面向智慧生活的智能家居設(shè)計(jì)研究

北京理工大學(xué)設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院，北京，100081

摘 要：城市空氣污染日益嚴(yán)重，這為家庭生態(tài)環(huán)境埋下了諸多健康隱患，因此人們?cè)絹碓街匾暭彝ド畹慕】?。另一方面，隨著智能技術(shù)的發(fā)展，智能家居開始融入人們的家庭生活。為了更好地解決家庭生態(tài)環(huán)境中存在的安全隱患問題，維護(hù)家人健康，本小組通過相關(guān)文獻(xiàn)研究、用戶調(diào)研、設(shè)計(jì)實(shí)踐與設(shè)計(jì)評(píng)估等方法，分析了智慧生活理念及發(fā)展、家庭生態(tài)系統(tǒng)、現(xiàn)有家庭智能家居產(chǎn)品及智能技術(shù)在家庭生活中的應(yīng)用。研究內(nèi)容涉及到了家庭生態(tài)系統(tǒng)的組成及維護(hù)方法，和智能家居與人在操作、情感上的交流、交互新方式。研究結(jié)論總結(jié)出了一種控制家庭環(huán)境中溫度、濕度及空氣健康的可行性方法。該方法從理論上提出了一種促進(jìn)更加友好、健康的家庭生活的設(shè)計(jì)理念，從實(shí)踐上維護(hù)了用戶在家庭的生態(tài)環(huán)境健康。

關(guān)鍵詞：智慧生活；智能家居；生態(tài)健康；可行性方法

1介紹

目前，城市大氣污染排放日益嚴(yán)重，它集中體現(xiàn)在霧霾污染和光化學(xué)煙霧污染。由于現(xiàn)代生活家居空間的密封性逐漸加強(qiáng)，各種新型材料的裝飾和家具大量應(yīng)用，以及空調(diào)的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致人們?cè)诩议_窗通風(fēng)時(shí)間減少，使得不良?xì)怏w在室內(nèi)蓄積，對(duì)家居環(huán)境安全構(gòu)成巨大隱患。因此，人們希望在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的幫助下，通過智能家居來更高效的幫助人們進(jìn)行生產(chǎn)生活，提供更便捷、健康、安全的生活體驗(yàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能家居已經(jīng)被大眾所廣泛接受。智能家居通過對(duì)家庭環(huán)境中溫度、濕度、空氣質(zhì)量的監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄，作出智能化反應(yīng)，維護(hù)家庭生態(tài)環(huán)境的健康，解決家庭空氣污染的同時(shí)，讓傳統(tǒng)的家居變成一個(gè)有感情、可交流的智能家居，讓人與家居變成一種人與智能化機(jī)器的交互來改變?cè)械纳钅Ｊ?。我們通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的查閱，分析了智慧生活與智能家居的理念及發(fā)展和現(xiàn)有家庭智能家居產(chǎn)品及智能技術(shù)在家庭生活中的應(yīng)用；通過用戶調(diào)研、設(shè)計(jì)實(shí)踐與設(shè)計(jì)評(píng)估等方法，研究了現(xiàn)代家居生態(tài)環(huán)境的健康問題及維護(hù)方法。我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)家居生態(tài)環(huán)境的智能控制和節(jié)能控制，幫助人們構(gòu)造舒適的生活環(huán)境，喚起人們對(duì)高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境的追求，促進(jìn)人與環(huán)境的和諧相處。

2理論基礎(chǔ)

