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智能家具的研究现状与发展趋势

家具知识 H90 10个月前 (12-26) 2483次浏览 扫描二维码

摘要: 通过对智能家具产业概况、智能家具国内外研究现状、智能控制技术在家具中的应用三方面的综合分析,提出了智能家具体系构成及其设计研究方法,最后对智能家具发展前景进行分析归纳,总结出其在物联网时代的发展机遇与挑战,可对未来智能家具产业的发展起到积极的指导作用。

关键词: 智能家具; 智能控制; 嵌入式系统; 物联网; 发展前景

科技的发展使“智能家居”通过各大媒介开始进入公众视线。目前,家居行业已开始重视对智能控制技术的应用,主要以居家住宅为平台,这样的智能化平台可以形成单品之间的互联互通,系统场景设定更丰富,功能可塑性强。家具作为家居的一部分,传统的生产模式和功能已不能满足智能化时代的需求,家具智能化是其发展的必然要求[1],“智能家具”一词随之产生,智能家具是智能家居的重要组成部分,但其定义模糊,随着高新技术的发展及其在家具上的应用使得其定义在不同时期有着不同的解释。智能家具从定位上看,极具创新和实用性,但目前市场上很难找到一款真正意义上的“智能家具”产品。因此,智能家具若能作出更加实用与创新的改进,可以打开新的市场。

1 智能家具概述

1.1 智能家具的概念

智能家具属人工智能范畴,是智能家居的一部分(图1),是多学科和多领域技术成果的综合运用,目前还未形成相对专业的研究领域。笔者通过搜集大量的文献资料,尝试对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设计的开发过程中去,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,智能家具是在现代时尚家具的基础上,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产品中,使家具智能化、时尚化、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。

智能家具的研究现状与发展趋势

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)。整体设计理论架构为: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]。

智能家具的研究现状与发展趋势

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

1.3 智能家具的分类

智能家具目前处在实验开发的初级阶段,市场上的智能家具种类较少。根据家具使用空间的分类特点,可以将智能家具常见形式分为以下三种:智能办公家具、智能民用家具、智能公共家具[3]。

除此之外,还可根据智能家具的功能特点进行分类,普通家具依照功能可分为坐卧类家具、桌台类家具、橱柜类家具等,而智能家具弥补了普通家具只有单一功能的不足,使家具与人和环境之间的联系变得更为密切。根据智能家具多功能的特点,可以将智能家具分为娱乐型、保健型、保质型、监管型、护理型、专家型等[5]。

2 智能家具研究现状

2.1 国内研究现状

智能家具作为智能家居的重要分支,由于传统的生产模式及功能特点,在国内市场上没有树立品牌化意识,专门做智能家具的企业较少,部分传统家具企业以推出智能化系列产品为主,如顶固推出的顶固智能衣柜系统革新了传统衣柜给人的使用体验。部分家具企业还推出了智能沙发、智能座椅、智能餐桌等智能家具单品等,但品牌影响力低,技术创新不够,可见国内的传统家具企业面临着转型和升级。

中国学术领域对于智能家具的研究,最早开始于2005年,王洪亮、钟吉湘、唐佳青等人对智能家具的市场进行探索,并尝试对其类型进行了分类,但尚未进行深入研究。

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设计原则与步骤[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、机械化等现代技术为一体的全新睡床设计理念及其功能实现的设计方案[7]。

2009年,曹云飞提出将智能化方法运用到儿童家具中,具体表现为把智能化控制理论和技术引入到儿童家具设计生产中,使儿童家具符合儿童的成长特征,具有成长性、组合性和系统性[8]。

2011年,王珂通过对医疗家具的研究,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设计要求与步骤、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,设计出一款集防潮防霉、杀菌消毒及穿衣提醒等功能为一体的智能衣柜,但在控制技术和制作工艺方面有待完善[10]。

