中国体育仪器器材发展的新进展

Proceedings of Sport Instrument and equipment Subject in China

国家体育总局体育科学研究所体育仪器器材研究中心

Sport Instrument and Equipment Research Center, China Institute of Sport Science

Abstract: This survey covered the background and process of development of sport instruments subject, current new technologies and some suggestions on how to quicken the development of sport instruments.

The background of development of sport instruments science: The development of sport instruments comes from the mass demand to sport instruments and modern technical revolution. Mass demand to sport instruments includes the demand of the Olympic Games and the peoples need to sports activity. On the other hand, modern science and technology is a spur to the development of sport instruments. Computer, new material, electronics technique and sensor technique are applied to sport instruments field continuously, promoting the developing of sport instruments industry. Two characteristics exist in present sport instruments research: sport instruments development is getting more and more systematic, while integral structure of the subject come into being. The researchers of this field are paying much more attention to new techniques, such as system simulation, computer, mechanization, sensor technology. Second, demand of standardization to sport instruments is much more urgent than before: Number of current relevant standards is small, the level is low and the make year is old. They cant satisfy the demand of people to sport-thing and sport service industry. The author proposes that standardize sport-thing and sport service in our country as soon as possible.

Concerning the development process of sport instruments subject in our country, the author believes the trend is large scale, systematization and internationalization. Alongside, the author gives out hot spots in sport instrument development and subject building. There are five main hot spots in sport instrument development: 1.application of high-tech new material; 2.application of new information technology; 3. wireless sensor technology; 4.application of Micro Electro Mechanical System technology; 5.development of sport system simulation. There are mainly the following two hot spots in sport instrument subject building: 1.Providing standardization service for sport industry. Standardization is of great importance to achieve at technical highland and raise the international competition capability of Chinese sport industry.2. Building the sport engineering subject; by doing so, we can raise the level of sport instrument research and push further development of sport industry inChina. The author calls on scholars grasp the opportunity of the 2008 Peking Olympic Games, improve international cooperation, and bring up more specialists, so as to speed the development of sport engineering in our country.

The author predicts that, going along with 2008 Olympic Games, Chinese sport will become a very big industry. He proposed that the government issue relevant policy and provide funds support; while experts and enterprises also cooperate to carry out advanced projects and boost Chinese sport industry.

1．前言

体育器材作为一种物质形态，存在于体育现象之中，伴随着体育产生和发展。体育器材是体育历史发展中能够被直接见证的载体，客观地反映了体育发展的特点。百年来奥林匹克运动的发展历史表明，伴随着现代科学技术的发展，体育器材与奥林匹克运动的关系呈现出新的特点。

现代体育器材的科学化实际上是随着体育运动的职业化过程发展起来的。在19世纪末20世纪初,奥林匹克运动基本上是按照业余化的模式发展。体育运动竞赛的目的,主要在于沟通世界各地的青年,从奥林匹克的口号就可以看出,“重在参与”。但随着奥林匹克影响的进一步扩大,奥林匹克赛场上的竞争越来越激烈,出现了另一句著名的口号,“更高、更快、更强”。人们对体育优胜者的推崇和对精彩比赛的强烈需求,促使运动员全身心的投入训练和比赛。这时，比赛也成为部分运动员的一种谋生手段，开始出现职业化的运动员，同时产生了一大批为此服务的人员，其中包括教练员保健医生、比赛服务人员等。职业化的发展，逐步形成了一个规模庞大的体育产业。运动员成绩的好坏直接影响着产业中从业人员的收益，因此，利益相关者迫切地希望能够提高或保持运动员的竞赛水平。同时，随着一些国家经济的发展，体育运动和竞赛成为展示和证明国家实力和形象的平台，于是，国家力量也加入到奥林匹克运动的发展。这些因素极大地促进了体育器材产业的高速发展。

同时，随着经济的发展，人民生活水平不断提高，体育成为很多国家和地区生活方式的一个非常重要的组成部分。人们对于体育、休闲、健康等生活方式和形态的追求，也成为了体育器材发展的重要的推动力。而且，这一因素所发挥的作用越来越显著，呈现持续增长的势态。