2.1智慧生活與智能家居

智慧生活是充分利用現(xiàn)有“物聯(lián)網(wǎng)”與“互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人類生活與物理環(huán)境的和諧，帶來一種新的智能生活方式?；谶@一理念出現(xiàn)了新的智能化家居。智能家居是以家居住宅為基礎(chǔ)媒介，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、綜合布線技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、音頻視頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)將家具設(shè)備等有關(guān)于生活工作的設(shè)施通過“物聯(lián)網(wǎng)”集成，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管、提供多功能整體式服務(wù)和全方位的信息交互渠道。智能家居控制系統(tǒng)提供了一種全新的、高效的生活方式。用戶可以在家中通過手機(jī)、電腦、電視及終端設(shè)備，達(dá)成信息共享，實(shí)時(shí)反饋給用戶信息。如提醒用戶購買水果、蔬菜或日用品等生活用品，快捷高效的處理日常家務(wù)。智能家居多方位、多角度的為家居生活創(chuàng)造更舒適的、更便捷的、更安全的、更健康的生活條件，并進(jìn)一步打造出具備共同智能生活理念的家居“生態(tài)圈”。

2.2家居生態(tài)環(huán)境理論研究

家庭生態(tài)環(huán)境包括家庭環(huán)境內(nèi)的空氣、水、溫度等物理環(huán)境。生態(tài)家居旨在環(huán)保、人性化、個(gè)性化的基礎(chǔ)上，考慮人們生理與心理的健康因素，為客戶提供家居產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，來創(chuàng)造一個(gè)有利于居住，舒適健康的生活環(huán)境，同時(shí)又帶給人們心理上滿足、寧靜、愉悅的人文關(guān)懷，讓人們的生理層面和心理層面都感到自然和諧的適宜居住的生態(tài)環(huán)境。

智能家居產(chǎn)品可以真正的優(yōu)化現(xiàn)有的家居生態(tài)環(huán)境，節(jié)省生活成本：家中能源消耗設(shè)備可以自動(dòng)關(guān)閉，減少電量無意義浪費(fèi)；使用便捷：智能化系統(tǒng)提供遠(yuǎn)距離遙控聯(lián)接，當(dāng)用戶外出時(shí)，可以通過智能終端聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)來調(diào)整和控制智能家居設(shè)備；安全性高：家庭智能化安全監(jiān)測系統(tǒng)可以防御侵入并在緊急情況時(shí)及時(shí)報(bào)警，有效保證家居安全；改變生活方式：可以在家辦公、娛樂、以及進(jìn)行視頻等。這一切也是智能家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根本目的。通過對(duì)現(xiàn)代高科技、現(xiàn)代建筑與現(xiàn)代生活理念的完美結(jié)合而產(chǎn)生的智能家居產(chǎn)品，可以在同時(shí)滿足物質(zhì)與精神兩方面需求的空間環(huán)境里，大大提高人們的生活質(zhì)量，為人們帶來更為愜意、輕松的生活，進(jìn)而達(dá)到人與家居生態(tài)環(huán)境的和諧與統(tǒng)一。

2.3基于家庭生態(tài)健康的智能技術(shù)

Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee技術(shù)屬于一種新興的適用于、短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低復(fù)雜度、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過處理網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層，以及鏈接高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，形成了自己數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方案并具有良好的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性?，F(xiàn)有智能家居大多通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能家居環(huán)境生態(tài)監(jiān)控，進(jìn)行實(shí)時(shí)的集中監(jiān)控并且為用戶提供反饋信息，自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行提示管理。HEPA高效過濾技術(shù)。智能監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)空氣污染物的性質(zhì)可以及時(shí)、準(zhǔn)確的提醒用戶家居狀態(tài)存在的問題，并進(jìn)行降溫、加濕等有效措施，改善家居環(huán)境。主要用于捕集0.5um以下的顆?；覊m及空氣中各種懸浮物。采用超細(xì)玻璃纖維紙材料作為濾料，膠版紙、鋁膜等材料作為分割板，并與木框鋁合金膠合而成，凈化器采用特種硅橡膠，化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕，可吸收熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力而不會(huì)開裂，軟硬度適中，彈性恢復(fù)好。

