钱学森系统工程理念在智能家居系统设计中的应用

祝欣蓉

摘   要：钱学森的系统工程思想，不仅广泛运用在中国的航天领域，随着科技和社会的发展，还全面融合在国家层面建设、城市建设、甚至智能家居设计中。系统分析设计遵循科学依据，以人为主、人机结合，采用工程化的理念，从定性到定量地综合集成，来解决复杂的系统设计问题。文章将钱学森思想理论运用在智能家居行业，促进人工智能、物联网技术、虚拟现实技术等多种信息技术的融合。

关键词：定性到定量;思维科学;智能家居;系统工程理论

钱学森是世界著名的科学家、空气动力学家、中国航天事业的奠基人之一，被称为中国导弹之父，足以见得他在中国“两弹一星”事业上的重要贡献。钱学森在很多领域做过开创性的工作，他不仅理论贡献卓越，还提出的系统科学思想、工程系统理论、定性到定量综合集成法等。钱学森认为，系统工程是一种具有普遍意义的科学方法，不仅可以应用于航天领域，甚至可以说是现代科学体系的重要基础，此后，系统工程技术在我国开始应用于城市与区域规划，甚至国家发展与建设中。

1    智能家居的发展

随着人工智能的发展，大到智慧地球、智慧国家、智慧城市，小到智慧家庭的建设，无处不蕴含着信息技术带给人们的简单、便利。所谓的智能家居，就是在传统建筑设计基础上，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防护技术、物联网技术、音视频技术等，将家庭中各种设备进行统一控制与管理，让设备更有助于提升用户的生活质量、生活舒适感和安全性，实现人和物之间的高度和谐[1]。在智慧城市部署中，智能家居的实现格外的重要，为用户提供优质的智能家居体验，提升生活质量，促进智慧城市的发展与时俱进。

2    智能家居设计思想

智能家居是物联网技术在建筑学上的一种体现和应用，通过传感技术、射频感应技术、无线网络技术将家中的各种设备连接到一起。从系统功能设计、家庭设备管理、建筑布局安放等方面，充分考虑将分散的设备集中管理，实现远程控制及智能切换，如图1所示。相比于传统家居设计，智能家居不仅具有居住的功能，还兼备了智能家电、智慧生活等理念，提供了全方位的信息交互功能，甚至融入节能环保、安全防护、大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等理念，更加方便人们的生活，甚至改变人的生活方式[2]。

2.1  手机及智能家居控制系统替代各种遥控器

真正实现智能手机功能，实现家用电器统一管理、控制，采用智能开关和插座控制照明，电饭煲、微波炉等厨房设备;随时可以通过手机控制家中的网络摄像头，查看家里访客情况;远程控制家中的音视频设备，实现自动开启和关闭[3]。

2.2  利用网络实现远程控制系统

只要是有网络的地方，都可以通过Internet来登录家中的远程控制系统，家中的每一个设备都通过网卡采用有线或无线的方式连接到网络中，采用远程登录的方式，可以控制远在千里之外自家的灯光、电器等。

2.3  不同场景设置及自动切换系统

根据不同光线、温度、位置，甚至人的心情，设定不同场景模式，不仅可以通过智能控制系统转换模式，而且可以跟随人的心情实现场景转换。

2.4  安防联动报警系统

当家中遭遇非法闯入或者温度烟感达到阈值等，系统能自动拨打预警电话，并联动相关喷水控制器、自动打开窗户等做及时处理，有效保证家中财产和人员安全。

2.5  智能综合布线系统

智能弱电系统将电话系统、有线电视系统、数据网络等弱电系统统一规划实施，实现多网合一管理，使之功能更强大、使用更方便、维护更容易、更易扩展。

3    钱学森系统工工程学理论在智能家居设计中的应用

1978年9月27日，钱学森等[4]发表了一篇题为《组织管理的技术—系统工程》的文章，是中国系统工程发展的重要里程碑。其强调从总体设计—遵循研制程序，进行反复试验，该理论不仅适用于航天领域，也同样适用于现在的智能系统领域。智能家居系统是基于建筑学的智能控制系统的综合应用，在系统分析阶段考虑功能的完整性和拓展性。在系统设计阶段，将需求进行分解，针对每一个应用进行相应的设计，但都是基于一个综合系统下，最后应用完善。钱学森将自然科学、工程技术融入到社会科学体系，建立了一条贯穿理论和实践的高速公路[5]。在系统设计时，采用自顶向下的原则，确定主要功能，在系统分析时，根据功能设计对家庭建筑中的设备及弱电系统进行分类，从而确定每一个空间的功能，尽量避免冗余设计，考虑到系统延展性，适合今后的不断更新与维护。在基础建设方面，结合基础网络构建和软硬件设计，统筹安排家居系统环境布局，力求在智能化、网络化、标准化、扩展性、实用性、安全性等方面综合考虑。

4    定性到定量综合集成法在智能家居设计中的应用

1990年，钱学森先生正式提出定性、定量相结合的综合集成方法，将其应用在信息化社会建设中，结合系统工程理论，基于Internet，开辟新的应用场景。從定性到定量综合集成法的具体使用是通过研讨厅体系实现[6]。由专家团队、高性能的计算机和大量的研究分析数据构成的工作厅，各领域的专家及所设计的智能家居生态系统作为研讨厅的主体，高性能计算机的软硬件作为研讨厅的主要工具，如表1所示。

在智能家居系统设计过程中，充分发挥人的想象力和主观能动性，把生活中的场景应用在智能设计中，把握未来家居设计整体的优势，围绕智慧家居设计理念进行设计[7]。

基于钱学森系统工程学和综合集成理论思想，在智能家居设计中，充分发挥硬件设备存储容量大、运行速度快等优势，结合人的思维科学、认知科学，进而形成人机结合的整体优势、综合优势与智能优势。用“人机结合、人网结合、以人为主”的方法，在系统模型体系下，用最科学、最智能化的办法集成人的经验和智慧，甚至可以具有人的推理和纠错能力，最终满足人工智能时代的人机和谐发展需要[8]。

[参考文献]

[1]智库·百科.智能家居[EB/OL].（2016-11-07）[2019-08-18].https：//wiki.mbalib.com/wiki/智能家居.

[2]孙玉娟.智能家居借势突围从智慧城市到美丽中国[J].中国住宅设施，2013（Z1）：86-87.

[3]网易家居.智能家居有哪些，一文全解答[EB/OL].（2019-05-06）[2019-08-20].https：//home.163.com/19/0506/09/EEFV0JHF001081II.html.

[4]钱学森，许国志，王寿云.组织管理的技术—系统工程[J].上海理工大学学报，2011（6）：520-525.

[5]钱学敏.钱学森关于复杂系统与大成智慧的理论[J].西安交通大学学报（社会科学版），2004（4）：51-57.

[6]戴汝为.从定性到定量的综合集成法的形成与现代发展[J].自然杂志，2009（6）：311-314，326.

[7]许晓鸣，高岩，车宏安.钱学森系统科学思想的形成和发展[J].上海理工大学学报，2011（6）：508，569-593.

[8]郑新华，曲晓东.钱学森系统工程思想发展历程[J].科技导报，2018（20）：6-9.