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创新驱动助力工程月报——政策建议研究项目专刊

发布时间: 2019-06-24

【编者按】

为落实中国科协智库、学术、科普“三轮驱动”发展新格局,推动创新驱动助力工程具体实践向科技智库延伸,提升创新驱动助力工程建言献策“智库”水平,打造学会“智库基地”,围绕实施创新驱动助力工程示范项目中已取得的成效,结合前期《创新驱动助力工程月报》研究成果,组织相关学会挖掘科技与经济、与产业结合亮点,为相关企业解决技术难题,为有关部门推动产业转型升级提供咨询建议,助力创新发展,推动学会形成智库平台。为此,特设立创新助力产业发展政策建议研究项目专刊。

智能服装产业技术发展趋势与方向专报

目前,智能服装产业初见端倪,为贯彻《中国制造2025》所提出的智能制造发展规划,落实《纺织工业发展规划(2016-2020)》要求,推进智能制造,形成发展新动能,创造竞争新优势,促进产业迈向中高端,初步建成纺织强国。通过组织专家实地调研,并对相关大数据和相关技术进行研究和科学分析,提出我国服装行业转型升级发展的重要建议,引领我国智能服装相关技术的研究方向,其汇报情况如下:

一、发展趋势

在市场方面,根据数据显示,2017年全球智能可穿戴设备出货量达1.33亿,同比增长29%;市场规模达208亿美元,同比增长30%。预计智能可穿戴设备未来几年仍将保持快速发展,到2021年智能可穿戴设备的出货量达2.82亿,未来四年复合增速达21%。

在产品本身方面,智能服饰的发展将遵循“以人为本”的原则,在注重科技性与功能性的同时,更加强调产品的人性化设计,真正实现人机的完美交互,这其中包括:产品的微型化与舒适化、交互方式的多样化、产品的多功能化与专业化等。在应用方面,智能服饰将主要用于医疗、运动和军事领域,而中国是世界上老年人口最多的国家、增长最快的国家,可穿戴健康检测系统将成为最受关注的新兴前言热点研究领域之一,在国内市场潜力巨大。

二、分析对比

智能服装已成备受关注新兴前沿产业之一,基于大数据、物联网、技术创新等层面应运而生的智能服装,正逐渐成为重振传统纺织服装业的新突破口。

目前市场进入智能服饰的企业主要分为两类:一类是科技企业,以谷歌、三星为代表,倾向于在产业链技术环节取得突破,通过先进的技术的提升体验,拓展市场。另一类则是传统服装品牌企业,它们借助传统的服饰加上创意的智能科技为自身带来不错的商机,通过智能服装的探索来谋求转型。相比科技硬件厂商,传统服装品牌企业既具备巨大且忠诚的用户群体,又拥有丰富的品牌市场运作经验及分销渠道资源,不论在传播力度,还是渗透能力上都超过科技型企业。但是,传统服装企业虽逐渐开始为产品增加智能元素,但多缺乏实际的发展方向。而科技型企业由于品牌影响力、用户群有限、缺乏渠道资源等因素也难以获得较好的销量。

三、典型案例

1、健康监测领域

智能服装用于医疗行业,通过柔性传感器将传统的电生理监测融入到服装中,利用传感器实现对多种生物电信号的测量,然后将对个人数据结合预测分析来创建数据驱动反馈和监控系统,从而大大减少对护理人员的伤害并改善患者护理。

美国VivoMetrics公司研究出一款生命衫(lifeshirt),可以记录穿着者的日常活动中30多个心肺生理参数,如图4-1(a)所示;联想推出的SmartVest智能心电衣可以根据提供的HRV(心律变异度)数据感知用户的身体状态,同时可以设置心率预警值。如图4-1(b)所示;Hexoskin公司研发的三导联心电监护服Hexoskin可以测量心率、心率变化、步数、卡路里消耗等数据。同时夜晚它仍然能追踪睡眠和环境,包括睡觉的姿势,心跳和呼吸活动,如图4-1(c)所示。

