[ 導讀 ] 家用電器智能化是信息采集、信息交換和信息處理技術的綜合運用。

    家用電器智能化是信息采集、信息交換和信息處理技術的綜合運用。智能化技術的應用不僅可以使得家用電器的使用功能更加完善、操作更加便利，同時也能夠顯著提高家用電器的運行經濟性，降低運行過程中的能源消耗，更是家用電器低碳化技術運用智能化措施的主要目標。

    智能化的概念

    國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會批準發布的GB/T28219-2011《智能家用電器的智能化技術通則》將于2012年9月1日正式實施。根據該標準的定義，智能家電是指采用一種或多種智能化技術，并具有一種或多種智能特性的家用和類似用途電器；智能化技術是人工智能與控制相結合形成的交叉應用技術。模糊控制、神經網絡控制和專家控制均為最常用的智能化技術。由此可見，該標準所稱智能特性是指人工智能特性，即人造系統所具有的類似人的智能行為，如自學習、自適應、自協調、自診斷、自推理、自組織、自校正等。值得注意的是，目前尚無同類國際標準及其他國家標準出臺，該標準在國內也屬首次制定。

    GB/T28219-2011以英文“intelligent”表示智能，而目前國內外智能家電多以“smart”代指智能。后者與人工智能并無多少聯系，使用性能的便利程度通常是衡量“smart”水平的主要尺度，而使用便利性主要利用自動控制措施來實現。當然，具備“intelligent”功能對于提高“smart”水平具有重要意義，但是事實上具備“intelligent”功能的家用電器并不多，將“smart”稱為智能是業內長期形成的習慣。因此，多數家電企業將具有“smart”特征的產品稱為智能家電。本文所指智能家電沿用目前市場上流行的名稱，指基于信息處理功能、具備使用便利性的家電產品，而不論其是否具備人工智能功能。

    以冰箱、洗衣機、空調為代表的白色家電是主要的住宅耗能器具，合計能耗約占家庭電力總消費量的2/3，一直是家用電器節能技術關注的焦點領域。從家電誕生起，智能化一直是家電技術發展的重要課題。早期的智能化是利用敏感元件實現基本的控制、調節功能，代替人手操作。在這個階段，節能不是智能化主要考慮的問題，操作便利性才是智能化的主要目標。隨著微電子技術的發展，智能化演變為按既定程序實現更完善的控制和調節功能。尤其是單片機在家電領域得到廣泛應用后，家電自動及優化運行的能力不斷提高。人們就將使這些產品具備更完善的自動控制功能的技術措施，通俗地稱為“智能化”[FS:PAGE]。在此階段，節能和運行經濟性已成為控制和調節功能設計的考慮對象。進入21世紀，信息技術發展促進了控制系統的進一步完善。更完善的信息采集、信息交換、信息處理能力，不僅使人工智能技術的應用條件逐漸成熟，更使得家電的功能不斷完善。在無需依賴人工智能技術的支持下，家電的自主優化運行能力得到顯著提高。

    家用電器智能化的基礎包括3個方面：信息采集，利用各種敏感器件和傳感器獲得環境和對象信息；信息交換，利用信息傳輸手段，使器具內部或外部的相應部件、系統獲得確定或調整運行狀態所需的信息；信息處理，對輸入的環境和對象信息、器具內部信息以及來自器具外部的控制指令和其他信息進行處理，包括利用人工智能方法和其他技術方法，輸出執行部件、系統控制、調節指令以及器具狀態的描述信息等。GB/T28219-2011定義的人工智能化技術，主要偏重于信息處理的人工智能技術，與本文的智能化概念相比范圍較小。

    信息采集

    西門子在2012中國家電博覽會上集中展示了超過70種智能家電新品。其中，i-DOS洗滌液自添加洗衣機最具代表性。i-DOS智能自添加系統具備先進的傳感器和信息處理系統，可以自動檢測洗衣量和臟污程度，然后準確調配洗滌液或柔順劑用量，可實現1次投遞40次洗滌的效果，不僅簡化了操作過程，還能以最少的資源浪費實現最佳的洗滌效果。適量使用洗滌劑可避免反復漂洗帶來的過度能源消耗，降低污水排放對環境的影響。

