智慧型茶室产品系统设计研究 本文关键词：茶室，研究，设计，系统，产品
智慧型茶室产品系统设计研究 本文简介：摘要：目的：在弘扬优秀中国传统文化，增强国人的民族文化自信的同时；也为现代产品设计的创新发展提供源动力，为民族传统文化的时代性符号化特征形成提供新的思路；为智慧型家居、智慧型社区、智慧型城市甚至智慧型地球的发展提供一定的参考与借鉴。方法：根据茶室产品的内容、功能需求与茶文化内涵，结合物联网和人工智能
智慧型茶室产品系统设计研究 本文内容：
摘要：目的：在弘扬优秀中国传统文化，增强国人的民族文化自信的同时；也为现代产品设计的创新发展提供源动力，为民族传统文化的时代性符号化特征形成提供新的思路；为智慧型家居、智慧型社区、智慧型城市甚至智慧型地球的发展提供一定的参考与借鉴。方法：根据茶室产品的内容、功能需求与茶文化内涵，结合物联网和人工智能等智慧型核心技术，综合应用产品系统设计、交互设计、观察法、比较分析法等，对智慧型茶室产品系统进行定量、定性的分析研究。结论：明确了智慧型茶室产品系统的构建目标；确定了智慧型茶室产品系统的架构由应用层、网络层、控制层和感知层四个核心子系统组成；从储水过滤系统、排水系统、储茶系统、泡茶系统、通风系统、照明系统等方面探讨了智慧型茶室产品系统交互应用体系。
关键词：智慧；茶室；产品系统；设计探讨
众所周知，茶文化已经与中华民族结下不解之缘，经过几千年来的传承与发展，茶文化已经深深地融入到每个中国人的生活与工作之中。在繁华喧嚣的当代都市中，茶文化的繁荣在丰富人们生活方式的同时，更让人们对如何把现代科学技术应用于传统茶道之中，形成科学饮茶、健康养生的时尚化生活方式产生了渴求，而一处宁静雅致、具有时代特征的智能化或智慧型茶室，既能演绎传统茶文化当代背景下的茶道内涵，又能满足都市精英、中产阶层的物质生活与精神需求。即应用服务设计的理念，通过现代硬技术和传统软文化的结合，为中产阶层消费者提供茶道、休闲、养生一体化的解决方案，并以场景化、时代化、生活化的产品应用需求模式来发扬光大传统茶文化。
1智慧型茶室产品系统的基本概念
“智慧型”源于2008年11月，IBM首次提出的“智慧地球”的概念，并于2010年提出了“智慧城市”的内涵及愿景[1]。随后智慧社区、智慧家居、智慧旅游等一系列智能化的系统服务也相继走进了人们的视野；并随着社会经济的不断发展所带来的消费升级，不断刺激着与“智慧型”相关概念的探索、创新及高精尖产品技术的广泛落地应用，人们也逐渐对“智慧型”概念有了一个清晰的认知和界定[2]。目前，“智慧型”已具有广泛性的概念定义，其中既包括了相关技术支撑的概念，也包括了相关人文释义的概念；相关技术支撑概念包括大数据、云计算和人工智能，相关人文释义概念则包括系统性的交互设计、体验设计和服务设计。综合智慧型的定义，可见智慧型茶室产品系统就是拥有一定综合智力能力、供人们科学饮茶、健康休闲的产品系统；同时也是基于智慧型家居产品系统的场景化应用，即整合多种高科技的信息技术运用到对应的场景产品系统中，一方面依靠智慧型相关信息技术的感知与处理能力，另一方面又把中国茶文化的精髓与现代创新技术应用整合为一体，既可实现传统茶文化的时代化创新，又能满足科学饮茶、保健的消费需求，引导健康生活方式的产品系统。
2智慧型茶室产品系统构建目标
在茶文化的历史演进过程中，早已与科学、艺术、习俗等相结合，从而形成了丰富茶文化。因此，在思考智慧型茶室产品系统的构建目标时，应以秉承传统茶文化的传承与创新为基本原则，应用现代产品系统设计的基本原理，思考如何形成现代技术与传统茶文化融合、共存的智慧型茶室产品系统。综合茶室产品的内容、功能需求与茶文化内涵，结合物联网和人工智能等智慧型核心技术在智能家居中的实际应用场景和发展趋势，应用比较分析法、问卷调查法、观察法等研究方法，对智慧型产品系统进行定性的分析研究，确定系统构建的主要目标如下。一是智慧感应：根据饮用者的基本身体状况，智慧型地给出适宜的茶叶类别、置茶量、泡茶方法与相应茶具等；二是智慧提示：智慧提示所饮用茶叶的主要成分及对人体的保健功能，饮用量与饮茶时间，特别是对某些体质或某种疾病的利弊影响，实现科学饮茶、健康饮茶；三是智慧控制：根据不同类别的茶叶，一方面智慧控制烧水温度、泡茶时间，控制环境温湿度等；另一方面，还可以根据需要控制环境灯光、音响、微景观等设备或设施；四是智慧收集：收集使用过程中的茶叶、饮用者的相关数据，通过物联网技术进行数据存储、交换、分析、优化，实现智慧升级。上述智慧茶室产品系统构建的四个目标之间应存在着既相对独立，又相互关联的并联关系；既可以根据需要整体启用，也可以单独启用其中的某一项或几项功能。
