1999
構成了整套標準,促進了省內IB的發展;2001年中信實業銀行南京分行大樓(28層4.2萬平方米)通過檢測驗收與評估獲得江蘇省首幢甲級智能化辦公大樓稱號。
3.撰寫論文、編寫著作,成果豐厚。
1995年上海華東建筑設計院首先匯編出智能化建筑論文選,其中溫總、瞿二瀾、趙濟安高工等論文在國內影響很大,開創了全國建筑建筑論文的先河。1996年上海華東設計院溫總為首的編寫組又出版了大型經典著作—《智能建筑設計技術》。目前正在修訂將出第二版。上海舉辦了歷屆高水平智能建筑報告會,如中國超高層建筑技術研討會具有國際影響。
上海同濟大學程大章教授等編寫出版了《住宅小區智能化系統設計與工程施工》(同濟大學出版社2001.6)以及《智能化大樓的建筑設備》(中國建工出版社1997.11)。
上海九海金獅物業公司諸建華總經理在總結上海久事復興大廈興建及物管經驗與陸偉良教授合作于2002年8月編寫出《智能建筑物業管理》一書(電子工業出版社出版)。
浙江省建筑設計院楊紹胤教授級高工先后編寫出二本著作:《智能建筑—原理、規劃和設計》(1999.2)以及《智能建筑實用技術》(2001年)。
4.華東地區具有廣闊的巨大的智能建筑市場
目前上海正申辦2010年上海國際世博會。預計2008年上海高層建筑將達2000幢,據國外某公司稱,世界最先進的智能建筑新技術可去中國上海參觀。江蘇目前正興建南京地鐵工程(8個站,投入72億),南京玄武湖隧道工程(3公里),由于江蘇省申辦成功2005年全國第十屆運動會,日前正在南京新建奧體中心。相應的體育場館新建22個,將在江蘇省無錫、蘇州、常州等地新建。南京市在河西新城開工投入120億,打造十大標志性建筑。南京國際經貿廣場,維多利亞國際商務中心,夏華國際廣場、南京中大科技大廈、聯強大廈、紫鑫中華廣場、歐洲城、東成大廈、浙江國際貿易中心、東渡大廈等。南京市將興建十大體育工程:全民健身中心、皮劃艇激流回旋場地、馬術賽場、中山門競技中心、擊劍比賽訓練館、龍江體育中心二期網球工程、南京中山國際公園、環湖體育帶及南京足球訓練基地。
目前浙江在建的智能化大樓約有上百座,市場紅火,其中有杭州凱悅大酒店、杭州國際金融大廈、杭州國稅局大樓、浙江省高級人民法院、杭州日報大樓、杭州海關大樓、杭州第二長途電信樞紐大樓、浙江省人民大會堂、杭州濱江區行政中心、元華廣場、湖州市中心醫院、義烏中心醫院、湖州市能源調度中心、湖州市行政中心、嘉興市行政中心、東陽市行政中心、安吉縣行政中心、永康市行政中心、溫州晚報社大樓等。杭州地鐵工程也已啟動。浙江省智能建筑近兩年后來居上,已興建上百棟智能大廈,數百個智能小區,近期還在杭州興建杭州大劇院、杭州市民中心、浙江電力大廈等均以大量巨額資金投入,近期新建智能工程發展之快、數量之多已名列全國前茅。
5.華東地區擁有大量外資企業生產基地及實力雄厚的智能建筑工程承包商
在建設部已獲得系統集成和單項資質的有近百家,其中上海市27家,杭州地區20家,南京地區28家。他們都承擔過上海金茂大廈、上海浦東機場等上百項智能工程,取得了營建大中型智能工程的經驗,有著較好的聲譽。大量外資企業生產基地及辦事處均落戶上海。
四.做好工作、迎接WTO挑戰
1.認清國際智能建筑發展趨勢,推動智能建筑健康發展。
2l世紀是信息社會知識經濟時代,同時又是生態文明時代。從總的方向,國際先進生產力水平正在運用已掌握的建筑智能化高新技術,探尋人類生存、生產和生活聚居環境空間的可持續發展模式。
當前智能化建筑直接利用的技術是建筑技術、計算機技術、網絡通信技術、自動化技術。在21世紀的智能建筑領域里,信息網絡技術、控制網絡技術、智能卡技術、可視化技術、流動辦公技術、家庭智能化技術、無線局域網技術(含Bluetooth技術)、數據衛星通訊技術、雙向電視傳輸技術等等,都將會有更加深入廣泛地具體發展應用。特別是開放性控制網絡技術正在向標準化、廣域化、可移植性、可擴展性和互可操作性方向發展。
但是,智能化技術只是手段,智能建筑作為一個整體建筑物業產品的技術發展來說,“可持續發展技術”才是2l世紀智能建筑技術發展的長遠大方向。因而,除繼續利用上述現有智能化高技術實現可持續發展目標外,新興的環保生態學、生物工程學、生物電子學、仿生學、生物氣候學、新材料學等等技術發展,正在滲入滲透到建筑智能化多學科多技術領域中,實現人類聚居環境的可持續發展目標。從而在國際上也形成所謂“可持續發展技術產業”。目前,歐洲、美國、日本等發達國家也正在開發利用這些高新技術去處理垃圾、污水、廢氣、公害,節能、節水,消除電磁污染,資源可持續利用,建筑人工生態環境等等:也正在嘗試運用高新技術有規模建設智能型綠色建筑、智能型生態建筑,“既滿足當代人的需要不損害后代人滿足需求的能力”。
2.認清與國際先進技術的差距,努力向國際標準靠攏。
2l世紀的可持續發展智能建筑技術必須將工作、居住、休息、交通、通訊、管理、公共服務、文化等各種復雜的要求,在時間空間中結合起來。
由于智能化建筑系統是多學科、多技術的系統集成整體,因而開放式可互操作性系統技術的規范化、標準化,就成為實現智能化建筑及其產品設備與系統的產業化技術水平的核心關鍵。目前國際樓宇業界公認認同較先進的開放式系統行業協議標準技術有兩個:一個是美國Echelon公司的LonWorks技術的LonTa1k標準協議;另一個是美國采暖、制冷與空調工程師協會(ASHRAE)制定的《樓宇自動控制網絡數據通信協議(BACnet)》BACnet同時還成為美國國家標準及歐共體標準草案。兩者都是基于國際標準化組織(ISO)的“開放系統互連模型”(OSI)的。因此兩者在開放系統技術上是可以互相補充互為依存的,前者著重現場控制域,后者著眼于信息應用域。而且BACnet的協議層次里數據鏈路層和物理層的五種選擇中就包含有LonTalk協議。況且兩者技術都正在不斷地完善發展,至于我國智能化建筑在開放式互操作性系統技術發展研究上嚴格講尚未真正起步,差距頗大,亟待投入。南京工業大學智能建筑研究所正在開發國產化樓宇自控新系統。
