吳智慧 張雪穎 徐 偉 詹先旭 方 露 楊 勇

科技的發(fā)展使“智能家居”通過各大媒介開始進入公眾視線。目前，家居行業(yè)已開始重視對智能控制技術的應用，主要以居家住宅為平臺，這樣的智能化平臺可以形成單品之間的互聯(lián)互通，系統(tǒng)場景設定更豐富，功能可塑性強。家具作為家居的一部分，傳統(tǒng)的生產(chǎn)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(fā)展的必然要求[1]，“智能家具”一詞隨之產(chǎn)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(fā)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(chuàng)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”產(chǎn)品。因此，智能家具若能作出更加實用與創(chuàng)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范疇，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(yè)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。

從廣義上講，凡是將高新技術通過系統(tǒng)集成融匯到家具設計的開發(fā)過程中去，實現(xiàn)對家具類型、材料、結構、工藝或功能的優(yōu)化重構，使其代替由“人”操作的這類家具稱之為智能家具[2]。從狹義上講，將機械傳動、傳感器、單片機及嵌入式系統(tǒng)等技術原理運用到家具實體中，使之融入智能家居系統(tǒng)，變身智能單品，形成“人-家具-環(huán)境”多重交互關系的這類家具屬于智能家具。

因此，智能家具是在現(xiàn)代時尚家具的基礎上，將組合智能、電子智能、機械智能、物聯(lián)智能等巧妙地融入家具產(chǎn)品中，使家具智能化、時尚化、多功能化，使用更加便捷、舒適，是未來家具發(fā)展的潮流和趨勢。

圖1 智能家具與智能家居從屬關系、組成及功能Fig.1 Intelligent furniture and intelligent home affiliation,composition and function

1.2 智能家具的組成

智能化家具體系應包括家具主體本身及智能化配件兩部分，軟件屬控制部分，硬件屬執(zhí)行部分（圖2）。整體設計理論架構為：基礎理論層、應用技術層、特定功能層以及應用對象層[3]。其中核心架構為應用技術層，由感知層、網(wǎng)絡層、應用層、中間件組成[4]。

圖2 智能家具組成Fig.2 Composition of intelligent furniture

1.3 智能家具的分類

智能家具目前處在實驗開發(fā)的初級階段，市場上的智能家具種類較少。根據(jù)家具使用空間的分類特點，可以將智能家具常見形式分為以下三種：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(jù)智能家具的功能特點進行分類，普通家具依照功能可分為坐臥類家具、桌臺類家具、櫥柜類家具等，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(huán)境之間的聯(lián)系變得更為密切。根據(jù)智能家具多功能的特點，可以將智能家具分為娛樂型、保健型、保質型、監(jiān)管型、護理型、專家型等[5]。

2 智能家具研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

智能家具作為智能家居的重要分支，由于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式及功能特點，在國內(nèi)市場上沒有樹立品牌化意識，專門做智能家具的企業(yè)較少，部分傳統(tǒng)家具企業(yè)以推出智能化系列產(chǎn)品為主，如頂固推出的頂固智能衣柜系統(tǒng)革新了傳統(tǒng)衣柜給人的使用體驗。部分家具企業(yè)還推出了智能沙發(fā)、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(chuàng)新不夠，可見國內(nèi)的傳統(tǒng)家具企業(yè)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、鐘吉湘、唐佳青等人對智能家具的市場進行探索，并嘗試對其類型進行了分類，但尚未進行深入研究。

2006年，段海燕的博士論文《智能化家具的研究》建立了智能化家具的理論框架，明確了智能家具的概念，概括了智能家具的特點，總結了智能化家具的設計原則與步驟[6]。

2008年李彥輝在《人性化智能保健睡床的計算機控制研究》中提出一種集人性化、自動化、信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、機械化等現(xiàn)代技術為一體的全新睡床設計理念及其功能實現(xiàn)的設計方案[7]。

2009年，曹云飛提出將智能化方法運用到兒童家具中，具體表現(xiàn)為把智能化控制理論和技術引入到兒童家具設計生產(chǎn)中，使兒童家具符合兒童的成長特征，具有成長性、組合性和系統(tǒng)性[8]。