3產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)定位

為了滿足人們健康，智能，原生態(tài)的生活需求，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種可供住宅室內(nèi)的廚房、客廳、臥室移動(dòng)使用的智能空氣安全助手。通過手動(dòng)控制、移動(dòng)客戶端控制、手勢體感控制等交互方式，凈化器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測室內(nèi)空氣狀況，記錄并凈化室內(nèi)空氣，給家人帶來安全、潔凈、健康的空氣。

3.2低保真原型設(shè)計(jì)

方案一：智能空氣凈化器整體采用圓形設(shè)計(jì)，頂部和底部為平面，頂部可種綠植，底部有輪子可讓機(jī)體移動(dòng)，給人飽滿安全的感覺，但圓形機(jī)體不能保證機(jī)體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的平衡穩(wěn)定性，且過于占空間，故舍棄這個(gè)方案。方案二：凈化器整體設(shè)計(jì)為棱錐形，機(jī)體穩(wěn)定性強(qiáng)，頂部為平臺(tái)可種植綠植，側(cè)壁帶有把手可供人移動(dòng)機(jī)體，但外形過于笨重不美觀故放棄此方案。最終設(shè)計(jì)說明：外觀上采用了立方結(jié)構(gòu)，符合現(xiàn)代智能生活的整體風(fēng)格。上方運(yùn)用了一個(gè)“回”字，引申出家庭為中心的概念；下方滾輪方便在家庭各區(qū)域工作，當(dāng)產(chǎn)品處于低電量模式時(shí)，可自行回歸充電處，利用“蹲”完成充電，增強(qiáng)人機(jī)情感互動(dòng)；整體利用大自然中的水、植物、空氣等元素，構(gòu)成一個(gè)健康可循環(huán)的生態(tài)環(huán)境（見圖1）。

3.3高保真原型設(shè)計(jì)

凈化器通過連接互聯(lián)網(wǎng)，將采集到的空氣數(shù)據(jù)傳至云端匯總并通過大數(shù)據(jù)分析，計(jì)算出合理的解決方式再傳輸至終端，提供給用戶進(jìn)行參考。操作方法：用戶首先按下開機(jī)按鈕，功能按鈕可以控制凈化器進(jìn)行加濕，凈化空氣，冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)并開啟靜止或自動(dòng)巡測狀態(tài)。顯示屏顯示當(dāng)前空氣和工作狀態(tài)，如空氣溫濕度、PM2.5狀態(tài)、空氣中有害氣體報(bào)警，并顯示凈化效果，一格質(zhì)量差， 一般時(shí)三格，良好五格。另外，顯示屏還可以顯示當(dāng)前風(fēng)速、是否釋放負(fù)離子，開啟睡眠模式、濾網(wǎng)更換提醒等。為提高用戶體驗(yàn)度還提供了附加功能如指示燈、定時(shí)系統(tǒng)、兒童鎖功能等。除終端界面外，用戶在離開家門后可使用手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制和語音控制繼續(xù)控制其工作，并對(duì)用戶的要求作出反應(yīng)增加互動(dòng)性。凈化器的頂部培養(yǎng)皿可供種植植物，當(dāng)凈化器工作時(shí)加濕裝置可以通過加濕管道使用內(nèi)置水箱中生成的水汽灌溉頂部植物（見圖2）。

3.4 總結(jié)

智能空氣凈化器設(shè)計(jì)的交互系統(tǒng)的統(tǒng)一與聯(lián)系性實(shí)現(xiàn)了人、空氣凈化器、移動(dòng)終端的多維交互的協(xié)調(diào)關(guān)系。設(shè)計(jì)上增強(qiáng)了家居設(shè)備和人之間的情感，相對(duì)于傳統(tǒng)家居而言，智能家居可利用“大數(shù)據(jù)”共享資源，實(shí)現(xiàn)用戶在數(shù)據(jù)化時(shí)代下的“云端生活”。智能空氣凈化器在解決基礎(chǔ)空氣優(yōu)化的前提下，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集終端數(shù)據(jù)庫收集各個(gè)不同家居生態(tài)圈的空氣狀況數(shù)據(jù)，整合出更高效可行的解決方案，給予了用戶更加健康人性化的家居生活。但智能空氣凈化器的設(shè)計(jì)在技術(shù)上并不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)家居的“物聯(lián)網(wǎng)”不能形成整體的智能家居環(huán)境。