3.努力搞好學(協)會工作
按照WTO的原則和規定,加快行業協會自身適應市場經濟體制規則,調整優化行業的組織機構,成為增強行業自律的自治組織,協助政府建立一個有序和公平的競爭市場。建設部已批準即將成立中國勘察設計協會工程智能分會。這是我國加強管理智能建筑業的大事,華東地區作為地方學(協)會要在上級學(協)會的領導下努力做好貫徹執行工作,加強市場管理,防止低價惡性競爭,保證工程健康實施。有條件時爭取成立地方行業協會。
5.華東地區擁有大量外資企業生產基地及實力雄厚的智能建筑工程承包商
在建設部已獲得系統集成和單項資質的有近百家,其中上海市27家,杭州地區20家,南京地區28家。他們都承擔過上海金茂大廈、上海浦東機場等上百項智能工程,取得了營建大中型智能工程的經驗,有著較好的聲譽。大量外資企業生產基地及辦事處均落戶上海。
四.做好工作、迎接WTO挑戰
1.認清國際智能建筑發展趨勢,推動智能建筑健康發展。
2l世紀是信息社會知識經濟時代,同時又是生態文明時代。從總的方向,國際先進生產力水平正在運用已掌握的建筑智能化高新技術,探尋人類生存、生產和生活聚居環境空間的可持續發展模式。
當前智能化建筑直接利用的技術是建筑技術、計算機技術、網絡通信技術、自動化技術。在21世紀的智能建筑領域里,信息網絡技術、控制網絡技術、智能卡技術、可視化技術、流動辦公技術、家庭智能化技術、無線局域網技術(含Bluetooth技術)、數據衛星通訊技術、雙向電視傳輸技術等等,都將會有更加深入廣泛地具體發展應用。特別是開放性控制網絡技術正在向標準化、廣域化、可移植性、可擴展性和互可操作性方向發展。
但是,智能化技術只是手段,智能建筑作為一個整體建筑物業產品的技術發展來說,“可持續發展技術”才是2l世紀智能建筑技術發展的長遠大方向。因而,除繼續利用上述現有智能化高技術實現可持續發展目標外,新興的環保生態學、生物工程學、生物電子學、仿生學、生物氣候學、新材料學等等技術發展,正在滲入滲透到建筑智能化多學科多技術領域中,實現人類聚居環境的可持續發展目標。從而在國際上也形成所謂“可持續發展技術產業”。目前,歐洲、美國、日本等發達國家也正在開發利用這些高新技術去處理垃圾、污水、廢氣、公害,節能、節水,消除電磁污染,資源可持續利用,建筑人工生態環境等等:也正在嘗試運用高新技術有規模建設智能型綠色建筑、智能型生態建筑,“既滿足當代人的需要不損害后代人滿足需求的能力”。
2.認清與國際先進技術的差距,努力向國際標準靠攏。
2l世紀的可持續發展智能建筑技術必須將工作、居住、休息、交通、通訊、管理、公共服務、文化等各種復雜的要求,在時間空間中結合起來。
1.引言
隨著中國電信、聯通、吉通等多個電信運營者的出現,我國電信市場的競爭局面逐步形成。多運營者的競爭使廣大電信用戶在價格方面、服務質量方面得益,但如果不能及時、科學地解決各運營者間智能網業務的互通問題,用戶將只能在各運營者的網絡范圍內使用各自提供的智能網業務。智能網業務因業務本身性質的不同,要求應用的范圍也不相同。如,大眾呼叫、電子投票等業務,一般在本地范圍或本省范圍內開放,而記帳卡呼叫業務、被叫集中付費業務則在全國甚至國外范圍內開放。對于象記帳卡呼叫等要求使用范圍越廣越好的業務來說,實現智能網業務的網間互通,即一個運營者開放的智能網業務,用戶在其它運營者的網絡中也可使用,對于業務的生存及發展具有非常重要的意義。反之,則一方面滿足不了用戶在任何地方都可方便地使用業務的需要,另一方面局限于一定范圍內開放的智能網業務,對用戶也缺乏吸引力,不利于業務的推廣論文。
2.實現智能網業務的網間互通的前提條件
智能網是一種可迅速、經濟、靈活地提供新業務的網絡體系,在智能網上開放補充業務,其優勢不僅在于業務、用戶數據的管理及業務邏輯的控制比較集中,而且還在于用戶可在較大范圍內使用業務,用戶可在任何通過No.7信令網與用于開放智能網業務的業務控制點SCP相連的地方,使用智能網業務,正是這后一點優勢為實現智能網業務的網間互通提供了技術基礎。要實現智能網業務的網間互通,前提條件之一就是要實現網間信令功能的互通。此外,在網間互通的智能網業務中,業務呼叫的主叫與被叫分別位于兩個不同的網絡的情況將占較大比例,如果兩個進行業務互通的網絡彼此無話路相通,實現智能網的業務互通是不可能的,所以前提條件之二就是實現網間基本呼叫控制功能的互通。以下所有對于互通方式的討論將建立在這兩個前提之下,有關兩網實現話路及信令網互通應遵循的原則,這里不做討論,但假設它們是符合有關規定的,本文將只從技術的角度,對實現智能網業務網間互通的幾種可能性進行探討。
3.實現智能網業務的網間互通的方式
網間互通是指由幾個網絡合作提供一項業務的處理過程,其中包括智能網與智能網的互通,智能網與非智能網的互通。國際電聯曾在建議Q.1201中,將業務處理層次上的網間互通概括為兩種情況:
(1)兩個IN結構的網絡合作提供一項智能網業務,如圖1所示:
IN-SLIN業務邏輯
BCP基本呼叫處理
GW網關
圖1業務處理層次上的網間互通(IN與IN)
在圖1中,GW1用于在兩網間進行呼叫的接續,GW2用于接入其它網絡中的業務邏輯,GW3用于在各不同網絡保有的業務邏輯間進行通信。
(2)IN結構的網絡與非IN結構的網絡合作提供一項智能網業務,如圖2所示:
IN-SLIN業務邏輯
BCP基本呼叫處理
GW網關
圖2業務處理層次上的網間互通(IN與非IN)
在圖2中,GW4的功能是在IN結構的網絡和非IN結構的網絡之間接續呼叫,在兩個網絡的BCP之間提供互通.
