大数据背景下的家电产品工业设计研究

摘  要： 现有的家电产品工业设计中自动发出指令的数量占比较低，因此进行大数据背景下的家电产品工业设计研究。为了使家电产品的智能化程度更高，需要对海量数据进行处理，数据处理中采用迅为iMX6Q开发板实现数据的采集，设计数据库表用于数据存储，设计数据序列结构得到激活函数，通过行为预测算法计算出人体三轴加速度参数，最后设计指令自动发送程序，发送指令到节点终端完成行为的执行，完成大数据背景下的家电产品工业设计研究。通过测试实验结果表明，大数据背景下的家电产品工业设计自动发出的指令数量占比比传统家电产品工业设计高出50.8%。

关键词： 家电产品; 工业设计; 大数据; 数据处理; 数据存储; 行为预测; 程序设计

中图分类号： TN99?34; TB472                    文献标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2020）21?0183?04

Research on industrial design of household appliances under background of big data

YANG Xue

（Xinlian College of Henan Normal University， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： In the industrial design of existing household appliance products， the number of automatic instructions is relatively little. Therefore， the research on industrial design of household appliance products under the background of big data is performed. In order to make the intelligent degree of home appliance products greater， a massive data needs to be dealt with. The iMX6Q development board is adopted in the data processing to realize data acquisition. A database table is designed for data storage. The data sequence structure is designed to get the activation function. The behavior prediction algorithm is used to calculate the human body triaxial acceleration parameters. The instruction automatic sending program is designed to send instruction to the node terminal for accomplishment of the behavior execution. On the basis of the above， the industrial design research of household appliance products under the background of big data is completed. The test results show that the proportion of instruction data sent automatically by the industrial design household appliances under the background of big data is 50.8% higher than that of the traditional household appliances.

Keywords： household appliance; industrial design; big data; data processing; data storage; behavior prediction; program design

0  引  言

如今的大数据时代最显著的特征就是“互联网+”，在这样的大背景下，家电产品的工业设计也逐渐趋向于智能化，随着人们对生活品質的追求，智能家电也成为了更多家庭的新选择[1]。现有的家电产品工业设计的智能化程度比较低，多数情况下需要用户进行操作干预，为了解决这类问题，本文提出大数据背景下的家电产品工业设计研究。为了使家电产品的智能化程度更高，需要对海量数据进行处理，数据处理模块采用迅为iMX6Q开发板实现数据的采集，设计数据库表以便于数据存储，设计数据序列结构得到激活函数，通过行为预测算法计算出人体三轴加速度参数，最后通过服务器和终端的程序完成行为预测以及匹配，发送到节点终端完成行为的执行。

1  大数据背景下的家电产品工业设计

大数据背景下的家电产品是基于传统家电的基础功能，将传感器与网络通信技术引入到工业设计中[2?3]。智能家电的优势主要体现在交互设计上，它的发展主要经历以下三个阶段，如表1所示。

从以上的发展阶段能够看出，随着大数据和信息化的提高，智能家电将朝着更高级的状态发展[4?5]。由此对大数据背景下的家电产品进行新的工业设计。

1.1  数据处理与存储

在家电产品的工业设计中，为了实现其智能化，需要有海量数据作为支撑，主要包括数据的处理与存储[6]。因此既要实现远程WiFi通信，又要能够获取各类传感器的数据，因而对开发板的性能要求较高。在家电产品的数据处理部分，选择的是迅为iMX6Q开发板，型号为飞思卡尔Linux，采用工业级ARM四核PLUS增强版，它的优点是操作便捷灵活，其硬件电路板如图1所示。

本文设计中使用的iMX6Q开发板拥有14个数字I/O引脚，从端口输出数据，实现串口通信、计时[7?8]。iMX6Q开发板能够将各种传感器采集到的数据实时发送到上位机，实现数据的接收。数据完成处理之后，要使用关系型数据库储存接收到的智能家电设备数据。需要存入数据库的信息如表2所示。

在数据表设计完成之后，将开发板接口和Java对象映射成数据模块中的记录，并与实体类相对应，在相关配置文件中直接实现对数据进行增删改查[9]。至此完成了数据处理模块的设计。

1.2  行为预测

家电产品工业设计智能化的重要一步就是行为的识别与预测，随着大数据技术的发展，已经能够使用计算机来理解自然语言，本文在多用户的智能环境下，将类似于神经网络模型应用到行为识别与预测中[10?11]。神经网络中的数据序列通常使用RNN模型来处理，在此基础上，引入遗忘门的概念，解决原有的梯度消失问题，数据序列的结构图如图2所示。

在图2的数据结构中，蕴含着一个[tanh（x）]激活函数，在数据序列中给神经网络加入一些非线性元素[12]，能够提升解决问题的复杂度，tanh激活函数为双曲线正切函数，表示为：

[tanh（x）=1-e-2x1+e-2x] （1）

式中，[e]为一个自然常数，表示为：

[e=1+11！+12！+13！+...+1n！] （2）

该函数的优点在于，能够保证数据输入和输出都是同样可微的。人体在发生一定的行为时会经过发生动作时身体部位的失重、动作停止时惯性导致的超重、动作完成时的静止这三个阶段[13]，在这三个阶段中，加速度的值也在改变，示意图如图3所示。