2011年，王珂通過對醫(yī)療家具的研究，搭建了一個較完整的智能化病床理論框架，界定了有關智能化病床的概念，闡述了智能化病床的設計要求與步驟、智能化病床的嵌入系統(tǒng)與傳感器等硬件及智能化家具的智能控制理論與技術等[9]。

毛毅在分析智能控制技術的基礎上，設計出一款集防潮防霉、殺菌消毒及穿衣提醒等功能為一體的智能衣柜，但在控制技術和制作工藝方面有待完善[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論指導智能廚房家具的設計，并應用整合設計理念和方法，將辦公和廚房進行功能的重構和整合，設計出了一套辦公廚房系統(tǒng)[11]。

2015年，張朋朋、顏羽鵬等人提出智能辦公是未來辦公家具領域的發(fā)展趨勢，為人們能夠愉悅舒適地享受智能辦公的美好體驗提供設計方案與理論依據(jù)[12-13]。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

在智能家具領域，意大利設計師Edoardo Carlino設計的Hi-Can智能床，配備電腦、電視、游戲系統(tǒng)，讓床變成了一個強大的娛樂系統(tǒng)。

Vitra公司發(fā)布了一款具有革命性意義的智能可調節(jié)沙發(fā)LiftBit。它是一個個模塊化的可升降六邊形座位，既可以單獨使用，也可以任意組合成各種形狀，數(shù)量的多少取決于用戶對場景的需求。同時它配有手機APP，可以通過手機操作改變每個座椅的高低和數(shù)量，在椅子、沙發(fā)、床之間任意切換。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院的一群研究者發(fā)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，并通過語音指令來實現(xiàn)移動等功能。

國外的學術領域對智能家居的研究側重人機交互方面，根據(jù)對用戶行為分析進行相應產(chǎn)品功能的設置[14-15]。如Kun-kun Du等人設計了智能家居管理系統(tǒng)的軟件平臺，通過建立幾種電氣模型，處理人與計算機之間的人性化的互動，如：情緒模型的分析，建立情感模型，文本情感識別，人機交互等其他基本功能[16]。

Maurizio Caon提出在未來的智能環(huán)境將能夠提供無處不在的情感交流，如利用特殊技術使得家具的表面可以反映出人們的情感表現(xiàn)；通過機器人繪畫的方式，利用情感溝通的概念信息藝術和RGB燈來將情緒表現(xiàn)留在用戶能關注到的周邊[17]。

Erfaneh Allameh等人指出用戶的舒適性和生產(chǎn)力不能得到妥善解決，需要深入了解用戶的工作行為。當它涉及到智能家庭領域時，這種差距甚至更為深入，而作為新的住房，目的是提高在家里的工作效率[18]。

3 智能控制技術在家具中的應用

3.1 嵌入式系統(tǒng)

家具用嵌入式系統(tǒng)是指嵌入在家具中的微型計算機處理系統(tǒng)，相當于智能家具的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”[19]。它集軟件和硬件為一體，涵蓋機電等附屬裝置，主要由嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、相關支撐硬件及應用軟件等組成，核心是嵌入式處理器，嵌入式處理器的性能決定了整個智能系統(tǒng)的運行效果。通常將嵌入式處理器分為嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller unit，EMCu）、嵌入式微處理器（Embedded Microprofessor unit，EMPu）、嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Prossor，EDSP）和嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip，SOC）等。目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛運用到智能手機、數(shù)碼相機、數(shù)字電視、家庭網(wǎng)關、家用電器及車載導航系統(tǒng)中，它的發(fā)展也催生了智能家具的出現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)在家具領域必將得到更為廣泛的運用。

嵌入式系統(tǒng)軟件部分的核心是嵌入式操作系統(tǒng)，由于各式各樣的操作系統(tǒng)有幾百種之多，所以一般會根據(jù)用戶需求進行設計。常見的有Linux、uClinux、uCOS-II、VxWorks、WindowsCE、Android、IOS等。

目前嵌入式微控制器所占市場份額較大，應用較為廣泛。單片機作為嵌入式微控制器的典型代表，將整個計算機系統(tǒng)集成到一塊芯片中去，具有體積小、內(nèi)存大、性能高的特點[20-24]，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM/EEPROM、RAM、總線、定時/計數(shù)器、Watchdog、I/O、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash等各種必要功能和外設。單片機的發(fā)展相當迅速，從上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在300 M的高速單片機。目前投入市場的單片機多達70多個系列，500多個品種，比較有代表性的如英特爾公司MCS系列單片機。