綜合上述兩種情況,不考慮進行互通的兩個網絡的接入類型(PSTN、ISDN)及智能結構的等級(部分智能網、完全智能網、非智能網),并結合我國的智能網建設的實際情況,智能網業務的網間互通方式可歸結為三種方式。
為了便于討論,首先假定有如下一個需要進行IN業務互通的例子:
網絡1由運營者甲管理,它利用業務控制點SCP1開放被叫集中付費業務,網絡2由運營者乙管理,用戶A和用戶B是網絡1的用戶,用戶C和用戶D是網絡2的用戶。
下面將就此例,探討網絡2的用戶使用運營者甲在SCP1上開放的被叫集中付費業務--即實現被叫集中付費業務在網絡1與網絡2之間互通的三種方式。
方式一:通過對方網絡的SSP訪問對方的SCP
圖3通過對方網絡的SSP訪問對方的SCP
如圖3所示,在這種智能網業務互通方式下,網絡2的用戶C撥叫在網絡1登記的被叫集中付費業務用戶號碼時,由網絡2的端局將被叫號碼(800KN1N2...)及主叫號碼傳送給網絡2的網關GW2,經網絡1的網關GW1傳送給網絡1的業務交換點SSP1,由網絡1的SSP1與網絡1的SCP1交互作用后,SSP1得到SCP1送來的真正的被叫號碼,并將呼叫接續至被叫用戶B。如果在業務執行過程中需要給用戶送語音提示或系統需要收集用戶輸入的密碼信息等,則需網絡1中的智能外設IP1進行輔助。
方式一的特點是,在整個IN呼叫的處理過程中,與智能網業務有關的處理完全由網絡1完成,對于網絡2來說,就如同處理一個到網絡1的普通呼叫一樣。業務特性的變動對網絡2沒有任何影響。即便網絡2是一個非IN網絡,也可用此方式實現智能網業務的互通。但網絡1中負責匯接本網及外網IN呼叫的業務交換點需具有較大的處理能力。在呼叫處理中,由于必須經過網絡1的SSP1接通主、被叫,有可能造成路由組織上的不合理。
方式二:通過本網的SSP直接訪問對方的SCP
網絡1用于開放智能網業務的業務控制點SCP1可被與其進行業務互通的網絡2的業務交換點SSP2接入,如圖4所示:
圖4通過本網的SSP直接訪問對方的SCP
網絡2的用戶C撥叫在網絡1登記的被叫集中付費業務用戶號碼時,由網絡2的端局將被叫號碼(800KN1N2...)及主叫號碼傳送給網絡2的業務交換點SSP2,SSP2通過No.7信令網直接與網絡1的業務控制點SCP1進行交互作用后,SSP2得到SCP1送來的真正的被叫號碼,由于被叫用戶B位于網絡1,SSP2需按照網絡1與網絡2互聯互通的有關路由組織原則將用戶C與用B接通。如果在業務執行過程中需要給用戶送語音提示或系統需要收集用戶輸入的密碼信息等,則需網絡2中的智能外設IP2進行輔助。
方式二的特點是,由網絡2的業務交換點SSP2直接與網絡1的業務控制點SCP1進行交互作用,SSP2獲得真正的被叫號碼后可直接選擇最佳路徑,將主、被叫接通。只要在網絡2中合理設置業務交換點,且兩網絡話路互通的路由組織方案合理,就不會出現在呼叫接續中路由組織不合理的現象。由網絡2的業務交換點及智能外設直接處理IN呼叫,減輕了對網絡1中的相應設備的壓力。此方式的缺點在于需要統一網絡1的業務控制點與網絡2的業務交換點的接口規程;一部分業務數據需在網絡2中設置,如:業務的觸發數據需在網絡2的業務交換點中設置,業務的錄音通知數據需要在網絡2的智能外設中配置,而且一旦數據有變更,如:錄音通知更改,則網絡1需通知網絡2,并將更改的數據提供給網絡2,協助它重新加載。在這種互通方式下,網絡1與網絡2的運營者需要互相配合,兩者在業務開放過程中較緊密地耦合在一起。由于網絡2的業務交換點可直接接入網絡1的業務控制點,而在INAP規程中沒有相應的機制來保證SCP與SSP之間通信的安全性,這樣可能會對業務用戶數據的安全性構成威脅。由于網絡2中的多個業務交換點都可直接接入網絡1的業務控制點,使得網絡1業務控制點的邏輯信令關系變得十分復雜。
方式三:通過不同運營者SCP間訪問的方式
為了實現這種業務互通方式,需要在SCP1及SCP2分別配置不同的業務邏輯。在SCP1中配置的業務邏輯包括兩個部分:a.用于處理來自本網的業務呼叫;b.用于處理與本網互通的其它網絡的用戶對本網開放的業務的呼叫。在SCP2中配置業務邏輯c.用于處理本網用戶對與本網互通的其它網絡開放的業務的呼叫,這部分業務邏輯不涉及業務的具體特性。在網絡2中,當SCP2收到對在SCP1中登記的被叫集中付費業務用戶的業務請求時,SCP2中的邏輯c啟動,控制SCP2與SCP1交互作用,SCP1在邏輯b的控制下對呼叫進行處理。SCP2接收來自SCP1的指令,并與本網中的SSP2一起完成相應的指令,以向用戶提供網間互通被叫集中付費業務。圖5為一個網間互通被叫集中付費業務中,各部分業務邏輯間交互作用的示意圖。此種互通方式的中繼方式如圖6所示。
圖5網間互通被叫集中付費業務中各部分業務邏輯間的交互作用
圖6通過不同運營者SCP間訪問的方式
網絡2的用戶C撥叫在網絡1登記的被叫集中付費業務用戶號碼時,由網絡2的端局將被叫號碼(800KN1N2...)及主叫號碼傳送給網絡2的業務交換點SSP2,SSP2通過No.7信令網與SCP2交互作用,在SCP2中有一個支持與其它業務控制點交互作用、接受來自其它業務控制點的指令的簡單業務邏輯,該業務邏輯與被叫集中付費業務的具體特性無關,在該業務邏輯的控制之下,通過智能網應用規程中SCP與SCP之間的接口規程(智能網功能集2支持),SCP2將被叫號碼(800KN1N2...)及主叫號碼傳送給SCP1,收到SCP2傳來的信息,SCP1找到相應的業務邏輯,該業務邏輯包含被叫集中付費業務的全部業務特性,并支持對外網來的業務呼叫的處理,執行業務邏輯,將翻譯得到的真正的被叫號碼返送給SCP2。SCP2收到真正的被叫號碼后,將其傳給SSP2,并命令SSP2完成到被叫的接續。SSP2收到被叫號碼后,由于被叫用戶B位于網絡1,SSP2需按照網絡1與網絡2互聯互通的有關路由組織原則將用戶C與用戶B連通。如果在業務執行過程中需要給用戶送語音提示或系統需要收集用戶輸入的密碼信息等,由SCP1指示SCP2,在網絡2中的智能外設IP2的輔助下完成。在SCP1執行業務邏輯的過程中,如需要監視接續狀況或需要結束本次呼叫,均要用指令通知SCP2,由SCP2輔助完成,且在正常接續時,呼叫結束的指示由SCP2發送給SCP1。
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在“中國制造2025”出臺以前,智能制造在國際已經有多種版本,其中最主要的是歐美三國的版本,即德國的“工業4.0”、英國的“高值制造”、美國的“先進制造”。