    作為家用電器獲得信息的主要來源，傳感器在家電智能化發展過程中發揮著至關重要的作用。利用傳感器提高產品性能是智能家電技術近年來的發展重點。白色家電的具體處理對象是隨著實際使用狀況而不斷變化的。以洗衣機為例，廠商并不清楚要清洗何種衣物。精確控制需要通過傳感器檢測產品狀態，并根據檢測到的信息進行相應控制。

    日本日立公司于2010年5月發布了立式洗干一體機BEATWASH的第七代產品。BEATWASH產品具有兩大特點：一是節水，二是以拍打或揉搓方式進行洗滌。第七代產品新增了ECO傳感器系統，可根據水的硬度和溫度選擇洗滌劑用量及洗滌時間。ECO傳感器系統可綜合4個傳感器獲得的洗滌用水硬度和溫度以及衣物數量和種類等信息，對洗滌劑用量、用水量以及洗滌時間等參數進行優化。其中，水的硬度通過設置在進水閥附近的電極傳感器檢測。自來水硬度的差異會影響洗滌劑中界面活性劑的功效。水溫在溫度穩定[FS:PAGE]5分鐘后通過洗滌槽下方的溫度傳感器檢測，洗滌物的數量則根據主電機的負荷電流判斷，布料材質通過洗滌物吸水后的重量變化判斷。

    2012年，松下在中國市場推出阿爾法系列斜式滾筒洗衣干衣機。該產品具有智能烘干功能，利用專用溫度傳感器，自動調節烘干時間，實現衣干即停。該產品使用的智能PTC電輔發熱裝置，可以根據烘干洗滌物的材質、狀態，并自動調節功率。

    近年來，日本市場出現了配備能夠感知灰塵和垃圾的吸塵器。當清掃工作完成時，顯示存在灰塵和垃圾的指示燈會熄滅，以減少不必要的重復清掃工作。韓國三星電子于2011年1月發布的Stealth系列家用吸塵器，可以通過灰塵傳感器自動檢測已清掃過的位置。

    韓國三星公司在中國市場銷售的部分型號空調，采用了人體感應U型送風技術，可以通過空調上方的高精密攝像儀，感應房間中的人數、位置、活動情況，隨時改變送風模式，達到最佳使用效果。同時，這些產品還具有獨特的手控調風功能，沒有遙控器時可以直接舉手調節送風模式和風量。日本三菱電機公司在中國市場銷售的空調MSZ-YE09VA，采用了地面測溫技術。采用熱源傳感器改善空調運行效率的技術原理是，利用熱源傳感器測定人體表面溫度，以此調節風量和風溫。近年來，業內開始考慮把能夠判斷人體舒適度的傳感器安裝在白色家電上。雖然直接顯示舒適性的感覺目前還無法檢測，但是將脈搏、血壓、出汗量等人體信息作為顯示舒適性的信息是技術發展方向之一。

    日本松下公司將利用傳感器技術減少家電過剩運行帶來的效率損失的解決方案命名為“生態導航（ECONAVI）”。2005年上市的“瞬間溫暖馬桶”可謂該系列最早的產品。該公司首批發布了2款洗衣機和6款冰箱。另外還有5種產品（餐具清洗干燥機、吸塵器、熒光燈、熱泵熱水器及溫水馬桶）也貼上了ECONAVI的標簽。目前該系列共有7種產品類型。據悉，松下即將發布的空調也將配備ECONAVI功能。不過，松下以ECONAVI為商品名發布產品，令家電行業感到有些意外。利用傳感器降低耗電量的技術，早在20年前已開始被日本企業應用于白色家電領域，松下此舉缺乏新意。