4設(shè)計(jì)原則

預(yù)測性：智能家居設(shè)計(jì)應(yīng)該體現(xiàn)可預(yù)測性?？深A(yù)測性表現(xiàn)在的產(chǎn)品使用過程中不僅可以通過手動(dòng)控制、移動(dòng)客戶端控制等傳統(tǒng)控制方式，更提出了利用手勢體感控制以及語音控制等新的人機(jī)交互方式。語音識(shí)別系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶的相應(yīng)要求做出反應(yīng)。讓用戶不僅可以利用手機(jī)app遠(yuǎn)程控制產(chǎn)品，還可以做到不通過其他媒介進(jìn)行語音控制。在我們的設(shè)計(jì)中用戶要求開機(jī)時(shí)，只需站在凈化手機(jī)聲音范圍內(nèi)語音發(fā)布指令即可。在未來高速發(fā)展的智能信息化時(shí)代，語音控制或?qū)⒊蔀樽畋憬莺唵蔚闹悄懿僮鞣绞健?/p>

環(huán)保性：在智能產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用以及后續(xù)回收問題上都充分考慮設(shè)計(jì)中的環(huán)保性。在產(chǎn)品中的內(nèi)部運(yùn)作系統(tǒng)和外部材料選擇都應(yīng)遵循綠色環(huán)保概念。在外部材料選擇中注意其可靠性和耐久性，盡可能的選擇可循環(huán)材料；在內(nèi)部運(yùn)作部分中合理的引用環(huán)保的智能技術(shù)，保證在產(chǎn)品自身的使用中不會(huì)造成二次污染。在凈化器中設(shè)計(jì)吸收有害氣體的進(jìn)出口時(shí)考慮到各氣體密度達(dá)到有效促進(jìn)空氣循環(huán)，保證注水水質(zhì)，在凈化家庭環(huán)境的同時(shí)避免凈化器自身產(chǎn)生二次污染。使產(chǎn)品在最大程度凈化空氣的同時(shí)不給環(huán)境及能源帶來負(fù)擔(dān)。

交互性：在智能家居的設(shè)計(jì)過程中，除了要遵循“以人為本”的設(shè)計(jì)原則外，也應(yīng)該考慮用戶的情感體驗(yàn)，思考人與產(chǎn)品之間的關(guān)系，建立更加友好、自然、有趣的人與產(chǎn)品之間的交互方式。設(shè)計(jì)交互界面時(shí)遵循減少用戶認(rèn)知成本以確保交互方式和過程與用戶認(rèn)知過程一致；界面簡潔美觀；對(duì)用戶的操作指令進(jìn)行及時(shí)反饋，并通過任務(wù)提示和信息反饋來指導(dǎo)用戶。利用凈化器設(shè)計(jì)的交互系統(tǒng)將人、空氣凈化器、移動(dòng)終端等多維的交互關(guān)系來創(chuàng)建健康安全的智能家居環(huán)境。在我們產(chǎn)品中，為了豐富人機(jī)之間的情感交流增添了綠植的設(shè)計(jì)，在家人照顧綠植的過程中，培養(yǎng)了家庭氛圍，增加了人與產(chǎn)品間的互動(dòng)，使產(chǎn)品更加有趣。讓人們與產(chǎn)品之間不僅可以做到基本的人機(jī)互動(dòng)，更可以在一定程度上達(dá)到人際互動(dòng)，促進(jìn)人與人之間交流。