德國的“工業4.0”?!肮I4.0”是德國面向2020年的高技術戰略,核心內容是智能化生產系統,即在系統或產品的生命周期內,相關信息通過網絡化實時傳給產業鏈的各個環節,隨時通過數據優化價值創造流。
根據《產品生命周期管理概論》作者烏爾里?!ど吕盏挠^點,理解“工業4.0”有四個要點,即第四次產業革命、信息物理融合系統(CPS)、物與服務聯網(IOTS)、機器對機器的通信(M2M)。
“工業4.0”是第四次工業革命。第一次工業革命被稱為“工業1.0”,其標志是蒸汽機和機械生產設備;第二次工業革命被稱為“工業2.0”,其標志是電動機和大規模生產線;第三次工業革命被稱為“工業3.0”,其標志是電子、信息技術和高度自動化生產;第四次工業革命被稱為“工業4.0”,其標志是信息物理融合系統(CPS)和智能化生產。簡而言之,“工業1.0”是機械化時代,“工業2.0”是電氣化時代,“工業3.0”是信息化時代,“工業4.0”是智能化時代。
信息物理融合系統是互聯網發展的新階段。信息物理融合系統也稱之為智能技術系統,它不是獨立設備的集合,也不是單純的互聯網,而是由具備物理輸入輸出功能且可相互作用的元件組成的網絡。互聯網原來只限于傳統意義上的計算機,現在則是具備萬維網接口的任意設備。信息物理融合系統的基礎是數字通信技術,主要包括傳感器、執行器以及網絡化的智能組件技術。智能工廠就是把若干信息物理融合系統整合起來,形成更大的系統。
物與服務聯網是物聯網發展的新階段。物與服務聯網,就是所有的產品和服務都配備一個IP地址,通過標準協議彼此聯網,同時也和人聯網。物與服務的聯網,實質是基于數字技術的智能化服務。
機器對機器通信是指終端設備之間的數據交換。機器與機器之間的通信在電纜和傳統電器中早就存在,在“工業4.0”中,主要是增加了由無線服務和標準協議所建立的網絡。
根據德國《“工業4.0”白皮書》,實現上述內容需要解決五個方面的問題:價值創造網的水平整合,全生命周期內工程學的一致性,垂直整合和網絡化的生產體系,新的工作基礎設施,跨領域技術。①
英國的“高值制造”。英國政府面向未來的戰略是“高值制造”?!案咧怠笔菑膬r值形態上說的,“高值制造”就是高附加值的制造?!案咧抵圃臁笔且粓鲋圃鞓I的革命,它的產業形態是按需制造、分布式制造和產品服務化,它的技術形態是新興技術群、數據網和智能基礎設施。根據英國政府科學辦公室前瞻水平掃描中心的定義:“這場革命由新技術、新方法和新材料驅動,同時伴之以基于三維打印技術的本地化定制生產,走向產品加服務的商業模式——‘產品服務化’。”②
“高值制造”戰略的主題是資源效率、制造工藝、材料集成、制造系統、企業模式。在主題之下,又分為若干新興技術群和產業領域。新技術、新工具、新方法、新材料使制造形態和商業模式發生變革。
數據網是第二次互聯網革命的主要內容?;ヂ摼W是第一步,數據網是第二步。數據網為數據和網絡文本添加結構和意義,基于通用互聯網協議實現各種數據、物體的互聯,同時把互聯網分成專屬的“網絡分區”,從而改變網絡的價值。
智能基礎設施與互聯網革命密切相關。互聯網是在現有的基礎設施特別是固定電話網絡的基礎上發展起來的,而互聯網的革命將深刻改變基礎設施,不僅是數據傳輸基礎設施,還包括數據處理、數據儲存和電力供應,主要是智能電網、傳感器網絡的推廣和應用,以及對現有基礎設施的“拆拼再利用”。
美國的“先進制造”。美國面向未來的戰略是高端制造。根據美國科技顧問委員會的定義,“先進制造系指一組活動,它們依賴于信息、自動化、計算、軟件、傳感和網絡等的采用與協調,并運用物理學和生物學開發的前沿材料和新興能力,例如納米技術、化學和生物學。它既包括以新穎方式來生產已經有的產品,也包括制造基于新興前沿技術的新產品”。③簡言之,“先進制造”是指采用信息技術和網絡技術,并利用新材料等新興技術生產新產品的系列活動。
“先進制造”與數字革命相聯系。美國工程院認為當前正在發生的數字革命有三個特征:計算能力的持續增長,通信和分析能力快速提高,機器人技術和控制系統的進步。數字革命使高速計算機、先進傳感技術和先進材料不斷進入生產過程,這必將變革價值創造方式和就業格局,極大地提高生產率。美國信息技術與創新基金會建議支持“數字驅動型創新”,包括數據收集、存儲、處理、分析、使用和傳播等技術研發。
據中國專家的實地調研,美國正在進入“新硬件”時代。“新硬件時代,是以美國強大的軟件技術、互聯網和大數據技術為基礎,由極客和創客為主要參與群體,以硬件為表現形式的一種新產業形態。這里說的新硬件,不是主板、顯示器、鍵盤這些計算機硬件,而是指一切物理上存在的,在過去的生產和生活中聞所未聞、見所未見的人造事物?!?/p>
上述智能制造的三種版本,“工業4.0”最優。各個版本雖然表述、重點有所不同,但我們由此可以得出三點基本結論:
第一,人類正在發生產業革命,這場革命不是把互聯網簡單應用到傳統產業領域,而是互聯網、物聯網、傳統產業三位一體的革命,智能制造是這場革命的典型表現。
第二,此次產業革命的根本特征是智能化,即原子世界與比特世界全面融合,人與人、人與物、人與服務、物與物、物與服務全面鏈接,基礎設施、生產過程和價值構成重新整合。
第三,數字技術是智能化的使能技術(或關鍵技術)。數字技術使云計算、大數據、互聯網新應用、智能工廠、機器人、增材制造和軟件設計等眾多新技術成為可能,而眾多新技術的突破又反過來為進一步數字化提供物理和生物基礎。
智能制造與新產業革命
一段時間以來,智能制造成為熱詞,但同時也在很大程度上被簡單化。很多人以為只要把互聯網引入傳統產業,智能制造就實現了。這是從傳統發展方式理解的智能制造,而不是從新產業革命的意義上理解的智能制造。作為新產業革命的主要部分,智能制造不是偶然的、孤立的,而是與新產業革命的三個要件不可分割的。這三個要件,也可以說是智能制造的三大支柱,就是勞動力知識密集化、勞動工具數字化、勞動對象服務化。
勞動力知識密集化。所謂勞動力知識密集化,是指勞動力不僅接受過專業教育,而且還具有即時學習的能力,從而使專業知識交叉融合、知識與操作交叉融合。
在傳統工業化的發展方式中,研發、設計、銷售、服務等知識密集環節與制造環節相對分離,學科之間、理論與實操之間線性接續,互不交叉,因而需要的是專業型的員工。智能制造產業鏈是非線性的、矩陣式的,各個環節平行運行、交互作用、協同優化,生產系統的復雜性增強;由于分布式制造和產品服務化,產業鏈已不僅限于企業內部,而是跨企業、跨地域的。這就要求勞動力既要具有專業知識,同時又要有跨學科知識;既要有理論知識,又要有實際操作能力??鐚W科、跨專業、跨領域的復合型、主動型人才成為主要需求。這種新型的勞動力既是設計者、研發者,又是協調者、操作者;既懂軟件和硬件技術,又懂機械和制造技術。與自動化相適應的是專業化的人才,與智能化相適應的是復合型人才和能力型人才。
