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關鍵詞:概念驗證;科技創新;啟示
中圖分類號:G321;F124.3文獻標識碼:A
國家評估中心2019年首次的《中國科技成果轉化2019年度報告》顯示,我國高校和科研院所科技成果轉化遇到的瓶頸之一,是滿足轉化需求的高質量科技成果不足,且研發脫離市場。據移動新媒體“知識分子”專業文章測算評估,若美國高校科技成果轉化效率為50%的話,我國高校僅為6%,發展潛力巨大[1]。
2000年以來,美國、歐盟積極從國家創新戰略高度探索科技成果轉化新模式,通過在研究型大學等興建概念驗證中心,或實施概念驗證計劃,大力推動具有應用潛力的基礎研究從實驗室走向市場,獲得顯著成效。這些實踐對提升我國及北京高校、科研院所科技成果轉化供給質量,解決基礎研究和產業發展脫節問題,從源頭上減少科技和經濟“兩張皮”現象,具有積極而重要的參考價值。
一、概念驗證的內涵
概念驗證是將研究人員的創意或成果轉化為可初步彰顯其潛在商業價值的技術雛形,并對那些不具備商業開發前景的設想加以淘汰[2],從而增強研究成果對風險資本的吸引力,提高大學科技成果轉化效率。例如,微軟2019年的研究報告顯示,因實施成本太高或市場需求不明確等原因,30%的物聯網項目在概念驗證階段即遭淘汰。
就實際操作所需的環節看,概念驗證主要包括原理或技術可行性研究、原型制造、性能測試、市場競爭分析、知識產權保護策略等[3]。
從縱向即技術創新鏈而言,技術創新可至少分為研發(發明)、概念驗證、工作樣機、工程化及生產線、產品生產5個階段,而“死亡之谷”包括第2、3、4階段[4]。顯然,概念驗證處于基礎研究與技術成熟商業化之間比較靠前的環節,它既是技術創新鏈的一個階段,又是跨越“死亡谷”的第一步,更是科技成果轉化亟須突破的“最初一公里”。
二、美歐概念驗證發展概況及效果
(一)美國
為推動概念驗證工作,概念驗證中心首先在美國研究型大學興起。加州大學圣迭戈分校于2001年建立全美第一個高校概念驗證中心——馮·李比希中心,麻省理工學院在2002年跟進成立德什潘德中心。如今,美國以高校為主已建立了近40家概念驗證中心。
高校概念驗證中心的發展得到了美國政府的高度重視和大力支持。美國政府于2009年、2011年分別了《美國創新戰略:推動可持續增長和高質量就業》和《美國創新戰略:確保我們的經濟增長與繁榮》,將創建大學概念驗證中心,作為加速大學科技成果轉化,推動國家經濟快速發展的重要路徑。2017年9月,美國商務部宣布,向多家非營利組織、高等教育機構和創業集團提供總額超過1700萬美元的支持,用于創建和擴大以集群為重點的概念驗證和商業化計劃,以及早期種子資本基金[5]。
麻省理工學院德什潘德中心是美國高校概念驗證中心的突出代表,自2002年成立至2019年底,累計為該校超過125個初期技術項目商業化提供至少1700萬美元的資助,為400多名師生和研究人員提供支持,共有100多位“催化劑”導師和其他來自企業或創業團體的人士,無償為技術研發者提供技術商業化方面的指導和服務。近30%的項目通過成立公司實現了產業化,這些企業累計吸引了8億美元后續投資,資本放大效應高達47倍[6]。
(二)歐盟
歐盟委員會歐洲研究理事會(以下簡稱“歐研會”)成立于2007年12月,主要負責實施原始創新計劃,支持前沿學科和交叉學科研究,以及新技術和新興領域的開拓性探索[7]。2011年,歐研會實施了概念驗證計劃,并設立概念驗證基金予以保障。
概念驗證計劃專門針對研究成果市場化前的初始階段,不支持基礎研究的擴展研究以及商業示范應用項目。每個入選項目資助金額最多15萬歐元,執行期限不超過18個月,主要用市場化可行性研究、知識產權布局、成立創業公司初始費用等[7]。
概念驗證基金資助列入概念驗證計劃項目的年度預算,由2011年的1000萬歐元,增長至2019年的2500萬歐元。截至2019年底,已資助了約1000個項目[8]。2017年12月,歐研會邀請第三方對概念驗證基金的實施情況進行評估,評估報告顯示:概念驗證項目在專利申請、許可協議、研究合作與合同、咨詢、新創企業、公共服務、爭取其他資助等諸多方面取得了增值。其中,42%的概念驗證項目至少完成了1項專利推廣,而更多技術則在新創企業或者與中小企業合作中得到應用;獲得概念驗證基金支持的項目,后續也更加容易得到其他渠道如私人或者風險投資者的研發資助[9]。
三、美國概念驗證中心典型運作模式分析
概念驗證中心是旨在填平基礎研究與產品開發之間“死亡谷”的創新服務機構。美國加州大學圣迭戈分校的馮·李比希中心和麻省理工學院的德什潘德中心的運作模式較具典型性。
(一)資金支持
德什潘德中心的資助對麻省理工學院的所有院系師生開放。中心每年用于支持大學早期科技成果商業化的撥款項目可分為點火資金和創新資金,申請者獲得資助的累計金額不超過20萬美元。點火資金每筆不超過5萬美元,周期為1年,主要用于新點子的實驗探索和概念驗證;成功后可繼續申請創新資金,追加的資助不超過15萬美元,以確保經過概念證明的研究成果的商業價值。
(二)創業咨詢
馮·李比希中心和德什潘德中心都擁有實力雄厚的創業導師顧問團。這些咨詢專家都具有不同技術專業背景和豐富新創公司或風險公司經營經驗,多與企業和投資方等保持良好關系。作為學界和商界之間的橋梁,他們參與項目遴選,為受資助的項目提供創業咨詢,促進科技成果供需雙方建立密切合作關系[10]。
(三)教育培訓
概念驗證中心常常通過創設教育課程、開展講座和研討、舉辦學術會議或論壇等方式,幫助師生理解、識別和熟悉科技成果轉化流程以及可能遇到的風險問題,為可能的初創企業發展做必要準備。例如,“創新團隊”是麻省理工學院獨特的課程,向學生傳授科學和技術商業化的全過程,主要關注如何判斷一項處于早期階段技術的商業潛能,參加課程的投資人也有機會從中選擇值得資助的對象[10]。
四、在京高校設立概念驗證中心的可行性
從美國實踐看,高校概念驗證中心的建立和發展需要一定條件,主要包括:技術、人員、資金、設施、“驗證”出口等[11]。北京地區高校曾孕育出過紫光、同方、方正、未名生物等一批知名企業,也最有條件和責任在概念驗證中心建設和開展概念驗證活動中先行探索。
