大数据驱动的智能家居产品设计思考与实践

闫胜昝 韩志天

摘要：针对人工智能、大数据时代，多功能智能产品功能欠缺或冗余问题，为提高多功能智能产品设计的功能实用性，提升用户体验。从丰富数据、基于客观行为和产品实际用户的角度出发，通过设计具有信息反馈能力的多功能产品，探索提高工业设计水平和价值的方式方法，以一款智能家居产品的设计实现为例，阐述这一设计思路和方法的实际意义。以期该设计探讨有助于简化和优化智能产品功能，促进工业设计的变革与发展。

关键词：工业设计数据驱动智能产品信息反馈数据分析

中图分类号：TS664.9文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2021）09-0011-03

Abstract： In the era of artificial intelligence and big data，the problem of functional deficiency or redundancy of multi-functional intelligent products is getting attention to improve the functional practicability of multi-functional intelligent product design and the user experience. From the perspective of rich data，based on objective behavior and actual users of product，through the design of multi-functional products with information feedback ability，explore ways and methods to improve the level and value of industrial design. Taking the design and implementation of two products as an example，this paper expounds the practical significance of the design ideas and methods. This design discussion will help to simplify and optimize product functions，and promote the reform and development of industrial design.

Keywords： Industrial designData-drivenIntelligent product Information feedbackData analysis

前言

在我們的生活中，最经常发生而我们却不曾发觉的就是设计，设计发源于生活，服务于生活，并高于生活，我们生活在设计中，通过设计感悟生活，改变生活，追求更好的生活。产品设计的第一要素是功能，当然造型的美观、色彩的舒适、人机的优化等更是锦上添花，在满足产品实用性，能够用起来的基础上，提高用户体验，是产品设计不竭的追求。

随着“工业4.0”和大数据时代的到来，产品的变化愈演愈烈，演变成为各行各业的主旋律，“唯一不变的就是变”[1]。传统产业创新能力不断提升发展机会不断增多，受人工智能和虚拟现实等技术的影响，工业设计迎来巨大发展机遇[2]。越来越多的多功能智能产品出现，然而产品的众多功能中又有多少是深得人心、利用率较高的呢？造型意象存在认知差异，兰州理工大学的苏建宁教授等对其进行了熵评价研究，研究指出由于认知环境、知识背景和经验等信息的差异，导致用户、设计师和工程师对产品有不同的意象认知，因此需综合三者基于意象认知的造型熵评价模型来确定产品的造型[3]。海内外众多学者纷纷进行智能产品设计研究[4-10]，对于智能产品功能实用性的判断，更应该基于实际使用中的真实反馈，将智能产品与大数据平台相结合，通过大数据平台收集和分析客观

使用数据，以及设计流程中的过程数据，并指导多功能产品的功能设计将成为研究热点。

一、产品设计开发流程及问题分析

传统产品设计开发流程主要包括设计准备、市场调查、问题分析、设计展开、方案评审、样机制作、试产及投放市场、用户使用等几个阶段和步骤，整体呈直线型，如图1所示。

一般线下销售的产品，设计开发流程到此结束，而线上销售的产品虽有形式上的反馈（网上好评机制），但这种反馈多流于形式，甚至被有些商家搞成了促销活动（好评返现，水军刷好评等），导致无法获得真实有效的反馈信息。这种无反馈、直线型的设计开发流程容易导致设计师凭主观判断决定产品的功能组成，或者通过设计前期的市场调查来决定新产品的设计方向。传统的市场调查多基于调查问卷、问卷分析，而这种形式也存在，调查对象与产品用户不一定重合;回答问卷凭主观感觉，非客观行为;调查范围有限，数据不足导致分析结果存在偏差、可靠度低等问题。最终导致的后果就是产品的设计存在功能不足或功能冗余的现象。