3智慧型茶室产品系统架构
根据前述智慧型的技术支撑概念，可通过应用层、网络层、控制层和感知层四个核心子系统形成智慧型茶室产品系统的基本架构[3]。其中每个核心子系统又由相应的产品要素组成，各个产品要素之间既相互独立，又相互关联，相辅相成，再结合用户交互体验设计的相关理论，由此构成一个完整的智慧型茶室产品系统。现简要分述如下：
3.1应用层
应用层也称应用实体，由若干个特定应用服务子系统和一个或多个公用应用服务子系统构成。每个特定应用服务子系统分别提供特定的应用服务，如对采集数据的计算、处理和挖掘等[4]。在智慧型茶室产品系统中，应用层是最重要的层级之一，其核心功能主要是通过云平台对茶室感知层采集的数据进行计算、管理和分析，从而实现对整个茶室产品系统的控制、管理和决策。在应用层级中，主要由云服务器、AI服务器和API端口三个模块构成，其中云服务器是核心应用模块，可即时通过4G/5G、WIFI等网络连接云端自由地进行海量数据的互传，从而保证快速精准地做出操作反应；同时，AI服务器可以通过深度学习从云服务器的海量数据中进行挖掘并自主运算处理，分析并总结出一定的规律，并可以利用这个规律对未知的数据进行预测和判断[5]；一个开放的API端口一方面可以保持智慧型茶室各个产品系统的良好运作，另一方面又可以根据接入更大系统的智慧型家居系统的需求更好地做出反应和调整，从而给用户提供更加强大舒适的操作体验环境，图1是智慧型茶室应用层构成。
3.2网络层
网络层的核心功能为“传输与连接”，即通过通信网络进行信息的有效传输，从而连接智慧型茶室中的应用层与感应层。网络层是由各种网络通讯协议等构成，相当于一个正常人的神经中枢系统，负责将感知层中捕获的大量信息安全有效地传输到应用层当中，然后根据相互对应的应用需求进行信息的有效处理。智慧型茶室网络层构成如图2所示。智慧型茶室产品系统主要需要通过通信和感知的模块来实现各个终端节点的功能，可应用的通信协议主要有WIFI、Zigbee、蓝牙等，不同的协议在不同的使用场景下也有不同的优缺点。比如Wifi通信协议可以实现在一定范围内连接多个设备的方案，具有传输快、覆盖广、机动高的特点[6]。蓝牙则可以实现在短距离之间点对点的快速连接，NFC在低功耗和安全性上也具有相当大的优势。另外ZigBee技术也有非常突出的优点：功耗少，成本低，时延短，组网灵活，网络自动恢复能力强等，是目前针对智慧型茶室产品系统的应用设计比较有市场发展潜力的通信协议之一。
3.3控制层
智慧型茶室产品系统是为了最大化满足用户在饮茶过程中所获得的物质享受与精神体验，而这些均离不开良好控制系统的搭建。控制系统是整个智慧型茶室的大脑，主要是为了实现对数据的记录、储存、处理和决策，是实现茶室产品系统广义智慧化的保障。控制系统大致可以分为以下四类：自动控制系统，远程控制系统、智能控制系统和智慧型控制系统[7]。3.3.1自动控制自动控制是指非人为直接操作的情况下，可以利用控制装置使被控设备自动按预设的规律运行。另外，自动控制可以根据标准化的系统指令，执行一些较为简单的基础操作指令，按照简单的、重复的功能定义而形成初始的产品终端控制系统，是终端最为基础的一种控制方式。例如当传感器检测到茶室内长时间没有人的情况下就会下发照明系统“关闭灯光”的指令，检测到室内温度太高的时候就会自动启动空调的指令等。自动控制虽然能够解决部分用户的体验需求，但也非常有限，既不能反映当代技术的发展水平，也不能满足茶室产品系统的目标定位。图3所示是茶室产品系统自动控制原理图。