现代科技中很多学科和技术的发展，为体育器材的科学化提供了土壤和营养,而体育器材的质量和性能对于能否最大限度发挥人体的潜能起着关键的作用。例如,当运动员使用竹竿的时候，撑杆跳高的成绩只能维持在4.00m左右。而金属杆的使用,使撑杆跳高的成绩大幅度提高。但只有在使用了纤维杆以后,人类才真正越过了6.00米的高度，在2000年悉尼奥运会上，“鲨鱼皮”泳装和高质量的泳池有效降低了水对运动员的阻力,使悉尼奥运会成为运动员频繁打破世界记录场所。

由此可见，现代奥奥林匹克运动的发展与体育仪器器材的发展相成了相互促进，相互影响的互动关系，现代科技成为它们发展的有力的助推器。我国历来重视体育事业的发展，在举国体制的支持下，无论从奥运备战的装备，还是面向大众的全民健身器材事业的发展，都发生了并正在发生着翻天覆地的变化。“中国制造”走向了全世界，也代表着中国体育仪器器材发展的足迹。

新技术不断丰富体育仪器器材的研究手段。最近的几十年是现代科技飞速发展的阶段，计算机技术、网络技术、材料科学、微电子技术、传感器技术以及工业设计的理念和手段等等层出不穷。这些新的技术、理念和手段不断地不被应用到体育仪器器材的发展事业中。例如，CCD的摄像技术改变了传统胶片进行运动影像采集和解析的装备，计算机的发展同样催生了各种各样的智能化软件系统替代了传统的仪器装备，材料科学的发展使得各种器械更轻、更强、更人性化，微电子的发展导致了数字装备的出现。数字鞋、数字杠铃、数字跳板等等将相继进入人的视野。

随着越来越多的科技成果被采用，单纯的体育仪器器材研发逐渐系统化，需要更多的基础理论研究，需要发展形成独立的、完善的体系架构，这时，出现了“体育工程”的概念。提到“体育工程”，很多人往往会想起那件扬言能让索普荣获100万美金奖励的“鲨鱼皮”和价值几十万美金的“水晶鞋”，那么何谓“体育工程”？其实，到目前，这是一个相对难以界定的概念。“体育工程”的英文为Sports Engineering。最早提起这个概念的是英国Sheffield大学的S. J. Haake教授和澳大利亚RMIT大学的Aleksandar Subic教授，他们并于1996年成立了国际体育工程协会。根据Aleks教授在《体育工程学：历史、哲学和政策》一文中说过：“新出现的体育工程学这一学科不容易定义，它是把体育科学和工程科学联系在一起的学科，其显著的特征是技术”。显然，他也没有给我们一个清晰地回答，不过，他强调了一点是体育工程的主要特征是技术，这里的“技术”他指的是工程技术。也就是在体育研究中关于工程技术的那部分，涉及到体育仪器器材、体育服装鞋帽和体育设施等的研究。

我国在体育仪器器材研究最终将从单一的学科发展，会同数学、系统仿真、计算机、统计、机械、传感器等等科学和技术在体育中的应用，形成体育工程的学科体系。其实，如果把体育研究按照层次分类，我们可以分为体育科学和体育工程研究。体育科学研究即为探讨体育基本规律和理论的研究，而体育工程研究则为探讨体育理论实现和技术的研究。由此看来，体育工程将是体育仪器器材、系统仿真、计算机、统计等等学科在体育发展和应用的集大成者。

