大數據驅動的智能家居產品設計思考與實踐

閆勝昝 韓志天

摘要：針對人工智能、大數據時代，多功能智能產品功能欠缺或冗余問題，為提高多功能智能產品設計的功能實用性，提升用戶體驗。從豐富數據、基于客觀行為和產品實際用戶的角度出發，通過設計具有信息反饋能力的多功能產品，探索提高工業設計水平和價值的方式方法，以一款智能家居產品的設計實現為例，闡述這一設計思路和方法的實際意義。以期該設計探討有助于簡化和優化智能產品功能，促進工業設計的變革與發展。

關鍵詞：工業設計數據驅動智能產品信息反饋數據分析

中圖分類號：TS664.9文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2021）09-0011-03

Abstract： In the era of artificial intelligence and big data，the problem of functional deficiency or redundancy of multi-functional intelligent products is getting attention to improve the functional practicability of multi-functional intelligent product design and the user experience. From the perspective of rich data，based on objective behavior and actual users of product，through the design of multi-functional products with information feedback ability，explore ways and methods to improve the level and value of industrial design. Taking the design and implementation of two products as an example，this paper expounds the practical significance of the design ideas and methods. This design discussion will help to simplify and optimize product functions，and promote the reform and development of industrial design.

Keywords： Industrial designData-drivenIntelligent product Information feedbackData analysis

前言

在我們的生活中，最經常發生而我們卻不曾發覺的就是設計，設計發源于生活，服務于生活，并高于生活，我們生活在設計中，通過設計感悟生活，改變生活，追求更好的生活。產品設計的第一要素是功能，當然造型的美觀、色彩的舒適、人機的優化等更是錦上添花，在滿足產品實用性，能夠用起來的基礎上，提高用戶體驗，是產品設計不竭的追求。

隨著“工業4.0”和大數據時代的到來，產品的變化愈演愈烈，演變成為各行各業的主旋律，“唯一不變的就是變”[1]。傳統產業創新能力不斷提升發展機會不斷增多，受人工智能和虛擬現實等技術的影響，工業設計迎來巨大發展機遇[2]。越來越多的多功能智能產品出現，然而產品的眾多功能中又有多少是深得人心、利用率較高的呢？造型意象存在認知差異，蘭州理工大學的蘇建寧教授等對其進行了熵評價研究，研究指出由于認知環境、知識背景和經驗等信息的差異，導致用戶、設計師和工程師對產品有不同的意象認知，因此需綜合三者基于意象認知的造型熵評價模型來確定產品的造型[3]。海內外眾多學者紛紛進行智能產品設計研究[4-10]，對于智能產品功能實用性的判斷，更應該基于實際使用中的真實反饋，將智能產品與大數據平臺相結合，通過大數據平臺收集和分析客觀

使用數據，以及設計流程中的過程數據，并指導多功能產品的功能設計將成為研究熱點。

一、產品設計開發流程及問題分析

傳統產品設計開發流程主要包括設計準備、市場調查、問題分析、設計展開、方案評審、樣機制作、試產及投放市場、用戶使用等幾個階段和步驟，整體呈直線型，如圖1所示。

一般線下銷售的產品，設計開發流程到此結束，而線上銷售的產品雖有形式上的反饋（網上好評機制），但這種反饋多流于形式，甚至被有些商家搞成了促銷活動（好評返現，水軍刷好評等），導致無法獲得真實有效的反饋信息。這種無反饋、直線型的設計開發流程容易導致設計師憑主觀判斷決定產品的功能組成，或者通過設計前期的市場調查來決定新產品的設計方向。傳統的市場調查多基于調查問卷、問卷分析，而這種形式也存在，調查對象與產品用戶不一定重合;回答問卷憑主觀感覺，非客觀行為;調查范圍有限，數據不足導致分析結果存在偏差、可靠度低等問題。最終導致的后果就是產品的設計存在功能不足或功能冗余的現象。

