物聯(lián)系統(tǒng)中的家居產(chǎn)品開發(fā)設計探究

摘要：

2015年物聯(lián)網(wǎng)概念在全球熱炒，各個領域都在試圖爭奪這片藍海。物聯(lián)旨在實現(xiàn)更高效智能的生活，這個概念也讓產(chǎn)品設計和開發(fā)有了新的思路。文章就目前市場和技術的動向，結(jié)合最新電子產(chǎn)品設計和概念趨勢，對物聯(lián)和家庭物聯(lián)系統(tǒng)進行闡釋，并從功能和產(chǎn)品形態(tài)兩方面探討在新的人機關系下物聯(lián)家居產(chǎn)品開發(fā)設計的方向。

關鍵詞：

物聯(lián)（CPS） 家居產(chǎn)品 產(chǎn)品開發(fā)設計 人機交互

從2014年下半年到2015年，“物聯(lián)網(wǎng)”取代“大數(shù)據(jù)”成為又一被全領域熱炒的概念，趁此東風各類自帶物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)標簽的新產(chǎn)品和設計紛至迭出成井噴之勢。多數(shù)設計一經(jīng)亮相便奪人眼球，在眾籌上一呼百應，然而產(chǎn)品面市之后卻反映平平，許多用戶評價都難掩失落，對“物聯(lián)網(wǎng)”的質(zhì)疑之聲也隨之此起彼伏。不得不說，這些新設計中有相當一部分是在渾水摸魚，汽車加裝3G模塊可上網(wǎng)，自行車可記錄里程和生物學信息，電燈可用手機開關等，這些被標榜以“物聯(lián)網(wǎng)”之名的功能，看似很有意義，實際上遠遠不夠，并沒有使得設備使用和人的生活更高效，只不過又將手機加入進來，用戶依然受制于設備之間的通信冗余，事實也證明，市場對這類兜售概念和情懷的產(chǎn)品并不買賬。

物聯(lián)網(wǎng)源自于歐盟的loT（The Internet of Things）概念，這個說法略有誤導之嫌，因為并沒有新的“網(wǎng)”被建立出來，從工業(yè)設計的角度看，美國采用了更加專業(yè)的表述：Cybet Physical System（CPS），直譯為物與物相聯(lián)的系統(tǒng)，即物聯(lián)系統(tǒng)。物聯(lián)實現(xiàn)的是設備與設備之間自動通訊，實現(xiàn)無縫互操作及對數(shù)據(jù)的泛化抽取和使用。原有設備與設備間需要介由人去交換信息和確認下一步動作，而物聯(lián)系統(tǒng)中的設備之間可以直接通信，通過預設機制自動完成工作，如人們不需要查看牛奶和雞蛋是否過期或用完，而由冰箱自動處理存儲信息，聯(lián)系清理或聯(lián)網(wǎng)下訂單。物聯(lián)產(chǎn)品的工作更智能、更高效，進一步削減了人的冗務，當擴展到家庭、辦公、社區(qū)、城市甚至更廣的范疇，物聯(lián)系統(tǒng)將從全局實現(xiàn)更高質(zhì)量的生活，其遠景從IBM的智慧地球計劃中可窺見一斑。

一、物聯(lián)產(chǎn)品和家庭物聯(lián)系統(tǒng)

從單一產(chǎn)品角度看，物聯(lián)系統(tǒng)中的設備具有與用戶和其他設備信息和功能互聯(lián)的基本特征。以NEST恒溫器為例，NEST會識別房中是否有人、記錄用戶的作息習慣和溫度喜好，并且會利用算法自動生成設置方案，經(jīng)過一段時間的記錄，NEST就會自動制訂恒溫器的時間和控溫計劃，無需用戶再行設置。NEST已經(jīng)具備一定意義的物聯(lián)產(chǎn)品的特性，除此之外，完全意義的物聯(lián)產(chǎn)品還表現(xiàn)在與所處系統(tǒng)內(nèi)的其他設備互通有無，例如：恒溫器會在即將開始運行時“告知”受其關聯(lián)的設備，窗戶獲知后自動關閉以節(jié)能，加濕器獲知后開啟監(jiān)測濕度等。