体育领域和产业的标准化建设将是未来几年的一个新的发展方向。由于日益发展的市场经济的建设需要，对于产业、服务等的标准化要求越来越高。近20年来，我国体育用品制造业发展迅速，“中国制造”的产品在国际市场上占有份额逐渐扩大，产品质量和工艺水平不断提高，但自有品牌和自主知识产权与国际著名品牌相比仍有较大差距。另外，由于体育用品制造业涉及到轻工、纺织、化工、电子、机械等多个领域，标准化工作难以有效地统一规划与协调，体育用品产品标准长期存在着标准少、水平低、标龄长等问题，直接制约着我国体育用品总体质量水平的提高。我国现有体育用品类标准已发布的有５１项，其中通用要求５项、运动鞋４项、运动服１项、运动器材产品３６项、试验方法５项。我国目前开展的９９项运动中涉及运动服２０种、运动鞋１６种、运动器材２４０种，当前标准远不能满足体育运动发展的需要，且这些标准大部分都是２０００年前制定的，２０００年后制定的标准仅有１６项。（鲍明晓：从体育用品标准化程度看，目前我国体育用品标准化程度还很低，达到国家标准产品（GB/T国家推荐标准）只有17个，达到行业标准的产品（QB轻工行业强制标准或QB/T轻工行业推荐标准）也只有19个。目前国内生产的360多种体育器材和设备中只有29种被国际体育组织批准为正式比赛使用器材。1999年在天津举办的第34届世界体操锦标赛所用的11种器材中，国产的器材只有5种。而在体育用品的环保标准、定价标准以及社会标准方面差距更大。当前国外知名体育用品企业的标准一般都高于行业标准、国家标准，而我国呈现的是倒置的局面，国家标准高于行业标准和企业标准。）尽快规范、完善我国体育用品的标准化体系，加快与国际标准接轨的步伐已成为体育产业迫在眉睫的大事。

2007年5月17日在成都举行的第２０届中国国际体育用品博览会上，全国体育用品标准化技术委员会成立，秘书处设在中国体育用品联合会。这标志着我国首个全国性体育用品标准化组织诞生。全国体育用品标准化委员会成立后，将承担起跨行业领域体育用品的基础、通用标准的制订、修订，体育用品标准化的组织、协调工作，组织制定体育用品行业标准体系，提出体育用品行业制定、修订国家标准的规划和年度计划的建议。

标准的制定是基础，标准的实施则是关键。为此，国家质检总局批准设立了国家体育用品质量监督检验中心，承担国家体育用品质量监督检验任务。国家认监委批准设立了北京国体世纪体育用品质量认证中心，开展体育用品和器材的认证工作。以标准的制定基础，通过国家对体育用品质量的监督检查和独立的第三方认证机构的认证，有利于建设体育用品质量监督管理体系，促进我国的体育用品质量不断提高，为我国竞技体育运动以及全民健身活动的开展提供高质量的物质基础做出贡献。

同时，随着市场经济发展的需要，原有依靠行政手段进行管理的体育服务和体育场所领域需要越来越多的标准、规范、法规、甚至法律进行规范和科学化管理，这些方面的标准化工作也日益紧迫。

2．我国体育仪器器材学科的发展

在我国学术界一直这样认为，体育仪器器材学科是体育科学的一个分支学科，是一门新兴的学科。目前，在国际上尚无专门的学术组织，专门研究机构也不多。国内对体育仪器器材进行专业方面的研究大致开始于50年代末，原国家体委体育科学研究所仪器装备室的工程技术人员根据国家队和科研人员的需要，开始自行研制和开发了一些市场上买不到的仪器和器材。后来在全国各地陆陆续续又有一些积极份子加入了此行列，至70年代末已形成了以国家体委体育科研所为中心，跨地区、跨部门的一支专业研究力量。1981年底经中国体育科学学会批准，体育仪器器材研究会（后更名为体育仪器器材分会）在北京宣告成立。自此，体育仪器器材成为体育科学研究的一个独立的分支学科并进入了一个新的发展时期。

随着申奥成功，中国体育界积极备战2008奥运会的工作逐渐展开，在2002年大连仪器器材会议提出发展中国体育工程的概念。2003年10月份，为了备战奥运会的需要，体育工程开始纳入学术界的视野。2004，国家体育总局科研所研究人员与现任国际体育工程主席Aleksander Subic教授在京会面，简单地了解了国际体育工程协会发展现状，以及讨论了与合作的意向。2004，国家外专局派我国科研人员去澳大利亚RMIT访问学习，了解体育工程发展，2006.4，中国杭州召开体育工程会议，邀请了德国体育工程协会主席Fozzy Moritz等，2006.5，国家体育总局选派我国科研人员去英国学习考察体育工程的发展，2006.11在京召开了中英体育工程学术交流会。这几年，一系列的活动表明，中国体育仪器器材的发展正在向更为系统的体育工程学科转变。