 微信截图_20190624101101.png

图4-1(a)lifeshirt、(b)SmartVest智能心电衣、(c)三导联心电监护服Hexoskin 

2、运动领域

智能服装在运动领域的设计主要分为针对户外人身健康的运动智能服装以及针对专业运动优化的智能服装,帮助运动员保证训练的高效性和安全性。

例如Athos的智能运动衣和短裤,产品内置一枚AthosCore小芯片和多个传感器,检测使用者的心率、呼吸频率,甚至肌肉活动情况来监控运动员日常训练,如图4-2(a)所示;阿迪达斯就为英国自行车队研制了Hotpants比赛服,其裤腿中内置电池,可以让运动员的腿部肌肉保持理想的38摄氏度温热,从而获得持久的动力,如图4-2(b)所示。Catapult推出了Playertek智能背心,可以让足球运动员获得更多的训练指标,包括距离、冲刺距离以及折返距离等,如图4-2(c)所示。

 微信截图_20190624101110.png

图4-2(a)Athos的智能运动紧身衣、(b)阿迪达斯Hotpants充电保温运动裤、(c)Catapult运动智能背心

3、军事领域

智能服装已经成为新军装制服发展的一个组成部分,旨在提高对保护士兵健康、提高战场生存率,并提供整体战场认识度。

LawrenceLivermoreNationalLaboratory一直致力于开发一种可以防止生物战和化学战的制服面料。该面料在能够导汗的同时还可以检测各种生物药剂,防止中毒。在检测到生物药剂时,可以通过关闭空气交流系统和剥离方式来保护使用者,如图4-3(a)所示;ObjectiveForceWarrior军装针对美军士兵在开阔地带和森林等复杂环境作战而设计,该军装具有重量轻、战斗系统完备的特点,包括武器、全副武装的防护、通讯系统、能源电池及战斗优化设备,如图4-3(b)所示。

 微信截图_20190624101119.png

图4-2(a)LawrenceLivermoreNationalLaboratory制服面料、(b)Objective Force Warrior概念设计图

四、存在的问题

如今,可穿戴设备与服装的结合是大趋所势,在国内纺织市场中,智能服装产业虽方兴未艾,但在各方面的发展条件尚不成熟,大部分企业缺乏明晰的产业框架,未形成产业链条,同时缺乏统一的市场标准。引发该类现象的核心问题在于:技术、成本、信息安全。

1、智能服装的核心技术仍需攻关

智能服装产业在设备、应用、交互、大数据等层面上的技术欠缺是抑制产业发展的核心问题。技术先进性的缺乏,导致了学术领域的成果难以直接迎合至实际的产业需求。在设备技术层面,部分智能服饰中存在的智能传感器无法应用于复杂的环境中,其精准度和灵敏度还有待进一步改善;在应用技术层面,数据的采集和分析能力仍有所欠缺,难以根据用户本身的特点提供符合要求的信息,限制了智能服饰的应用范围;在“人机交互”技术层面,电子元件缺乏多元化感测、收集数据的能力,同时反馈机制仍有待完善。最后,在数据技术层面,当下信息技术的不足也将影响智能服装大数据的集中使用和管理。

2、智能服装产品成本高昂无法进行大面积市场普及

智能服装的使用基于大量电子器件集成与数据传输、分析。但电子元件在服装上的集成技术需要耗费大量专业资本,长期的数据传输及分析也需专业人才维护。由于成本居高不下,市场亦未做好充分准备,许多高校的研究机构虽能够完成部分世界领先的智能服装研究成果,但却难以进行产业化生产。

3、智能服装产品的信息安全问题

信息安全隐患主要存在以下几个因素:首先,该类软硬结合的设备难以实现技术的深度融合,信息时代较为成熟的安全技术难以被设备元器件直接移植应用或继承,该漏洞为黑客、钓鱼、勒索软件等提供了天然的滋生土壤;其次,人们在智能穿戴设备上的安全防范意识相对较低,无法准确有效地应对个人信息泄露风险;再者,设备厂商出于成本考虑,对智能穿戴式设备的信息安全研发投入过少,缺乏快速有效的安全响应机制;最后,国家质量安全检测对智能可穿戴设备的检测标准还存在不少空白,宏观管控信息安全能力有限。

综上分析,在智能服装被广大商家开发应用的同时,背后存在的信息安全问题也日益凸显,如果不能有效解决这些问题,万物互联时代智能服装的大规模应用必然会导致问题丛生,并反过来制约智能可穿戴产业的发展,不利于信息技术与制造技术的深度融合。

