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智能家具的研究現狀與發展趨勢

家具知識 H90 5个月前 (12-26) 1553次浏覽 掃描二維碼

摘要: 通過對智能家具産業概況、智能家具國內外研究現狀、智能控制技術在家具中的應用三方面的綜合分析,提出了智能家具體系構成及其設計研究方法,最後對智能家具發展前景進行分析歸納,總結出其在物聯網時代的發展機遇與挑戰,可對未來智能家具産業的發展起到積極的指導作用。

關鍵詞: 智能家具; 智能控制; 嵌入式系统; 物联网; 发展前景

科技的發展使“智能家居”通過各大媒介開始進入公衆視線。目前,家居撸死你资源站已開始重視對智能控制技術的應用,主要以居家住宅爲平台,這樣的智能化平台可以形成單品之間的互聯互通,系統場景設定更豐富,功能可塑性強。家具作爲家居的一部分,傳統的生産模式和功能已不能滿足智能化時代的需求,家具智能化是其發展的必然要求[1],“智能家具”一詞隨之産生,智能家具是智能家居的重要組成部分,但其定義模糊,隨著高新技術的發展及其在家具上的應用使得其定義在不同時期有著不同的解釋。智能家具從定位上看,極具創新和實用性,但目前市場上很難找到一款真正意義上的“智能家具”撸死你资源站。因此,智能家具若能作出更加實用與創新的改進,可以打開新的市場。

1 智能家具概述

1.1 智能家具的概念

智能家具屬人工智能範疇,是智能家居的一部分(圖1),是多學科和多領域技術成果的綜合運用,目前還未形成相對專業的研究領域。筆者通過搜集大量的文獻資料,嘗試對智能家具的概念加以界定。

从广义上讲,凡是将高新技术通过系统集成融汇到家具設計的开发过程中去,实现对家具类型、材料、结构、工艺或功能的优化重构,使其代替由“人”操作的这类家具称之为智能家具[2]。从狭义上讲,将机械传动、传感器、单片机及嵌入式系统等技术原理运用到家具实体中,使之融入智能家居系统,变身智能单品,形成“人-家具-环境”多重交互关系的这类家具属于智能家具。

因此,智能家具是在現代時尚家具的基础上,将组合智能、电子智能、机械智能、物联智能等巧妙地融入家具撸死你资源站中,使家具智能化、時尚化、多功能化,使用更加便捷、舒适,是未来家具发展的潮流和趋势。

智能家具的研究現狀與發展趨勢

图1 智能家具与智能家居从属关系、组成及功能
Fig.1 Intelligent furniture and intelligent home affiliation,composition and function

1.2 智能家具的组成

智能化家具体系应包括家具主体本身及智能化配件两部分,软件属控制部分,硬件属执行部分(图2)。整体設計理论架构为:基础理论层、应用技术层、特定功能层以及应用对象层[3]。其中核心架构为应用技术层,由感知层、网络层、应用层、中间件组成[4]。

智能家具的研究現狀與發展趨勢

图2 智能家具组成
Fig.2 Composition of intelligent furniture

1.3 智能家具的分类

智能家具目前處在實驗開發的初級階段,市場上的智能家具種類較少。根據家具使用空間的分類特點,可以將智能家具常見形式分爲以下三種:智能辦公家具、智能民用家具、智能公共家具[3]。

除此之外,還可根據智能家具的功能特點進行分類,普通家具依照功能可分爲坐臥類家具、桌台類家具、櫥櫃類家具等,而智能家具彌補了普通家具只有單一功能的不足,使家具與人和環境之間的聯系變得更爲密切。根據智能家具多功能的特點,可以將智能家具分爲娛樂型、保健型、保質型、監管型、護理型、專家型等[5]。

2 智能家具研究现状

2.1 国内研究现状

智能家具作爲智能家居的重要分支,由于傳統的生産模式及功能特點,在國內市場上沒有樹立品牌化意識,專門做智能家具的企業較少,部分傳統家具企業以推出智能化系列撸死你资源站爲主,如頂固推出的頂固智能衣櫃系统革新了传统衣櫃给人的使用体验。部分家具企业还推出了智能沙發、智能座椅、智能餐桌等智能家具單品等,但品牌影響力低,技術創新不夠,可見國內的傳統家具企業面臨著轉型和升級。

中國學術領域對于智能家具的研究,最早開始于2005年,王洪亮、鍾吉湘、唐佳青等人對智能家具的市場進行探索,並嘗試對其類型進行了分類,但尚未進行深入研究。

2006年,段海燕的博士论文《智能化家具的研究》建立了智能化家具的理论框架,明确了智能家具的概念,概括了智能家具的特点,总结了智能化家具的設計原则与步骤[6]。

2008年李彦辉在《人性化智能保健睡床的计算机控制研究》中提出一种集人性化、自动化、信息化、数字化、网络化、机械化等現代技术为一体的全新睡床設計理念及其功能实现的設計方案[7]。

