基于系统性思维的智能家居设计

李君华　刘子豪

摘要：现代设计的目的是创造价值，智能家居设计亦是如此。智能家居设计处于一个庞大而复杂的系统中，系统直接或间接地对设计产出进行潜移默化的影响。分析并研究智能家居設计内部的系统性思维的目的是使其平稳而高效的产出，把其设计内部复杂和混沌的思维利用系统性的研究方法捋清并加以实践，突出其设计过程中要思考的主轴脉络线，最后完成整个产品设计过程的逻辑演绎和的策划实践。

关键词：系统性思维 智能家居 产品设计 逻辑演绎 家庭智能管家

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2021）02-0096-03

引言

“智能家居”这一名词由来已久，目前智能家居设计是一个蓬勃产业，截至2018年，我国智能家居行业市场规模约4000亿元，2019年第一季度销售量显示智能家居市场出货量高达2989万台，同比增长26.3%，是近几年来的一个巅峰值，说明智能家居行业在我国的市场潜力是巨大的叫随着大数据和5G等高科技技术的涌现，智能家居设计不断丰富和完善。引领着人类的生活习惯和社会秩序的日常流动朝着便捷，舒适等方向迈进。从家居智能设计的定义出发，对其发展历史进行充分的研究，从系统的全局去俯视其设计全过程，系统思考智能家居产品的现在和未来走向，探索其设计的系统复杂性，维系复杂系统的作用力以及设计系统的正负反馈。最后总结以功能为基点的逻辑演绎作为基本思维方法的智能化家居设计要把握的系统性思维。

一、智能家居及系统性思维

（一）智能家居的发展

智能家居指的是以我们的住所为基础，融入各种建筑布线技术和科技，将与家私生活相关的方法集合，创造一个更加卓效又兼备适宜度和艺术度，而且还兼具低碳的生活环境【2】.智能家居最初出现于二十世纪八十年代末的美国，其一名词由最早的智能建筑不断发展而来的，同时美国也是第一个为其制定法律标准的国家，我国则起步较晚，从开始到现在不过二十多年的光景，虽然起步晚但是劲头足，在不断迎头追赶，发展自身的同时也在一些领域取得了以小区无人快递等具有中国特色的家居智能化道路。智能家居简单来说本身就是一个系统或者是特殊的流程，依靠当代发展的前沿科学技术，例如电子计算机编程技术，大数据技术，通信技术等，为我们的家庭所服务。它不仅可以帮助家庭控制监控用电、用水、温度、光亮等一般功能，还兼有防盗、实时互动服务、家庭管家，预警报警等的功能，帮助人们更便捷地生活，如图1为智能家居体系表。根据发展规划，十三五（2016-2020）期间，物联网发展将突破万亿规模，而智能家居、智能硬件单品是其中至关重要的部分。不知不觉我们的家居生活逐渐被智能化产品所替代。

（二）系统的复杂性

当前的时代技术日新月异地进行着更新换代，新的技术体系推进着新的产业变革和设计革命，互联网的发展又极大地丰富了设计的手段和方式，而可持续的发展要求人与自然、人与人的关系由物竞天择向天人合一，协同进步等因素，这些都不断促使当前的产品设计的系统愈来愈复杂。信息广泛和快速的传输，促使产品设计处于非线性的强相互作用和复杂的系统之中。

以智能家居设计为例，一方面智能家居产品的设计构成包含多种系统的综合，其内部构造和制造过程越来越复杂。另一方面，智能家居产品设计的系统不时会充满多种矛盾，如信息的采集与分析、信息的计算与存储和命令的执行与反馈在人工智能主导的家居设计在造型上、操作上都会受到巨大的影响。所以想要探究一个设计系统首先应研究其的复杂性，将系统的复杂关系用普适的逻辑关系捋清，在采取措施对其复杂系统进行调控，使其平衡。

（三）系统的全局性

系统性设计是从宏观环境入手，深入了解个体的诉求，在此过程中要以系统整体为研究对象，切忌将系统进行分割，这样不仅可能将系统之间的连接破环，连接即是维系整个系统的实体，而且还可以避免拙略的决策。系统思维正是一种开放型的立体思维方式，它把思维客体作为系统整体来思考，既注意进行纵向比较，又注意进行横向比