從系統(tǒng)來看，家庭物聯(lián)系統(tǒng)在層級上處在基礎的位置，較簡單的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和小環(huán)境使得它的搭建相對容易。從目前的市場看，智能家庭的概念似乎與家庭物聯(lián)系統(tǒng)的概念有所相合，傳統(tǒng)自動化出身的智能家居廠商提供的往往是面向照明、安防、可視化等住宅控制的智能系統(tǒng)，而以多設備互聯(lián)為核心的家庭物聯(lián)系統(tǒng)，更多的是互聯(lián)網(wǎng)型企業(yè)的天下。實際上近2年來，家電企業(yè)、移動端廠家、云平臺等在這一領域動作頻繁，國內(nèi)小米和百度都從路由下手，不斷發(fā)布新的家居產(chǎn)品和軟件；海爾、美的等傳統(tǒng)家電廠商也開始獨立或與移動端合作開發(fā)物聯(lián)家居產(chǎn)品；國際上，Google一直都不掩飾其全方位OS生態(tài)鏈的野心，在對物聯(lián)技術研發(fā)和系統(tǒng)搭建上走在最前；同為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)巨頭的Apple占有最廣的目標用戶數(shù)據(jù)端口，此次推出新的可攜終端和Home Kit組件也明確表達了這方向的意圖。

從家庭物聯(lián)系統(tǒng)的功能和應用場景看，高技術消費化加上通用家居設備普遍緩慢的汰換速度，讓達到這些設想還要走相當長的一段路，Gartner技術成熟度報告分析也表明智能家庭市場還需要10年的成長。盡管如此，物聯(lián)系統(tǒng)家居產(chǎn)品及所帶動的商機已經(jīng)崛起，據(jù)預計到2018年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將占到全球半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)模近10%，其中家用物聯(lián)網(wǎng)市場接近50億美元，近期諸多大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的動向與這一趨勢顯然相合。

二、家庭物聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

從上文所述中不難發(fā)現(xiàn)，完全意義的物聯(lián)系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心是大數(shù)據(jù)應用。自互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以來，大數(shù)據(jù)的采集和累積早已不是問題，但對于物聯(lián)系統(tǒng)中的產(chǎn)品而言，其所服務的最終客體是用戶，而用戶數(shù)據(jù)的深度挖掘，尤其是生物數(shù)據(jù)的抽取卻是在近幾年可穿戴產(chǎn)品消費化后才得以實現(xiàn)，人攜終端不論是在數(shù)據(jù)信息角度還是交互控制角度，在家庭物聯(lián)系統(tǒng)中都是無可置疑的核心。

硬件技術上，設備間通訊是關鍵問題，這也是目前許多采用WiFi或藍牙聯(lián)接的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的薄弱之處。藍牙和WiFi連接的認證時間和耗電都十分可觀，并不適合物聯(lián)系統(tǒng)的需求，目前來看更有發(fā)展空間的技術應是通過邊緣路由鏈入互聯(lián)網(wǎng)，以多跳網(wǎng)絡和自組網(wǎng)進行多節(jié)點中繼傳遞，以管理能耗和通信距離。實際上在今年5月的I/O大會上，Google發(fā)布的“智能家庭網(wǎng)關”硬件組所支持的Thread協(xié)議就是采用這樣拓撲的物聯(lián)通信標準，支持設備與鄰近設備的低功耗通信。但顯然Google并不是唯一先手，Intel、高通AIIJoyn、Apple也都在推動各自的通信標準，以期搶占主導權。雖然從生產(chǎn)和經(jīng)濟角度而言，物聯(lián)家居產(chǎn)品和核心硬件的消費化尚且有一段路要走，但技術上實現(xiàn)已經(jīng)不是問題。

以此為基礎，我們可以規(guī)劃出家庭物聯(lián)系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：

1.控制和管理中心產(chǎn)品：人攜終端。目前最廣泛的終端是智能手機，但可穿戴產(chǎn)品的崛起正在動搖手機的地位，畢竟后者在數(shù)據(jù)攝取上優(yōu)勢畢現(xiàn)。

2.其他物聯(lián)系統(tǒng)家居產(chǎn)品和設備。包括傳統(tǒng)家電類產(chǎn)品以及新電子化和智能化的設備，如門窗、淋浴、臺燈等。

三、物聯(lián)系統(tǒng)家居產(chǎn)品開發(fā)設計——功能

與傳統(tǒng)家居場景和智能家居不同，家庭物聯(lián)系統(tǒng)提供的服務更多地面向用戶，對家居設備的應用場景進行擴展，走向更進一步的“智慧產(chǎn)品”和“智慧家庭”，在功能結(jié)構(gòu)開發(fā)上都將有不同的方向。

（一）從系統(tǒng)的角度看，傳統(tǒng)家居是在解決已知問題，而家庭物聯(lián)系統(tǒng)旨在發(fā)現(xiàn)新問題并協(xié)同解決，進一步減少設備與用戶之間的功能參與，加深信息參與。