结合以上对传统产品设计开发流程的分析，可以发现智能多功能产品的设计存在以下问题：（1）设计流程单调、单一，呈直线型;（2）对设计师的工作经验和主观判断依赖性高;（3）基于有限数据的问题分析和功能定位，不能充分反映用户需求;（4）基于弱相关性反馈信息或虚假反馈信息的设计可靠性不高;（5）导致设计方案及最终产品的用户体验下降，影响市场销售。鉴于此，随着大数据时代的到来，提出将大数据引入产品设计开发流程中，形成设计前期阶段由客观数据驱动，设计后期阶段信息反馈回流生成新的大数据，智能产品使用即人工智能可利用大数据资源进行学习，为用户提供更好的服务，同时也可以将用户实际操作的数据信息收集反馈到大数据库中，便于驱动下一循环的设计流程，从而打造环状循环驱动的创新设计思路。具体如图2所示。

二、大数据、人工智能在设计中的作用

作为“‘十三五十四大战略”之一的“国家大数据战略”，我国大数据产业正处于高速发展期，新产品、新服务不断推出。大数据发展的显著趋势让数据成为新的“生产要素”，主导着产品的设计开发。大数据时代，虽然仍面临59%的数据为无效数据，70%～85%的数据过于复杂，85%的企业数据架构无法适应数据量和复杂性增长需求，98的企业无法及时、准确地为业务提供正确信息等挑战[11]，但在各个领域都在不断研究大数据的应用，如设计中无论是表现手段、设计方法还是产品功能，均在不断吸收大数据的优势，从用户体验的角度设计更多、更新、更有市场价值的产品。

人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。大数据可谓驱动人工智能的三驾马车之一，可以为人工智能的发展提供动力源，大数据重要的是数据的处理、挖掘、分析、可视化、应用等一整套的过程，而数据来源是首要问题。人工智能与设计的结合主要体现在人工智能产品的开发和人工智能技术在产品设计中的应用两个方面，如生活中的智能扫地机器人、智能手环等产品，再如2019年米兰设计周期间斯塔克推出的一把依靠人工智能技术设计的椅子首次体现了人工智能技术在产品设计中的应用。然而最近浙江大学的孙凌云团队进行了以人为中心的智能产品设计现状及发展趋势研究，指出人工智能领域正面临着从技术驱动向以人为本的重要转折，人工智能的应用应该辅助和增强人类，而不应是取代人类[12]。

综合来看，大数据在产品设计各个阶段的应用理念已基本成熟，如需求分析阶段，可通过数据的转化及采集，进行需求信息提取、需求功能转化、需求偏好分析和需求趋势预测;在方案生成阶段，可通过数据存储及处理，达到功能映射、方案优化组合、整体创新设计;而在方案评价中，又可以通过数据分析和数据解释，完成产品性能获取、指标权值分析和方案择优评价[13]。基于大数据的设计可以做到围绕真人真事，关注产品服务、使用环境和信息反馈，将有助于在整个产品研发过程中更好地理解用户对产品的本质需求，面向用户本质需求的设计，才能适应人类和社会的发展进步。然而，由数据驱动的产品创新设计具体应用实现和解决方案还有待研究。对于人工智能产品的开发，数据是智能产品学习能力依赖的底层基础，同时人工智能产品也应成为支撑大数据不断丰富和完善的来源，通过人工智能产品对用户使用信息的采集、存储和上传，将有助于充实、优化大数据资源。因此，在智能產品的设计中应该在保障用户隐私的前提下，尽可能多地收集回流用户使用产品中的一些客观数据;另外，鉴于人工智能的机器思维与人类的设计思维之间存在的差异，设计过程不能完全依赖大数据+AI技术，不可屏蔽设计师的参与，感性思考用户需求，努力做到以人为中心的智能产品设计。