需要說明的是,智能制造并不取消專業性,而是在專業性的基礎上要求全面性,能夠融會貫通,理解全局。這種全面性之所以可能,是由于互聯網使海量知識資源能夠即時共享,只要愿意,人們可以在任何時間、任何地點獲取所需的知識。E學習、APP學習、微信學習、游戲學習等新型學習、教育方式,為勞動力知識密集化提供了新的途徑和機遇,據《歐洲產業和企業數字轉型》報告,E學習市場在未來十年間將增加15倍,占全部教育市場的30%。
勞動力知識密集化在就業結構上體現明顯。據美國布魯金斯學會的一份報告,美國高端產業雇傭了全美80%的工程師。美國由“從事科學和工程學、建筑與設計、教育、藝術、音樂和娛樂的人們”構成的“創意階層人士”,2000年已經占到就業人口的近1/3,歐洲平均也在25%~30%。美國創意產業的薪酬占到全美所有產業薪酬的將近一半,相當于制造業和服務薪酬的總和。⑤2011年,勞動年齡人口受過高等教育的人口比例,美國為61%,俄羅斯為54%,日本為41%??梢哉f,科學家、工程師等專業人員在就業結構中已經居于主導地位。
生產工具數字化。所謂生產工具的數字化,是指數字程序控制的生產工具和生產工具的虛擬化,以及生產工具與虛擬生產工具之間的交互結構。例如,數控機床就是生產工具由數字程序控制;計算機輔助設計系統(CAD)就是生產工具的虛擬化。
工業文明的生產工具是大機器,而且是自動化的機器,生產裝置在無人干預的情況下自動運行,從而把人從繁重的體力勞動和有害的環境中解放出來。
這種情況在新產業革命中改變了。按照IBM工業研究院哈德·鮑姆的觀點,智能制造或第四次工業革命的基礎是五種技術創新,即移動計算技術、社會化媒體技術、物聯網技術、大數據技術、分析和優化技術。它們相互影響,從根本上改變了增值、商業模式和產業形態,也改變了生產工具的形態。機器裝備等勞動工具普遍使用信息技術、通訊技術和網絡技術,形成信息物理融合系統,包括高端數控機床、工業機器人、柔性制造系統等。數字化工具在生產的每一個環節和生活的全部過程,實時感知、分析、處理和控制,相互交流并與周圍環境交流,自動更改配置并存儲信息,分布式地自我組織,提供和執行全流程最優化方案。
生產工具的數字化使軟件具有了戰略意義,軟件的研發成本也占據了重要份額。西門子公司軟件研發的支出占了整個集團研發預算的大約40%,達到了40億歐元。據國外專家估計,當前純工業軟件的世界市場份額已達180億歐元,預測未來每年還將上升8%;工業型軟件在有關物流、安全和能源管理領域的額度已超過1000億歐元。⑥
生產工具的數字化也使生態文明成為可能。數字化使技術體系能夠通過提高單位資源效率的方法來增加產品總量,在生產、分配、交換和消費等全部經濟、社會過程中減少資源消耗和廢物產生,對廢物進行資源化和再利用,把物質消耗和環境污染維持在自然界自我修復能力的范圍以內。
勞動對象服務化。所謂勞動對象的服務化,是指勞動對象特別是勞動產品從物質單體變成從物質單體誕生直至回收的系統,而服務是該系統的主要部分。
工業化發展方式中的勞動對象,從動力上看,是大規模的化石能源特別是石油、天然氣和煤炭;從原材料上看,是大規模的鋼鐵、水泥等礦物質材料;從最終產品上看,是大規模的實物商品,所有產品都是物質實體,從研發、設計開始,在制造終端完成。
而在新產業革命中,產品變成與服務一體化的系統,這個系統包括實體產品,以及圍繞實體產品的服務。據陜汽公司提供的數據,目前平均一輛卡車的售價為30萬元人民幣,但卡車使用以后產生的成本是500萬,在卡車整個生命周期內,服務的價值占絕大部分。所謂整個產品生命周期,是指產品系統從產品設計、研發開始,經過制造、售后,直至回收再制造的全過程。
產品系統中的服務,主要包括單體產品服務——產前、產中、產后服務等,以及單體產品衍生服務——服務是主體,單體產品是載體或工具,還包括無產品服務——與單體產品無關、但經濟上有關的結構。其中單體產品服務是最核心的服務,產前服務是指產品的研發和設計,這是一個以產品為核心,制造商、供應商、用戶、創新者、投資者等利益相關者參加的設計、研發圈;產中服務主要是廠內和社會的相關生產;產后服務則是從產品誕生直到實體產品消失為止的服務“長尾”。據麥肯錫全球研究院的一份報告,發達經濟體制造業服務類投入占到制造業產出的20%~25%,制造業崗位中30%~55%具有服務性職能,若加上外包服務,美國制造業服務類崗位已超過生產類崗位。據筆者實地調研,2014年,中國智能制造走在前列的陜西汽車股份公司,利潤的44%來自于產品服務。2005年世界著名傳統制造公司利潤的50%以上來源于服務活動,全球500強企業中56%的公司從事服務業。而且制造業企業的生產,越來越依靠金融、電信、物流等服務性企業,據美國布魯金斯學會的一份研究報告,美國高端產業每個工人每年從其他商業服務中采購23.6萬美元的商品和服務,而其他產業的采購僅為6.7萬美元。
智能制造與中國機會
以智能制造為重要內容的產業革命,向包括中國在內的所有國家都敞開了窗口。同時,向中國敞開的還有另外兩個窗口,一個是巨大的經濟存量的轉型,另一個是工業化和城市化中后期帶來的經濟增量。如果說經濟增長速度換擋期、結構調整陣痛期與前期刺激性政策消化期在同一時間重合出現,是老的三期疊加,那么,新產業革命的發生期、新發展方式的形成期、全面小康社會的建成期同時重合出現,則是新的三期疊加。如果說老三期疊加困難不少,那么新三期疊加則是機遇大于挑戰。
新發展方式形成期提供的第二窗口。新發展方式形成期的機遇首先是大規模實體經濟提供的載體空間。我國具有世界最大規模的實體經濟,面臨轉變發展方式。物質消耗和環境容量已經走到臨界區域;低端外部需求已經接近極限;單純以廉價勞動力、廉價商品和薄利多銷為內容的向下競爭,已經走到盡頭,加速形成新的發展方式上升為剛性需求。巨大的經濟存量要求經濟發展方式必須從以物質資源投入為主轉變為以人力和知識資源投入為主,即用無形資本替代有形資本,真正轉型為一個知識型、創新型、服務型的經濟體,實現智能型增長。
其次是大規模城市化提供的增量空間。2014年我國城市化率已經超過54%。如果按照每年轉移1000萬農村勞動力的速度計算,10年后還會有1億人口城市化。城市化必然引起經濟結構的轉型升級和經濟總量的巨大增長,也必然引起我國消費規模的巨大增長和消費水平的大規模升級,相應地也將對智能制造產生巨大需求。我國的城市化是在發達國家城市化完成以后開始的,又是人類歷史上最大規模的城市化,有條件不重復、也不應該重復先發國家傳統城市化的老路,即先污染后治理、先粗放后集約、先發展后轉移的道路,而必須一開始就以智能制造、生態經濟支撐。