結合以上對傳統產品設計開發流程的分析，可以發現智能多功能產品的設計存在以下問題：（1）設計流程單調、單一，呈直線型;（2）對設計師的工作經驗和主觀判斷依賴性高;（3）基于有限數據的問題分析和功能定位，不能充分反映用戶需求;（4）基于弱相關性反饋信息或虛假反饋信息的設計可靠性不高;（5）導致設計方案及最終產品的用戶體驗下降，影響市場銷售。鑒于此，隨著大數據時代的到來，提出將大數據引入產品設計開發流程中，形成設計前期階段由客觀數據驅動，設計后期階段信息反饋回流生成新的大數據，智能產品使用即人工智能可利用大數據資源進行學習，為用戶提供更好的服務，同時也可以將用戶實際操作的數據信息收集反饋到大數據庫中，便于驅動下一循環的設計流程，從而打造環狀循環驅動的創新設計思路。具體如圖2所示。

二、大數據、人工智能在設計中的作用

作為“‘十三五十四大戰略”之一的“國家大數據戰略”，我國大數據產業正處于高速發展期，新產品、新服務不斷推出。大數據發展的顯著趨勢讓數據成為新的“生產要素”，主導著產品的設計開發。大數據時代，雖然仍面臨59%的數據為無效數據，70%～85%的數據過于復雜，85%的企業數據架構無法適應數據量和復雜性增長需求，98的企業無法及時、準確地為業務提供正確信息等挑戰[11]，但在各個領域都在不斷研究大數據的應用，如設計中無論是表現手段、設計方法還是產品功能，均在不斷吸收大數據的優勢，從用戶體驗的角度設計更多、更新、更有市場價值的產品。

人工智能從誕生以來，理論和技術日益成熟，應用領域也不斷擴大，可以設想，未來人工智能帶來的科技產品，將會是人類智慧的“容器”。大數據可謂驅動人工智能的三駕馬車之一，可以為人工智能的發展提供動力源，大數據重要的是數據的處理、挖掘、分析、可視化、應用等一整套的過程，而數據來源是首要問題。人工智能與設計的結合主要體現在人工智能產品的開發和人工智能技術在產品設計中的應用兩個方面，如生活中的智能掃地機器人、智能手環等產品，再如2019年米蘭設計周期間斯塔克推出的一把依靠人工智能技術設計的椅子首次體現了人工智能技術在產品設計中的應用。然而最近浙江大學的孫凌云團隊進行了以人為中心的智能產品設計現狀及發展趨勢研究，指出人工智能領域正面臨著從技術驅動向以人為本的重要轉折，人工智能的應用應該輔助和增強人類，而不應是取代人類[12]。

綜合來看，大數據在產品設計各個階段的應用理念已基本成熟，如需求分析階段，可通過數據的轉化及采集，進行需求信息提取、需求功能轉化、需求偏好分析和需求趨勢預測;在方案生成階段，可通過數據存儲及處理，達到功能映射、方案優化組合、整體創新設計;而在方案評價中，又可以通過數據分析和數據解釋，完成產品性能獲取、指標權值分析和方案擇優評價[13]。基于大數據的設計可以做到圍繞真人真事，關注產品服務、使用環境和信息反饋，將有助于在整個產品研發過程中更好地理解用戶對產品的本質需求，面向用戶本質需求的設計，才能適應人類和社會的發展進步。然而，由數據驅動的產品創新設計具體應用實現和解決方案還有待研究。對于人工智能產品的開發，數據是智能產品學習能力依賴的底層基礎，同時人工智能產品也應成為支撐大數據不斷豐富和完善的來源，通過人工智能產品對用戶使用信息的采集、存儲和上傳，將有助于充實、優化大數據資源。因此，在智能產品的設計中應該在保障用戶隱私的前提下，盡可能多地收集回流用戶使用產品中的一些客觀數據;另外，鑒于人工智能的機器思維與人類的設計思維之間存在的差異，設計過程不能完全依賴大數據+AI技術，不可屏蔽設計師的參與，感性思考用戶需求，努力做到以人為中心的智能產品設計。

