智能家電現(xiàn)狀、基礎(chǔ)及其發(fā)展趨勢

　　如今，顧客對家電產(chǎn)品的期望值越來越高，這促使家電制造廠商全力開發(fā)新型的、智能化的家電產(chǎn)品來滿足顧客需求，以求獲得更大的市場份額；而智能控制技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展也為家電自動化和智能化提供了可能。所以，智能化是家電產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢，這種趨勢如今已經(jīng)初見端倪。

　　智能家電產(chǎn)品現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)家用電器有空調(diào)、電冰箱、吸塵器、電飯煲、洗衣機等，新型家用電器有電磁爐、消毒碗柜、蒸燉煲等。無論新型家用電器還是傳統(tǒng)家用電器，其整體技術(shù)都在不斷提高。家用電器的進步，關(guān)鍵在于采用了先進控制技術(shù)，從而使家用電器從一種機械式的用具變成一種具有智能的設(shè)備，智能家用電器體現(xiàn)了家用電器最新技術(shù)面貌。

　　智能家電產(chǎn)品分為兩類：一是采用電子、機械等方面的先進技術(shù)和設(shè)備；二是模擬家庭中熟練操作者的經(jīng)驗進行模糊推理和模糊控制。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，各種智能家電產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，例如，把電腦和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出的數(shù)控冰箱、具有模糊邏輯思維功能的電飯煲、變頻式空調(diào)、全自動洗衣機等。

　　智能家用電器的智能程度不同，同一類產(chǎn)品的智能程度也有很大差別，一般可分成單項智能和多項智能。單項智能家電只有一種模擬人類智能的功能。例如模糊電飯煲中，檢測飯量并進行對應(yīng)控制是一種模擬人的智能的過程。在電飯煲中，檢測飯量不可能用重量傳感器，這是環(huán)境過熱所不允許的。采用飯量多則吸熱時間長這種人的思維過程就可以實現(xiàn)飯量的檢測，并且根據(jù)飯量的不同采取不同的控制過程。這種電飯煲是一種具有單項智能的電飯煲，它采用模糊推理進行飯量的檢測，同時用模糊控制推理進行整個過程的控制。多項智能家電在多項智能的家用電器中，有多種模擬人類智能的功能。例如多功能模糊電飯煲就有多種模擬人類智能的功能。

　　智能家用電器目前所采用的智能控制技術(shù)主要是模糊控制。少數(shù)高檔次的家用電器也用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（也叫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制技術(shù)），模糊控制技術(shù)目前是智能家用電器使用最廣泛的智能控制技術(shù)。原因在于這種技術(shù)和人的思維有一致性，理解較為方便且不需要高深的數(shù)學知識表達，可以用單片機進行構(gòu)造。

　　不過模糊邏輯及其控制技術(shù)也存在一個不足的地方，即沒有學習能力，從而使模糊控制家電產(chǎn)品難以積累經(jīng)驗。而知識的獲取和經(jīng)驗的積累并由此所產(chǎn)生新的思維是人類智能的最明顯體現(xiàn)。家用電器在運行過程中存在外部環(huán)境差異、內(nèi)部零件損耗及用戶使用習慣的問題，這就需要家用電器能對這些狀態(tài)進行學習。例如一臺洗衣機在春、夏、秋、冬四個季節(jié)外界環(huán)境是不一樣的，由于水溫及環(huán)境溫度不同，洗滌時的程序也有區(qū)別，洗衣機應(yīng)能自動學習不同環(huán)境中的洗滌程序；另外，在洗衣機早期應(yīng)用中，洗衣機的零件處于緊耦合狀態(tài)，過了磨合期，洗衣機的零件處于順耦合狀態(tài)，長期應(yīng)用之后，洗衣機的零件處于松耦合狀態(tài)。對于不同時期，洗衣機應(yīng)該對自身狀態(tài)進行恰當?shù)恼{(diào)整，同時還應(yīng)產(chǎn)生與之相應(yīng)的優(yōu)化控制過程；此外，洗衣機在很多次數(shù)的洗滌中，應(yīng)自動學習特定衣質(zhì)、衣量條件下的最優(yōu)洗滌程序，當用戶放入不同量、不同質(zhì)的衣服時，洗衣機應(yīng)自動進入學習后的最優(yōu)洗滌程序——這就需要一種新的智能技術(shù)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。