從成果來源看,2019年度國家科學技術獎勵中,北京地區高校作為第一完成單位的獲獎數量接近全國高校作為第一完成單位數量的40%。2018年,中國高校獲國內職務發明專利授權19.4萬項[12],是除企業之外職務發明的最大貢獻者;同期北京地區高校職務發明授權量和輸出技術合同成交額在全國高校的比重均在5%上下。這說明一方面北京地區有豐富成果或“新概念”可供“驗證”,另一方面也表明北京地區高校科技成果轉化依然有較大上升空間。
從人員看,2018年,北京地區普通高校研究生在校人數為31.7萬人,占全國的11.6%;研發人員數量為8.59萬人,占全國的8.7%。此外,北京地區還聚集了全國一流的科學家、企業家、投資人。這為開展概念驗證活動提供了豐富的人力資源、智力資源。
從資金看,政府非常重視增加對高校科技的投入。2018年,北京地區高等院校研發經費支出為215.9億元,占全國高校的比重為14.8%。更重要的是,政府部門已經認識到并愿意為開展驗證活動提供經費支持。例如,北京市海淀區已宣布將提供專項資金支持本區高校、科研院所建設概念驗證中心及開展概念驗證項目。
從實驗設施看,北京地區高校擁有國家重點實驗室的數量約占全國高校國家重點實驗室數量的四分之一。同時,首都科技條件平臺囊括了本地區882個國家級、市級重點實驗室、工程中心等4.65萬臺套儀器設備,可以向社會開放共享。這些為開展概念驗證提供了充足的物質保障。
從“驗證”出口看,最直接的方式是就地進入大學科技園或其他孵化器。例如,上海市擬采取具體措施推進大學科技園參與高校科技成果的概念驗證和成果熟化。北京擁有國家級和市級的大學科技園40多家、孵化器超過100家,10余家高校成立了技術轉移辦公室。這都為概念驗證后的成果提供了眾多的接納通道。
五、啟示與建議
近幾年,國家先后修訂或出臺了《中華人民共和國促進科技成果轉化法》《實施〈中華人民共和國促進科技成果轉法〉若干規定》《促進科技成果轉移轉化行動方案》,北京市也新頒布了《促進科技成果轉化條例》。這些政策法規主要集中在收益分配、價值評估、人員身份等科技成果轉化后端,而對科技成果轉化前端的關注度不夠或效果不佳。美歐對科技創新思想及成果進行概念驗證的探索實踐,對我國克服科技成果轉化“最初一公里”的“短板”問題具有重要借鑒意義。
(一)央地協同開展概念驗證探索
一是加強規劃引導。國內概念驗證中心建設目前尚處于起步階段,2018年以來,西安、北京、上海先后建立起全國屈指可數的幾家。2019年10月,北京市海淀區支持北京航空航天大學建立了全市首家概念驗證中心,目前已篩選出一批概念驗證項目,并初步打通了概念驗證、創業孵化和股權投資的鏈條,為概念驗證活動的可持續發展進行了有益探索。作為全國科技創新中心,北京應盡快形成成熟經驗和模式向全國推廣。建議國家科技、教育、產業部門和北京市合力統籌謀劃,將在京高校、科研院所設立概念驗證中心列入“十四五”時期全國科技創新中心建設部(院)市合作規劃。北京市應將概念驗證納入《北京市“十四五”時期加強全國科技創新中心功能建設規劃》,進行科學合理布局。通過概念驗證中心盡可能早地識別出那些具有商業化前景的項目,催生出有助于解決經濟社會重大問題的科技成果。同時,既要防止一哄而上,有名無實,也要克服畏難情緒、裹足不前,還要避免重復建設,考慮差異化布局發展。
二是創新支持路徑。借鑒國外經驗,對概念驗證中心建設及實施概念驗證的項目資金,前期由政府予以“兜底”保障。建議由科技部和北京市共同設立概念驗證專項資金,用于支持開展概念驗證活動,同時考慮國家自然科學基金區域創新發展聯合基金對“概念驗證資助項目”進行支持的可能性。此外,還應積極拓展資金來源渠道,如鼓勵本校投入、私人捐贈、民間基金會支持等。
(二)采取靈活多樣的組建方式
從國外發展歷程來看,概念驗證中心首先在研究型大學工學院興起,隨后擴展到研究機構和社會組織。建議結合實際情況,靈活組建概念驗證中心:在依托單位上,既可以由某一所大學獨立組建,也可以幾所大學聯合組建,也包括在科研院所和社會組織組建,同時鼓勵校企共建;在具體運作上,可支持成立“民非”等實體機構,也可采取資助計劃等非實體形式;在功能發揮上,既可由政府主導,也可由高校和科研院所主導;在服務內容上,既可以是綜合服務類型,也可以聚焦特定專業領域;在服務范圍上,可以面向本校本單位,也可以面向特定區域如優先覆蓋“三城一區”或良鄉、沙河高教園區等。
(三)培育科技成果轉化創新生態
關鍵詞:理答行為;學習有效性;學生發展
中圖分類號:G633.5文獻標識碼:B文章編號:1672-1578(2015)08-0252-01
我們在河北省十二五規劃課題《理答行為與初中地理課堂教學有效性的實踐研究》研究前期,對理答行為進行了概念界定:理答行為是教師對學生學習行為的反應,即教師根據學生所思、所答、所學是否正確、充分、恰當的程度,給予指導、點撥、引領、評價,幫助學生調整、控制后續學習行為。理答既是一種教學行為,也是一種教學環境。
理答行為,直接影響著地理課堂中學生學習的有效和高效,地理教師理答行為的有效、科學、藝術對學生發展有促進作用。我們總結出地理教師課堂理答時應注意以下事項。
1.增強理答意識,提升學生學習的有效性
我們課題組在研究過程中多次感受到:地理課堂中,教師理答意識的缺失,導致我們的地理課堂丟失很多精彩,課堂有效性受到影響。
案例1:一地理教師在講授人教版八年級下冊第八章第一節《西北地區的自然特征與農業》時,談到"西北地區怎么保護水資源?"師說:"坎兒井、萬里長城、京杭運河被稱為我國三大奇跡,你對坎兒井,有何感想?"有些學生直截了當地說:"我不知道坎兒井是什么,沒什么感想。"師說:"大家看教材P77圖8-12,你們能看懂這些坑嗎?"生答:"看不懂。"
案例2:一地理教師出差20天,回來上課,學生很興奮,學習主題"我國鐵路干線的分布"。她是這樣導入的:"老師出差去重慶,你幫老師選擇一下恰當的交通運輸方式:1.最省錢;2.最快到達。"
"老師,你走著去,最省錢";"老師,騎馬去、不累還省錢";"坐120去…";"做夢去…";"坐火車去…";"坐輪船去…";"坐飛機去…"
十四五歲的學生無拘無束,思維敏捷,活潑調皮,這樣很正規的導入,也能讓他們像瞬時像決堤的洪水一瀉千里。面對學生們的不靠譜,她是很嚴肅地這樣進行理答的:"20天沒見,各位思考問題的速度與日俱增。
該教師面對學生這種狀況,積極理答,短短幾句話,就把學生的思維引導主題學習上,學習有效性得到提升。
2.重視理答預設,提高課堂教學實效性
我們課題組在研究過程中發現:優秀地理教師在教學設計上獨具匠心,把課堂中可能的現象盡可能全面考慮,把理答的預設做的盡可能完善。他們發展性理答的多樣性、激勵性理答的激勵性、診斷性理答的引導性是典型的智慧理答特征。他們游刃有余地駕馭課堂,都曾經歷過最初的充分準備過程。