全面小康社會建成期提供的第三窗口。我國已經度過了溫飽階段,實現了整體小康,正在建設全面小康。2012年的統計公報反映,城鎮居民和農村居民消費的恩格爾系數都在下降,而且兩個數值越來越接近。從經濟規律來看,在溫飽問題尚未解決的階段,人們的需求主要集中在生活資料領域,生產和消費水平比較粗放;而在溫飽問題解決以后,人們的物質消費不僅有較大的增長,而且會出現重大的升級,同時人們的非物質性消費也大幅度增長、升級。這就為智能制造、高端服務開辟了新的領先市場。
新三期疊加放大了智能制造的機會窗口。有一種觀點,認為我國制造業整體水平處于中低端,發展很不平衡,存在大量“工業2.0”產業,因此,中國智能制造只能分兩路走。一路是大多數弱勢產業,必須循序漸進,從“工業2.0”上升到“工業3.0”,然后到“工業4.0”;另一路,是少數優勢產業,有可能直接從“工業3.0”進入“工業4.0”。
除了上述兩路大軍以外,還有一路大軍,他們已經處于智能制造階段,雖然水平不一定是世界最高的。如華為、中興、陜汽、海爾,等等,他們是我國智能制造的第一方陣。
處于“工業2.0”階段的產業,以及城市化形成的增量產業,不一定按部就班地從“工業2.0”到“工業3.0”再到“工業4.0”,雖然也有這種可能性。由于新三期疊加,放大了智能制造的機會窗口,出現了“畢其功于一役”的現實可能性,即三路大軍幾乎同時進入智能制造階段。我們既要看到老的三期疊加,同時又要看到新的三期疊加,而且我國經過30多年的高速發展,已經處于新的歷史起點:整體上已經渡過溫飽階段,進入工業化和城市化的中后期,科教興國和人才強國戰略帶來的科技人力資源紅利正在顯現,只要戰略選擇得當,經過扎實工作,三路大軍完全可以平行實現智能制造。
智能制造的中國戰略
新三期疊加的窗口已經打開,必須采取必要的戰略,為智能制造準備充分而必要的條件,否則也可能喪失機遇。
人力資源超增長戰略。人力資源超增長戰略,就是在從2016年到2025年10年左右的時間內,通過投入和優化結構,急速使我國新增勞動人口普及高中階段教育,55%達到大專及大專以上文化程度。
如果持續使新增勞動人口的55%達到大專及以上文化程度,就要求高等教育入學率,即在校大學生占該年齡段人口的比例,必須達到55%。國際上通常認為,高等教育大眾化階段的毛入學率在15%~50%,普及化階段的毛入學率在50%以上。高等教育毛入學率超過50%的國家,全球有54個;⑦經合組織國家高等教育毛入學率為55%。
人力資源超增長戰略具有現實可能性。一是由于新增勞動人口的減少,中國勞動適齡人口已經處于一個加速減少的時期。據專家預測,中國勞動適齡人口在2015年達到峰值,此后將開始減少,2020年后減少甚至會加速。實際上,從2012年開始,我國勞動適齡人口已經連續3年減少,分別減少了345萬、244萬、371萬。新增勞動人口的減少是個劣勢,但又是個優勢,即縮小了受教育人口的基數。二是我國具有適當擴大教育規模的公共財力和社會資本。新增勞動人口的減少和教育規模的適度擴大,使較大幅度提升入學率成為可能。
2013年我國高中階段教育毛入學率為86.0%。十一五期間,高中階段教育毛入學率平均每年增加近6個百分點,十二五前三年增速放緩,每年增加1個百分點強。根據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010~2020年)》,2020年高中階段教育毛入學率達到90%,在此基礎上,經過努力工作,每年增加2個百分點,到2025年普及高中階段教育是可以做到的。
2013年,中國高等教育毛入學率達到34.5%,與全球平均水平(2012年為32%)⑧相當。從2014年開始,全國本專科招生總規模已達到當年年滿18歲人口的46%。如果全國本??普猩藬得磕瓯3衷?00萬,那么到2020年,全國本??普猩傄幠U籍斈昴隄M18歲人口的比例將超過55%,當年的高等教育毛入學率也將超過50%。十二五前三年高等教育毛入學率平均每年增加近3個百分點。2020年以后,若使高等教育毛入學率每年增加1個百分點,到2025年中國高等教育毛入學率可以達到55%。
人力資源超增長具有重大戰略意義,不僅可以使我國獲得自主創新所需的人力和社會基礎,而且還能夠使這種基礎從此長期延續。當新增勞動力資源50%受到大專以上教育以后,即使全社會勞動力走出減少期、再度進入增長期,新增勞動力受教育水平仍將保持在50%以上的高位水平,不會降低。這種社會遺傳機制,是人類文明進步規律之一。
實施人力資源超增長戰略的主要政策包括:
第一,實行中等專業學校義務教育。凡中等專業學校教育一律免費,爭取在較短的時間內,實行12年義務教育。
第二,發展多層次應用型大學。除211等高校按研究型大學重點支持外,其他普通高校和大量高職高專院校都應向應用型大學轉變。吸引社會資金特別是企業參加興辦多種所有制的高等職業和高等專業技術學校。應用型大學對人才的培養和科研活動經費少部分來自財政撥款,絕大部分是市場化的,根據企業訂單培養人才,根據企業合同開展設計、研發等創新服務。
第三,建立全民即時學習平臺。依托國家開放大學(中央廣播電視大學),整合大學、中學、小學和職業教育優質資源,建立全民素質教育平臺,普遍開展學歷和非學歷的自學教育,隨時隨地向全體公民開放,三網融合,免費學習,知識共享,最大限度增強科學文化的正外部性,使一切有學習意愿的人,特別是廣大農民、工人、戰士、老少邊窮地區人民、低收入人群能夠與條件優越的人群一樣擁有優質教育機會。
第四,建立復合型人才教育模式。中學教育廢除文理分科,大學教育、科研、實習采取矩陣模式,學生可以跨專業、跨學科選課,也可以跨院系參加科研項目,跨領域參加生產實習,培養學生發現問題和綜合解決問題的能力。鼓勵大學依托企業建立教學、科研、實習基地,企業依托大學建立人才培養基地。社會教育、職業教育學用結合,以用為主,為制造業源源不斷地輸送適用人才。
輕資產優先增長戰略。輕資產優先增長戰略,就是把知識性、技術性資產置于經濟發展的首位,優先投資,優先形成生產能力,優先市場準入,使創新型企業在設計、研發、專利、版權、標準、品牌、培訓、服務等方面的輕資產投資超過設備、材料等重資產投資。
輕資產優先增長,是國際經濟轉型的基本趨勢。在制造業產業鏈中,重資產已經下沉到低端,而輕資產則上升到高端,而且以輕資產為核心的無形資產投資占比超過有形資產。據美國《科學與工程指標2014》顯示,知識與技術密集型產業占GDP的比例,美國高達40%,歐盟、加拿大、日本和韓國等主要發達經濟體為30%左右,而我國僅為20%左右。據英國學者的一份研究報告,2007年,英國私營部門無形資本投資為1330億英鎊,而有形資本投資為950億英鎊,無形資本投資占比58%,物質資本投資占比42%,前者高出16個百分點。2000年至2007年,英國私人部門生產率增長的2/3來源于無形資本投入。