    信息交換

    日本三洋公司在1991年前后曾向市場推出可用固定電話和移動電話控制的空調，但是由于當時移動電話市場規模較小，固定電話控制在操作上并不便利且其他配套條件也不完備，產品的實際銷售情況并不理想。2001年，三洋向[FS:PAGE]市場推出改進型產品，由于移動電話的普及以及功能的完善，市場反應明顯改觀，實現數千臺的年銷售量。這種產品的控制器使用紅外線向空調發送控制信號，具有通過電話線連接的功能，可以通過固定電話或移動電話遠程控制空調的運行狀態。除了啟動、關閉、溫度設定等基本功能，部分型號還具備雙向信息傳輸功能，可以利用移動電話遠距離檢查空調的實時運行狀況。部分型號可以利用控制器的無線功能，實現對多臺空調的遠程集中控制。通過采用類似住宅無繩電話的方式，以連接電話線的控制器為母機，并在適當的位置布置作為子機的控制器，通過母機以無線方式控制子機，1臺母機最多可配套3臺子機。控制器的功能和結構是相同的，母機和子機的功能可以通過開關隨意設定。遠程控制功能提高了操作的便利性，與空調自身的定時啟動、停機功能相比，電話遠程控制更好地協調了舒適性和節能性的需求。

    1999年，意大利家電企業梅洛尼公司展示了世界上第一臺通過互聯網和GSM無線網控制的洗衣機。網絡技術的發展使互聯網或住宅局域網作為信息交換通道的優勢更加明顯，并逐漸取代電話通訊網絡，成為家用電器信息交換方式的主流選擇。目前移動電話或者固定電話線路已成為寬帶接入通道的操作終端，家用電器的信息交換已經基本摒棄了電話通訊方式。

    家用電器的待機功耗是近年節能領域關注的問題之一。歐盟地區已經依據ErP指令開始實施家電待機能耗管制。中國節能認證中心調查顯示，中國城市家庭的平均待機功耗相當于每個家庭每天都亮1盞25~50W的長明燈。據測算，在極端情況下，一些中國家庭的家電待機功耗高達電力消費的20%。降低待機功耗的措施目前主要是從改進家電設計方面著手。日本NEC通信系統公司成功利用外部控制指令，將現有產品的待機能耗減少了50％以上。在2012年5月第一屆日本無線M2M展上，該公司展示了可檢測特定無線信號以喚醒待機器具的專用模塊——喚醒模塊。該模塊由NEC通信系統與日本國際電氣通信基礎技術研究所（ATR）共同開發，模塊的待機耗電量不到1mW，嵌入各種無線裝置后，可以顯著降低設備的待機耗電量。該模塊接收到2.4GHz頻帶WLAN信號后會喚醒相應裝置。嵌入WLAN接入點后，只要接收到來自個人電腦和智能移動電話等設備發出的WLAN信號就會啟動接入點。據介紹，與普通WLAN接入點的待機耗電量相比，安裝喚醒模塊后，借助信息交換方式能夠使家電以更低的耗電量待機。

    家用智能電表是具備信息[FS:PAGE]交換功能的電度表。日本東京電力公司在2012年提出的智能電表技術概要具有一定的代表性。該公司認為，智能電表需要具備6項功能：每30分鐘讀表收集一次數據（包括轉發控制），從通信中心對智能電表進行設定及控制，與抄表員攜帶的讀表裝置進行端對端通信，支持ECHONETLite標準的家庭內部通信功能，消除監聽和欺詐、篡改數據、妨害安全等問題的功能，能夠通過通信中心進行軟件升級。作為電量信息的采集裝置和信息交換裝置，智能電表為降低住宅電力消耗水平和減少用戶電費支出提供了多種可以選擇的途徑。