3.理答突出教學風格,提升地理課堂魅力
預設,僅僅對我們的地理課堂理答行為提供了保障,奠定了基礎,讓地理教師在執教過程中做到胸有成竹,但動態課堂并非所有的一切都能被我們預設到,孩子豐富多彩的回答,我們不可能面面俱到、考慮周全,地理課堂的精彩就在于無法預設的理答行為中,這就需要地理教師在動態課堂中不斷磨練自己的理答水平。
4.理答關注學生發展,提升學生學習智慧
有效、科學、藝術的理答最大受益者是學生,因此關注學生的發展在理答行為顯得尤為重要。地理課堂上老師精彩有效的激勵性理答對學生學習和心理的影響是舉足輕重的,既能充分調動學生求知的積極性,又能給學生指明思考問題的方向,而且能讓學生在解決問題的過程中,起到"四兩撥千斤"之功效,往往能使原本陷入僵局的課堂氣氛,一下子活躍起來。
案例1:人教版八年級上冊《2-1地形和地勢》主題學習。
一地理教師的總結讓我記憶尤深:"這節課,我們學習的知識點是中國地勢特征――三階梯。其實,地理的學習也分三級階梯。
第一級,就是這幅圖的填寫。只要有眼睛,認識字,就能夠從地圖上找準這些地理名稱,并準確填在圖上,不需要怎么動腦。如果你僅停留在這一臺階,充其量你就是一個知識的容器。
第二級,就是根據我們所描畫的這張圖,提煉并分析地理信息,就像板書上咱們一起畫的這個階梯示意圖,和咱們總結的地勢特征這句話,這需要稍稍動一下腦筋。
第三級,就是右邊箭頭所指的這部分,今天所學的"地勢和其它地理要素間的關系",是本節課最高層次的學習,它需要我們開動腦筋,調動所有的知識儲備,把今天所學和以往所學聯系起來,分析他們是如何相互影響的。我們不要僅限于做知識的容器,應該立志做榨汁機,把不同的蔬果調和成好喝且營養豐富的果汁,這樣的學習才會讓你變得聰明和智慧。老師希望你們不僅有學識,更希望你們在地理課堂上變得越來越聰明。所以,希望我們在以后的地理課堂中,按照今天的學習模式鍛煉自己的思維,勤思考,多提問,讓自己變得越來越聰明。"
隨后,該老師還進一步歸納出了三段式學習方式:
(1)看圖,明晰地圖上的地理信息――第一階梯學習:即地圖上有什么?在哪?
(2)析圖,分析總結地圖上反應的地理邏輯――第二階梯學習:即概括圖中反應的地理原理性知識。
關鍵詞:智能制造;通識能力;工匠精神;創新思維
工業4.0時代,智能制造的新技術、新業態、新產業下新崗位的方式、內容、方法、工具都發生了巨大變化,智能制造不再針對某個領域、某個專業,而是覆蓋了各個產業,貫穿于產品、制造、服務全生命周期各個環節。高等職業教育中,人才培養與經濟增長、產業結構升級之間存在著“引領和適應”的對應關系[1],職業教育培養的學生都必須了解國家的戰略布局,明白智能制造無處不在,要有家國情懷,主動將自己的職業生涯規劃融入國家的發展戰略,服務國家智能制造產業發展。
一、智能制造技術技能人才培養的機遇與挑戰
(一)國家戰略加速產業轉型,提出人才培養新需求
國家“十四五規劃”指出,要實現制造強國、推動產業鏈現代化;《成渝地區雙城經濟圈建設規劃綱要》提出要打造“全球電子信息高端研發制造基地”;成都市《智能制造三年行動計劃(2021—2023年)》提出,“加快構建智能制造生態體系建設”。智能化成為電子信息制造業快速轉型發展的必然趨勢,大力建設數字化車間和智能工廠,促進電子信息制造業快速轉型發展,實現生產過程智能化、數控化,亟需具備設計數字化、生產自動化、管理現代化等多種技術技能復合的人才支撐。
(二)智能制造多種技術融合,提出人才培養新標準
2021年新職業“智能制造工程技術人員”國家職業標準和智能制造領域人才需求報告指出,現代企業生產過程中,數控加工、工業機器人等智能生產裝備通過信息技術有機連接,通過各類物聯網感知技術收集生產過程中各種數據,通過工業軟件系統在線進行數據處理分析,實現智能化生產,該領域預計到2025年達到450萬人的人才缺口,其中機械行業技術技能人才需求總量將達到377.6萬[2],高職學歷的需求總量預計達149.08萬,占比39.48%。智能制造領域的新崗位,需要大量能將軟件應用、數控加工、機器人技術、物聯網技術等多技術技能融合的產業工人。這對專業升級發展、數字化改造提出了新標準,亟須加快推進人才培養模式改革。
(三)職業教育融合創新發展,提出人才培養新任務
為落實《國家職業教育改革實施方案》,教育部、四川省政府《關于推進成都公園城市示范區職業教育融合創新發展的意見》提出,推動縱向貫通、橫向融通的“全生命周期”職業學校教育和培訓體系建設,打造“四園同構”的產教城融合園區和“中國匠谷”等高地。作為擁有技師學院的在蓉高職院校,實施高職與技師融通發展、促進現代職業教育體系加快構建成為學校的責任,需創新人才培養模式,服務成都市電子信息制造業園區和企業發展,培養新時代高素質技術技能智能制造產業工匠。
二、智能制造對技能人才通識能力提出的新要求
工業4.0時代,智能化賦能知識經濟,勞動者僅憑一技難以適應產業發展,這就倒逼職業教育由“唯技而教”的專才教育走向通識教育和終身學習。通識教育,亦稱之為通識能力,于20世紀80年代自美國引入,結合中國文化對“通”和“識”的解釋,被翻譯為“通識教育”,是指一種在不同學科領域、不同行業中能夠共通的普遍知識和基礎能力,包括語言表達能力、自學能力、適應能力、道德關懷能力、溝通協調能力、創新創意能力、理論到實踐的能力等。哈佛大學的通識教育對全球的教育改革都有著重要影響,其教育的四大目標之一就是:教育學生如何成為社會一員,享受公民權利,履行公民義務,承擔對地方、對國家、對世界以及對自己的責任。在智能制造時代,要通過通識教育培養出職業院校學生以下通用能力。
(一)追求卓越的大國工匠精神
一流的制造需要一流的技術,一流的技術則需要一流的精神,中國從“制造大國”走向“制造強國”,從資源稟賦優勢走向創新制造優勢,迫切需要堅持如一的品質,堅忍不拔、精益求精、追求完美和極致的工匠精神[3]。制造業文化就是工匠文化,只有對事業具有高忠誠度,才能全身心投入,秉持嚴謹的職業操守、崇高的職業品質,培養敬業、專注、精益、堅持的價值取向和行為表現,才能在制造質量和制造水平上取得持續不斷的進展。
(二)創新精神和創造思維