3．我国体育仪器器材发展的新热点

3.1 技术发展新热点

3.1.1 高新材料技术的应用

材料、能源和信息技术是现代文明的三大支柱。新材料的研发和应用己成为世界各国利技竞争的焦点。体育竞技也是各国展小综合利技能力的赛场。新材料在体育运动的应用中体现在两个方面:一是直接应用，二是间接应用。间接应用是指与运动场地、裁判设备信息显示、指挥通讯等有关的各种材料需求。直接应用是指与运动员装备，包括运动服装，运动鞋、帽，训练器材和比赛器材等有关的各种材料需求。目前应用于体育器材制造上的新材料主要有碳纤维复合材料、阿德米拉纤维.硼纤维、新型陶瓷复合材料、非晶质金属纤维、单结晶质碳化硅纤维、热塑性塑料(树脂)等。这些新材料在网球拍、羽毛球拍、高尔夫球头和球杆、自行车赛车、撑杆跳高撑竿、棒球棒、钓鱼竿、冰刀、冰球棒、滑雪板、登山滑雪靴、赛艇、帆船、皮划艇、划桨、冲浪板、击剑台、拳击台、体操训练比赛台、射击射箭器材、跳高器材、各类训练比赛用球、各种场地设施等方面得到大量的应用。新材料在体育运动中的广泛使用极大的提高了场地器材的质量和性能，保证了运动员使用的安全性;特别是在近些年，随着新材料与新技术方面的显著进展，大大调动了运动员自身的潜能，促进了自身素质的不断提高，增强了战胜自我的信心，同时也对人类战胜自然，挑战自我提出更高的要求。

当今世界的体育竞争实质上是科学技术的竞争,而先进的材料则是提高体育科学技术水平的重要条件之一。对材料技术在竞技体育中的应用进行分析结果表明:运动成绩的提高对新材料具有强烈依赖关系;大量新材料在竞技体育中的应用,不断提高竞技体育水平,促进了体育运动的发展。必将进一步推动体育器材、场地等科学化。

3.1.2 新型信息技术的应用

随着移动设备和移动技术的快速发展和产业化，有越来越多的设备和技术选择可以为体育服务。如，更方便、更快速的移动计算技术和移动数据库技术，可以向训练和比赛现场的运动员和教练员提供实时、全面的信息支持，帮助运动员和教练员快速应变，出奇制胜。

3.1.3 无线传感器技术的应用

无线传感器网络（Wireless SensorNetwork WSN）是传感器、微电子技术、无线网络、分布式计算、软件等信息技术发展和融合的产物。它利用低成本、低能耗、可计算的无线传感器网络节点收集、处理用户感兴趣的监测对象的数据，并在由节点、网络设备、网络协议、相关软件构成的网络环境中传送数据。其主要特点是自动反应、动态自主组网、布置范围大、组成灵活、省电、维护快速方便等，由于在军事、环境监测、医疗、农业、采矿等领域有广阔的应用前景，引起了世界各国学术界和工业界的广泛重视，并成为近年来信息科学的一个研究热点。其特性特别适合于体育领域中的对运动员无干扰的、动态的、范围大、反映迅速的、布置灵活的、适用于维护简便、成本低等特殊要求。

3.1.4 MEMS技术的应用

MEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。概括起来，MEMS具有以下几个基本特点，微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产。

MEMS技术已经广泛地与航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域相结合，制作出符合各领域要求的微传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。这种对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。

微电子机械系统（MEMS）技术的发展将会对目前使用的体育运动测试手段产生很大的影响。比如，国家体育总局科学研究所仿真实验室已经开始探索在举重运动员使用的杠铃上加装这种基于MEMS技术的加速度传感器用于测试杠铃的加速度，同样在跳水运动员跳板上加装3轴加速度传感器测试跳板的振动，从而，判断双人走板时的同步性，以及踏板技术。