    2010年美國通用電氣公司（GE）獲得了ZigBee智能能源認證，成為全球首家獲得該認證的家電制造商。獲得這項認證標志著GE智能家電與智能電網具有良好的兼容性。ZigBee聯盟是由供電、供水、燃氣供應等公共事業公司、器具制造商和其他組織組成的非營利性組織。該聯盟開發的ZigBee智能能源框架是用于向家庭傳輸能源價格和需求信息的開放性標準。目前在住宅節能領域，ZigBee技術可以使智能家電、智能電表和供電網絡的管理中心實現無線傳輸。電力公司可以此判斷電力使用高峰，合理管理電力系統，減少電力消耗。同時，利用電力公司的靈活電價機制，用戶可以通過錯峰消費節約電費開支。2009年，GE發布了需求響應型家用電器計劃。需求響應技術可以在改善電網運行效率、可靠性的同時，顯著減少用戶的電費開支。繼2009年推出智能熱泵熱水器后，GE在2010年陸續推出了一系列智能家電，包括洗衣機、干衣機、洗碗機、冰箱、灶具、微波爐等。同年，意大利意黛喜（Indesit）公司展示了可與智能電網互動的智能洗衣機。利用ZigBee無線通迅模塊，該洗衣機與智能電網連接后，可以綜合電力使用情況和電價差值確定最佳洗衣時間。目前，歐美市場已有需求響應型家電銷售。隨著智能電網技術的發展，未來需求響應型家電的市場將迅速擴大。

    自主優化運行

    住宅能量可視化是在采集住宅內供用電信息后以可視方式顯示的技術。這些信息包括電網供電、太陽能光伏發電、家電耗電等電力信息，通常也包括熱能供需信息。作為效果顯著的節能措施，能量可視化技術在工商業場所已積累了許多成功經驗，因此不少住宅節能方案也開始引入能量可視化技術。雖然能量可視化技術對于一般住宅用戶幾乎沒有實際意義，但是該技術的信息采集和交換功能是對住宅能源供需狀況進行全面管理的基礎。目前，在住宅節能領域作為技術發展熱點的住宅能源[FS:PAGE]管理系統（HEMS），就是基于信息采集和交換對住宅能源進行系統管理的裝置，可對住宅內的耗能器具進行集中管理。在住宅內耗能器具日益增多且功能逐漸完善的情況下，用戶實際上難以應付這些器具的優化管理工作，尤其是當住宅內同時配備數臺功能重疊的器具時。例如，燃氣熱電聯產裝置、太陽能集熱器、空氣源熱泵熱水器均可提供采暖或生活用熱水，如果沒有能夠自主管理的控制系統，這些器具很難協調運行，會出現用戶為這些節能器具多支付能源費用的情況。此外，電網的電費價格變化以及負荷限制要求如果不能得到有效響應，就無法充分利用分時電價政策，還可能對電網運行效率和經濟性產生負面影響。

    在2012年美國拉斯韋加斯國際消費類電子產品展覽會（CES）上，韓國LG公司展示的智能家電系統受到廣泛關注。該系統的基本特征是可以根據家庭成員的不同需要設定不同的使用習慣。例如，用戶可以根據自己的實際使用需要單獨對冰箱進行設置，也可以通過互聯網下載APP程序對冰箱進行專業操控，甚至為家人制定不同的飲食計劃。類似于平板電腦的超大觸摸面板，不僅令操作更加便捷，還可以提供豐富的信息，甚至滿足娛樂需求。LG智能洗衣機采用觸摸操作方式，可以通過下載APP程序應對不同面料衣物的清潔工作。LGTruesteam洗衣機采用了多功能組合式設計，在滿足洗衣基本功能之外，兼顧衣物的存放、烘干等功能。

    LG公司的智能家電系統首次是在2011年CES上以LGTHINQTM為商品名發布的。LGTHINQTM技術具有五大核心特性——智能電網（SmartGrid）、智能診斷（SmartDiagnosis）、智能訪問（SmartAccess）、智能調節（SmartAdapt）和食品管理（FoodManagement），是完整的智能解決方案，為用戶提供了便捷的家電集中式管理方案，能夠基本實現自主運行，無需人工干預。

    采用LGTHINQTM技術的洗衣機與智能電網聯動的措施是配套智能儀表，以便家電可以選擇最優惠的費率使用電能。LG烤箱提供了高中低三種成本選項，充分考慮烤制周期時長和電費變化。LG冰箱可以使用獨特的算法調整各種功能，如解凍時間控制，甚至可以統計和顯示用戶開關冰箱門的頻率。

    LG智能家電的LCD顯示屏可以顯示日、周或月報告，詳細列出家電的整體能耗水平和費用支出，并可通過智能移動電話和平板電腦進行訪問，用戶可以利用這些信息調整家電使用方式，節省更多電費。