三、一款智能家居产品设计

（一）行业分析

智能化时代，随着社会的不断发展与进步，人们愈加注重个人家居生活品质，智能家居产品的市场前景广阔。据Statista数据，2017 年世界智能家居市场规模约334亿美元，到2022年有望迅速增至782 亿美元。从国内市场来看，根据前瞻产业研究院的统计，2017年中国智能家居市场规模约为65.32亿美元，2012-2017年年均复合增长率为38.87%，呈现极为迅速的发展态势。而数据驱动的智能家居产品将不仅具有更佳的智能化性能，而且更加能够契合用户需求设置功能，并不断优化用户体验和交互方式等。

5G时代，大数据资源愈加丰富，科技日新月异，普通的智能化产品已无法满足当代人的需求，针对市场，同时面向用户个性化需求的产品设计是智能家居产品的设计方向。目前市场上的智能家居产品很多，如小米的Yeelight智能灯泡和床头灯、iHealth智能血压计、手环、体重秤、空气净化器，以及一些智能门锁、智能开关、智能窗帘等等，大多都是通过物联网技术实现的手机端控制，而且多为独立单一的智能产品。目前大数据在智能家居中的使用还处于对单一产品的数据采集、分析、利用阶段。建立智能家居大数据平台才能整合资源，使大数据在智能家居领域更好地为消费者服务。实现未来家居产品的互通互联，采集、控制家庭中所有智能设备，作为家庭的大数据池，收集并支撑智能家居产品，提高服务质量，才能让生活更舒适、更健康、更高效。

综合以上分析，智能家居产品过分依赖于手机应用，体现了大数据、人工智能技术应用和产品设计的不足。清晰定义大数据及其应用，寻找更好地大数据收集和使用方法，合理化功能配置，优化用户体验和交互方式，是强化大数据、人工智能技术在产品设计中作用的方向。

（二）设计原则

针对前述对目前智能家居行业的了解[14]，在分析现有智能家居产品的基础上，以智能化以核心，以智能家居产品的集控中心为目标，改进设计一款集科技感、智能化、功能化、数据反馈概念的智能管家机器人产品。

鉴于人们对高质量生活的追求，以及消费水平的提高，家居产品应朝智能化、高端化、科技化、功能化的方向发展，根据对现有产品的调查分析，归纳总结出以下几个有关智能家居产品的设计原则。

1.安全性原则

安全性是提升生活质量以及未来发展进步的基本前提和保障，任何一款产品都应在设计中严格遵循安全性原则，充分考虑产品使用过程中可能对使用者安全产生威胁的各种因素，通过合理、先进的设计避免安全问题产生，主要体现在造型安全和材料安全两个方面。

在造型上，产品外观不能有尖锐的棱角和细长的凸起，任何转折部位都应圆滑过渡，避免使用时对使用者造成物理性伤害，如磕碰或者划伤等。产品造型应大小适宜，在满足功能前提下适当考虑环境融人感，智能家居产品作为家庭生活用品，造型体量上应适于家用，安装、移动方便，作为智能管家机器人，不能过大或过小。选材方面，根据各种材料的不同语义，选择适于家居产品且有一定耐受度的材质，以保证产品的功能实现和安全性。

2.实用性、易操作性原则

实用性原则是设计的关键，也是设计的根本。如前文所述，目前有一种功能集成化设计的趋势，产品功能越来越多，但有些功能是设计师的一厢情愿，实用性不高，冗余的的功能增加了产品操作的难度，从而导致使用者的体验变差，因此设计的前期调研由大数据驱动，让数据说话并指引设计中的功能设置，才能做到功能合理、操作简便，从而给使用者带来良好的用户体验。可见实用性和易操作性是提高用戶体验的根本，要拥有良好的体验性，产品一定要做到功能实用、操控简单明了，目产品设计应满足使用者的使用习惯。首先对于产品拥有的功能应客观分析，其次应设计简便的操作流程，并在产品的具体操作方式上采用功能按键加智能化语音相结合的设计。在某些必须固定的按键以及开关处，做到操作介质唯一，直接、单一的对应某一种固定功能。

