面向智慧生活的智能家居设计研究

北京理工大学设计与艺术学院，北京，100081

摘 要：城市空气污染日益严重，这为家庭生态环境埋下了诸多健康隐患，因此人们越来越重视家庭生活的健康。另一方面，随着智能技术的发展，智能家居开始融入人们的家庭生活。为了更好地解决家庭生态环境中存在的安全隐患问题，维护家人健康，本小组通过相关文献研究、用户调研、设计实践与设计评估等方法，分析了智慧生活理念及发展、家庭生态系统、现有家庭智能家居产品及智能技术在家庭生活中的应用。研究内容涉及到了家庭生态系统的组成及维护方法，和智能家居与人在操作、情感上的交流、交互新方式。研究结论总结出了一种控制家庭环境中温度、湿度及空气健康的可行性方法。该方法从理论上提出了一种促进更加友好、健康的家庭生活的设计理念，从实践上维护了用户在家庭的生态环境健康。

关键词：智慧生活；智能家居；生态健康；可行性方法

1介绍

目前，城市大气污染排放日益严重，它集中体现在雾霾污染和光化学烟雾污染。由于现代生活家居空间的密封性逐渐加强，各种新型材料的装饰和家具大量应用，以及空调的广泛应用，导致人们在家开窗通风时间减少，使得不良气体在室内蓄积，对家居环境安全构成巨大隐患。因此，人们希望在网络信息技术的帮助下，通过智能家居来更高效的帮助人们进行生产生活，提供更便捷、健康、安全的生活体验。随着现代科学技术的发展，智能家居已经被大众所广泛接受。智能家居通过对家庭环境中温度、湿度、空气质量的监测和数据记录，作出智能化反应，维护家庭生态环境的健康，解决家庭空气污染的同时，让传统的家居变成一个有感情、可交流的智能家居，让人与家居变成一种人与智能化机器的交互来改变原有的生活模式。我们通过对相关文献的查阅，分析了智慧生活与智能家居的理念及发展和现有家庭智能家居产品及智能技术在家庭生活中的应用；通过用户调研、设计实践与设计评估等方法，研究了现代家居生态环境的健康问题及维护方法。我们的设计目标旨在实现对家居生态环境的智能控制和节能控制，帮助人们构造舒适的生活环境，唤起人们对高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境的追求，促进人与环境的和谐相处。

2理论基础

2.1智慧生活与智能家居

智慧生活是充分利用现有“物联网”与“互联网”技术，实现人类生活与物理环境的和谐，带来一种新的智能生活方式。基于这一理念出现了新的智能化家居。智能家居是以家居住宅为基础媒介，通过网络技术、综合布线技术、自动化控制技术、音频视频技术和计算机技术将家具设备等有关于生活工作的设施通过“物联网”集成，实现统一监管、提供多功能整体式服务和全方位的信息交互渠道。智能家居控制系统提供了一种全新的、高效的生活方式。用户可以在家中通过手机、电脑、电视及终端设备，达成信息共享，实时反馈给用户信息。如提醒用户购买水果、蔬菜或日用品等生活用品，快捷高效的处理日常家务。智能家居多方位、多角度的为家居生活创造更舒适的、更便捷的、更安全的、更健康的生活条件，并进一步打造出具备共同智能生活理念的家居“生态圈”。

2.2家居生态环境理论研究

家庭生态环境包括家庭环境内的空气、水、温度等物理环境。生态家居旨在环保、人性化、个性化的基础上，考虑人们生理与心理的健康因素，为客户提供家居产品的设计与生产，来创造一个有利于居住，舒适健康的生活环境，同时又带给人们心理上满足、宁静、愉悦的人文关怀，让人们的生理层面和心理层面都感到自然和谐的适宜居住的生态环境。

智能家居产品可以真正的优化现有的家居生态环境，节省生活成本：家中能源消耗设备可以自动关闭，减少电量无意义浪费；使用便捷：智能化系统提供远距离遥控联接，当用户外出时，可以通过智能终端联接互联网来调整和控制智能家居设备；安全性高：家庭智能化安全监测系统可以防御侵入并在紧急情况时及时报警，有效保证家居安全；改变生活方式：可以在家办公、娱乐、以及进行视频等。这一切也是智能家居产品设计的根本目的。通过对现代高科技、现代建筑与现代生活理念的完美结合而产生的智能家居产品，可以在同时满足物质与精神两方面需求的空间环境里，大大提高人们的生活质量，为人们带来更为惬意、轻松的生活，进而达到人与家居生态环境的和谐与统一。