三、一款智能家居產品設計

（一）行業分析

智能化時代，隨著社會的不斷發展與進步，人們愈加注重個人家居生活品質，智能家居產品的市場前景廣闊。據Statista數據，2017 年世界智能家居市場規模約334億美元，到2022年有望迅速增至782 億美元。從國內市場來看，根據前瞻產業研究院的統計，2017年中國智能家居市場規模約為65.32億美元，2012-2017年年均復合增長率為38.87%，呈現極為迅速的發展態勢。而數據驅動的智能家居產品將不僅具有更佳的智能化性能，而且更加能夠契合用戶需求設置功能，并不斷優化用戶體驗和交互方式等。

5G時代，大數據資源愈加豐富，科技日新月異，普通的智能化產品已無法滿足當代人的需求，針對市場，同時面向用戶個性化需求的產品設計是智能家居產品的設計方向。目前市場上的智能家居產品很多，如小米的Yeelight智能燈泡和床頭燈、iHealth智能血壓計、手環、體重秤、空氣凈化器，以及一些智能門鎖、智能開關、智能窗簾等等，大多都是通過物聯網技術實現的手機端控制，而且多為獨立單一的智能產品。目前大數據在智能家居中的使用還處于對單一產品的數據采集、分析、利用階段。建立智能家居大數據平臺才能整合資源，使大數據在智能家居領域更好地為消費者服務。實現未來家居產品的互通互聯，采集、控制家庭中所有智能設備，作為家庭的大數據池，收集并支撐智能家居產品，提高服務質量，才能讓生活更舒適、更健康、更高效。

綜合以上分析，智能家居產品過分依賴于手機應用，體現了大數據、人工智能技術應用和產品設計的不足。清晰定義大數據及其應用，尋找更好地大數據收集和使用方法，合理化功能配置，優化用戶體驗和交互方式，是強化大數據、人工智能技術在產品設計中作用的方向。

（二）設計原則

針對前述對目前智能家居行業的了解[14]，在分析現有智能家居產品的基礎上，以智能化以核心，以智能家居產品的集控中心為目標，改進設計一款集科技感、智能化、功能化、數據反饋概念的智能管家機器人產品。

鑒于人們對高質量生活的追求，以及消費水平的提高，家居產品應朝智能化、高端化、科技化、功能化的方向發展，根據對現有產品的調查分析，歸納總結出以下幾個有關智能家居產品的設計原則。

1.安全性原則

安全性是提升生活質量以及未來發展進步的基本前提和保障，任何一款產品都應在設計中嚴格遵循安全性原則，充分考慮產品使用過程中可能對使用者安全產生威脅的各種因素，通過合理、先進的設計避免安全問題產生，主要體現在造型安全和材料安全兩個方面。

在造型上，產品外觀不能有尖銳的棱角和細長的凸起，任何轉折部位都應圓滑過渡，避免使用時對使用者造成物理性傷害，如磕碰或者劃傷等。產品造型應大小適宜，在滿足功能前提下適當考慮環境融人感，智能家居產品作為家庭生活用品，造型體量上應適于家用，安裝、移動方便，作為智能管家機器人，不能過大或過小。選材方面，根據各種材料的不同語義，選擇適于家居產品且有一定耐受度的材質，以保證產品的功能實現和安全性。

2.實用性、易操作性原則

實用性原則是設計的關鍵，也是設計的根本。如前文所述，目前有一種功能集成化設計的趨勢，產品功能越來越多，但有些功能是設計師的一廂情愿，實用性不高，冗余的的功能增加了產品操作的難度，從而導致使用者的體驗變差，因此設計的前期調研由大數據驅動，讓數據說話并指引設計中的功能設置，才能做到功能合理、操作簡便，從而給使用者帶來良好的用戶體驗。可見實用性和易操作性是提高用戶體驗的根本，要擁有良好的體驗性，產品一定要做到功能實用、操控簡單明了，目產品設計應滿足使用者的使用習慣。首先對于產品擁有的功能應客觀分析，其次應設計簡便的操作流程，并在產品的具體操作方式上采用功能按鍵加智能化語音相結合的設計。在某些必須固定的按鍵以及開關處，做到操作介質唯一，直接、單一的對應某一種固定功能。