较，从而在思维中把握研究对象的立体层次【3】。既系统思维是从“具象事实”到“抽象思考”再到“具象应用”的过程，通过全面的视角对该系统的研究不仅可以理解复杂问题并将其解决，此外还可以通过列举不同的假设，研究分析系统随时间变化的特征，因为许多设计结果后的影响无法有立竿见影的效果，即时滞性。

从系统的全局，去从时间的广度和深度两个系统去观察目标产品，从而进行进行更好的决策。只有保持整个设计系统于周围环境的和谐统一，该设计系统才能稳定与外界进行交流与交换，这里所说的周围环境是指社会、文化及生态环境等物象和非物象实体。普通的设计，或许只能看到需求本身，而基于系统思维的设计，就需要看到设计需求所在的开放系统及其相关系统。设计中，人们通常是在场景描述与构想的过程中，形成对产品系统的整体理解，了解产品系统物系的类别、产品系统的层次、行为与心理特征，从而为进一步的产品系统描述提供基础【4】。对智能家居设计说，应用系统性思维，主要应掌握其基本思想和方法，了解系统分析和系统综合的基本特点和方法，并将其应用于实际的设计系统中。

二、基于系统性思维的产品逻辑演绎

（一）以产品功能为基点的逻辑演绎

在李砚祖在《艺术设计概论》一书中，他认为产品设计程序包括：设计问题的提出一设计的目标一设计研究一设计分析和综合化一设计展开【5】。最初的逻辑演绎源于笛卡尔，笛卡尔认为，想要树立牢固的理论根基和行之有效的知识体系，关键在于科学的方法和客观的认知【6】，经过反复考察，他发现几何原理可以系统的演绎整个逻辑过程，即当确立了最初始的原理之后，这一原理就可以演绎出所有其他的原理。如果初始原理是完全正确的，那么演绎之后的整个知识体系就是正确的，完全可靠的。

同时，在智能化家居设计的过程中，可以引用借鉴这种机械的数学逻辑演绎来探索真正的知识体系据这样的设计程序，在产品设计的前期准备期间，设计师们可以利用系统思维为其设计提供理论思想准备和资料处理。在产品设计展开之后，系统性地对设计产品的功能进行演绎，可以为设计过程建立富有体系的根基，但这种形式演绎能够使我们的推理严密、精确，通过改造，完全可以建造知识体系进而完成设计。

1.明确要设计得产品。由于每一个产品都是具有许多性质不同的功能属性，同时每一个产品得功能属性都拥有两种类型即已经已经明确了的功能属性因子和未明确的功能屬性因子。

2.将该产品的所有的功能属性因子全部列举起来并根据其是否已明确的标准将其分为两个部分，这样就能筛选出目前社会上所能明确已知且能实现的功能属性因子，去除掉不明确，模糊的或目的技术暂时未能实现的功能属性因子，这样方便我们寻找设计方向，也有助于我们可以少走歪路歧路，完成一项有意义的设计。

3.将上步中选出的已经明确的产功能属性因子按照复杂度进行排列，并开始按照复杂度对产品的各个功能属性因子进行情景分析，分析并概括其不同的情境可能发生的各种状况，最后在其分析的所有情境中挑选出目的产品的功能属性因子，进而明确设计方向。

（二）逻辑流程演绎对产品的正负反馈

在设计过程中逻辑演绎之后，还可以使用系统论中的“正反馈”和“负反馈”的理念对产品的功能进行更进一步的推演，从而完成使用户更加满意的产品。正反馈是指逻辑演绎之后得出的结论发出对设计结果的反馈信息，其方向与设计目的一致，可以促进或加强设计活动的结果，逻辑演绎使A产生了更多的B，而B回过来又能够产生更多的A。一般来说，正反馈现象有助于推进一个系统的自身变革，这种变革就是系统自身由于正反馈现象所做出的应对措施。当然，正反馈不单单是产生良性循环，如果“设计系统加速发生的变化”是坏的方向，那正反馈也会造成恶性结果，设计过程中逻辑演绎之后要学会系统思考，识别正反馈中的“积极因素”以及“消极因素”。负反馈现象，总的来说，造成的因素更加难以捕捉，它具有拨乱反正的功能，它具有使一个偏离设计初衷的设计系统重新走回设计轨道的作用。在设计过程中设计师们总是预先设定出一产品设计预期的终极目的，并且负反馈在设计过程中充当一预警红灯的作用，一旦设计过程中出现了负反馈现象，设计师们就会寻找其中出现的问题并会使用最合适的方法进行。使其设计系统重新回到设计师预定的道路上，逐步且稳定地达到设计目的。但同时如果要进行产品创新设计，那么在某种意义上来说，就是一个进行负反馈的过程。负反馈出现之后系统同时也会出现一些使其平复稳定额因子，这些因子会积极地阻碍系统的变化。