在加速度示意图的基础上对人的行为做出加速度分析，测量日常生活中各种行为的加速度值，作为行为预测算法的特征参数，利用信号向量模来表示：

[SMVA=a2x（t）+a2y（t）+a2z（t）SMVω=ω2x（t）+ω2y（t）+ω2z（t）] （3）

式中：[ax（t）]，[ay（t）]，[az（t）]分别表示三个轴方向的加速度值;[ωx（t）]，[ωy（t）]，[ωz（t）]分别表示三个轴方向的角速度值。

将加速度和角速度的行为预测算法进行计算与融合，弥补了单一数值预测的不足，使行为的识别与预测更加准确。

1.3  程序设计

家电产品要实现指令的自动发出，在程序设计中要对各个服务器和控制终端做出应答，家电作为终端节点，要通过大数据的分析结果进行判断[14]。当目的行为不匹配时，要将接收到的数据丢弃，设计的程序如图4所示。

在行为匹配时要将携带的数据进一步挖掘，判断接收到的指令是否符合本节点的家电类型，然后再经串口发送到执行节点完成指令的自动发出[15]。至此实现了大数据背景下的家电产品工业设计研究。

2  仿真实验

为了验证本文提出的家电产品工业设计在提高家电智能化程度方面的有效性，选取传统的家电产品作为参照，通过对比实验进行验证。

2.1  搭建测试环境

测試环境需要模拟生活中用户的真实家居环境，本文的测试环境中主要测试主卧室灯与床头灯，在房间的入口与床头设置电子传感器、运动传感器和光敏传感器，都与测试中的两盏灯通过WiFi相连以保证交互。在卧室中涉及到用户的以下行为：休息、阅读、走路、不在场和其他，每种行为下灯应有的状态如表3所示。

在完成以上设置之后，开始进行为期24 h的实验，并将实验结果进行记录。

2.2  实验结果与分析

在上述的测试环境下，记录传统的家电产品自动发出指令的次数与人为发出指令的次数，和本文设计的家电产品自动发出指令的次数与人为发出指令的次数，对比结果如图5所示。

从图5可以明显看出，在测试的时间内，本文设计的家电自动发出的指令数量占比明显高于传统家电，经过进一步的计算，本文设计的家电自动发出的指令数量占比为87.3%，传统家电自动发出的指令数量占比为36.5%，验证了本文的家电产品工业设计的智能化程度有所提高。

3  结  语

随着大数据的发展，智能家电热潮来临，本文在查阅相关文献的基础上，对目前我国家电产品工业设计上的一些缺陷进行重新设计。实验结果表明，本文设计的家电自动发出的指令数量占比比传统家电高出50.8%，验证了本文的家电产品工业设计的智能化程度有所提高，但是还有一些不足之处，期望在日后的研究实验中，能够将家电产品设计更加完善。

参考文献

[1] 陈钢.匠心独具 创新不止：“机床行业工业设计研讨会暨第八届机床产品创新与设计高峰论坛”在京召开[J].制造技术与机床，2018（8）：7?8.

[2] 王甜甜.浅谈中国传统文化在工业设计产品中的创新应用研究[J].工业设计，2017（7）：50?51.

[3] 孙晶晶，王妍.吴文化旅游创意产品创新设计研究：以无锡地区为例[J].工业设计，2017（4）：73.

[4] 熊菲，王金广.学龄前儿童玩具产品的设计要素及群体特点分析[J].工业设计，2019（7）：62?63.

[5] 陈英.基于3D打印的工业设计产业升级及技术创新研究[J].成都航空职业技术学院学报，2017，33（3）：50?53.

[6] 洪珺.字体设计在多媒介融合背景下的创新与实践：以字体的动态设计为例[J].工业设计，2017（7）：94?95.

[7] 王瑞，胡达祥.家用电器远程控制系统的设计[J].电子设计工程，2017，25（7）：106?110.

[8] 陈兴，闫茂松，范强，等.声学超材料次波长吸声结构的优化设计[J].家电科技，2019（2）：74?77.

[9] 吴佳乐，刘春燕.可持续设计理念在产品设计中的应用研究[J].设计，2018（1）：80?81.

[10] 杨梅，杨雪.基于参与式设计方法的老年人智能产品设计研究[J].包装工程，2018，39（12）：81?85.

[11] 李卓，李雪.非物载体的方式创新：透过系统原理窥探产品设计的本质[J].设计艺术研究，2017，7（2）：6?11.

[12] 易军，汪默.基于实体交互的智能产品设计方法[J].包装工程，2018，39（2）：107?112.

[13] 周敏宁，邵炜丹.新中国早期家电设计探寻：以江苏电子家电为例[J].工业设计，2017（8）：53?54.

[14] 胡华东，李洪翠，高广洲，等.高端家电用热镀锌耐指纹钢板产品开发[J].钢铁钒钛，2019，40（2）：161?165.

[15] 朱佳顺.家用空调外机轴流风轮产品优化及模具冷却设计和模具料位加工工艺方法[J].家电科技，2017（12）：74?77.

作者简介：杨  雪（1987—），女，河南新乡人，硕士，讲师，主要研究方向为工业设计。