錢學(xué)森系統(tǒng)工程理念在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

祝欣蓉

摘 ? 要：錢學(xué)森的系統(tǒng)工程思想，不僅廣泛運(yùn)用在中國(guó)的航天領(lǐng)域，隨著科技和社會(huì)的發(fā)展，還全面融合在國(guó)家層面建設(shè)、城市建設(shè)、甚至智能家居設(shè)計(jì)中。系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)遵循科學(xué)依據(jù)，以人為主、人機(jī)結(jié)合，采用工程化的理念，從定性到定量地綜合集成，來(lái)解決復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。文章將錢學(xué)森思想理論運(yùn)用在智能家居行業(yè)，促進(jìn)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等多種信息技術(shù)的融合。

關(guān)鍵詞：定性到定量;思維科學(xué);智能家居;系統(tǒng)工程理論

錢學(xué)森是世界著名的科學(xué)家、空氣動(dòng)力學(xué)家、中國(guó)航天事業(yè)的奠基人之一，被稱為中國(guó)導(dǎo)彈之父，足以見(jiàn)得他在中國(guó)“兩彈一星”事業(yè)上的重要貢獻(xiàn)。錢學(xué)森在很多領(lǐng)域做過(guò)開創(chuàng)性的工作，他不僅理論貢獻(xiàn)卓越，還提出的系統(tǒng)科學(xué)思想、工程系統(tǒng)理論、定性到定量綜合集成法等。錢學(xué)森認(rèn)為，系統(tǒng)工程是一種具有普遍意義的科學(xué)方法，不僅可以應(yīng)用于航天領(lǐng)域，甚至可以說(shuō)是現(xiàn)代科學(xué)體系的重要基礎(chǔ)，此后，系統(tǒng)工程技術(shù)在我國(guó)開始應(yīng)用于城市與區(qū)域規(guī)劃，甚至國(guó)家發(fā)展與建設(shè)中。

1 ? ?智能家居的發(fā)展

隨著人工智能的發(fā)展，大到智慧地球、智慧國(guó)家、智慧城市，小到智慧家庭的建設(shè)，無(wú)處不蘊(yùn)含著信息技術(shù)帶給人們的簡(jiǎn)單、便利。所謂的智能家居，就是在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防護(hù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)等，將家庭中各種設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一控制與管理，讓設(shè)備更有助于提升用戶的生活質(zhì)量、生活舒適感和安全性，實(shí)現(xiàn)人和物之間的高度和諧[1]。在智慧城市部署中，智能家居的實(shí)現(xiàn)格外的重要，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的智能家居體驗(yàn)，提升生活質(zhì)量，促進(jìn)智慧城市的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)。

2 ? ?智能家居設(shè)計(jì)思想

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑學(xué)上的一種體現(xiàn)和應(yīng)用，通過(guò)傳感技術(shù)、射頻感應(yīng)技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將家中的各種設(shè)備連接到一起。從系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、家庭設(shè)備管理、建筑布局安放等方面，充分考慮將分散的設(shè)備集中管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及智能切換，如圖1所示。相比于傳統(tǒng)家居設(shè)計(jì)，智能家居不僅具有居住的功能，還兼?zhèn)淞酥悄芗译?、智慧生活等理念，提供了全方位的信息交互功能，甚至融入?jié)能環(huán)保、安全防護(hù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等理念，更加方便人們的生活，甚至改變?nèi)说纳罘绞絒2]。

2.1 ?手機(jī)及智能家居控制系統(tǒng)替代各種遙控器

真正實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)家用電器統(tǒng)一管理、控制，采用智能開關(guān)和插座控制照明，電飯煲、微波爐等廚房設(shè)備;隨時(shí)可以通過(guò)手機(jī)控制家中的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，查看家里訪客情況;遠(yuǎn)程控制家中的音視頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟和關(guān)閉[3]。

2.2 ?利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

只要是有網(wǎng)絡(luò)的地方，都可以通過(guò)Internet來(lái)登錄家中的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，家中的每一個(gè)設(shè)備都通過(guò)網(wǎng)卡采用有線或無(wú)線的方式連接到網(wǎng)絡(luò)中，采用遠(yuǎn)程登錄的方式，可以控制遠(yuǎn)在千里之外自家的燈光、電器等。

2.3 ?不同場(chǎng)景設(shè)置及自動(dòng)切換系統(tǒng)

根據(jù)不同光線、溫度、位置，甚至人的心情，設(shè)定不同場(chǎng)景模式，不僅可以通過(guò)智能控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模式，而且可以跟隨人的心情實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換。