引入正反馈与负反馈的理念就是尽量在设计过程中在其系统内保持稳定和减少不确定性成分的出现，设计师们应具备拥有一种设计素质，即学会捕捉设计系统中的关键因子并预见性地加以进行合理的反馈，但是一般设计系统内的反馈有延后和滞迟两种属性，所以更要认真仔细地对待它们。

三、系统观逻辑演绎下的家庭智能管家设计

（一）家庭智能管家功能逻辑演绎

结合物联网技术与嵌入式技术，可以将家庭里的各项设备通过单个产品进行无线控制【7】。根据之前所分析的以产品功能对设计进行逻辑演绎，家庭智能管家作为智能家居系统中的一个功能集中交汇处和功能启动及闭合的总开关，其同时具有了源头和终点两个重要处置中心。随着智能家居系统发展的热潮，其家庭智能管家产品设计的发展也是大势所趋。首先列举出家庭智能管家所具有的已明确的功能属性因子，大致可以分为四个不同层次;

其一，智能互联功能是家庭智能管家的核心已知功能，主要实现的是智能家居系统服务功能，需要建立整个智能家居系统中多个设备与外部系统的联系，实现家庭智能管家对智能家居相关设备的高效控制8，将其功能进行分解得到的是自动化服务，如无按钮交互的操作功能。其二，家庭智能管家的设计初衷就是便捷家庭生活，由此可以推导出三个基本已知功能即环境控制、能源管理以及设备管理。其三，安全功能作为家庭智能管家基础辅助已知功能，将其分解可以得到预测性维修、故障排除两个功能属性因子。其四，由于现代物质条件的充足，人类的家庭功能服务需求已经不仅仅满足于传统的基本服务功能。目前已经延伸出许多的有温度的附加功能需求如娱乐功能、陪伴功能等。秉着“从人的需求出发，又回归于人”的设计哲学出发【9】，将其分解后可以得到游戏、唱歌、学习、语音交互、护理、包容性沟通等。

接下来将这些功能属性因子置于不同的情境中进行分析，在家庭情境中，最具有明显的区别度就的就是不同的使用人群情景。一般在家庭中的适用人群大致可以分为老人、小孩、中青年以及到访的客人。其中中青年是使用家庭智能管家的主体人群，普遍为朝九晚五的上班族，使用情景可已分为工作日和休息日等。总的来说该群体的繁重的工作量导致其主体需求就是智能便捷性，操作与控制流程越便捷越好。另外，老年人和小孩由于其年龄特殊性，在某些特定日期内在家庭待大部分时间，所以也是主要使用人群。对该人群要注意的使用情境就是要有预防功能。防止由于错误的操作导致不可逆的后果发生。最后进行总结出其家庭智能管家的主要设计需求点为生活服务、信息处理、超级视野、人机共创、智能监控。

（二）逻辑流程演绎对家庭智能管家的正负反馈

如图2所示，正反馈集中于居住品质一点，大致分为功能集合、结构造型、操作方式、科技生活。首先，家庭智能管家产品的定义就决定了该类产品应是不同功能的集合，由于家庭户型和面积各不相同，即其结构造型不宜过大且不能过于另类夸张，应符合家庭生活中和谐、温馨的总体方向。由以上功能逻辑演绎中使用人群情境分析得出，操作方式人群的多样性导致了该产品应是简易操作方式。最后科技生活是提高居住品质的最有效途径之一，应充分利用已实现的各项先进科学技术赋予给该产品，使得该产品具有科技先导性、前瞻性。其次。家庭智能管家功能演绎的负反馈时刻在提醒设计者在整个设计流程中不忘设计的初衷，不忘家庭智能管家是一个服务人类的系统产品，它应该系统地服务于家居生活的一体化设计，强化用户体验，并且协调好人与产品之间的关系。