我國具有輕資產優先增長的知識和技術資源??萍既肆Y源總量已經超過7000萬,世界第一;年研究與試驗發展(R&D)經費支出超過13000億人民幣,居世界第二;高等學校2500多個,科研機構3600多個,規模以上工業企業研發機構30000多個;2014年受理發明專利申請92.8件,連續4年位居世界首位;PCT專利申請量增長強勁,位居世界第三,占全球總量的11.9%;2004年至2014年(截至2014年9月)我國科技人員共發表國際論文136.98萬篇,位居世界第2位。
我國已經具有充裕的公共財力和社會資本。經濟總量位居世界第二,2014年財政收入11140億元,外匯儲備38430億美元;24個省市的地方總產值過萬億。此外,還有龐大的民間資本。
實施輕資產優先增長戰略的主要政策包括:
第一,發展技術密集型、知識密集型的制造業。圍繞新產業革命開展國家計劃項目、地方計劃項目布局,特別是開展科研體系、科技人才和基礎設施的布局,引導企業、大學、科研機構和其他社會力量,積極投入輕資產,把科技要素轉化為生產性、創新性資產。
在保證研發投入穩定增長的同時,大力激發全社會非研發的創新投入,包括創意設計、技術轉移、技術改造、知識服務、人員培訓、品牌開發、市場營銷等方面的投入。特別是鼓勵制造與服務的融合,支持按需制造、分布式制造、產品服務化等方面的技術創新,支持基于知識的管理模式、商業模式創新。
第二,發展知識密集型服務業特別是創新服務業。所謂知識密集型服務業,就是通過服務的科技化和科技的服務化而形成的服務業,包括金融服務業、信息服務業、電子商務服務業等。其中創新服務業是知識最為密集的服務業,包括設計研發服務業、技術轉移服務(轉移、轉化、孵化)業、技術改造服務(節能、環保、信息化等)業、知識服務(云計算、檢驗檢測、質量認證、戰略咨詢等)業等。
創新服務業無論是內資外資、國有民營,都是低投入、低消耗、低排放和高技術、高效益的行業,可以吸收大量的科技人力資源就業,具有強大的輻射帶動作用。大量的傳統產業、中小企業、本土企業以及落后地區的產業,技術落后、生產粗放,是轉變生產方式的短板,而且在這些領域市場往往失靈,特別需要創新服務業提供支持。
第三,以知識和技術密集產業帶動城市化。城市化必須注意轉變發展方式,避免走產業外延擴張、城市集中建設的老路。城市化每走一步,綠色產業、新興產業就擴大一步,步步為營,扎實推進。發展以生物資源為原料、生態化生產為特征的綠色產業,包括生態農業、農產品加工業、生物質產業;發展新興產業,包括生產質能、太陽能產業、節能環保產業、生物產業、新材料產業等;發展循環經濟,在企業內部各生產單元之間、上下游企業之間、園區關聯產業之間建立循環經濟產業鏈;推廣使用新能源交通工具,興建新能源和節能環保住宅,推行垃圾分類回收和低碳消費模式,建設綠色社區。大力發展商業、旅游、養老等第三產業,形成持續的人流、物流、資金流和信息流。
政企合作的創新戰略。政企合作的創新戰略,或公私合作(PPP)創新戰略,就是以企業為主體,發揮政府與企業兩個積極性,項目來源于企業用戶的有效需求,公開征集、公開招標;招標成功后立項,政府與企業根據項目合同共同投資、共擔風險、共享收益,共同完成國家也即企業的具體創新目標。
政企合作之所以是重大創新戰略,是由我國的特殊國情決定的。我國的優勢是政府動員能力、組織能力、執行能力強大,能夠集中力量辦大事,這是其他國家無法做到的;劣勢是企業主體能力不強,科技與經濟脫節,很多科技成果不能應用。政企合作能夠揚長避短,放大我國的優勢,克服我國的劣勢。在未來的發展中,要反對把政府與市場對立起來的機械論觀點,堅持以企業為主體,政府與企業協同創新。
政企合作模式在發達國家的實踐已經取得了成功經驗。由于政企合作模式提高了公共資金使用效率,有效化解和分散了創新風險,增加了社會對創新的投資,既實現了社會效益最大化,又保證了企業和社會資本有利可圖,許多國家稱之為公共項目管理的最佳模式。
傳統科技計劃項目的目標是單維的技術目標,而政企合作項目的目標則是三維的工程目標,涵蓋研發、生產、經營整個創新過程,既包括技術目標,也包括產品性能、市場占有和行業能力等經濟目標,以及綜合目標和總體解決方案。傳統的科技計劃項目往往是科研導向,而政企合作項目則是企業用戶導向,項目則來源于企業用戶的具體需求,一開始就在需求中研發,研發完成之日就是技術應用之時,也是國家目標實現之時。傳統科技計劃項目是政府投入、企業配套,而政企合作項目則是企業投入、政府配套,還有大量社會資本進入,投入結構多元化。傳統科技計劃項目重立項、輕結果,而政企合作項目則重視商業成功,共同投資、共擔風險、共享收益。
實施政企合作創新戰略的主要政策包括:
第一,在科技創新類計劃項目中實施。除基礎研究計劃項目外,在重大專項、重點研發計劃、技術創新引導專項(基金)、基地和人才專項等各類技術創新計劃中,如果項目數額較大,均應采取政企合作模式。
多元智能理論(MultipleIntelligencesTheory)由美國哈佛大學發展心理學家、教育學家霍華德•加德納教授于1983年在《智能的結構》一文中提出后,在世界范圍內引發了教育的“革命性”變革。我國于20世紀90年代引進多元智能理論,國內有專家認為,多元智能理論無疑是我們長期以來一直在努力推崇的“素質教育的最好全釋”;還有人指出:多元智能理論與建構主義理論一道,構成了我國新課程改革的強大理論支撐。多元智能理論指出人類內涵的能力至少有八種:包括語文智能;音樂智能;邏輯—數學智能;空間智能;肢體—運作智能;人際智能;自省智能;自然觀察智能。加德納認為,相對于過去的一元智力理論,多元智能理論能夠更全面地描繪和評價人類的智力能力。加德納還指出,人類智能還包含有次級智能和多種次級構成要素。
二、基于多元智能理論的汽車英語課程設計
(一)汽車英語課程設計的基本條件
Posner(1994)認為,課程設計的基本條件包括:了解學生的需求、興趣、能力、知識水平等例如:學生需要什么、需要的原因、已有的能力、待補的能力、已有的基礎或條件,缺乏什么等等。熟悉課程情況例如,有能力識別和解釋該課程的基本概念和技能,全面和細致的有關知識,目前這個課程的開設情況等。擅長聽說讀寫譯五項必備能力,具有豐富教學經驗,而不是簡單的拼湊、復制、模仿依據以上課程設計的基本條件,做好高職英語課程設計就要求教師進行問卷調查或訪談學生已經完成的課程標準或已經具備的語言知識,要求通過參考有關著作、論文、同類課程、教材等,與同行交流,收集積累案例或經驗等等。
(二)汽車英語課程設計的標準
根據Furey提出的標準,高職英語課程設計必須把握下列標準:
1.是否有足夠的理論依據英語課程設計必須基于什么樣的科學理論基礎,是否遵照其本身的科學性和社會性?