2013年,肖文波在《广义交互导向下智能厨房家具整合设计研究》中提出用交互设计理论指导智能厨房家具的设计,并应用整合设计理念和方法,将办公和厨房进行功能的重构和整合,设计出了一套办公厨房系统[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设计方案与理论依据[12-13]。

2.2 国外研究现状

在智能家具领域,意大利设计师Edoardo Carlino设计的Hi-Can智能床,配备电脑、电视、游戏系统,让床变成了一个强大的娱乐系统。

Vitra公司发布了一款具有革命性意义的智能可调节沙发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。同时它配有手机APP,可以通过手机操作改变每个座椅的高低和数量,在椅子、沙发、床之间任意切换。

瑞士洛桑联邦理工学院的一群研究者发明了一种智能家具Roombots,由黑白两色的圆球模块组成,模块间通过接口相互连接,可以安装在家具或其他物品上,并通过语音指令来实现移动等功能。

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产品功能的设置[14-15]。如Kun-kun Du等人设计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生产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手机、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设计。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

能把外界非电信息转化成电信号输出的器件或装置称为传感器,通常由敏感元件、转换元件、信号调节与转换电路组成。作为一种检测装置,传感器能感知到各种物理量、化学量、状态量等信息,并能将检测到的信息按照一定规律转换成指定形式的信号,来满足信息传输、处理、存储、显示、记录及控制等要求。

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生产、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,几乎每一个现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,使家具变身多功能产品,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)无线网络技术的发展。智能家具行业虽然仍处于起步阶段,但其与传统行业相比吸收了更多高新技术。目前来看,蓝牙传输技术(Bluetooth)、紫蜂协议(ZigBee)、无线保真(Wi-Fi)等无线网络技术在家具上的使用,使家具由被动变主动,人们通过与家具之间的交互能够更好地理解产品功能,给日常生活带来了极大便利[2]。

2)大数据平台的建立。互联网与云服务的发展使人们的生活被庞大的数据包围着,信息量的增长需要大数据平台的整合。四网融合的发展趋势让智能家具可以利用此平台实现与家居产品的互联互通,让家具管理生活,提升用户体验。

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,智能手机用户为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)技术融合难。如今市场上的智能家具大多数依赖于机电、电子信息产业的核心技术,怎样将此技术与传统家具的生产工艺相配合才是目前应该解决的重点。所以,技术融合层面的突破是智能家具市场亟待解决的一道难题[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设计和制作产品,缺乏统一的标准和通讯协议,产品与产品之间不能实现互联互通,智能家居系统整体运作困难[26]。

3)降低操作难度。智能家具凭借高新技术的特点的确可以打开新的市场,刺激消费需求,但是复杂又繁琐的操作却影响用户体验。怎样降低操作难度,让更多消费者易于接受和使用,是未来智能家具市场应该重点考虑的方向。

4)提供安全保障。大数据时代给智能家具提供便利的同时也带来了安全隐患,数据的集中虽然方便查询,同时也加大了信息泄露的风险。家具智能系统内用户的私人信息怎样受到最大程度的保护是智能家具企业需要思考的问题。

5)合理控制价格。智能家具与传统家具相比无论在技术上还是功能上都有很大突破,但目前为止使用智能家具的家庭所占比重较小,“价格太贵”是阻碍消费者购买的核心因素之一,智能家具企业在未来发展过程中应该在保证技术质量的同时,注意合理控制价格区间,让更多的消费群体愿意为智能家具买单。

5 结语

目前,我国的智能家具市场还处于起步阶段,主要表现为技术基础薄弱、品牌影响力低、同质化现象严重等。国内学术领域对智能家具的研究也仅仅停留在简单的技术开发层面,缺乏系统的理论架构作指导,但相信随着对技术研究的深入,怎样整合有效资源变得越来越重要,未来智能家具市场的局面应该会有所改变。同时,我们应该用辩证的眼光看待智能家具的未来,机遇应该把握,挑战更不容忽视。

作者:吴智慧 张雪颖 徐 伟 詹先旭 方 露 杨 勇

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