　　智能家電的“學習”性

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)家電的學習過程以期望信號和實際信號的誤差趨于無窮小為目標，學習過程采用“時間能量目標”比較方法，達到某一目標的時間和能量減少并且趨于穩(wěn)定，則學習過程結(jié)束。

　　在洗衣機中，目標就是洗滌的干凈程度，其量度標準是以進水時的渾濁度或漂洗后放水時的渾濁度為指標的。學習過程可以隨機進行，也可在洗衣過程中進行。

　　智能家電通常還進行用戶習慣學習，使用戶省去大量的狀態(tài)設(shè)定操作，方便使用。一旦用戶的習慣改變了，智能家用電器又能學習新的自動設(shè)定方式。例如，一臺微波爐，用戶用其加熱牛奶的次數(shù)最多，而且都用“中火量”3分鐘。當然，用戶也用微波爐加熱其他食品，但次數(shù)比加熱牛奶的次數(shù)少，而且每次用的“火量”也不盡相同。這樣，通過經(jīng)驗學習之后，微波爐自動把開機狀態(tài)設(shè)定在“中火量”3分鐘處，從而給用戶省去了每次的重復(fù)操作，而當季節(jié)改變，隨著用戶加熱牛奶方式的改變，智能微波爐又會自動學習新的設(shè)定方式。

　　幾年前，伊萊克斯集團曾推出未來冰箱模式“屏幕冰箱”，這種“屏幕冰箱”因在冰箱門體上嵌入一臺觸摸式多媒體電腦而得名。它是迄今為止世界上智能化程度最高的冰箱。人們在生活中有時忘記一些重要的日子或數(shù)據(jù)，如妻子的生日，孩子的培訓時間或者是媽媽的手機號，這些信息只需用手輕點一下就能得到，使用者還可以在廚房一邊工作一邊收看自己喜愛的電視連續(xù)劇或者新聞節(jié)目�！捌聊槐�箱”可以與電視監(jiān)視系統(tǒng)相連，用戶在廚房里就可以看到門外的來訪者。除了具備一臺冰箱的功能以外，“屏幕冰箱”還能夠幫助用戶管理食物貯存，考慮到將來的商品都會在包裝袋上加上電子條形碼，“屏幕冰箱”可以通過掃描條碼準確地傳達不同的儲藏室里存放了些什么食物、食品的數(shù)量和有效期等信息。

　　未來智能家電主要將朝三個方向發(fā)展：多種智能化；自適應(yīng)進化，網(wǎng)絡(luò)化。多種智能化是家用電器盡可能在其特有的工作功能中模擬多種人的智能思維或智能活動的功能。自適應(yīng)進化是家用電器根據(jù)自身狀態(tài)和外界環(huán)境自動優(yōu)化工作方式和過程的能力，這種能力使得家用電器在其生命周期中都能處于最有效率、最節(jié)省能源和最好品質(zhì)狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)化是建立家用電器社會的一種形式，網(wǎng)絡(luò)化的家用電器可以由用戶實現(xiàn)遠程控制，在家用電器之間也可以實現(xiàn)互操作。

    家用電器的智能基礎(chǔ)

　　家用電器要實現(xiàn)智能化控制，必然把軟件嵌人其內(nèi)部，需要有智能理論指導(dǎo)進行軟件編制．這些理論就是智能基礎(chǔ)理論�，F(xiàn)階段，可以嵌入到家電之中的主要智能技術(shù)方法歸納如下：