2.4 ?安防聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

當(dāng)家中遭遇非法闖入或者溫度煙感達(dá)到閾值等，系統(tǒng)能自動(dòng)撥打預(yù)警電話，并聯(lián)動(dòng)相關(guān)噴水控制器、自動(dòng)打開窗戶等做及時(shí)處理，有效保證家中財(cái)產(chǎn)和人員安全。

2.5 ?智能綜合布線系統(tǒng)

智能弱電系統(tǒng)將電話系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等弱電系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)施，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一管理，使之功能更強(qiáng)大、使用更方便、維護(hù)更容易、更易擴(kuò)展。

3 ? ?錢學(xué)森系統(tǒng)工工程學(xué)理論在智能家居設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1978年9月27日，錢學(xué)森等[4]發(fā)表了一篇題為《組織管理的技術(shù)—系統(tǒng)工程》的文章，是中國(guó)系統(tǒng)工程發(fā)展的重要里程碑。其強(qiáng)調(diào)從總體設(shè)計(jì)—遵循研制程序，進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，該理論不僅適用于航天領(lǐng)域，也同樣適用于現(xiàn)在的智能系統(tǒng)領(lǐng)域。智能家居系統(tǒng)是基于建筑學(xué)的智能控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，在系統(tǒng)分析階段考慮功能的完整性和拓展性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，將需求進(jìn)行分解，針對(duì)每一個(gè)應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，但都是基于一個(gè)綜合系統(tǒng)下，最后應(yīng)用完善。錢學(xué)森將自然科學(xué)、工程技術(shù)融入到社會(huì)科學(xué)體系，建立了一條貫穿理論和實(shí)踐的高速公路[5]。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用自頂向下的原則，確定主要功能，在系統(tǒng)分析時(shí)，根據(jù)功能設(shè)計(jì)對(duì)家庭建筑中的設(shè)備及弱電系統(tǒng)進(jìn)行分類，從而確定每一個(gè)空間的功能，盡量避免冗余設(shè)計(jì)，考慮到系統(tǒng)延展性，適合今后的不斷更新與維護(hù)。在基礎(chǔ)建設(shè)方面，結(jié)合基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和軟硬件設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌安排家居系統(tǒng)環(huán)境布局，力求在智能化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、擴(kuò)展性、實(shí)用性、安全性等方面綜合考慮。

4 ? ?定性到定量綜合集成法在智能家居設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1990年，錢學(xué)森先生正式提出定性、定量相結(jié)合的綜合集成方法，將其應(yīng)用在信息化社會(huì)建設(shè)中，結(jié)合系統(tǒng)工程理論，基于Internet，開辟新的應(yīng)用場(chǎng)景。從定性到定量綜合集成法的具體使用是通過(guò)研討廳體系實(shí)現(xiàn)[6]。由專家團(tuán)隊(duì)、高性能的計(jì)算機(jī)和大量的研究分析數(shù)據(jù)構(gòu)成的工作廳，各領(lǐng)域的專家及所設(shè)計(jì)的智能家居生態(tài)系統(tǒng)作為研討廳的主體，高性能計(jì)算機(jī)的軟硬件作為研討廳的主要工具，如表1所示。

在智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分發(fā)揮人的想象力和主觀能動(dòng)性，把生活中的場(chǎng)景應(yīng)用在智能設(shè)計(jì)中，把握未來(lái)家居設(shè)計(jì)整體的優(yōu)勢(shì)，圍繞智慧家居設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)[7]。

基于錢學(xué)森系統(tǒng)工程學(xué)和綜合集成理論思想，在智能家居設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮硬件設(shè)備存儲(chǔ)容量大、運(yùn)行速度快等優(yōu)勢(shì)，結(jié)合人的思維科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)，進(jìn)而形成人機(jī)結(jié)合的整體優(yōu)勢(shì)、綜合優(yōu)勢(shì)與智能優(yōu)勢(shì)。用“人機(jī)結(jié)合、人網(wǎng)結(jié)合、以人為主”的方法，在系統(tǒng)模型體系下，用最科學(xué)、最智能化的辦法集成人的經(jīng)驗(yàn)和智慧，甚至可以具有人的推理和糾錯(cuò)能力，最終滿足人工智能時(shí)代的人機(jī)和諧發(fā)展需要[8]。

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[8]鄭新華，曲曉東.錢學(xué)森系統(tǒng)工程思想發(fā)展歷程[J].科技導(dǎo)報(bào)，2018（20）：6-9.