3.2 傳感器

能把外界非電信息轉化成電信號輸出的器件或裝置稱為傳感器，通常由敏感元件、轉換元件、信號調節(jié)與轉換電路組成。作為一種檢測裝置，傳感器能感知到各種物理量、化學量、狀態(tài)量等信息，并能將檢測到的信息按照一定規(guī)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。

目前各國都在關注傳感器這一領域的發(fā)展，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等領域，幾乎每一個現(xiàn)代化的技術項目都離不開傳感器，所以將此技術運用到家具上，使家具變身多功能產(chǎn)品，是家具領域的一大飛躍。

4 智能家具的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)

4.1 機遇

1）無線網(wǎng)絡技術的發(fā)展。智能家具行業(yè)雖然仍處于起步階段，但其與傳統(tǒng)行業(yè)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(xié)議（ZigBee）、無線保真（Wi-Fi）等無線網(wǎng)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產(chǎn)品功能，給日常生活帶來了極大便利[2]。

2）大數(shù)據(jù)平臺的建立?；ヂ?lián)網(wǎng)與云服務的發(fā)展使人們的生活被龐大的數(shù)據(jù)包圍著，信息量的增長需要大數(shù)據(jù)平臺的整合。四網(wǎng)融合的發(fā)展趨勢讓智能家具可以利用此平臺實現(xiàn)與家居產(chǎn)品的互聯(lián)互通，讓家具管理生活，提升用戶體驗。

3）潛在消費需求的推動。 2003年，我國網(wǎng)民數(shù)僅為0.79億，網(wǎng)民滲透率為4.6%，到了2014年，我國網(wǎng)民數(shù)為6.5億，智能手機用戶為5億，網(wǎng)民滲透率達到48%，11年間我國網(wǎng)民數(shù)增長了8倍。大規(guī)模的網(wǎng)絡連接和變革力量已開辟出一個嶄新紀元。據(jù)推算，未來三年，中國數(shù)字家庭市場會形成500億以上的新增規(guī)模，并在5年內(nèi)迅速達到1 000億規(guī)模[4]，而未來中國的智能家具市場將高于世界智能家具市場的增速。由此可預見，家具智能化將是中國傳統(tǒng)家具企業(yè)發(fā)展的突破口。

4）家電企業(yè)助力。 2015年中國互聯(lián)網(wǎng)大會將智能家居推向高潮，許多家電企業(yè)以“智能”為方向，推出了新的發(fā)展戰(zhàn)略[25]。美的、海爾、長虹等致力于建立感知、思維、智能一體化的家居系統(tǒng)。家具企業(yè)可憑借家電企業(yè)的順風車出現(xiàn)在人們的視野，和家電一起打造智能家居的藍圖。

4.2 挑戰(zhàn)

1）技術融合難。如今市場上的智能家具大多數(shù)依賴于機電、電子信息產(chǎn)業(yè)的核心技術，怎樣將此技術與傳統(tǒng)家具的生產(chǎn)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）建立統(tǒng)一標準。智能家具企業(yè)由于剛剛起步，沒有統(tǒng)一的技術標準，每家企業(yè)受各自利益驅動去設計和制作產(chǎn)品，缺乏統(tǒng)一的標準和通訊協(xié)議，產(chǎn)品與產(chǎn)品之間不能實現(xiàn)互聯(lián)互通，智能家居系統(tǒng)整體運作困難[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，但是復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(shù)據(jù)時代給智能家具提供便利的同時也帶來了安全隱患，數(shù)據(jù)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(tǒng)內(nèi)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(yè)需要思考的問題。

5）合理控制價格。智能家具與傳統(tǒng)家具相比無論在技術上還是功能上都有很大突破，但目前為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(yè)在未來發(fā)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(qū)間，讓更多的消費群體愿意為智能家具買單。

5 結語

目前，我國的智能家具市場還處于起步階段，主要表現(xiàn)為技術基礎薄弱、品牌影響力低、同質化現(xiàn)象嚴重等。國內(nèi)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(fā)層面，缺乏系統(tǒng)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(zhàn)更不容忽視。

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