智能制造是對傳統制造的全方位提升,更是新技術、新思維、新概念、新模式不斷涌現、廣泛應用的典型業態,創新精神和創造思維要貫穿于智能制造全過程[4]。創新精神是推動工業制造突破傳統模式、改變生產生活方式的重要精神,要求學生勇于挑戰固有框架,不斷追求新思維、新事物、新理念、新方法,探索新的規律,獲取新的成功。創新思維是打破慣常思維、求新求異的獨特思維,是人類創造性的獲得靈魂和核心,是人的創造力迸發的源泉。
(三)多元的人文素養
在智能制造、人工智能的未來發展中,人機工程、柔性制造、仿生制造、個性定制等一系列多元化、復合型、綜合化的制造發展,必將與社會學、經濟學、文學、哲學、美學等人文社科發生更加緊密和廣泛的聯系與交叉。智能制造人才的人文素養也將成為面向未來發展的一種必備素養,在人工智能等新技術發展中將發揮重要作用。
三、成都工貿職業技術學院在智能制造人才培養方面的探索與實踐
為服務成都建設“中國制造2025”試點示范城市、全國重要的先進制造業中心,成都工貿職業技術學院自覺擔負起支撐地方高端制造業高質量發展的責任,全力打造“智能制造專業群”,推廣智能制造的“大眾教育”,培養學生跨領域、跨學科、跨專業的綜合能力,為建設全面體現新發展理念的國家中心城市提供高素質技術技能人才支撐。
(一)瞄準人才需求,科學定位培養崗位
對接成都電子信息制造業網、智、軟、端、屏、芯六個領域中的智能終端,專業群確定了工藝設計、生產線規劃、過程實施、監測反饋四個智造鏈主要環節,其擁有工藝設計和優化、智能產線安裝和調試、智能設備操作調試與編程等十個典型工作崗位。基于崗位數字化、智能化要求,對十個典型工作崗位核心能力進行分析,構建產品數字化設計、智能產線設計與調試、智能生產設備系統集成與運維、智能生產數據監測與反饋四個崗位群,這些崗位群需要多個專業交叉融合培養,滿足復合型學生就業需求。學校將人才培養定位為堅持立德樹人,培養具有勞動精神、工匠精神、創新精神,掌握產品數字化軟件設計、柔性制造單元調試、高檔數控設備操作、工業機器人柔性集成、生產數據分析等先進技術技能,具備智能化、數字化融合意識的新時代高素質技術技能智能制造產業工匠。
(二)立足核心素養,打造培養“工匠素質”的課程體系
一是加強通識課程的德育素養、信息素養、創新素養和人文素養的培養,將工匠精神教育融入思政課程教學。增設職教模塊理論,形成有利于厚植工匠精神的思政教學體系,將工匠精神融入社會主義核心價值觀、天府文化、中華優秀文化、社會主義先進文化的教育之中[5]。二是以融合的思想重構專業課程。對接新職業標準和相關“1+X”證書職業標準,以項目為載體,以問題為導向,在課程中挖掘知識、探究知識,提高解決實際問題的能力。知識有三大來源:基礎理論層面、應用研發層面和實踐性層面,制造行業的工藝和技術的創新發現只能通過“干中學”而習得。實踐出真知,實踐才是創新的唯一途徑,因此要引導學生注重實踐。三是開設“智能文明”“人工智能與信息社會”等公共選修課程,提高學生智能化素養,引導學生明白創新來源于制造一線,制造工廠本身就是一所“創新大學”,塑造學生人文情懷,增強對智能化產業的柔性適應力。
(三)深化產教融合,實現核心能力培養
學校深化產教融合,按照職業工種等級標準整合原有實訓室,建設數控車、數控銑、PLC編程、現代信息技術、工業機器人等通用技能實訓室,服務智造鏈四個環節通用能力、基礎能力和雙創基本技能培養。學校采取引企入校、校入園企等方式,依據理虛實一體化建設原則,重組、新建產品數字化設計、數控智能加工、數字工廠仿真訓練等實訓室,提質建設智能制造生產性實訓基地、西門子數字化工廠虛擬仿真實訓基地。基地重點支撐專業群核心能力課程、拓展能力課程和雙創能力課程的實施,以及專業群核心工種的職業資格高級—技師和“1+X”證書中級—高級認證考核。實訓基地向群內外學生開放,采取學分認證置換方式,開展興趣培養、第二課堂學習、專業社團活動、技能競賽等,引導學生建立研發—生產—營銷的全生命鏈、系統化思維模式。
(四)打造工匠學院,服務工匠人才發展
成都工貿職業技術學院與成都市總工會整合雙方優勢資源,共同籌建“成都工匠學院”,探索產教融合、校企合作運行新機制。“成都工匠學院”聚集“成都工匠”優質資源,全力打造技能人才培育、現代產業發展精準服務、工匠人才社會價值實現的三大平臺。依托“成都工匠學院”組建智能制造職業教育集團(聯盟)、建設產業學院,打造生產性實訓基地,實現資源共建共享。重點開展選育“工匠之師”,實施“匠中育師”計劃;開展項目化、實戰化“師帶徒”,實施“以匠育工”計劃;開展技能人才培訓,實施“滴灌援企”計劃,培養適應和引領現代產業發展的高素質應用型、復合型、創新型人才。制造是本體,智能是靈魂。在智能制造背景下,職業教育對高素質技術技能人才的培養應多關注工匠精神養成、創新驅動以及人文素養,激發學生創新思維,讓學生實現全面而自由的發展、成為具有創新精神和綜合競爭力的社會變革參與者。
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一、BID與3D打印概述
生物靈感設計(Biologically inspired design),以下簡稱BID,是以仿生學機制為靈感研究設計,并支持發展創意設計系統的新型領域。生物靈感的設計是進行設計創新的一種很有前途的模式,在國外被普遍視作可持續發展設計的一部分。BID被廣泛應用于建筑設計,從建筑復雜思維的非線性生成法則到結合數字化設計的生命生長規律的遺傳算法建筑,都體現了對生物形態、生命機能、生長特性等深層次的模仿,發掘生物世界特性為設計創作提供了無窮無盡的思想啟迪。
3D 打印技術(Three-Dimensional Printing Technology)是快速成型技術的一種,是增材制造的主要實現形式,制造過程不需要原坯和模具,直接依托計算機圖形數據,通過一系列的橫截面切片進行材料疊加以生成任何形狀的物體。最為主流的三種技術類型為用熱塑性塑料熔融沉積快速成型技術的熔融堆積(FDM)技術,使用激光在材質盆中硬化液態樹脂的光固化(SLA)技術,以及利用激光對粉末狀金屬、塑料、陶瓷材料進行高溫熔融并層層堆積的激光燒結(SLS)技術。激光燒結3D打印技術可以打印金屬等特殊材料,極大地開拓了設計塑造空間。作為全新概念的工業制造手段與傳統的機械加工與模具加工方式相比,3D打印技術具備材料損耗小、簡化制造程序、實現復雜設計、縮短研發周期、降低研發成本及風險、提升創新效率、降低生產成本、提升產品豐富度等優勢,這些都成為推動設計創新的重要因素,為設計的可行性提供技術保障。
二、BID思維下的3D打印家具設計塑造