同样在全民健身产品的开发上，MEMS技术同样具有很大应用空间，比如国家体育总局科研所仪器器材研究中心和中国疾控中心（CDC）合作，开发出一个可以随身携带的微型人体体力活动运动能量检测仪器，他通过集成的微小MEMS三轴加速度传感器捕捉人体的活动，从事识别出动作特征，计算佩戴者的运动能耗。

3.1.5 体育系统仿真技术的不断成熟和发展

系统仿真是20世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。仿真（Simulation）就是通过建立实际系统模型并利用所见模型对实际系统进行实验研究的过程。最初，仿真技术主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际系统试验难以实现的少数领域，后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。可以说，现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为任何复杂系统，特别是高技术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。系统仿真作为认识世界的第三种方法，其应用范围在不断扩大，应用效益也日益显著。

上个世纪末，我国研究人员把系统仿真引入，开始探索研究体育系统仿真技术。经过了这几年的发展开始渐露头角。2002年，国家体育总局科研所成立了仿真实验室专门从事这方面的研究，2005年，实验室联合浙江大学、南京大学开始了国家自然基金重点项目《虚拟奥运博物馆》的研究。系统仿真的核心是数学建模，数学模型是科学研究很重要的一个环节。如果科学研究的结果如果没有建立数学模型，在很大程度上无法实现技术化。我们知道技术化是工程化的一个必要要素，只有把研究成果技术化后，才能把理论和实践有机结合起来。比如，《个性化的运动能量消耗数学模型》的建立就是把运动能量消耗理论转化为技术，在此基础上进一步开发出专用的计算芯片，从而生产出各种产品。今年，该实验室这种智能计算芯片在体育仪器器材的生产制造中试验成功。这表明体育系统仿真作为一门技术已经从实验室走向了工程生产的阶段，为未来发展奠定了基础。

3.2 学科建设发展新热点

3.2.1 为体育器材生产与使用、体育服务、体育场所管理的标准化提供服务

前面提到，标准化是今后体育产业、体育服务、体育竞赛、体育场所管理的必然需要，是法制化管理的必要选择，也是抢占技术制高点、发展和保护自主知识产权、提高国际竞争力的必然要求，体育工程应当为这一工作提供更多的技术方面的服务和保障。

3.2.2 体育工程学科的建设

随着我国综合国力的不断提高，人民生活水平的不断改善，开始对体育的需求也日益提高，在此情形下，吸引了大批科技人员参与到体育工程的研究中，同时也催生出来一批体育企业。

自上个新世纪头后20年，我国进入国民经济快速发展新新阶段。尤其是2000年以来，我国居民消费水平逐步由温饱型向小康型过渡，消费重点由生存资料转向享受资料和发展资料，提升生活质量已经成为当前的消费重点，除了住房、电子通讯器材、汽车、家庭装饰装修等新兴消费持续升温，增长迅速之外，健身健康成为了新的生活方式，特别是经历过“非典”后，人们也越来越重视健康的重要性。不仅如此，随着生活水平的提高，人们消费观念也随着发生了变化，体育健身日益成为了一种时尚。凡此种种，这些变化都将对中国体育工程产生巨大影响。加之，中国政府通过国家彩票基金加大了国家对全民健身的投入，健身路径工程、小篮板工程等等都在很大程度上促进了中国体育工程的发展，使其逐渐形成了一个产业，从每年接连不断的各式各样的体育用品博览会可以窥见一斑。