2.3基于家庭生态健康的智能技术

Zigbee无线网络技术。ZigBee技术属于一种新兴的适用于、短距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、低成本的无线网络技术，采用树形拓扑结构通过处理网络层与应用层，以及链接高层应用、测试和市场推广等方面进行数据分析，形成了自己数据统计方案并具有良好的网络稳定性。现有智能家居大多通过ZigBee无线网络实现智能家居环境生态监控，进行实时的集中监控并且为用户提供反馈信息，自动或手动进行提示管理。HEPA高效过滤技术。智能监控系统根据室内空气污染物的性质可以及时、准确的提醒用户家居状态存在的问题，并进行降温、加濕等有效措施，改善家居环境。主要用于捕集0.5um以下的颗粒灰尘及空气中各种悬浮物。采用超细玻璃纤维纸材料作为滤料，胶版纸、铝膜等材料作为分割板，并与木框铝合金胶合而成，净化器采用特种硅橡胶，化学性能稳定，耐腐蚀，可吸收热胀冷缩产生的应力而不会开裂，软硬度适中，弹性恢复好。

3产品原型设计

3.1设计定位

为了满足人们健康，智能，原生态的生活需求，我们设计出一种可供住宅室内的厨房、客厅、卧室移动使用的智能空气安全助手。通过手动控制、移动客户端控制、手势体感控制等交互方式，净化器实现实时监控检测室内空气状况，记录并净化室内空气，给家人带来安全、洁净、健康的空气。

3.2低保真原型设计

方案一：智能空气净化器整体采用圆形设计，顶部和底部为平面，顶部可种绿植，底部有轮子可让机体移动，给人饱满安全的感觉，但圆形机体不能保证机体在运动状态下的平衡稳定性，且过于占空间，故舍弃这个方案。方案二：净化器整体设计为棱锥形，机体稳定性强，顶部为平台可种植绿植，侧壁带有把手可供人移动机体，但外形过于笨重不美观故放弃此方案。最终设计说明：外观上采用了立方结构，符合现代智能生活的整体风格。上方运用了一个“回”字，引申出家庭为中心的概念；下方滚轮方便在家庭各区域工作，当产品处于低电量模式时，可自行回归充电处，利用“蹲”完成充电，增强人机情感互动；整体利用大自然中的水、植物、空气等元素，构成一个健康可循环的生态环境（见图1）。

3.3高保真原型设计

净化器通过连接互联网，将采集到的空气数据传至云端汇总并通过大数据分析，计算出合理的解决方式再传输至终端，提供给用户进行参考。操作方法：用户首先按下开机按钮，功能按钮可以控制净化器进行加湿，净化空气，冷、热风调节并开启静止或自动巡测状态。显示屏显示当前空气和工作状态，如空气温湿度、PM2.5状态、空气中有害气体报警，并显示净化效果，一格质量差， 一般时三格，良好五格。另外，显示屏还可以显示当前风速、是否释放负离子，开启睡眠模式、滤网更换提醒等。为提高用户体验度还提供了附加功能如指示灯、定时系统、儿童锁功能等。除终端界面外，用户在离开家门后可使用手机APP远程控制和语音控制继续控制其工作，并对用户的要求作出反应增加互动性。净化器的顶部培养皿可供种植植物，当净化器工作时加湿装置可以通过加湿管道使用内置水箱中生成的水汽灌溉顶部植物（见图2）。

3.4 总结

智能空气净化器设计的交互系统的统一与联系性实现了人、空气净化器、移动终端的多维交互的协调关系。设计上增强了家居设备和人之间的情感，相对于传统家居而言，智能家居可利用“大数据”共享资源，实现用户在数据化时代下的“云端生活”。智能空气净化器在解决基础空气优化的前提下，通过物联网技术采集终端数据库收集各个不同家居生态圈的空气状况数据，整合出更高效可行的解决方案，给予了用户更加健康人性化的家居生活。但智能空气净化器的设计在技术上并不能实现整个家居的“物联网”不能形成整体的智能家居环境。

