智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀綜述

馬振峰

【摘 要】隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、增材制造、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)不斷的涌現(xiàn)，智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)技術(shù)也不斷迭代更新。通過(guò)閱讀智能產(chǎn)品相關(guān)的期刊論文、碩博論文和已授權(quán)的專利，本文從智能家居系統(tǒng)、智能穿戴產(chǎn)品、無(wú)線通信協(xié)議、智能算法與大數(shù)據(jù)五個(gè)方面，論述了在這五個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的開(kāi)發(fā)技術(shù)，分析了現(xiàn)階段智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】智能產(chǎn)品；物聯(lián)網(wǎng)；通信協(xié)議；智能算法；大數(shù)據(jù)

一、智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將大數(shù)據(jù)、傳感器、傳統(tǒng)設(shè)備、通信模塊連接成一個(gè)具有反饋功能的系統(tǒng)，進(jìn)而讓其擁有智能化。當(dāng)下智能產(chǎn)品應(yīng)用于交通、智能產(chǎn)品應(yīng)用于老齡人群、智能產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)、智能產(chǎn)品應(yīng)用于教育。智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及人工智能的基礎(chǔ)上，通過(guò)感知、人機(jī)交互、決策、執(zhí)行和反饋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程和企業(yè)管理及服務(wù)的智能化，是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合與集成，安全，高效。

（一）智能家居系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

現(xiàn)階段的開(kāi)發(fā)技術(shù)主要是基于ZigBee、Arduino等物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，運(yùn)用不同的傳感器裝置，進(jìn)行信號(hào)的輸送，可測(cè)量當(dāng)前天氣、空氣質(zhì)量、室內(nèi)溫濕度及室內(nèi)采光情況、火情以及漏水漏電等情況，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)空調(diào)、門窗及門鎖安全可靠的遠(yuǎn)程操作。利用Arduino物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的便利性和 Yeelnik數(shù)據(jù)云平臺(tái)的免費(fèi)性可設(shè)計(jì)了低成本的家居系統(tǒng)；徐振華[1]利用 ZigBee無(wú)線傳輸?shù)牡凸奶匦钥刂茢?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)功耗。利用W5100芯片設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)模塊，實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)安全可靠的數(shù)據(jù)通信，增加了網(wǎng)絡(luò)可靠性。再如，李劍[2]開(kāi)發(fā)了一種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)處理模塊以及與數(shù)據(jù)處理模塊相連的空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊、語(yǔ)音提示模塊、語(yǔ)音控制模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊、空氣調(diào)節(jié)控制模塊；在實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的同時(shí)減少降低成本，不僅能夠與家庭服務(wù)機(jī)器人相結(jié)合，而且能夠進(jìn)行智能化空氣調(diào)節(jié)，充分滿足了人們的日常生活。

（二）智能穿戴產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

現(xiàn)階段的相關(guān)產(chǎn)品主要有智能手環(huán)、智能耳機(jī)、智能運(yùn)動(dòng)鞋。首先利用各種傳感器采集信號(hào)，將收集到的數(shù)據(jù)存到芯片，利用藍(lán)牙、局域網(wǎng)等通信協(xié)議進(jìn)行交互。趙文苓基于藍(lán)牙4.0BLE芯片NRF51822、心率傳感器，心率算法及RSSI測(cè)距技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一款可穿戴心率監(jiān)測(cè)及防丟系統(tǒng)。為提升產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)，采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)視角下的智能產(chǎn)品服務(wù)設(shè)計(jì)，基于智能產(chǎn)品在特定情景下的感知與反饋，通過(guò)系統(tǒng)化的規(guī)劃和表達(dá)，對(duì)用戶的真實(shí)需求做出反應(yīng)。借助靈活多變和深度適用的干預(yù)手段，完善功能實(shí)現(xiàn)和場(chǎng)景構(gòu)建，為某一領(lǐng)域內(nèi)的問(wèn)題現(xiàn)象提供最優(yōu)化的解決方案。但是，當(dāng)下市場(chǎng)上老年人開(kāi)發(fā)的智能產(chǎn)品逐漸增多，產(chǎn)品的可用性卻并不高，通過(guò)感性工學(xué)的角度來(lái)研究與評(píng)估產(chǎn)品可用性，幫助研發(fā)和設(shè)計(jì)人員了解鏟平可用性的現(xiàn)狀與改進(jìn)方向，為提升產(chǎn)品質(zhì)量提供指導(dǎo)，從而研制出更加適合老年人使用的智能產(chǎn)品。