由此可见，中国体育工程在体育产业的发展过程中逐渐成长起来，同时也将推动中国的体育产业的进一步发展。中国体育工程的发展将迎来她的第一个新的发展的历史机遇。

尽管，体育用品在我国的消费日益加大，体育企业也如雨后春笋不断地诞生，但是，作为体育产品的核心推动力之一的体育工程，尤其是体育工程的研究却远不能乐观。

尽管我国早在上个世纪就建立了专门研究体育仪器器材的机构，但是，体育用品事业的总体发展相对于发达国家，相对于其他行业存在较大差距。主要表现在：

首先，在体育产品的品牌上，中国品牌在国际市场上尚无法与Nike, Adidas等著名凭牌匹敌。企业规模也相对较小。

其次，在体育产品的种类上，国内的产品往往集中在服装鞋帽类上，体育仪器器械的研究相对不多，尤其是专业性很强的更是屈指可数的；并且，这些产品中高档的产品少，低档产品多。比如：就在前不久的23届国际生物力学会议上，在所有参展体育仪器器材产品中我国拥有自主知识产权只有2家。

再次，在体育产品的技术上，为国外品牌代工的多，自有产品的少；而国内产品中仿造的多，自主原创研发的少；就在少数研发的品牌中低技术含量的多，高新技术少。在这些现象中，新技术，新材料和新工艺在我国体育工程研究中依然处在很低的水平；大部分企业中都处在来料加工和代理销售的层次，几乎没有科研，更谈不上自主知识产权。

最后，专业体育工程的研究人员非常少，在我国的教育体系中尚没有体育工程学科，体育工程的研究往往是少部分高校或科研机构中若干热心于此的学者自发地、独自地开展，投入少、规模小；由于企业大多为是劳动密集型，企业中创新人才培养也存在很大的问题。此外，体育工程其实是一个多学科交叉的边缘学科，目前，很多学者由于对体育的认识不够，或是对工程知识的欠缺，从而导致了体育工程学科发展还仅仅处在一个萌芽状态。

这些现象表现，在我国体育工程的发展还处在起步阶段，还有很长的路要走。而另外一方面，我国的经济的高速发展，消费者对于体育产品的需求的变化，对于现阶段体育工程的发展提出了很高的要求。

根据现状，对于如何促进体育工程的更快地发展，需要认识和解决好以下几个问题：

首先，2008北京奥运会是我国非常好的发展机遇，也是中国体育工程事业发展前所未有的大好时机。利用这一机遇和契机，中国企业的重大任务是打造国际品牌、进一步开拓国际市场。而体育工程而言，也是拓展国际交流和合作，争取更多研究资源，努力发掘研究潜力、拓宽拓展研究领视野和研究深度、建立和完善体育工程科研和教育体系的最佳时机。因此，各个方面的从业人员应积极应对，进入临战状态，主动地筹划利用这次机遇促进事业发展。

我国内消费和需求水平的不断提升，人们对体育消费的需求也不断提高。“中国造”产品得到了更多的国际市场认可。这些因素，也是体育工程在体育产业中生存和发展的外在因素，正如阿迪达斯中国区总裁桑德琳所说，“阿迪达斯的理念一直是：工业需要体育，体育也需要工业。”体育工程也像汽车工业一样，它的发展将涉及到工业的方方面面，如材料、设计、工艺、技术、管理等等。因此，工业体系的完整性，市场开拓的范围和深度，对于体育工程研究总体水平有着很大的影响。因此，我们需要开阔视野，需要建立全球化的观念，不要将发展拘泥于中国国内，采用多种模式，广泛进行国际合作，只有这样，我国的体育工程事业才能具有持久的生命力。

最后，人才的培养问题。人才培养是学科发展的基础。没有良好的人才培养机制，事业的发展就将成为无源之水、无本之木。近年来，部分高校已经意识到体育工程专业人才培养的重要性，并开始实际行动。例如，沈阳工业大学已经开始了这一专业方向的本科生的招生工作，山东聊城大学体育工程专业的招生计划也已经获得了省教育厅的审批，正在等待国家教育部的审核。同时，曲阜师范大学、武汉体育学院、山东体育学院、南京师范大学、山东财政学院都在积极筹办体育工程专业的招生办学工作。

可以预见，伴随着2008奥运会的举办，经济的健康发展，消费需求的日益旺盛，以及国家和政府的大力支持，体育产业也将日益升温，体育仪器器材和体育工程的科研和教育事业也必将有一个空前的发展。愿各个方面和部门的科研、教育抓住机遇、积极投入、密切合作，共创辉煌。