2.是否適合學生目標在從事高職英語教學中,教師要因材施教。不但熟悉、掌握學生的自身學習情況、學習興趣,也注重培養學生的實際效果性。
3.是否具有成功實施的可能性和效果的可評性在從事高職英語教學中,教師要不斷自評課程設計的真實效果。
(三)汽車英語課程設計的內容
汽車英語課程設計的內容取決于授課的理念。針對英語語言,如果認為語言是符號系統,課程設計就由語音、詞匯、語法、句型構成,強調語言形式的正確性;如果視語言為交際工具,課程設計要考慮的是交際的人,交際發生的條件、交際的目的等。英語課程設計關注的不僅是語言形式的正確性,還有社交的適當性。在教學研究過程中,在多元智能理論的指導下,根據調研結果對課程教學內容進行逐步更新,教材從最初的純英文閱讀形式的到單獨開發學生的專業英語閱讀能力,從聽、說、讀、寫等能力的平行拓展,汽車專業英語校本教材內容新穎,圖文并茂,根據主題確定教學內容、重點及難點,融專業英語聽、說、讀、寫訓練于一體,重點突出,實用性強,有利于開發學生的多元英語語言智能,改善課堂教學氛圍,提高教學效果。
三、多元智能理論下汽車英語課程設計需注意的問題
首先,汽車英語以提高口語交際能力為本位,突出應用性本課程在對汽車企業英語應用能力需求深入調研的基礎上,按確定工作任務模塊、同時突出語言技能的要求制訂教學大綱和授課計劃,明確了教學應達到的知識標準和技能標準。其次,課程體系整合突出全面性、邏輯性、典型性和實用性本課程以國際汽車行業最新的知識體系為基礎,以市場為導向,將傳統汽車英語課程的以訓練專業英語閱讀能力為主體的教學內容,整合成為汽車構成的4大部分分別為發動機、底盤、車身、電氣設備以及發動機的兩大機構五大系統和底盤的傳動系統、行駛系統、轉向系統和制動系統等各個任務模塊以系統的知識主題構成課程內容體系。最后,教學手段優化,突出多元英語智能培養在教學實踐中,注重將互動教學、角色扮演、案例教學、多媒體聽力、課件加視頻等教學手段相結合,增加學生的學習興趣,提高其用英語分析和理解專業知識的能力和用英語進行專業領域的交際能力,并結合具體課程內容指導學生進行延伸性思考,以增強學生的創新能力,全面促進學生多元智能的發展。
二、基于多元智能理論的汽車英語課程設計
(一)汽車英語課程設計的基本條件
Posner(1994)認為,課程設計的基本條件包括:了解學生的需求、興趣、能力、知識水平等例如:學生需要什么、需要的原因、已有的能力、待補的能力、已有的基礎或條件,缺乏什么等等。熟悉課程情況例如,有能力識別和解釋該課程的基本概念和技能,全面和細致的有關知識,目前這個課程的開設情況等。擅長聽說讀寫譯五項必備能力,具有豐富教學經驗,而不是簡單的拼湊、復制、模仿依據以上課程設計的基本條件,做好高職英語課程設計就要求教師進行問卷調查或訪談學生已經完成的課程標準或已經具備的語言知識,要求通過參考有關著作、論文、同類課程、教材等,與同行交流,收集積累案例或經驗等等。
(二)汽車英語課程設計的標準根據
Furey提出的標準,高職英語課程設計必須把握下列標準:
1.是否有足夠的理論依據英語課程設計必須基于什么樣的科學理論基礎,是否遵照其本身的科學性和社會性?
2.是否適合學生目標在從事高職英語教學中,教師要因材施教。不但熟悉、掌握學生的自身學習情況、學習興趣,也注重培養學生的實際效果性。
3.是否具有成功實施的可能性和效果的可評性在從事高職英語教學中,教師要不斷自評課程設計的真實效果。
(三)汽車英語課程設計的內容
汽車英語課程設計的內容取決于授課的理念。針對英語語言,如果認為語言是符號系統,課程設計就由語音、詞匯、語法、句型構成,強調語言形式的正確性;如果視語言為交際工具,課程設計要考慮的是交際的人,交際發生的條件、交際的目的等。英語課程設計關注的不僅是語言形式的正確性,還有社交的適當性。在教學研究過程中,在多元智能理論的指導下,根據調研結果對課程教學內容進行逐步更新,教材從最初的純英文閱讀形式的到單獨開發學生的專業英語閱讀能力,從聽、說、讀、寫等能力的平行拓展,汽車專業英語校本教材內容新穎,圖文并茂,根據主題確定教學內容、重點及難點,融專業英語聽、說、讀、寫訓練于一體,重點突出,實用性強,有利于開發學生的多元英語語言智能,改善課堂教學氛圍,提高教學效果。
三、多元智能理論下汽車英語課程設計需注意的問題
首先,汽車英語以提高口語交際能力為本位,突出應用性本課程在對汽車企業英語應用能力需求深入調研的基礎上,按確定工作任務模塊、同時突出語言技能的要求制訂教學大綱和授課計劃,明確了教學應達到的知識標準和技能標準。其次,課程體系整合突出全面性、邏輯性、典型性和實用性本課程以國際汽車行業最新的知識體系為基礎,以市場為導向,將傳統汽車英語課程的以訓練專業英語閱讀能力為主體的教學內容,整合成為汽車構成的4大部分分別為發動機、底盤、車身、電氣設備以及發動機的兩大機構五大系統和底盤的傳動系統、行駛系統、轉向系統和制動系統等各個任務模塊以系統的知識主題構成課程內容體系。最后,教學手段優化,突出多元英語智能培養在教學實踐中,注重將互動教學、角色扮演、案例教學、多媒體聽力、課件加視頻等教學手段相結合,增加學生的學習興趣,提高其用英語分析和理解專業知識的能力和用英語進行專業領域的交際能力,并結合具體課程內容指導學生進行延伸性思考,以增強學生的創新能力,全面促進學生多元智能的發展。