主觀能動(dòng)性：在智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)中同時(shí)要具有一定的主觀能動(dòng)性。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的背景下，智能產(chǎn)品利用云端大數(shù)據(jù)的支持，收集并記憶用戶的行為習(xí)慣，可做出更智能的反應(yīng)，為用戶實(shí)現(xiàn)量身定制專屬的解決方案。我們的凈化器設(shè)計(jì)中，當(dāng)產(chǎn)品過低電量運(yùn)行時(shí)可自動(dòng)回到充電處；同時(shí)包括當(dāng)前風(fēng)速、是否釋放負(fù)離子、開啟睡眠模式、濾網(wǎng)更換做到自動(dòng)提醒。根據(jù)用戶的日常使用方式來制定個(gè)性化的解決方案，為用戶量身訂造出適合個(gè)體家庭情況的專屬個(gè)性化設(shè)置。

美觀性：智能產(chǎn)品的外觀上的設(shè)計(jì)應(yīng)契合家庭的整體氛圍，與家庭環(huán)境相互協(xié)調(diào)，達(dá)到簡潔，健康等要求。隨著當(dāng)代人們對(duì)于外觀要求的不斷提高和大量智能產(chǎn)品出現(xiàn)，在產(chǎn)品的外觀上既要高端前衛(wèi)，符合家居室內(nèi)的環(huán)境要求，也要做到便于人們接受，區(qū)別于其他金屬外觀的智能產(chǎn)品給人帶來的距離感。在凈化器中選用圓滑可愛的外觀造型，ABS環(huán)保塑料做到外觀親切便于接受，滿足大多數(shù)家庭的選擇。

5結(jié)論

在現(xiàn)代城市空氣污染日益嚴(yán)重和智慧生活、智能家居概念的普及的背景下，本小組對(duì)"如何利用智能家居產(chǎn)品更加友好、高效地維護(hù)家居生態(tài)環(huán)境的健康"這一問題進(jìn)行了探究。小組在對(duì)"智慧生活"、"智能家居"、"家居生態(tài)"的文獻(xiàn)研究中發(fā)現(xiàn)，家居生態(tài)環(huán)境健康已越來越被人們所重視，將現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能技術(shù)等科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于家居生活、維護(hù)家人健康被大眾所期望，傳統(tǒng)家居產(chǎn)品向智能化家居產(chǎn)品轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為一個(gè)必然發(fā)展趨勢?；谠O(shè)計(jì)實(shí)踐和對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)踐的評(píng)估，小組從本能層面、行為層面、反思層面探究了不同用戶對(duì)該產(chǎn)品的使用體驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：本能層面和行為層面的用戶評(píng)分較高，說明該產(chǎn)品的外觀審美、功能及其中智能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)能基本符合用戶的心理預(yù)期，能達(dá)到維護(hù)家庭生態(tài)環(huán)境健康的目的；在反思層面上，用戶評(píng)分總體較低但也有最高分5分出現(xiàn)，說明該產(chǎn)品在與人進(jìn)行情感交互的方面做得不夠，以及用戶對(duì)更全面、更有趣的人機(jī)交互方式的巨大期望。該項(xiàng)研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。從理論上，這項(xiàng)研究有助于智能家居和家居生態(tài)的研究，同時(shí)提供出了一種促進(jìn)家庭生活更加友好、健康的設(shè)計(jì)理念。此外，從實(shí)踐上結(jié)合了現(xiàn)代智能技術(shù)，維護(hù)了用戶在家庭生態(tài)環(huán)境中的健康。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任小洪，樂英高，徐衛(wèi)東，等.無線傳感ZigBee技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2011.

[2]田喬，韓春明.基于生活形態(tài)的產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)研究[J].科技信息，2012（05）.

[3]林嵩苓，陳致正，黃士嚴(yán).具愉悅性之產(chǎn)品偏好及生活形態(tài)認(rèn)知探討——以鬧鐘為例[J]. 設(shè)計(jì)藝術(shù)研究，2011（05）.

[4]倪瀚，姜君臣.基于生活形態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2010（24）.

作者簡介：

吳雨霖/女/1994年生/河北石家莊人/本科/研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)