3.交互性原則

生活原本就是豐富多彩的，而設計源于生活，豐富生活，讓生活更美好，讓人們的生活方式更便捷。隨著社會的進步和發展，所謂交互不應僅僅體現在功能的交互，還應該關注情感的互動體驗。在智能管家機器人的設計中，應盡力弱化“機器人這一冰冷的概念，通過它作為智能產品的設計，不僅從智能化功能服務提供方面，而且從外觀造型的情感化體驗方面，讓使用者更加喜歡和認可該產品設計。智能管家機器人不僅僅是方便人們的生活，集中控制智能家居產品，實現智能家居的管理，還應發揮其智能化產品的作用，給人們提供親和力陪伴和“玩具”式體驗。產品不能僅停留在解決使用功能問題基礎上，還可以把它當作一種促使情感互動的玩具和日常生活中的伙伴。在造型設計中要給人帶來喜愛感，同時要注重智能產品的科技感，從而在外觀造型上讓使用者產生情感共鳴。

（三）產品設計

綜合考慮以上原則，產品設計采用簡約風格，整體造型簡潔，仿人形設計，外表配色簡約，整體統一而獨具特色，力求設計美感，給人大方而溫和的感覺。在功能實現方面，以開關按鍵、電源和語音操作為主，模型墨鏡區域為交互顯示屏。整個方案主要以智能管家機器人造型上和功能上的設計為主，并增加更加智能化功能的概念體驗設計，以滿足人類生活更加方便和有趣的體驗，并結合現有的智能化產品功能加以改進優化，實現更加智能化的智能管家機器人設計。產品主要適用于智能家庭或智能辦公區域場所環境，是一款具有智能家居系統集控中心操作系統的智能機器人產品。

1.設計思路

結合前期的市場調研以及對產品的定位分析，設計整體方向為仿人的造型，通過發揮想象，對整體造型及部分細節規劃出大致方向。

機身設計中采用了六邊形蜂巢造型元素，象征智能與團結，通過對六邊形的重組、打散、再構，生成機身上的造型細節，元素演變如圖3所示。

在造型設計思維中加入產品功能約束，協調完善造型和功能，在面部眼睛部位設置墨鏡區域為攝像頭、掃描屏，內設掃描器、文字轉換器等，耳朵部位設置揚聲器、收音器等，實現語音交互功能，整體造型簡潔大方。

產品主要特點體現在①智能自充電②自行走③智能操控面板④智能語音識別。通過機器人底部設置的四個輪足實現行走，通過面板操控或語音指令，由芯片及傳感器控制其行走，并可識別電量，實現智能自充電。設置的操控面板及收音器可實現智能手動操控或語音操控，完成指定任務，同時借用了人工智能的學習能力，可在使用中不斷根據用戶的偏好優化其提供的功能。產品特點如圖4所示。

2.設計方案

智能家居產品在人類的日常生活中日益占有重要地位，其設計的好壞不僅影響使用效果，同時也會影響到用戶的使用體驗。對于智能管家概念機器人的設計，不僅要滿足當代智能家居中便捷、安全、智能的理念，也要結合情感化設計，在使用過程中給人以良好的體驗感。最終實現的產品設計效果圖如圖5所示，使用場景效果圖如圖6所示。

結語

隨著全球化發展、產品競爭日益加劇，智能領域在科技支撐下飛速發展。智能產品的設計也是一個動態的、持續發展的過程，需要與時俱進地進行分析。從多功能智能產品的功能合理化設置、提升用戶體驗的角度，分析了設計流程中引入大數據技術的必要性。通過大數據充實分析樣本提升設計前期定位研判的準確性，客觀數據代替問卷調查中的主觀想象也為產品的準確定位提供保障，而數據來自產品實際用戶的使用行為，相比隨機調查問卷的來源更加精準，這些都為產品設計中的功能合理化配置打下了基礎，同時通過設計智能化具有信息反饋能力的產品，可不斷豐富和完善大數據庫，形成良性設計循環。以一款智能家居產品的設計為例，介紹了設計思路和設計方案，設計流程和方法清晰可行。該研究面向未來智能產品設計，提出了大數據驅動產品設計，并由智能產品反饋信息豐富大數據庫的循環優化提升設計思路。

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