在可持續、數字化等意識形態的影響下,對于設計決策者在設計過程中要更多地從公眾利益及人類學角度出發,探尋設計倫理與設計哲學,而大自然的生物策略將是一個最質樸、最合理的可借鑒啟示,探索生物體的構造技能以及優化適應等自然界的運行機制,從大自然生物中提取可持續、高效、有序、永續的設計原則。后工業社會的哲學思想從傳統、線性向多元、非線性的價值觀變遷,審美體驗也隨之向動態與多方位拓展。德國仿生設計鼻祖克拉尼曾說過“仿生設計,是一個揭示自然界生命體的內部規律,一項翻譯自然的事業” ,他要求自己的每一個設計作品都要最大限度地結合自然,每次設計前都會研究分析與自身設計要求相符合的自然形態,在實驗室測試并完成模型,這樣的思維方式下成就了克拉尼堅信自然界法則的設計理念與Bio-form的代表性生態設計風格語言。基于BID思維,以生物靈感設計作為獨特的設計模式,鏡像重構生命構建復雜形式,家具設計亦可以揭示生命體不同尋常的美感與結構,開啟未知的形式美學標準。3D打印技術使以往不可能創造的設計方案變為可能,極大地拓展了形式自由度,體現時代進步的同時使設計更加經濟、生態、機智。伴隨著技術的逐漸進步,3D打印為BID設計思維的進一步發展提供強力的技術支撐與保障,成為推動BID的生命力。
(一)形式肌理的生物擬態化
BID視角下研究自然現象,借助3D打印技術探求生命中最精簡、輕巧、多功能的形式,實現極小曲面與數理形態的表現,形成新的設計原則與完全新穎的方式,完成有序的多層面的復雜自組織體系的建構,體現與技術完美結合的極致的生命力與視覺張力。設計師Bitonti設計的3D打印家具(如圖1),通過軟件算法與3D打印技術,將自然形式與肌理融合在設計作品中,體現錯綜復雜的生物形態與3D打印技術制作鏤空肌理的高度表現力,從個體到群體進行形式簇化建構,浮動的點按照云重建進行計算,視覺層面上彰顯技術美感。
伴隨著對生物體的探索與3D打印技術的成熟,除宏觀形態能被肉眼可見外,具有優美形態的微觀世界的組織形態、流線特征、生理機能也將逐漸對BID產生直接或間接的借鑒意義。尊重思考生物界的智慧,探索全新面貌的生物世界,通過設計創作體現生物高度細致與復雜的形式和肌理,從而獲得作品的視覺生命性,此種設計思路亦是體現可持續發展與生態設計思路的主流價值觀念。微觀視野中的生命現象呈現出非同一般的審美視覺語言,往往包涵豐富、秩序、優雅、韻律等語義要素,將視覺符號進行提取并提煉優化,借助有機的造型語匯使其再生,產品的生命力感與生命體驗價值隨之應運而生。設計師Lilian van Daal設計的家具《Biomimicry》(如圖2),設計靈感來源于植物細胞的內部形態,細胞作為構成生物的基本單元,其組織形式精密且高度有序,細胞形態下的整體形態體現著生物學角度的靜態平衡邏輯。
(二)結構機能的擬真聚構
生物在遺傳與進化過程中結構與骨架單元呈現出優異的數學秩序,并在演進過程中越發生態、精巧與機智,3D打印家具設計已不局限在自然界形態上的模仿,其內部的結構功能及運行機制也逐漸成為設計策略。BID中的仿生學體現了自然界結構與功能的完美結合,反映了生物進化的規律與功能組織形式。在BID基礎上可以優化產品結構與功能以提高性能實現最佳的解決方案。設計創作過程依托自然功能組織的合理建造規律,對生物結構進行真實模擬,通過理性、邏輯的方式反映復雜生物形態的力學特性,促使設計以最優化的結構形式與高效布局進行塑造。
從2004年第一把用綢緞進行3D打印的椅子《Solid C2》開始(如圖3),家具設計領域重視充分發揮材料強度與結構優化,摒棄常規連接方式進行了BID思維下的顛覆性設計重構。
Fractal.MGX設計的分形咖啡桌(如圖4),借鑒樹木的分形生長模式,利用環氧樹脂材料 一次成型,整體造型沒有任何接縫,樹莖由底部向上生長過渡到頂部濃密的細小枝干,傳統工藝難以制造,通過精確的結構計算創造出可以施加足夠力的高度靈活輕便結構,運用3D打印成型,質輕節約材料的同時精準地發揮材料效能與結構內在力學穩定性特性,整體設計形態也充分體現植物的非線性特征,充滿前衛雕塑般的炫目視覺沖擊。著名建筑師Zaha Hadid的家具設計(如圖5),設計出發點為借鑒自然生物的內部結構并進行優化,通過最少材料的消耗進行結構塑造,充分利用內部的中空結構與巧妙的配筋制作質輕的高力學性能椅子,此種結構整體不僅具備良好的張應力,而且能承受較強的壓力并有優秀的耐沖擊性能,整體造型充滿未來主義設計的神秘氣質。基于BID思維對生物體的整體或局部結構進行研究,建構結構與設計間的內在聯系,完成復雜數學模型并借助3D打印手段加工完成,此種技術手段下產生的造型形態與結構是傳統加工方式中的幾何語言難以完成的,具有良好的延展力與應用前景。
(三)材料的可持續置換
隨著3D打印處理能力與材料適應性不斷提升,材料的可持續置換將有效彌合3D打印與大規模生產之間的間隙。洛杉磯的設計師Alvin Huang利用多材料與多種質地的塑料材料混合,有效彌補了單一材料特性局限的缺點,制作了集合多塑料材料屬性優勢的《Durotaxis》 椅子。多種材料的任意分布與同時打印技術已逐漸成熟,木粉材料的產生使得經濟實惠的個性化木質家具變為可能,與此同時,以廢棄的小麥、水稻、玉米等秸稈經過粉碎與添加化學材料的分子與功能改進制成的3D打印材料,價格低廉,綠色環保,改善了秸稈焚燒對環境的污染,同時節約了能源,這些新材料新技術極大地開拓了設計者的設計塑造空間。美國加州大學伯克利分校等研究機構,正在探索利用廢木屑、雞毛以及海產品加工廢料制作3D打印材料。材料不僅作為產品審美的重要組成部分,更是能源消耗的重要組成部分,在家具設計的形態創新表現材料的創造性拓展過程中,廢舊及廢棄材料的資源化再利用更有助于體現家具的生態與美學價值,作為傳統常規材料的替換應在設計創造中給予高度重視。
結 語
基于BID思維的3D打印家具設計探索已逐漸走到了家具設計領域的最前沿,伴隨著3D打印、云計算、大數據等技術的出現與逐步成熟和推廣,家具設計的模式將發生重大改變甚至創新顛覆,屆時全新的生產、商業與經濟形式將引發空前的消費模式與新的視覺層次結構,對于家具設計師而言,3D打印意味著技術上的革命性進步。以美國的Shapeways、荷蘭FOC和比利時的iMaterialise為典型代表的3D打印服務商,其3D打印技術產業化發展已成績斐然,與此同時,如Daniel Widring Studio、Nervous System Studio等3D先鋒工作室的涌現,未來將會催生越來越多探索3D打印模式與物化設計的新形式,更多的設計師將為大眾提供體驗式與參與式的生產,以滿足個性化與差異化的消費。3D 打印技術的發展不僅會改變未來資本和工作的分配模式,更使得設計業與制造業的成功不再取決于生產規模,而是取決于創意。在BID思維的引導下,探索設計的發展方向與設計潮流,探求生命永恒的奧秘、多樣的形態、復雜的機能、神奇的結構,啟發設計智慧并將為家具設計提供寶貴的生命性原則,實現想象力與技術的高度融合和拓展延伸,以滿足多元化的需求與時代變革,引導家具設計的新時代潮流。