3.3.2远程控制远程控制是一种利用无线电信号对另外一端的设备或多个设备进行操作的相关能力。远程控制系统可以更好地解决用户与茶室各个产品系统之间交互的问题，也是搭建智慧型茶室控制系统的必经之途。例如当用户想约上三两好友一起去品茶时，用户就可以通过APP语音来接入远程控制系统，给茶室各个产品子系统发送定时定量的工作指令。远程控制在一定程度上打破了时间和空间的局限，但不足的是远程控制也必须通过网络才行实现控制各个终端。图4所示是茶室产品系统远程控制原理图。3.3.3智能控制智能控制是一种不需要人为直接干预就能够自主驱动终端设备的控制方式，从而实现对各种终端设备的自动化控制，拥有着更好的收集信息、演绎并执行智能策略的能力。智能控制可以解决较为复杂的系统控制问题，可以根据被控动态过程中的特征，进行数据收集并组织和优化自身的控制模式，优化原有的结构和参数，并持续性的为这个改变做出反应[8]。例如用户在与好友品茶休闲时，若想听音乐，习惯性的行为方式则是用音响的本地终端设备进行人为的选择操作；而智能控制系统则会对用户平时的操作数据进行有组织性的校对和学习，当用户下一次欲听音乐时，智能控制系统接到指令后就会优先选择播放；另外，在用户APP相关界面中，还会定期有针对性的进行音乐曲目推送，随着用户的操作习惯不断提取新的数据从而更新、优化原有的控制系统模式。图所示5所示是茶室产品系统智能控制原理图。3.3.4智慧控制智慧茶室的产品系统设计应用是基于为用户提供更好的操作体验服务，满足用户需求优先设计层级，把用户置于整个智慧型茶室产品系统的最顶层，成为所有数据的映射对象。智能化的控制系统所拥有的“显性人类智慧”，其充当的角色只是用户茶室的“管家”而已。但是随着不断积累海量的关于用户品茶的相关数据上传到云端，这个“管家”就会变得越来越有智慧，甚至会比用户更能了解当下更适合用多少温度的水泡什么样的茶，喝多少才适宜用户自身的身体与精神状况，从而由“被动型”转为“主动型”甚至“独立型”的服务控制系统，既可以主动向用户提供多种更好的使用解决方案，也可以通过深度学习提前预判用户的使用习惯以及未来需要，甚至可以根据用户的具体情况和现实应用场景条件进行即时定制操作控制系统，对用户不合情理的要求予以暂缓执行的命令；同时主动提供更为健康或者更为有效的解决方案。图6所示是茶室产品交互系统架构。
4智慧型茶室产品系统模拟应用
通过上述应用层、网络层、控制层和感知层所构建的智慧型茶室产品系统方案，主要应用于智慧型茶室的储水过滤系统、排水系统、储茶系统、泡茶系统、通风系统、照明系统等[9]。
4.1储水与排水系统
茶室，顾名思义就是一种供人们品茶休闲的特定空间，那么泡茶、饮茶、清洗茶具等所用水的健康卫生就特别重要，而构建茶室的储水过滤系统是保证用户通过饮茶达到健康养生目的的必要前提。一般情况下，茶室的供水方式主要是接入自来水、外置的纯净水和特定的矿泉水等；智慧型茶室的水应该从水的源头上解决问题，除完成常见的自动补水，并储存一定量的水外，还应进行过滤、矿物质检测、水质监测等，保证水质的级别标准和水的健康活力指数。图7是储水过滤与监测系统应用原理。排水系统是智慧型茶室的基础功能之一，在茶室饮茶过程中难免会需要清洗茶具，传统的茶室排水解决方案都是以排水桶这种单一功能的独立形式存在，在使用过程中，易产生发黑、发霉、甚至发臭现象，需要定期进行人工排水与清洗。智慧型茶室的排水系统是指排水的收集、输送和水质的处理等设备以局部系统构成的一体解决方案。整个排水收集系统应置于茶台或茶盘的隐蔽位置，方便清洗茶具用的污水快捷有效地收集与排放，同时在茶台较为隐蔽的部位固定输水管道，将茶室排水管接入住宅污水排放系统中，进行污水统一处理；既可为用户带来使用操作的便捷，又可将废弃的茶水注入污水循环处理系统中，用于冲洗厕所或浇灌花草，进行循环利用。图8是智慧型茶室排水系统应用流程图。
4.2储茶系统