3.交互性原则

生活原本就是丰富多彩的，而设计源于生活，丰富生活，让生活更美好，让人们的生活方式更便捷。随着社会的进步和发展，所谓交互不应仅仅体现在功能的交互，还应该关注情感的互动体验。在智能管家机器人的设计中，应尽力弱化“机器人这一冰冷的概念，通过它作为智能产品的设计，不仅从智能化功能服务提供方面，而且从外观造型的情感化体验方面，让使用者更加喜欢和认可该产品设计。智能管家机器人不仅仅是方便人们的生活，集中控制智能家居产品，实现智能家居的管理，还应发挥其智能化产品的作用，给人们提供亲和力陪伴和“玩具”式体验。产品不能仅停留在解决使用功能问题基础上，还可以把它当作一种促使情感互动的玩具和日常生活中的伙伴。在造型设计中要给人带来喜爱感，同时要注重智能产品的科技感，从而在外观造型上让使用者产生情感共鸣。

（三）产品设计

综合考虑以上原则，产品设计采用简约风格，整体造型简洁，仿人形设计，外表配色简约，整体统一而独具特色，力求设计美感，给人大方而温和的感觉。在功能实现方面，以开关按键、电源和语音操作为主，模型墨镜区域为交互显示屏。整个方案主要以智能管家机器人造型上和功能上的设计为主，并增加更加智能化功能的概念体验设计，以满足人类生活更加方便和有趣的体验，并结合现有的智能化产品功能加以改进优化，实现更加智能化的智能管家机器人设计。产品主要适用于智能家庭或智能办公区域场所环境，是一款具有智能家居系统集控中心操作系统的智能机器人产品。

1.设计思路

结合前期的市场调研以及对产品的定位分析，设计整体方向为仿人的造型，通过发挥想象，对整体造型及部分细节规划出大致方向。

机身设计中采用了六边形蜂巢造型元素，象征智能与团结，通过对六边形的重组、打散、再构，生成机身上的造型细节，元素演变如图3所示。

在造型设计思维中加入产品功能约束，协调完善造型和功能，在面部眼睛部位设置墨镜区域为摄像头、扫描屏，内设扫描器、文字转换器等，耳朵部位设置扬声器、收音器等，实现语音交互功能，整体造型简洁大方。

产品主要特点体现在①智能自充电②自行走③智能操控面板④智能语音识别。通过机器人底部设置的四个轮足实现行走，通过面板操控或语音指令，由芯片及传感器控制其行走，并可识别电量，实现智能自充电。设置的操控面板及收音器可实现智能手动操控或语音操控，完成指定任务，同时借用了人工智能的学习能力，可在使用中不断根据用户的偏好优化其提供的功能。产品特点如图4所示。

2.设计方案

智能家居产品在人类的日常生活中日益占有重要地位，其设计的好坏不仅影响使用效果，同时也会影响到用户的使用体验。对于智能管家概念机器人的设计，不仅要满足当代智能家居中便捷、安全、智能的理念，也要结合情感化设计，在使用过程中给人以良好的体验感。最终实现的产品设计效果图如图5所示，使用场景效果图如图6所示。

结语

随着全球化发展、产品竞争日益加剧，智能领域在科技支撑下飞速发展。智能产品的设计也是一个动态的、持续发展的过程，需要与时俱进地进行分析。从多功能智能产品的功能合理化设置、提升用户体验的角度，分析了设计流程中引入大数据技术的必要性。通过大数据充实分析样本提升设计前期定位研判的准确性，客观数据代替问卷调查中的主观想象也为产品的准确定位提供保障，而数据来自产品实际用户的使用行为，相比随机调查问卷的来源更加精准，这些都为产品设计中的功能合理化配置打下了基础，同时通过设计智能化具有信息反馈能力的产品，可不断丰富和完善大数据库，形成良性设计循环。以一款智能家居产品的设计为例，介绍了设计思路和设计方案，设计流程和方法清晰可行。该研究面向未来智能产品设计，提出了大数据驱动产品设计，并由智能产品反馈信息丰富大数据库的循环优化提升设计思路。

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