    智能化的形式

  &nbs[FS:PAGE]p; 多年來人們對智能化的理解基本局限在自動化控制范疇，自動化的特征就是在器具運行過程中代替人工對運行狀態進行調整。在此背景下，“聰明（smart）”經常作為形容器具具備自動控制能力的概念，這類“聰明”的家電在20世紀90年代采用人工智能技術的產品出現前就已存在。隨著自動化技術的發展，具有類似人的智能行為，如自學習、自適應、自協調、自診斷、自推理、自組織、自校正等功能的控制技術的應用，是家用電器技術的重大發展。但是，人工智能技術本就屬于自動化技術領域，兩者之間不存在清晰界線。目前人工智能技術尚未在家用電器領域獲得明顯的技術經濟優勢，市場上的“智能家電”并非采用人工智能技術的產品，多數情況下只是沿用了習慣說法。事實上，目前市場上的智能電視、智能移動電話、智能家居、智能電表、智能電網產品或系統，與嚴格意義的人工智能關系并不密切，技術主要立足于信息交換，部分產品涉及信息采集和信息處理，直接涉及自學習、自適應、自協調、自診斷、自推理、自組織、自校正等人工智能功能的并不多見。例如，在中國市場上，幾種被生產企業冠以“智能”稱號的冰箱，真正采用人工智能技術的并不多。在信息處理方面，常規的邏輯運算功能已能解決大部分問題，除了具備采用數量較多、功能各異的傳感器使信息采集能力顯著提高這一共性，不同產品采用的措施和功能差異較大。

    ——P公司：智能感溫系統，冰箱配備3個感應器。其中，照度感應器感知冰箱周圍環境光線的變化，門開閉感應器記憶冷藏室和冷凍室的開關門頻率。冷藏室與冷凍室溫度獨立控制，避免食物竄味；電腦控溫，冰箱內溫度變化小，保鮮效果全面，溫度均勻。

    ——H公司：冰箱配備人工智慧自動調溫技術，通過內置感溫裝置，自動感知和調控溫度變化，可全自動運行。

    ——Y公司：冷凍室具有智能補償功能，恒定保鮮溫度，精確控制冷凍室溫度，實時補給冷氣；配備不等距復疊式冷凍蒸發器，均衡冷凍室內溫度，有效降低能耗。

    ——B公司：智能速凍功能，冰箱配備專業的多循環制冷系統、高效壓縮機以及電腦控制系統，自動感知放入冷凍室的食物，以更佳的制冷方式幫助食物通過冰晶生成帶。同時，產品具備0℃保鮮功能，通過硅濾膜保濕技術和電腦精確控溫，使食物在0℃不結冰的狀態下保存，保鮮時間更長，營養流失更少。

    ——S公司：智能ECO系統，冰箱配備10個智能感溫[FS:PAGE]裝置，通過監測外界的溫度和濕度，調節冰箱內部運行模式，在節電的同時保證箱體內部的恒溫效果；變頻壓縮機使冰箱在全面降噪的基礎上運行，達到節能保鮮的效果。

    上述智能冰箱的主要功能是信息的采集和處理，人工智能技術對提高這些冰箱的競爭力并沒有貢獻。這些知名家電企業無意利用智能化概念混淆視聽。因此，有關部門是否應該考慮為采用自動化控制技術的家電確定一個市場容易接受的名稱，以防止與人工智能所對應的智能化混淆。

    《智能家用電器的智能化技術通則》提出，家電產品應按智能特性、智能技術、智能結構3個層次進行檢測與評價，具體測試方式為整機檢測、聯機檢測和脫機檢測。根據檢測和評價的結果，家電智能化技術應用可分為5個等級，其中1級為最高級。檢測和評價的結果執行百分制，其中得分超過80分（含）的為1級，然后以20分為1級依次類推（0分除外）。家電確定智能化等級后，應發放智能化等級標識，并貼于產品自身明顯處，且在包裝箱上標注。該標準的規定確實有創意，在國內外均沒有先例，而這個方案的合理性和可行性還需在實踐中檢驗。

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