（三）家庭智能管家设计实践

设计说明：家庭智能管家设计通过产品功能的逻辑演绎推导得出生活服务、超级视野、智能监控、人机共创等功能。同时结合逻辑流程演绎对家庭智能管家的正负反馈，对其结构、功能、操作方式、科技生活等进行设计，结合两者的推导得出家庭智能管家上部主体为电子屏幕设计，下部安装移动轮方便移动，其为智能家居的功能集合，结构造型简便小巧，操作方式简单，室内空间功能更为灵活【10】。

1.生活服务：家庭智能管家可通过网络与全屋的所有智能设备进行连接，数据处理以及立体化服务。采用无按钮的交互设计，全程只需语音操控，在方便了用户的同时，拉近了用户与家庭智能管家的距离，此外家庭智能管家底部拥有智能移动，精准定位的功能。

2.超级视野：首先家庭智能管家控制着全屋所有的智能设备，拥有一键启动和紧急制动的功能，与此同时亦可以单独操控具体的某一台智能设备，如智能窗帘、智能台灯、电视机、空调等设备。其次家庭智能管家还可以进行对屋内环境的监控功能，如温度、湿度、煤气、烟雾浓度等，可以及时地向用户进行反馈。最后作为家庭小助手的家庭智能管家还可以对家庭的能源消耗进行管理，如水、电、天然气、煤气等。

3.智能监控：家庭智能管家除了与全屋防盗系统相连接外，还可以对屋内的智能设备进行故障排除，使用户更好地进行相对应的维修，相对简单的故障家庭智能管家可以为用户提供一套完整的解决措施。对于一些即将到达使用年限或超负荷工作的设备，家庭智能管家可以预测性地提醒用户进行维修或者更换。

4.人机共创：家庭智能管家可以根据不同年龄段用户和使用情境的不同可以进行不同功能的附加功能，如可以给婴儿唱摇篮曲、辅助学龄前儿童学习拼音或是读童话故事书、对留守儿童和老人进行语音陪伴、或是充當盲人用户的、帮助普通人看懂手语等，包含娱乐、陪伴、学习、无障碍沟通、人机共创等功能。

结语

从智能家居设计的历史发展中得到了人类对美好生活的向往，人类不停地用先进的科技来让自己的生活更加便捷，在其设计的过程中蕴含着丰富的系统观思维，用系统观对其进行研究发现要抓住设计中系统的复杂性，并且要以俯视的角度看待整个设计过程。最后总结了以功能为基点的逻辑演绎方式为基本思维方法进行了对智能电钻的设计实践，在有限的范围内对设计进行无限的思考，就如同系统观一样具有无穷的探索空间，从而能够创造出更多美好的设计作品。

参考文献

【1】王亚丽，高雁凤智能家居前景分析及发展趋势【J】.智能城市，2019，5（23）：40-41.

【2】吕佳锌，魏丹：智能家居的发展探讨【J】.湖北农机化，2020（01）：47.

【3】李砚祖.艺术设计概论【M】.武汉;湖北美术出版社，2009.

【4】刘斐基于系统设计思维的老年产品设计方法研究【J】.包装工程，2015，36（20）：88-91.

【5】黄晓宇，系统思维在产品设计中的应用【J】.商场现代化，2014（08）：105.

【6】李功清试论笛卡尔哲学的“逻辑”演绎【J】.三峡大学学报（人文社会科学版），2017，39（S2）：7-9.

【】卢于辉，秦会斌.基于MQTT的智能家居系统的设计与实现【J】.智能物联技术，2019，51（02）：41-47.

【8】仝宝石智能家居系统功能的设计要求与实现【J】.住宅科技，2019，39（06）：53-57.

【9】蔡伟强，刘玉刚，黄晓新，曾浩源，周锐，黄媚，黄楷勋，黄可欣，李建宏.浅谈家居智能化发展【J】.科学技术创新，2019（32）：83-84.

【10】陈晓燕智能家居在未来居住空间设计中的发展研究【J】.住宅与房地产，2019（31）：56.