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【關鍵詞】智慧城市;大數據中心;功能分析;架構探討
1引言
智慧城市是城市發展的主要趨勢,需要在大數據技術的支撐下,為人們提供高效便捷的服務和管理。目前,智慧城市的發展仍處于探索階段,作為關鍵核心,大數據中心的構建沒有統一標準,需要根據實際情況,科學搭設組織架構,讓市民、政府、單位等相關主體能夠順利實現各種功能,更好的參與到社會生活中去,推動現代城市和區域經濟不斷向前發展。
2大數據與智慧城市
2.1大數據
隨著互聯網信息技術的不斷成熟,人類社會產生的數據信息成幾何級數增長,從而產生了大數據的概念。大數據中蘊含著巨大的價值,是重要的資源庫,成為各行各業改革發展的突破口,對人類社會發展具有更大的推動作用。大數據體現出體量大、種類多、速度快、價值密度低四個主要特點,如何高效快速的尋找潛在價值是現階段需要著重解決的問題。2.2智慧城市智慧城市也是現代信息技術發展的產物,近幾年成為世界各國關注的熱點話題。從不同的視角看,智慧城市有著不同的定義,可以說,智慧城市是在現代信息和通信技術的基礎上建設的,通過開發利用大數據,更好的發揮城市功能,實現科學高效管理,為經濟發展注入動力,為居民生活提供便利。智慧城市建設不僅需要技術支持,而且要進行政治、經濟、文化、社會等多個層面的改革。智慧城市表現出許多特征,比如,覆蓋廣泛,協同共享,數據處理智能化,開放應用等[1]。
2.3大數據與智慧城市的關系
政府管理部門在數據獲取上擁有得天獨厚的優勢,這些數據資源潛藏著重要的利用價值,智慧城市的建設離不開大數據的支持,能夠為城市管理提供科學依據,簡而言之,大數據催生了智慧城市,能夠實現對城市運行狀態的全面感知。反過來,智慧城市產生了大數據,智慧城市的數據來源更加廣泛,包括基礎性數據、實時動態數據、海量移動數據等,二者相互促進、相互協調、共同發展。
3智慧城市大數據中心功能分析
在國家十四五規劃中,明確提出了加快數字化發展的目標,而建設智慧城市、打造以數據為核心的數字化產業體系正是實現這一目標的可行路徑。
3.1智慧城市大數據中心相關職能
智慧城市大數據中心的主要職能體現在三個方面:①開展與城市綜合治理相關的政務服務和活動;②面向市民提供優質公共服務產品;③支持與城市發展密切相關的生產經營活動。所以,政府部門、企事業單位、管理機構、廣大市民都是智慧城市大數據中心建設的受益方,這些相關方扮演了不同的角色,政府相關部門通過政務信息系統為社會提供政務服務,同時對市場經營和公共服務進行有效監管。企事業單位在行業應用系統的支持下進行生產經營活動,提供公共服務產品,并接受相關部門的服務與監督,實現生產經營活動成果的共享。市民群眾可以通過手機APP或者應用門戶接收公共服務,享受政府部門及社會機構提供的產品。所以,智慧城市大數據中心成為連接各社會主體的紐帶,為政務活動、公共管理、生產經營提供了有力支持[2]。
3.2智慧城市大數據中心主要功能
智慧城市大數據中心的主要功能包括數據服務功能和智慧城市應用功能。其中,數據服務功能主要指的是大數據中心的收集、分析、處理、分享海量數據的能力,利用有價值的信息,為各類生產經營活動開展、監督管理等方面提供科學決策,政務信息系統和行業應用系統既是這項功能的提供方,又是這項功能的使用方。
4智慧城市大數據中心架構探索
4.1智慧城市大數據中心總體架構
根據現階段的建設經驗,智慧城市大數據中心總體架構主要包括應用服務網關、大數據基礎設施層、大數據服務層、大數據應用層等方面,具體組成如下圖1所示。廣大市民、企事業單位、政府相關部門分別通過互聯網、行業應用系統、政務信息系統訪問大數據中心,而應用服務網關提供了統一的訪問點,能夠對訪問權限進行有效管理。大數據基礎設施層主要包括了網絡設施、存儲設施、計算設施,能夠為服務層和應用層提供安全可靠的運行環境。大數據服務層主要包括數據清洗整合服務、數據分析挖掘服務、數據交換共享服務,能夠保障各類數據服務業務的順利實現。智慧城市大數據中心與政務信息系統、行業應用系統、互聯網應用有信息交互接口,為各種服務對象提供功能支持[3]。
4.2智慧城市大數據中心架構分解
4.2.1應用服務網關應用服務網關為各種用戶提供統一訪問點,為服務查詢、授權管理、登錄認證等操作提供支持。現階段,智慧城市和大數據服務采用的技術體制并不統一,在服務接口、傳輸與處理延時、數據量等方面存在一定差異,所以,在面對不同智慧城市運用和大數據服務時,可以選擇最適宜的應用服務網關實現路徑,以實現高效率的信息交互處理。
4.2.2大數據基礎設施層大數據基礎設施層涵蓋了網絡設施、存儲設施、計算設施,為應用層和服務層提供了安全可靠的運行環境。其中,網絡設施主要由前端網絡和后端網絡組成,前端網絡能夠實現計算設施之間以及計算設施與外部接口的有效連接,而后端網絡則完成了計算設施和存儲設施的有效連接。存儲設施主要包括兩個系統,一個是通用網絡存儲系統,另一個是分布式存儲系統。計算設施主要包括通用的云計算平臺和大數據一體機,大數據一體機能夠對數據分析挖掘、數據清洗整合進行優化,有效提高計算質量和效率[4]。
4.2.3大數據服務層大數據服務層為外部應用系統和大數據應用層提供數據服務,包括數據清洗整合、數據分析挖掘、數據交換共享,與之對應的形成了諸多分系統。其中,數據清洗整合分系統能夠清洗原始數據,對那些不符合要求、不完整、有矛盾或錯誤的數據進行識別處理,同時,有效整合在表面上屬于不同數據源但存在內部邏輯關系的數據,從而構建質量較高的主題數據庫和基礎數據庫。數據分析挖掘分系統是一種可擴展、可通用的大數據分析挖掘工具,對定制化數據分析挖掘插件提供支持,方便根據特定要求對原始數據、主題數據、基礎數據進行分析統計。
【關鍵詞】職業院校;軟件定義網絡技術;信息化系統;網絡安全管理
