智能产品开发技术现状综述

作者:未知

  【摘 要】随着物联网、工业大数据、增材制造、增强现实等新兴技术不断的涌现,智能产品的开发技术也不断迭代更新。通过阅读智能产品相关的期刊论文、硕博论文和已授权的专利,本文从智能家居系统、智能穿戴产品、无线通信协议、智能算法与大数据五个方面,论述了在这五个领域内的开发技术,分析了现阶段智能产品开发技术的发展特点及发展趋势。
  【关键词】智能产品;物联网;通信协议;智能算法;大数据
  一、智能产品开发技术现状
  通过物联网平台,将大数据、传感器、传统设备、通信模块连接成一个具有反馈功能的系统,进而让其拥有智能化。当下智能产品应用于交通、智能产品应用于老龄人群、智能产品应用于工业、智能产品应用于教育。智能制造技术是在现代传感器、网络技术、自动化技术以及人工智能的基础上,通过感知、人机交互、决策、执行和反馈,实现产品设计过程、制造过程和企业管理及服务的智能化,是信息技术与制造技术的深度融合与集成,安全,高效。
  (一)智能家居系统的开发
  现阶段的开发技术主要是基于ZigBee、Arduino等物联网平台,运用不同的传感器装置,进行信号的输送,可测量当前天气、空气质量、室内温湿度及室内采光情况、火情以及漏水漏电等情况,同时可实现空调、门窗及门锁安全可靠的远程操作。利用Arduino物联网平台的便利性和 Yeelnik数据云平台的免费性可设计了低成本的家居系统;徐振华[1]利用 ZigBee无线传输的低功耗特性控制数据传输系统功耗。利用W5100芯片设计了网络模块,实现了与互联网安全可靠的数据通信,增加了网络可靠性。再如,李剑[2]开发了一种空气调节系统,其特征在于:包括数据处理模块以及与数据处理模块相连的空气质量检测模块、语音提示模块、语音控制模块、语音识别模块、空气调节控制模块;在实现空气调节的同时减少降低成本,不仅能够与家庭服务机器人相结合,而且能够进行智能化空气调节,充分满足了人们的日常生活。
  (二)智能穿戴产品的开发
  现阶段的相关产品主要有智能手环、智能耳机、智能运动鞋。首先利用各种传感器采集信号,将收集到的数据存到芯片,利用蓝牙、局域网等通信协议进行交互。赵文苓基于蓝牙4.0BLE芯片NRF51822、心率传感器,心率算法及RSSI测距技术,开发了一款可穿戴心率监测及防丢系统。为提升产品的人性化设计,采用移动互联网视角下的智能产品服务设计,基于智能产品在特定情景下的感知与反馈,通过系统化的规划和表达,对用户的真实需求做出反应。借助灵活多变和深度适用的干预手段,完善功能实现和场景构建,为某一领域内的问题现象提供最优化的解决方案。但是,当下市场上老年人开发的智能产品逐渐增多,产品的可用性却并不高,通过感性工学的角度来研究与评估产品可用性,帮助研发和设计人员了解铲平可用性的现状与改进方向,为提升产品质量提供指导,从而研制出更加适合老年人使用的智能产品。
  (三)智能产品的通信协议
  智能产品是一个多行业交叉的技术领域,很多设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备,传输协议有Z-Wave、Zig Bee、Bluetooth、All Seen、Blooth Mesh、Weave/Thread、Open Io T、Hi Link等十多种。不同的智能家电产品使用的无线协议不同等现状导致智能家电产品连入物联网时无法实现“互联互通”,形成行业孤岛。智能家居领域面临的挑战包括标准与协议的问题。目前市面上广泛应用的智能家居无线协议技术主要有:ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi、红外、PLC等。这些协议在各自的领域各有优势, 并各占一方市场。Wi-Fi传输速率最快,PLC的传输距离最远,但是由于受到传输速率低等因素的限制,近几年它的应用并不广泛。红外虽然操作简单,但是只能实现点对点的通信,不利于组网,使用也受到限制。ZigBee因为具有功耗极低等特点而被广泛使用。Zig Bee功耗低至μW量級,约为5.6μW,若每天使用Zig Bee100次,功率消耗仅为4mJ/h,与Wi-Fi对比,若连续收发200mA,3V的功耗约为2kJ/h,Zig Bee的功耗只有Wi-Fi的十万分之一。ZigBee的基础功耗远低于Wi-Fi跟Bluetooth,在智能家居的应用领域占有一定的优势。虽然在短时间内无法将智能家电的通信协议统一, 但是,众多学者和我都相信未来智能家居产业发展的趋势是一个相互兼容的局面。
  (四)智能算法与大数据
  伴随着互联网、云计算的发展,智能产品的开发技术与大数据技术密不可分。产品的开发可根据自身发展状况,对各个环节进行综合考虑,并结合智能算法。相关算法主要有聚类分析、神经网络、灰色预测等。通过对数据的收集,相关系统可预测天气情况、人流量、车流量。譬如电子支付的安全问题层出不穷,将相关数据与智能算法结合可以找出欺诈的数据的账户,避免企业和个人的损失。譬如杨维俊[5]开发了一种信贷反欺诈识别系统,其特征在于:包括申请模块、分析模块、数据库、决策模块和反馈模块,同时系统还具有安全管理设计。分析模块包括闭环人工智能系统和大数据分析评分卡,并使用模糊匹配算法。针对不同地区、不同客户及不同客户业务场景,采用人工智能技术对反欺诈模型形成闭环处理,系统经过自身自适应学习而对防欺诈模型自动调优从而使得系统对申请防欺诈侦测达到最优状态。通过对用户大数据分析从而得到评分卡,该系统可以通过参数化配置将评分卡模型嵌入到申请反欺诈处理流程中,从而帮助调查人员做出判断。譬如,在现有路况条件下,把人、车、路综合起来考虑,利用传感器检测技术、图像处理技术,检测车辆行驶状态,使个体交通行为更加合理,提高了交通管理部门的决策能力。同时优化信息传输系统,减少驾驶人员的操作失误、提高交通运输系统的运行效率和服务水平、增强交通系统的安全可靠性、降低交通带来的环境污染等多方面问题。
  二、智能产品开发特点及趋势
  (一)智能产品开发特点
  智能产品的开发技术涉及到多学科,智能硬件缺乏统一标准,产品服务创新质量参差不齐,智能硬件产业规模继续增长,智能硬件转型重定位。
  (二)智能产品开发趋势
  建立统一的多学科协同研发平台;建立数字化样机,实现仿真驱动创新;采用标准化、模块化设计形成系列化产品开发能力;MBD/MBE设计信息与生产信息高度集成;进一步融合增材制造与拓扑优化技术的创新设计;应用虚拟现实与增强现实技术的设计评审;虚拟现实将进入普通消费市场,内容成主要掣肘。
  【参考文献】
  [1]徐振华.基于ZigBee与Wi-Fi融合的智能家居系统研究与设计.中北大学.2018年.
  [2]李剑.一种基于人工智能技术的空气调节系统:中国专利,CN108679787A[P].2018-10-19.
  [3]赵文苓.基于NRF51822的可穿戴心率监测及防丢系统设计.成都理工大学.2017年.
  [4]孙晶晶;何曙;袁雅青.智能家电之无线协议探讨.家电科技.2017年:27-29.
  [5]杨维俊;李翼岚.一种信贷反欺诈识别系统:中国专利,CN108765135A[P].2018-11-06.
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