1.立場和范疇

家庭物聯(lián)系統(tǒng)將與其他與用戶相關的系統(tǒng)間進行信息和功能互聯(lián)。

2.核心功能

攝取數(shù)據(jù)和反饋。信息上主要體現(xiàn)在與相關的其他系統(tǒng)共享，以及提交報告、資料、計劃等給用戶終端。功能動作上的反饋主要體現(xiàn)在自主調(diào)整運行模式、發(fā)現(xiàn)和自主解決系統(tǒng)問題（如檢修）等。

提取信息和響應。對于某一設備而言，響應主要是指針對所得信息及指令開展工作。對于系統(tǒng)而言，響應還包括了配合用戶活動等信息調(diào)整系統(tǒng)中各設備的運行，進行計劃能源和時間管理等。

（二）從單一產(chǎn)品的角度看，物聯(lián)系統(tǒng)中用戶與產(chǎn)品之間的關系不再止于智能的操作與回應，而向更加智慧的交互關系進化，驅(qū)動這一進化實現(xiàn)的是設備外在功能自主性的大幅提升。

1.核心功能

本機：物聯(lián)系統(tǒng)家居產(chǎn)品可以自主識別和攝取數(shù)據(jù)、獲取和同步信息，并依據(jù)信息為用戶自動調(diào)整本機運行模式、制訂和向用戶提交計劃。

聯(lián)機：產(chǎn)品可以自主與其他設備通訊，并要求其他設備合作。

2.擴展可用性

突破傳統(tǒng)家居產(chǎn)品的功能設置，以更能動的工作形態(tài)運行。

四、物聯(lián)系統(tǒng)家居產(chǎn)品設計方向——產(chǎn)品形態(tài)

為滿足上述功能要求，家居產(chǎn)品設計形態(tài)也隨之有較多的調(diào)整，從所訴核心能力對產(chǎn)品形態(tài)的影響看有以下方向：

（一）深度學習能力

物聯(lián)產(chǎn)品具有能夠為本機主動攝取數(shù)據(jù)并使用的深度學習能力，為此，除可聯(lián)網(wǎng)外，產(chǎn)品設計中將會需要考慮對外數(shù)據(jù)端口和用戶交互端口設計。深度學習的能力也讓家居產(chǎn)品與用戶之間的關系形態(tài)發(fā)生變化，要求對物聯(lián)家居產(chǎn)品的人機交互設計也隨之調(diào)整。

1.傳感端口

家用設備將使用傳感端口攝取部分數(shù)據(jù)，例如NEST采用內(nèi)置在顯示屏內(nèi)的運動探測器辨別家中是否有人。當然，如果泛化到全系統(tǒng)產(chǎn)品上，單機端口可能會被更高效的聯(lián)合傳感網(wǎng)取代。

2.傳統(tǒng)人機交互界面的消解

物聯(lián)產(chǎn)品的自主性大大降低了用戶對機端操作的需求，轉(zhuǎn)而采用更靈活的Apps操作，傳統(tǒng)家電嵌入機端的人機界面很可能就此消解。

3.多感官交互和虛擬交互設計

因安全等原因尚需機端控制時，僅存的物理界面上也將引入多種感官響應觸發(fā)的交互方式來優(yōu)化用戶的體驗。例如Apple新提供的Force Touch，可以辨別按壓與點擊從而觸發(fā)不同響應，交互界面布局依然完整簡潔，操作效率卻得到了提高。又例如在Oculus Rift DK2原型上，在游戲控制器中通過Haptic Feedback提供給用戶觸覺反饋，Apple Watch也通過Taptic Engine達到發(fā)送心跳的功能。雖然更細膩的多感官交互開發(fā)尚未消費化，但被稱為下一代交互形式的觸覺反饋顯然開了個好頭。

實際上在人攜終端的協(xié)同作用下，虛擬界面和手勢交互甚至可以徹底送走物理界面，對于產(chǎn)品的交互設計而言將是顛覆性的。虛擬投影屏幕和投影鍵盤等早已問世，手勢操作將是虛擬交互的核心。以Google ATAP Project Soli項目的最新研發(fā)進展為例，通過設備內(nèi)置的微型組件已經(jīng)可以感知和捕捉到空間中相當細微的手指運動，對位移、按鈕、刻度、轉(zhuǎn)盤等手勢進行準確判斷和響應，足夠支持一整套完整的人機交互方案。同時，虛擬交互的實現(xiàn)，也讓追求微型化的可穿戴設備和物聯(lián)系統(tǒng)人攜終端解決用戶界面不佳的問題成為可能。