職業院校信息化系統建設中,網絡信息安全管理是非常重要的一項工作,一旦網絡信息安全管理出現問題,職業院校將面臨巨大的損失[1]。因此,在職業院校信息化系統建設規模、廣度不斷提升的大背景下,職業院校信息化網絡安全管理工作的重要性將不斷得到提升,對網絡安全管理工作的要求也隨之提高[2]。同時,因為信息化技術的高速發展,網絡安全管理工作復雜度進一步提升,也加劇了網絡安全管理工作難度,一些傳統的網絡安全管理手段已經不再適用。軟件定義網絡技術(SoftwareDefinedNetwork,SDN)是一種可以有效保障網絡安全的新型技術,目前在網絡安全管理領域應用較為廣泛,適宜應用于職業院校信息化網絡安全管理之中。據此,本文在研究當前職業院校網絡信息管理系統建設現狀的基礎上,結合大數據、云服務以及5G網絡技術的特征,詳細探討了軟件定義網絡技術為依托的新型安全管理系統在職業院校信息化網絡安全管理中的應用。
1軟件定義網絡安全技術及其應用
1.1SDN概念
SDN,是一種以軟件定義的方式對網絡中節點間通信轉發進行管理的技術統稱,其是指為一種可用于控制與轉發分離并直接進行編程的網絡架構。在傳統網絡設備架構體系中,通常可分為3層,即應用、控制與轉發[3]。通常控制功能被集成于服務器之上,其上層為應用層,而下層為轉發層,在網絡系統架構中需要抽象為邏輯實體。而基于傳統網絡設備架構體系基礎上,斯坦福大學的CleanSlate項目對原本架構進行了改進,從而形成了一種可以免于互聯網技術架構影響的新型網絡架構。
1.2SDN應用優勢
傳統模式的網絡管理設備采購成本較高,應用范圍難以兼顧各類網絡服務需求。而且需要按照不同業務應用需求,配置不同類型網絡協議的設備,耗費大量人力和物力,且運營、維護成本也較為昂貴。而SDN作為一種新型網絡構架模式,最突出的運行特點是能夠將數據平面層與控制平面層進行分離,改變了傳統網絡構架模式的局限性。SDN技術利用開放的OpenFlow協議,采用標準化交換機,突破了傳統模式下的分布式管理機制的限制,對網絡設備的管理控制權進行了系統性優化,分離傳統網絡設備中的控制層與數據層,使控制層和基礎設施層之間能夠實現網絡流交互,運行不受限于業務類型,便于實施集中管理。這種模式不僅大大提高設備管理靈活性,操作高效便捷,而且能夠達到有效節省運行成本的目的。具體來說,SDN技術支持下的管理系統將構架體系分為控制層、基礎設施層以及應用層3類系統分支。其中,控制層是SDN架構中的核心組成部分,充當人腦的作用,支配其他兩個體系,主控運行。控制層主要設備是控制器,控制所有資源,主要工作為制定訪問和控制策略、網絡拓撲維護以及設備狀態監控等,常見的控制器有OpenDaylight、ONOS等。以SDN交換機為核心設備的基礎設施層則只執行決策,負責數據轉發處理。應用層則包括各類業務應用系統,針對各類用戶需求提出請求。
1.3SDN應用現狀
軟件定義網絡作為新型網絡架構目前在網絡安全管理中應用非常廣泛,目前因應用其進行防御的軟件有很多,較為常見的包括防火墻、殺毒軟件與包過濾[4]。防火墻在應用軟件定義網絡技術主要是設置攔截數據的啟發式規則,幫助防火墻識別木馬病毒等不滿足規則要求的數據,并對這些數據進行攔截。殺毒軟件是目前較為典型的將軟件定義網絡技術應用于安全管理的工具,常見的殺毒軟件有360安全衛士、騰訊管家等,在殺毒軟件中應用軟件定義網絡技術主要是對數據流中的病毒基金特征進行高效識別,并及時清除潛在的網絡安全隱患。包過濾同時結合了作為新一代網絡安全防護技術,是當前倍受認可的網絡架構模式,具備較高的可編程軟件防御技術與硬件防御技術,采取枚舉與迭代的規則,對數據包進行深度的穿透式檢測,對數據包中的所有協議字段內容進行檢測,可有效滿足大流量網絡應用需求。SDN系統目前正在呈現出向應用導向型轉變的發展趨勢,以用戶需求為驅動力,逐步實現網絡虛擬環境的開放性和自動化服務目標。
2職業院校信息化系統建設現狀及面臨的安全問題
2.1職業院校信息化系統建設現狀
第三次IT革命的到來,社會信息化發展再次出現了較大變化,云計算也從此成了一種主流的信息化服務模式。云模型主要分為3種服務模式以及4種部署模型,可以幫助物理服務器大大提高其處理業務效率的能力,其性能遠超于單一用戶對硬件性能的要求[5]。在云服務模式的快速發展下,基于云服務的系統架構逐漸得到普及。“十四五”規劃開啟以后,信息化建設已成為各個領域發展的關鍵詞,職業院校也不例外。職業院校信息化規模與日俱增,信息數據成比例提升,更需要云計算技術快速處理信息,通過虛擬化手段將物理服務器虛擬為多臺虛擬機,從而幫助云計算提供運行載體,以達到快速處理信息數據的目的[6]。但隨之而來的便是網絡安全管理問題,大量數據一旦出現問題,便直接造成嚴重的損失。高職院校信息技術的規模不斷擴大,使得商業信息系統也越來越集中。同時,云計算技術的普及使得大量網絡計算資源集中到一起,逐漸處于高度整合的狀態。此基礎上,高職網絡信息管理系統結合了物理設備和虛擬網絡于一體的網絡環境,安全管理復雜性不斷增加。傳統的網絡安全管理方法很難快速、高效地解決安全隱患,同時也難以有效部署網絡安全設備位置。這就進一步要求高職院校提高對信息系統的安全管理意識,嚴格執行網絡數據安全審計工作,構建以學生、教師等用戶為導向的新型安全網絡環境。
2.2職業院校信息化系統面臨的安全問題
新型網絡環境主要利用虛擬化技術構建網絡架構系統,應用在高職院校信息系統當中,可對學校網絡的私有云形態和僅適用于服務器虛擬化技術的網絡環境進行有效優化。但在這樣的網絡環境中,業務系統通常不只是存在于虛擬化環境當中。信息系統技術的限制導致系統無法實現向虛擬化平臺的快速遷移,從而導致實際應用環境中出現兩種網絡形態,一個是混合的虛擬化網絡,另外一個則是傳統物理網絡環境。這種復雜的信息系統使得日常安全管理工作的難度有所增加,出現一些性能方面的問題。在職業院校信息化網絡安全管理中,系統面臨的安全問題主要分別為業務信息監測、網絡邊界界定、安全設備接入以及設備監測負載4個方面。2.2.1業務信息監測方面首先,關于業務信息監測方面。職業院校在實施網絡安全管理工作時,需要明確業務系統間的通信關系,同時以此為基礎進行實時的信息監測。然而因為職業院校信息化系統在發展中呈現出明顯的高度集中化特征,業務主機完全集中于私有云的環境之中,導致職業院校在實施網絡安全管理工作時很難對相應的信息流進行監測,無法根據信息流找到與之對應的主機,而且缺乏合適的監測點,從而造成監測數據難以整合與分析的問題。