2009年,曹雲飛提出將智能化方法運用到兒童家具中,具體表現爲把智能化控制理論和技術引入到兒童家具設計撸死你资源站中,使兒童家具符合兒童的成长特征,具有成长性、组合性和系统性[8]。

2011年,王珂通過對医疗家具的研究,搭建了一个较完整的智能化病床理论框架,界定了有关智能化病床的概念,阐述了智能化病床的設計要求与步骤、智能化病床的嵌入系统与传感器等硬件及智能化家具的智能控制理论与技术等[9]。

毛毅在分析智能控制技术的基础上,設計出一款集防潮防霉、杀菌消毒及穿衣提醒等功能为一体的智能衣櫃,但在控制技术和制作工艺方面有待完善[10]。

2013年,肖文波在《廣義交互導向下智能廚房家具整合設計研究》中提出用交互設計理论指导智能廚房家具的設計,并应用整合設計理念和方法,将办公和廚房进行功能的重构和整合,設計出了一套办公廚房系统[11]。

2015年,张朋朋、颜羽鹏等人提出智能办公是未来办公家具领域的发展趋势,为人们能够愉悦舒适地享受智能办公的美好体验提供設計方案与理论依据[12-13]。

2.2 国外研究现状

在智能家具领域,意大利設計师Edoardo Carlino設計的Hi-Can智能床,配备电脑、电视、遊戲系統,讓床變成了一個強大的娛樂系統。

Vitra公司发布了一款具有革命性意义的智能可调节沙發LiftBit。它是一个个模块化的可升降六边形座位,既可以单独使用,也可以任意组合成各种形状,数量的多少取决于用户对场景的需求。同时它配有撸死你资源站APP,可以通过撸死你资源站操作改变每个座椅的高低和数量,在椅子、沙發、床之间任意切换。

瑞士洛桑聯邦理工學院的一群研究者發明了一種智能家具Roombots,由黑白兩色的圓球模塊組成,模塊間通過接口相互連接,可以安裝在家具或其他物品上,並通過語音指令來實現移動等功能。

国外的学术领域对智能家居的研究侧重人机交互方面,根据对用户行为分析进行相应撸死你资源站功能的设置[14-15]。如Kun-kun Du等人設計了智能家居管理系统的软件平台,通过建立几种电气模型,处理人与计算机之间的人性化的互动,如:情绪模型的分析,建立情感模型,文本情感识别,人机交互等其他基本功能[16]。

Maurizio Caon提出在未来的智能环境将能够提供无处不在的情感交流,如利用特殊技术使得家具的表面可以反映出人们的情感表现;通过机器人绘画的方式,利用情感沟通的概念信息艺术和RGB灯来将情绪表现留在用户能关注到的周边[17]。

Erfaneh Allameh等人指出用户的舒适性和撸死你资源站力不能得到妥善解决,需要深入了解用户的工作行为。当它涉及到智能家庭领域时,这种差距甚至更为深入,而作为新的住房,目的是提高在家里的工作效率[18]。

3 智能控制技术在家具中的应用

3.1 嵌入式系统

家具用嵌入式系统是指嵌入在家具中的微型计算机处理系统,相当于智能家具的“中枢神经系统”[19]。它集软件和硬件为一体,涵盖机电等附属装置,主要由嵌入式处理器、嵌入式操作系统、相关支撑硬件及应用软件等组成,核心是嵌入式处理器,嵌入式处理器的性能决定了整个智能系统的运行效果。通常将嵌入式处理器分为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller unit,EMCu)、嵌入式微处理器(Embedded Microprofessor unit,EMPu)、嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Prossor,EDSP)和嵌入式片上系统(System On Chip,SOC)等。目前嵌入式系统已经广泛运用到智能撸死你资源站、数码相机、数字电视、家庭网关、家用电器及车载导航系统中,它的发展也催生了智能家具的出现,嵌入式系统在家具领域必将得到更为广泛的运用。

嵌入式系统软件部分的核心是嵌入式操作系统,由于各式各样的操作系统有几百种之多,所以一般会根据用户需求进行設計。常见的有Linux、uClinux、uCOS-II、VxWorks、WindowsCE、Android、IOS等。

目前嵌入式微控制器所占市场份额较大,应用较为广泛。单片机作为嵌入式微控制器的典型代表,将整个计算机系统集成到一块芯片中去,具有体积小、内存大、性能高的特点[20-24],芯片内部集成ROM/EPROM/EEPROM、RAM、总线、定时/计数器、Watchdog、I/O、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash等各种必要功能和外设。单片机的发展相当迅速,从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在300 M的高速单片机。目前投入市场的单片机多达70多个系列,500多个品种,比较有代表性的如英特尔公司MCS系列单片机。