五、决策建议

1、对研发技术进行改进或者寻求技术突破

推进智能服装的发展,电子设备与纺织品部件(服装或支撑元件)间连接的技术难点必须进行突破。其次,在智能服装的技术设计层面,应充分考虑所涉及的材料(纱线类型和相关的生产技术)、服装的服用性能等因素,形成高效节能的设计方案,为智能服装的产业化打下坚实的基础。

2、制定智能穿戴装备的安全规范

智能服装作为未来新型日常电子用品,涉及人体基础生命安全与信息私密,需有关部门制定详细的物质危害标准以及信息安全保护措施。

3、纺织品所涉及领域的整合

智能服装产业技术需多种专业领域知识、多种维度的资源整合。其先进技术包括:数字制造、生物技术、柔性电路以及可穿戴技术等。将各种技术的研究成果结合起来可促进该产业发展的多样性,亦能为不同专业领域的人才创建了一个交流与沟通的平台,促进各类资源的整合。

4、培养相关技术人才

人才在智能服装领域的作用不可忽视,其技术发展需要大量专业性人才,并且目前我国也缺乏这一人才培养的教育体系,其专业技术主要包括:大数据技术、设备交互技术、物联网技术、智能纺织工业技术等。未来智能服装产业对各类技术人才的需求将日益增多,国家应大力加强人才的培养。

5、建立技术标准和行业规范

为贯彻落实《国家智能制造标准体系建设指南(2015年版)》,应逐步建立智能纺织产业的技术标准和行业规范以规范市场竞争,为以后的企业间的协同制造留出发展空间,为将来的国际竞争抢下战略至高点。随着企业注重国家和行业发布的规范类和标准类文件,可将智能制造技术的发展推向更高水平。

6、加强跨界联盟的形成

贯彻《中国制造2025》发展方针,围绕重点制造领域关键环节,开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用。支持政产学研用联合攻关,开发智能产品和自主可控的智能装置并实现产业化。通过推动赋能创新协同组织建设,建立完善创新协同联合体、跨学科联合体、跨产业联合体、跨学会联合体等赋能创新协同组织,发挥各自在市场中的优势,汇聚创新资源,推动技术成果转化和应用。


创新驱动助力工程月报——政策建议研究项目专刊


【编者按】

为落实中国科协智库、学术、科普“三轮驱动”发展新格局,推动创新驱动助力工程具体实践向科技智库延伸,提升创新驱动助力工程建言献策“智库”水平,打造学会“智库基地”,围绕实施创新驱动助力工程示范项目中已取得的成效,结合前期《创新驱动助力工程月报》研究成果,组织相关学会挖掘科技与经济、与产业结合亮点,为相关企业解决技术难题,为有关部门推动产业转型升级提供咨询建议,助力创新发展,推动学会形成智库平台。为此,特设立创新助力产业发展政策建议研究项目专刊。

智能服装产业技术发展趋势与方向专报

目前,智能服装产业初见端倪,为贯彻《中国制造2025》所提出的智能制造发展规划,落实《纺织工业发展规划(2016-2020)》要求,推进智能制造,形成发展新动能,创造竞争新优势,促进产业迈向中高端,初步建成纺织强国。通过组织专家实地调研,并对相关大数据和相关技术进行研究和科学分析,提出我国服装行业转型升级发展的重要建议,引领我国智能服装相关技术的研究方向,其汇报情况如下:

一、发展趋势

在市场方面,根据数据显示,2017年全球智能可穿戴设备出货量达1.33亿,同比增长29%;市场规模达208亿美元,同比增长30%。预计智能可穿戴设备未来几年仍将保持快速发展,到2021年智能可穿戴设备的出货量达2.82亿,未来四年复合增速达21%。

在产品本身方面,智能服饰的发展将遵循“以人为本”的原则,在注重科技性与功能性的同时,更加强调产品的人性化设计,真正实现人机的完美交互,这其中包括:产品的微型化与舒适化、交互方式的多样化、产品的多功能化与专业化等。在应用方面,智能服饰将主要用于医疗、运动和军事领域,而中国是世界上老年人口最多的国家、增长最快的国家,可穿戴健康检测系统将成为最受关注的新兴前言热点研究领域之一,在国内市场潜力巨大。