2.2.2網絡邊界界定方面在網絡邊界界定方面,由于云計算的集成,職業院校信息化系統不再應用物理服務器,而是多個虛擬機。而虛擬機的漂移特性導致在網絡邊界上無法以傳統物理網絡邊界準確、及時地進行界定。盡管虛擬機的業務系統仍然從邏輯構成上與傳統物理服務器相似,然而在物理拓撲位置上卻存在差異,甚至物理拓撲位置并非固定的,有可能會因為資源調配而出現改變,而傳統網絡安全管理主要是對網絡邊界進行防護,很顯然傳統網絡安全管理手段對虛擬機為服務器的新型信息化系統是無效的。2.2.3安全設備接入方面針對安全設備接入方面,以虛擬機作為服務器的新型信息化系統因為不存在網絡邊界,因此需要通過在虛擬機上進行抓包的方式以確保安全監控的全面覆蓋。2.2.4設備監測負載方面我國職業院校在轉向新型網絡架構系統模式后,受到網絡設備更新不及時、新系統網絡邊界模糊等因素的影響,不可避免地出現安全設備監測負載量超值、噪音數據超量的問題。傳統的網絡運行模式對于網絡流量的監控需要依賴于交換機,利用交換機捕獲數據包,然后再通過安全設備對其進行檢測和安全性分析。而在虛擬化的網絡環境中,網絡邊界模糊,容易出現安全監控盲區。因此,為了保證安全監控活動涉及各個網絡流,通常要捕獲所有物理交換機或虛擬交換機上的數據包。這種情況下,被監控業務的通信流量被抓包的同時,大量干擾數據也會被系統捕獲,造成監測功能載荷量超過系統標準值,安全檢測和防御安全設備容易因接收量過大而存在過多噪音數據,進而影響計算機系統的響應速度和信息處理性能。同時,過量的噪聲數據也會降低系統安全檢測的準確性,產生不準確的誤報警示,增加人工工作量,降低信息安全系統的運行效率。
3軟件定義網絡技術在職業院校信息化網絡安全管理中的應用
為應對職業院校信息化系統建設中存在的各類問題,本次研究中提出了一種基于軟件定義(SDN)網絡技術安全管理系統。本文主要從系統架構、業務安全管理流程、安全設備接入和網絡流檢測幾個方面對應用于職業院校的網絡安全管理系統進行全面闡述。3.1系統架構本文提出的SDN新型職業院校信息化網絡安全管理系統,在系統架構上采用集中式的閉環管理架構,在全景式拓撲與業務關聯技術基礎上對職業院校信息安全網絡環境進行了系統性審查、信息流管理與安全管理。為了更好地實現全景式系統拓撲,并盡可能地提高細粒度的網絡安全能力,需要借助SDN架構對職業院校網絡安全環境進行重新定義,實際操作中需要保證職業院校內所有的網絡軟件和硬件交換機都能夠開啟對OpenFlow協議的支持。校內的安全管理系統通過對軟件定義網絡的調試與控制能夠獲取網絡控制器的所有網絡拓撲信息內容,并且根據職業院校網絡安全管理的實際需求能夠實現業務系統操作之間的信息流交換與多頻次轉發。同時,在云技術支持下,職業院校傳統網絡安全管理系統具有了虛擬化處理能力,此時需要保證傳統的物流交換機與虛擬交換機時刻開啟并支持OpenFlow協議。職業院校傳統的物理網絡結構仍需要以物理局域網進行安全檢測以達到邊界安全防護的目的,而虛擬局域網的應用方式可以在虛擬環境中借助虛擬機的方式拓展傳統物理局域網的規模,不斷提高職業院校的系統架構安全性與穩定性。3.2業務安全管理流程為了滿足職業院校對業務處理系統的安全管理需要,本文提出了結合業務流可信表的方式加強業務模型與系統網絡流之間的安全管控效率,在職業院校信息化網絡安全管理系統中通過管配接口,可以保證系統安全管理員完成邏輯邊界的構建工作,不斷形成職業院校安全管理邊界模型。系統內業務流以可信表的方式進行管理控制則在系統層面提供了以軟件方式進行業務流程信息訪問的便捷途徑,其中包含業務系統內部主機之間的訪問可信,系統中不同業務之間的相互訪問可信等具有明顯差異化的訪問規則。系統中與業務安全管理流程相關的互訪關系的構建是在SDN控制流表生成規則基礎上構建的,當系統確認職業院校業務互訪關系為可信狀態時,則不會對業務流進行檢測。3.3安全設備接入在基于SDN技術的職業院校網絡安全管理系統中,在完成所有業務流安全管理流程工作后,需要由安全防護與專業檢測工作對安全設備進行再次檢測,之后系統中的安全設備需要直接接入到職業院校的網絡環境中,安全設備自接入時起便由職業院校的安全管理系統進行統一調配管理。安全管理系統正常啟動后,會率先通過管控與SDN技術管控獲取全部的網絡拓撲信息,并將拓撲信息內容進行可視化展示,幫助用戶在可視化數據信息基礎上完成業務系統邏輯邊界的建模處理,并確定虛擬機應具體屬于哪個業務系統內。在此基礎上已經完成業務系統邏輯邊界構建的能夠自由地在業務流可信表中進行可信互訪,在滿足制定互信互訪關系后業務系統環境下的主機便可進行可信互訪,完成業務內容的交換與瀏覽。3.4網絡流監測監測是信息網絡安全管理系統內部不可或缺的重要部分,SDN技術可實現業務邏輯與網絡流量控制的關聯。基于SDN的網絡安全管理系統能夠利用業務流信任表,將業務和網絡流進行連接,完成關聯工作后,系統即可通過交換機的網絡流,對每個網絡流量進行系統性的監控和審核,具有全面、及時的優點。其中,針對符合業務流可信表定義監測條件的網絡流,系統可以直接實現轉發處理,以此降低系統與設備的安全負載壓力。針對不符合監測要求的外部主機訪問請求,系統對利用SDN功能自動轉發到相關的安全設備上進行深層次分析與檢測。其中需要考慮到系統的數據庫服務器和web服務器的是否存在可信關系,如果認為二者之間的連接關系是可信的,則可以直接將其中的網絡流進行轉發處理。除此,SDN系統還可實時對業務流關系展開跟蹤,分析數據安全性,提供了安全跟蹤和預警功能,針對不受信任訪問或病毒入侵的情況,系統可及時提供報警提示,進一步加強了整個系統的安全管理篩查和防入侵性能。
4結語
綜上所述,盡管5G通信已經開始普及和應用,但IP網絡在未來幾年仍將占領市場,基于此趨勢,SDN技術的研究仍具有重要意義。本次研究中,筆者首先對軟件定義網絡技術的的概念進行了定義,并以其應用優勢為前提,對應用現狀進行了闡述,同時指出了網絡環境信息化發展的大背景下職業院校信息體系建設所面臨的主要安全問題,根據職業院校業務網絡環境建設情況與業務發展情況展開了較為全面、系統的分析。在此基礎之上,本文提出了一種運用軟件定義網絡技術的安全管理系統機構,其中運用業務可問關系構建了業務系統之間的安全管理新模式,嘗試為職業院校的網絡安全管理工作提供了一種新的發展思路,為日后我國職業院校網絡信息安全體系的可持續發展提供有價值的參考。
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