4设计原则

预测性：智能家居设计应该体现可预测性。可预测性表现在的产品使用过程中不仅可以通过手动控制、移动客户端控制等传统控制方式，更提出了利用手势体感控制以及语音控制等新的人机交互方式。语音识别系统会根据用户的相应要求做出反应。让用户不仅可以利用手机app远程控制产品，还可以做到不通过其他媒介进行语音控制。在我们的设计中用户要求开机时，只需站在净化手机声音范围内语音发布指令即可。在未来高速发展的智能信息化时代，语音控制或将成为最便捷简单的智能操作方式。

环保性：在智能产品的生产、使用以及后续回收问题上都充分考虑设计中的环保性。在产品中的内部运作系统和外部材料选择都应遵循绿色环保概念。在外部材料选择中注意其可靠性和耐久性，尽可能的选择可循环材料；在内部运作部分中合理的引用环保的智能技术，保证在产品自身的使用中不会造成二次污染。在净化器中设计吸收有害气体的进出口时考虑到各气体密度达到有效促进空气循环，保证注水水质，在净化家庭环境的同时避免净化器自身产生二次污染。使产品在最大程度净化空气的同时不给环境及能源带来负担。

交互性：在智能家居的设计过程中，除了要遵循“以人为本”的设计原则外，也应该考虑用户的情感体验，思考人与产品之间的关系，建立更加友好、自然、有趣的人与产品之间的交互方式。设计交互界面时遵循减少用户认知成本以确保交互方式和过程与用户认知过程一致；界面简洁美观；对用户的操作指令进行及时反馈，并通过任务提示和信息反馈来指导用户。利用净化器设计的交互系统将人、空气净化器、移动终端等多维的交互关系来创建健康安全的智能家居环境。在我们产品中，为了丰富人机之间的情感交流增添了绿植的设计，在家人照顾绿植的过程中，培养了家庭氛围，增加了人与产品间的互动，使产品更加有趣。让人们与产品之间不仅可以做到基本的人机互动，更可以在一定程度上达到人际互动，促进人与人之间交流。

主观能动性：在智能产品设计中同时要具有一定的主观能动性。在互联网时代的背景下，智能产品利用云端大数据的支持，收集并记忆用户的行为习惯，可做出更智能的反应，为用户实现量身定制专属的解决方案。我们的净化器设计中，当产品過低电量运行时可自动回到充电处；同时包括当前风速、是否释放负离子、开启睡眠模式、滤网更换做到自动提醒。根据用户的日常使用方式来制定个性化的解决方案，为用户量身订造出适合个体家庭情况的专属个性化设置。

美观性：智能产品的外观上的设计应契合家庭的整体氛围，与家庭环境相互协调，达到简洁，健康等要求。随着当代人们对于外观要求的不断提高和大量智能产品出现，在产品的外观上既要高端前卫，符合家居室内的环境要求，也要做到便于人们接受，区别于其他金属外观的智能产品给人带来的距离感。在净化器中选用圆滑可爱的外观造型，ABS环保塑料做到外观亲切便于接受，满足大多数家庭的选择。

5结论

在现代城市空气污染日益严重和智慧生活、智能家居概念的普及的背景下，本小组对"如何利用智能家居产品更加友好、高效地维护家居生态环境的健康"这一问题进行了探究。小组在对"智慧生活"、"智能家居"、"家居生态"的文献研究中发现，家居生态环境健康已越来越被人们所重视，将现代互联网技术、物联网技术、智能技术等科学技术应用于家居生活、维护家人健康被大众所期望，传统家居产品向智能化家居产品转型已经成为一个必然发展趋势。基于设计实践和对设计实践的评估，小组从本能层面、行为层面、反思层面探究了不同用户对该产品的使用体验，发现：本能层面和行为层面的用户评分较高，说明该产品的外观审美、功能及其中智能技术的应用已经能基本符合用户的心理预期，能达到维护家庭生态环境健康的目的；在反思层面上，用户评分总体较低但也有最高分5分出现，说明该产品在与人进行情感交互的方面做得不够，以及用户对更全面、更有趣的人机交互方式的巨大期望。该项研究具有重要的理论和实践意义。从理论上，这项研究有助于智能家居和家居生态的研究，同时提供出了一种促进家庭生活更加友好、健康的设计理念。此外，从实践上结合了现代智能技术，维护了用户在家庭生态环境中的健康。

参考文献：

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[4]倪瀚，姜君臣.基于生活形态的产品设计研究[J].包装工程，2010（24）.

作者简介：

吴雨霖/女/1994年生/河北石家庄人/本科/研究方向为产品设计