二、分析对比

智能服装已成备受关注新兴前沿产业之一,基于大数据、物联网、技术创新等层面应运而生的智能服装,正逐渐成为重振传统纺织服装业的新突破口。

目前市场进入智能服饰的企业主要分为两类:一类是科技企业,以谷歌、三星为代表,倾向于在产业链技术环节取得突破,通过先进的技术的提升体验,拓展市场。另一类则是传统服装品牌企业,它们借助传统的服饰加上创意的智能科技为自身带来不错的商机,通过智能服装的探索来谋求转型。相比科技硬件厂商,传统服装品牌企业既具备巨大且忠诚的用户群体,又拥有丰富的品牌市场运作经验及分销渠道资源,不论在传播力度,还是渗透能力上都超过科技型企业。但是,传统服装企业虽逐渐开始为产品增加智能元素,但多缺乏实际的发展方向。而科技型企业由于品牌影响力、用户群有限、缺乏渠道资源等因素也难以获得较好的销量。

三、典型案例

1、健康监测领域

智能服装用于医疗行业,通过柔性传感器将传统的电生理监测融入到服装中,利用传感器实现对多种生物电信号的测量,然后将对个人数据结合预测分析来创建数据驱动反馈和监控系统,从而大大减少对护理人员的伤害并改善患者护理。

美国VivoMetrics公司研究出一款生命衫(lifeshirt),可以记录穿着者的日常活动中30多个心肺生理参数,如图4-1(a)所示;联想推出的SmartVest智能心电衣可以根据提供的HRV(心律变异度)数据感知用户的身体状态,同时可以设置心率预警值。如图4-1(b)所示;Hexoskin公司研发的三导联心电监护服Hexoskin可以测量心率、心率变化、步数、卡路里消耗等数据。同时夜晚它仍然能追踪睡眠和环境,包括睡觉的姿势,心跳和呼吸活动,如图4-1(c)所示。

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图4-1(a)lifeshirt、(b)SmartVest智能心电衣、(c)三导联心电监护服Hexoskin 

2、运动领域

智能服装在运动领域的设计主要分为针对户外人身健康的运动智能服装以及针对专业运动优化的智能服装,帮助运动员保证训练的高效性和安全性。

例如Athos的智能运动衣和短裤,产品内置一枚AthosCore小芯片和多个传感器,检测使用者的心率、呼吸频率,甚至肌肉活动情况来监控运动员日常训练,如图4-2(a)所示;阿迪达斯就为英国自行车队研制了Hotpants比赛服,其裤腿中内置电池,可以让运动员的腿部肌肉保持理想的38摄氏度温热,从而获得持久的动力,如图4-2(b)所示。Catapult推出了Playertek智能背心,可以让足球运动员获得更多的训练指标,包括距离、冲刺距离以及折返距离等,如图4-2(c)所示。

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图4-2(a)Athos的智能运动紧身衣、(b)阿迪达斯Hotpants充电保温运动裤、(c)Catapult运动智能背心

3、军事领域

智能服装已经成为新军装制服发展的一个组成部分,旨在提高对保护士兵健康、提高战场生存率,并提供整体战场认识度。

LawrenceLivermoreNationalLaboratory一直致力于开发一种可以防止生物战和化学战的制服面料。该面料在能够导汗的同时还可以检测各种生物药剂,防止中毒。在检测到生物药剂时,可以通过关闭空气交流系统和剥离方式来保护使用者,如图4-3(a)所示;ObjectiveForceWarrior军装针对美军士兵在开阔地带和森林等复杂环境作战而设计,该军装具有重量轻、战斗系统完备的特点,包括武器、全副武装的防护、通讯系统、能源电池及战斗优化设备,如图4-3(b)所示。

 微信截图_20190624101119.png

图4-2(a)LawrenceLivermoreNationalLaboratory制服面料、(b)Objective Force Warrior概念设计图

四、存在的问题

如今,可穿戴设备与服装的结合是大趋所势,在国内纺织市场中,智能服装产业虽方兴未艾,但在各方面的发展条件尚不成熟,大部分企业缺乏明晰的产业框架,未形成产业链条,同时缺乏统一的市场标准。引发该类现象的核心问题在于:技术、成本、信息安全。