　�。�1）啟發(fā)式搜索

　　啟發(fā)式搜索是人工智能求解中開發(fā)出來的對目標求解的最優(yōu)化方法。它主要依靠和任務(wù)無關(guān)的信息來簡化搜索進程，但它可以從任務(wù)中得到的啟發(fā)信息來確定搜索方向，從而大大減少了優(yōu)化時間。這種方法在洗衣機的程序選擇過程中是十分有用的。

　�。�2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制最突出的功能是經(jīng)驗的學習。家用電器在運行中其參數(shù)會隨著時間的遷移而變化，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷運行中進行性能學習，預(yù)測出家電變化的趨向，以及在參數(shù)變化后的最優(yōu)控制方法，從而保持家電始終處于一種優(yōu)秀的工作狀態(tài)。這種智能方法用于有運行損耗的動力系統(tǒng)中最有效，例如洗衣機、洗碗機等。

　�。�3）模糊邏輯理論

　　模糊邏輯控制在家電指標控制中是一種極有效的智能化方法。這種控制方法所用的技術(shù)指標或任務(wù)是模糊的，這是因為人在日常生活中的感覺，包括觸覺、嗅覺、視覺都是以模糊量描述的。以模糊控制方法控制家用電器更適合人類的智慧思維及處理過程。

　　（4）遺傳算法

　　遺傳算法是一種模擬自然選擇及遺傳的隨機搜索算法，它的原則是適者生存，不適者淘汰。這種優(yōu)化方法在家電中較適用于進行狀態(tài)參數(shù)最優(yōu)組合。在洗衣機中，可對洗滌過程的自適應(yīng)優(yōu)化；對電冰箱中的制冷過程自適應(yīng)優(yōu)化；空調(diào)機對外部環(huán)境包括室外季節(jié)、室內(nèi)人員情況的自適應(yīng)優(yōu)化控制。

    智能化改變家電結(jié)構(gòu)

　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家用電器結(jié)構(gòu)也在不斷改變。隨著智能程度的進步、家用電器狀態(tài)采樣的傳感器增加、狀態(tài)顯示器件水平的提高、控制元件的功率及能力的增強，家用電器在結(jié)構(gòu)上也需要進行改進。

　　首先，隨著家用電器智能水平的不斷上升，家用電器的內(nèi)、外部需要增加檢測及采樣點。這些采樣檢測點分為兩種：一種是不同狀態(tài)類型的采樣點；一種是同一狀態(tài)類型的采樣點。智能電冰箱和非智能電冰箱相比，其不同狀態(tài)類型采樣點增加的有蒸發(fā)器壓力、冷凝器壓力、冷藏室風門開度等；同一狀態(tài)類型采樣點增加的有冷凝器溫度、蒸發(fā)器溫度、冷藏室溫度、壓縮機溫度等。這些采樣點的增加就要求其結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的改進。例如，空調(diào)使用時，室內(nèi)、室外的溫度、濕度以及氧含量對其工作狀態(tài)有很大影響，對智能家電外部環(huán)境進行檢測要求智能空調(diào)結(jié)構(gòu)必須改變。

　　其次，狀態(tài)顯示器件水平的提高對家用電器的結(jié)構(gòu)也提出了改進的要求。液晶顯示器、高亮度LED顯示器以及特殊熒光顯示器對家用電器的結(jié)構(gòu)提出了相應(yīng)的改進要求。

　　此外，控制元件及控制結(jié)構(gòu)發(fā)展對家用電器的結(jié)構(gòu)變化也有相應(yīng)要求。例如，電磁爐產(chǎn)品功率控制模塊的進步使得產(chǎn)品體積進一步減小，輔助電路也相應(yīng)減少，但功率模塊在體積減小的同時使產(chǎn)品的使用功率增加，這就要求對散熱片空間做相應(yīng)的處理，即需要改變結(jié)構(gòu)。智能洗衣機有自動投放洗滌劑的功能，這就要求洗衣機要設(shè)置洗滌劑存放器及洗滌劑投放結(jié)構(gòu)。