（二）自主性

自主性是產(chǎn)品智慧化最直觀的體現(xiàn)。物聯(lián)產(chǎn)品將核心功能依賴于大數(shù)據(jù)，而能夠說服市場買單變現(xiàn)的則是可視的對大數(shù)據(jù)的有效使用，在家庭物聯(lián)系統(tǒng)中，這一點就體現(xiàn)在產(chǎn)品更加自主地自動工作。

1.運動組件

功能拓展和自主工作的實現(xiàn)都或多或少要求設備具有運動組件，這些組件的加入無疑會對功能走向和外形帶來很大影響。最直觀的例子莫過于掃地工具從掃帚簸箕，到手持拖曳吸塵器，再到自動掃地機的演化，傳統(tǒng)家用產(chǎn)品和通用電器固定、笨重和需要大量用戶操作等狀況顯然在拖物聯(lián)的后腿，運動組件將為一些產(chǎn)品設計和功能拓寬帶來新的思路，也給產(chǎn)品主動利用多種能源創(chuàng)造了機會。

2.碎片化和小型化

家居產(chǎn)品據(jù)功能進行形式上的碎片化和小型化可以促成工作形態(tài)從內(nèi)向到外向的轉(zhuǎn)變，有效提高設備的可用性，自主運行也更加可能。例如Luna洗衣球概念設計就是將傳統(tǒng)洗衣機碎片化，將洗衣球投入臟衣籃進行洗衣和烘干工作（圖1）。2015年CES上ZUtA Labs發(fā)布的The PocketPrinter打印機，同樣與數(shù)十年無甚改觀的傳統(tǒng)打印機工作形態(tài)相反，可在紙面上自動移動完成打印工作（圖2）。

（三）一體化與模塊化

當涉及設備間功能互聯(lián)時不得不考慮物理接口的問題，一體化設計將多個密切互聯(lián)的設備集中成一體，接口內(nèi)化也就回避了這個問題；而模塊化設計則干脆打碎設備，分散形態(tài)看似擴大了接口的問題，但同時也因此提供了更多更靈活的解決可能。

1.一體化

家居產(chǎn)品這樣的兩極選擇源于控制和功能范疇的不同，在核心功能上具有共性部件的多個設備上更傾向于集中，提高效率和簡化使用。一體化設備更傾向于嵌入和半嵌入式，也許給產(chǎn)品設計留下的空間有限，但對人機交互設計提出了更高的要求。

2.模塊化

在要求有界處理和靈活工作的產(chǎn)品上，模塊化似乎有更大的余力。恰如上述的自主性和碎片化，模塊化給產(chǎn)品設計創(chuàng)造更多的空間，對家用場景的空間及能源計劃、更新汰換和友好易用等方面也更有優(yōu)勢，分散的形態(tài)讓設備與其他設備之間的功能互聯(lián)和組合更容易，也許可以為外向物理接口的設計提供更簡潔的可能。

（四）更多家居產(chǎn)品的重設計

除了現(xiàn)有的通用家用電器之外，更多的設備會被推進電子化和智慧化以納入家庭物聯(lián)系統(tǒng)，已在進行中的比如臺燈、門禁、鏡子等，在可以預測的未來，家居產(chǎn)品將擴展更深入和廣泛范圍，門窗、桌面、衣柜、座椅等，都有足夠的機會進行重設計。

五、小結(jié)

物聯(lián)對深度學習、自主工作、互聯(lián)感測等能力的要求讓設備不再局限于智能，而向智慧進化，這不是簡單的名稱變化，而是人機交互的再一次顛覆性革新，對傳統(tǒng)設計思路也將產(chǎn)生巨大影響，將產(chǎn)品開發(fā)推向全新的方向：功能的調(diào)整和進化，體驗更佳的交互途徑和人機界面可能，更加靈活的形態(tài)和高自主性，功能形態(tài)的解構(gòu)和重組，以及更多設備的智慧化和物聯(lián)化設計。以此為基礎，產(chǎn)品設計將從概念推向?qū)嵱?，將家庭物?lián)系統(tǒng)的設想逐步實現(xiàn)。

物聯(lián)系統(tǒng)的概念并非全然炒作，更是高新技術快速消費化和信息數(shù)據(jù)時代巨輪碾壓的必然結(jié)果，物聯(lián)并沒有帶來全新的產(chǎn)品，而是推動了物與物以及物與人甚至人與人之間關系的變動，為彌合這些變化，必然要求產(chǎn)品功能和人機交互方式的配合。在這一概念背后，帶給產(chǎn)品設計的更是方向上的深思：創(chuàng)造新產(chǎn)品走向飽和，而挖掘新應用漸入佳境。在這一趨勢下，產(chǎn)品開發(fā)設計應追隨人和物關系的變動，隨之不斷探究新的方向。