1、智能服装的核心技术仍需攻关

智能服装产业在设备、应用、交互、大数据等层面上的技术欠缺是抑制产业发展的核心问题。技术先进性的缺乏,导致了学术领域的成果难以直接迎合至实际的产业需求。在设备技术层面,部分智能服饰中存在的智能传感器无法应用于复杂的环境中,其精准度和灵敏度还有待进一步改善;在应用技术层面,数据的采集和分析能力仍有所欠缺,难以根据用户本身的特点提供符合要求的信息,限制了智能服饰的应用范围;在“人机交互”技术层面,电子元件缺乏多元化感测、收集数据的能力,同时反馈机制仍有待完善。最后,在数据技术层面,当下信息技术的不足也将影响智能服装大数据的集中使用和管理。

2、智能服装产品成本高昂无法进行大面积市场普及

智能服装的使用基于大量电子器件集成与数据传输、分析。但电子元件在服装上的集成技术需要耗费大量专业资本,长期的数据传输及分析也需专业人才维护。由于成本居高不下,市场亦未做好充分准备,许多高校的研究机构虽能够完成部分世界领先的智能服装研究成果,但却难以进行产业化生产。

3、智能服装产品的信息安全问题

信息安全隐患主要存在以下几个因素:首先,该类软硬结合的设备难以实现技术的深度融合,信息时代较为成熟的安全技术难以被设备元器件直接移植应用或继承,该漏洞为黑客、钓鱼、勒索软件等提供了天然的滋生土壤;其次,人们在智能穿戴设备上的安全防范意识相对较低,无法准确有效地应对个人信息泄露风险;再者,设备厂商出于成本考虑,对智能穿戴式设备的信息安全研发投入过少,缺乏快速有效的安全响应机制;最后,国家质量安全检测对智能可穿戴设备的检测标准还存在不少空白,宏观管控信息安全能力有限。

综上分析,在智能服装被广大商家开发应用的同时,背后存在的信息安全问题也日益凸显,如果不能有效解决这些问题,万物互联时代智能服装的大规模应用必然会导致问题丛生,并反过来制约智能可穿戴产业的发展,不利于信息技术与制造技术的深度融合。

五、决策建议

1、对研发技术进行改进或者寻求技术突破

推进智能服装的发展,电子设备与纺织品部件(服装或支撑元件)间连接的技术难点必须进行突破。其次,在智能服装的技术设计层面,应充分考虑所涉及的材料(纱线类型和相关的生产技术)、服装的服用性能等因素,形成高效节能的设计方案,为智能服装的产业化打下坚实的基础。

2、制定智能穿戴装备的安全规范

智能服装作为未来新型日常电子用品,涉及人体基础生命安全与信息私密,需有关部门制定详细的物质危害标准以及信息安全保护措施。

3、纺织品所涉及领域的整合

智能服装产业技术需多种专业领域知识、多种维度的资源整合。其先进技术包括:数字制造、生物技术、柔性电路以及可穿戴技术等。将各种技术的研究成果结合起来可促进该产业发展的多样性,亦能为不同专业领域的人才创建了一个交流与沟通的平台,促进各类资源的整合。

4、培养相关技术人才

人才在智能服装领域的作用不可忽视,其技术发展需要大量专业性人才,并且目前我国也缺乏这一人才培养的教育体系,其专业技术主要包括:大数据技术、设备交互技术、物联网技术、智能纺织工业技术等。未来智能服装产业对各类技术人才的需求将日益增多,国家应大力加强人才的培养。

5、建立技术标准和行业规范

为贯彻落实《国家智能制造标准体系建设指南(2015年版)》,应逐步建立智能纺织产业的技术标准和行业规范以规范市场竞争,为以后的企业间的协同制造留出发展空间,为将来的国际竞争抢下战略至高点。随着企业注重国家和行业发布的规范类和标准类文件,可将智能制造技术的发展推向更高水平。

6、加强跨界联盟的形成

贯彻《中国制造2025》发展方针,围绕重点制造领域关键环节,开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用。支持政产学研用联合攻关,开发智能产品和自主可控的智能装置并实现产业化。通过推动赋能创新协同组织建设,建立完善创新协同联合体、跨学科联合体、跨产业联合体、跨学会联合体等赋能创新协同组织,发挥各自在市场中的优势,汇聚创新资源,推动技术成果转化和应用。


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