茶叶本质上就是一种经过深加工后的农产品，有相应的存放要求和保质期，否则会过期变质，若继续饮用会有害于人体健康。因此，搭建储茶系统对于茶室产品系统的完整性而言就显得特别重要，对茶叶存放空间进行温度控制、湿度调整、排风换气等方面的管理，并通过控制系统连接云端实时数据，实现对茶叶储存条件各项参数进行实时调控。理论上而言，大多数茶叶都要注意储存空间的空气干燥，环境温度控制在24℃左右，湿度控制在60%左右，避免光线的照射，保持室内环境的空气流通，同时还不能和有异味的物品存放在一起，并且还要定期翻动茶叶。图9所示是储茶系统运行流程图。
4.3泡茶系统
泡茶过程也是展现茶文化精髓的过程，一般分为温具、置茶、冲泡、倒茶、奉茶、品茶等步骤。在构建智慧型茶室产品泡茶系统时，应重点关注泡茶水温、置茶量、冲泡时间、饮用温度与饮用量几个关键因素，而这些因素又与茶的类别、饮用者的身体状况相关联[10]。这就需要充分发挥智慧型产品系统的深度学习方面的智能，不断提取云端的实时数据，自动分析处理，给出最适宜的参数。例如冲泡绿茶时，茶叶与水的比例为1:45左右，温度在900°～990°，冲泡时长为2～4分钟，冲泡次数2～3次为佳；最后随着用户冲泡次数的增加，智慧终端反馈冲泡时间也会适当延长。图10是泡茶系统运行流程图。
4.4通风系统
智慧型茶室的通风系统原理就是借助置换空气的方式来稀释或排除茶室空气中的污染物，避免或减少对茶叶和人体产生危害的可能性。因此，为了保障茶室内外空气环境质量，就必须拥有一种或多种完整的通风解决方案，例如自然通风、设备强制通风、全面或局部通风等。一般情况下会构建设备强制通风系统，即把风机、通风管道、过滤器、控制系统以及其他周边设备等构建成一套完整的通风装置，通过控制系统智慧型置换茶室的空气，以保持茶室空气的洁净度达到所设定的标准值。图11是通风系统运行流程图。4.5系统运行流程由照明系统、通风系统、储水过滤系统、排水系统、储茶系统、泡茶系统和景观态系统等子系统构成了如图12所示的完整的智慧型茶室系统产品体系。同时，智慧型茶室又是智慧型家居系统中的一部分，与智慧型家居系统中的厨房、书房、客厅、阳台、卧室、卫生间等场景之间既相互独立也相辅相成，形成一个完整的智慧型大家居系统[11]。在保证用户体验完好的前提下，智慧型茶室产品系统还存在运行次序与用户操作体验的逻辑关系。一般而言，在用户使用智慧型茶室之前，通风系统、储茶系统、储水系统和过滤系统都处在自动化控制运行状态，以保证茶室内部空气的清洁度、茶叶储存的稳定性、水体的洁净度和活性等。当用户操作触发至使用状态时，灯光系统也会随之激活，根据用户的心态调节室内氛围灯光的效果；生态景观系统也会捕捉到人体接近而自动启动，保证生态景观的最佳观赏性；泡茶系统也会根据用户的习惯或者直接的操作反馈进行加热泡茶工作；当废水产生到一定程度时被压力传感器或水质传感器捕捉到信号后也会自动进行排水处理等。而当用户使用完茶室、离开之后，各个系统又会恢复到正常的日常运行状态，并且保持茶室各个子系统各项功能的良好运行状态。图13是智慧型茶室总体运作示意流程图。
4.6模拟方案
智慧型茶室产品系统看似复杂，实则只是一些成熟的现代科学技术的移植型应用，从本质上而言，提升的是用户的体验感，实现科学饮茶、健身与休闲；而不会从根本上改变茶室、茶台、茶具等的设计要素，更不会过于增加茶室产品系统的成本。如果能在茶室装修施工或茶室产品设计制作之初，预置相应智慧型的功能构件或设施，即可方便形成智慧型茶室产品系统。图14是智慧型茶室产品系统模拟方案。
5结语
综上所述，在智能家居核心技术快速发展、消费升级带来巨大市场空间的前提下，把智能场景化应用的可能性与前瞻性和产品系统设计方法相结合，对智慧型茶室产品系统进行概念性的理论研究与应用探讨，既顺应国家“文化自信”建设的趋势，又符合现代技术与传统文化融合发展的创新方向，为现代产品设计的创新发展提供源动力，为民族传统文化的时代性符号化特征形成提供新的思路和方向；同时也为智慧型家居、智慧型社区、智慧型城市甚至智慧型地球的发展提供一定的参考与借鉴作用。
作者：余柏庆 唐开军 单位：深圳大学
智慧型茶室产品系统设计研究 来源：网络整理
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