（三）智能產(chǎn)品的通信協(xié)議

智能產(chǎn)品是一個(gè)多行業(yè)交叉的技術(shù)領(lǐng)域，很多設(shè)備廠商按照不同的接口標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議生產(chǎn)設(shè)備，傳輸協(xié)議有Z-Wave、Zig Bee、Bluetooth、All Seen、Blooth Mesh、Weave/Thread、Open Io T、Hi Link等十多種。不同的智能家電產(chǎn)品使用的無(wú)線協(xié)議不同等現(xiàn)狀導(dǎo)致智能家電產(chǎn)品連入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”，形成行業(yè)孤島。智能家居領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)包括標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的問(wèn)題。目前市面上廣泛應(yīng)用的智能家居無(wú)線協(xié)議技術(shù)主要有：ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi、紅外、PLC等。這些協(xié)議在各自的領(lǐng)域各有優(yōu)勢(shì)， 并各占一方市場(chǎng)。Wi-Fi傳輸速率最快，PLC的傳輸距離最遠(yuǎn)，但是由于受到傳輸速率低等因素的限制，近幾年它的應(yīng)用并不廣泛。紅外雖然操作簡(jiǎn)單，但是只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，不利于組網(wǎng)，使用也受到限制。ZigBee因?yàn)榫哂泄臉O低等特點(diǎn)而被廣泛使用。Zig Bee功耗低至μW量級(jí)，約為5.6μW，若每天使用Zig Bee100次，功率消耗僅為4mJ/h，與Wi-Fi對(duì)比，若連續(xù)收發(fā)200mA，3V的功耗約為2kJ/h，Zig Bee的功耗只有Wi-Fi的十萬(wàn)分之一。ZigBee的基礎(chǔ)功耗遠(yuǎn)低于Wi-Fi跟Bluetooth，在智能家居的應(yīng)用領(lǐng)域占有一定的優(yōu)勢(shì)。雖然在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法將智能家電的通信協(xié)議統(tǒng)一， 但是，眾多學(xué)者和我都相信未來(lái)智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是一個(gè)相互兼容的局面。

（四）智能算法與大數(shù)據(jù)

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的發(fā)展，智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)密不可分。產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)可根據(jù)自身發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合智能算法。相關(guān)算法主要有聚類分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色預(yù)測(cè)等。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的收集，相關(guān)系統(tǒng)可預(yù)測(cè)天氣情況、人流量、車流量。譬如電子支付的安全問(wèn)題層出不窮，將相關(guān)數(shù)據(jù)與智能算法結(jié)合可以找出欺詐的數(shù)據(jù)的賬戶，避免企業(yè)和個(gè)人的損失。譬如楊維俊[5]開(kāi)發(fā)了一種信貸反欺詐識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：包括申請(qǐng)模塊、分析模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)、決策模塊和反饋模塊，同時(shí)系統(tǒng)還具有安全管理設(shè)計(jì)。分析模塊包括閉環(huán)人工智能系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析評(píng)分卡，并使用模糊匹配算法。針對(duì)不同地區(qū)、不同客戶及不同客戶業(yè)務(wù)場(chǎng)景，采用人工智能技術(shù)對(duì)反欺詐模型形成閉環(huán)處理，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)自身自適應(yīng)學(xué)習(xí)而對(duì)防欺詐模型自動(dòng)調(diào)優(yōu)從而使得系統(tǒng)對(duì)申請(qǐng)防欺詐偵測(cè)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。通過(guò)對(duì)用戶大數(shù)據(jù)分析從而得到評(píng)分卡，該系統(tǒng)可以通過(guò)參數(shù)化配置將評(píng)分卡模型嵌入到申請(qǐng)反欺詐處理流程中，從而幫助調(diào)查人員做出判斷。譬如，在現(xiàn)有路況條件下，把人、車、路綜合起來(lái)考慮，利用傳感器檢測(cè)技術(shù)、圖像處理技術(shù)，檢測(cè)車輛行駛狀態(tài)，使個(gè)體交通行為更加合理，提高了交通管理部門的決策能力。同時(shí)優(yōu)化信息傳輸系統(tǒng)，減少駕駛?cè)藛T的操作失誤、提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率和服務(wù)水平、增強(qiáng)交通系統(tǒng)的安全可靠性、降低交通帶來(lái)的環(huán)境污染等多方面問(wèn)題。

二、智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)特點(diǎn)及趨勢(shì)

（一）智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)特點(diǎn)

智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)技術(shù)涉及到多學(xué)科，智能硬件缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品服務(wù)創(chuàng)新質(zhì)量參差不齊，智能硬件產(chǎn)業(yè)規(guī)模繼續(xù)增長(zhǎng)，智能硬件轉(zhuǎn)型重定位。

（二）智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)趨勢(shì)

建立統(tǒng)一的多學(xué)科協(xié)同研發(fā)平臺(tái)；建立數(shù)字化樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新；采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)形成系列化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力；MBD/MBE設(shè)計(jì)信息與生產(chǎn)信息高度集成；進(jìn)一步融合增材制造與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)；應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的設(shè)計(jì)評(píng)審；虛擬現(xiàn)實(shí)將進(jìn)入普通消費(fèi)市場(chǎng)，內(nèi)容成主要掣肘。

【參考文獻(xiàn)】

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