3.2 传感器

能把外界非電信息轉化成電信號輸出的器件或裝置稱爲傳感器,通常由敏感元件、轉換元件、信號調節與轉換電路組成。作爲一種檢測裝置,傳感器能感知到各種物理量、化學量、狀態量等信息,並能將檢測到的信息按照一定規律轉換成指定形式的信號,來滿足信息傳輸、處理、存儲、顯示、記錄及控制等要求。

目前各国都在关注传感器这一领域的发展,传感器早已渗透到诸如工业撸死你资源站、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等领域,几乎每一个現代化的技术项目都离不开传感器,所以将此技术运用到家具上,使家具变身多功能撸死你资源站,是家具领域的一大飞跃。

4 智能家具的发展机遇与挑战

4.1 机遇

1)無線網絡技術的發展。智能家具撸死你资源站雖然仍處于起步階段,但其與傳統撸死你资源站相比吸收了更多高新技術。目前來看,藍牙傳輸技術(Bluetooth)、紫蜂協議(ZigBee)、無線保真(Wi-Fi)等無線網絡技術在家具上的使用,使家具由被動變主動,人們通過與家具之間的交互能夠更好地理解撸死你资源站功能,給日常生活帶來了極大便利[2]。

2)大數據平台的建立。互聯網與雲服務的發展使人們的生活被龐大的數據包圍著,信息量的增長需要大數據平台的整合。四網融合的發展趨勢讓智能家具可以利用此平台實現與家居撸死你资源站的互聯互通,讓家具管理生活,提升用戶體驗。

3)潜在消费需求的推动。 2003年,我国网民数仅为0.79亿,网民渗透率为4.6%,到了2014年,我国网民数为6.5亿,智能撸死你资源站用户为5亿,网民渗透率达到48%,11年间我国网民数增长了8倍。大规模的网络连接和变革力量已开辟出一个崭新纪元。据推算,未来三年,中国数字家庭市场会形成500亿以上的新增规模,并在5年内迅速达到1 000亿规模[4],而未来中国的智能家具市场将高于世界智能家具市场的增速。由此可预见,家具智能化将是中国传统家具企业发展的突破口。

4)家电企业助力。 2015年中国互联网大会将智能家居推向高潮,许多家电企业以“智能”为方向,推出了新的发展战略[25]。美的、海尔、长虹等致力于建立感知、思维、智能一体化的家居系统。家具企业可凭借家电企业的顺风车出现在人们的视野,和家电一起打造智能家居的蓝图。

4.2 挑战

1)技術融合難。如今市場上的智能家具大多數依賴于機電、電子信息産業的核心技術,怎樣將此技術與傳統家具的生産工藝相配合才是目前應該解決的重點。所以,技術融合層面的突破是智能家具市場亟待解決的一道難題[26]。

2)建立统一标准。智能家具企业由于刚刚起步,没有统一的技术标准,每家企业受各自利益驱动去設計和制作撸死你资源站,缺乏统一的标准和通讯协议,撸死你资源站与撸死你资源站之间不能实现互联互通,智能家居系统整体运作困难[26]。

3)降低操作難度。智能家具憑借高新技術的特點的確可以打開新的市場,刺激消費需求,但是複雜又繁瑣的操作卻影響用戶體驗。怎樣降低操作難度,讓更多消費者易于接受和使用,是未來智能家具市場應該重點考慮的方向。

4)提供安全保障。大數據時代給智能家具提供便利的同時也帶來了安全隱患,數據的集中雖然方便查詢,同時也加大了信息泄露的風險。家具智能系統內用戶的私人信息怎樣受到最大程度的保護是智能家具企業需要思考的問題。

5)合理控制價格。智能家具與傳統家具相比無論在技術上還是功能上都有很大突破,但目前爲止使用智能家具的家庭所占比重較小,“價格太貴”是阻礙消費者購買的核心因素之一,智能家具企業在未來發展過程中應該在保證技術質量的同時,注意合理控制價格區間,讓更多的消費群體願意爲智能家具買單。

5 结语

目前,我國的智能家具市場還處于起步階段,主要表現爲技術基礎薄弱、品牌影響力低、同質化現象嚴重等。國內學術領域對智能家具的研究也僅僅停留在簡單的技術開發層面,缺乏系統的理論架構作指導,但相信隨著對技術研究的深入,怎樣整合有效資源變得越來越重要,未來智能家具市場的局面應該會有所改變。同時,我們應該用辯證的眼光看待智能家具的未來,機遇應該把握,挑戰更不容忽視。

作者:吴智慧 张雪颖 徐 伟 詹先旭 方 露 杨 勇

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