在过去的100年里，烘干机、烤箱、冰箱、洗衣机和其他家用电器都具有相同的基本功能，如保持食物的热或冷，使衣服干湿。但是，由于先进的传感器技术和物联网(IoT)，一种新的“智能”家电正在出现。
智能设备可以与其他机器或系统连接和共享信息。与传统的单一用具不同，它们可以对智能手机，平板电脑和其他电子设备捕获的环境信息作出反应。并且，通过通信协议（例如蓝牙，Wi-Fi，ZigBee或Z波）无线连接，以交换控制或监控应用程序的实时数据。
自从第一个台面微波出现在50年前，智能电器是最热门的东西，以自50年前出现。根据家电制造商（AHAM）的协会，以下类型的连接产品将在未来十年内成为美国家园的常见景象：
- 干衣机，当需要清洁通风口时，可以发出警报。
- 如果你在离开家之前忘记开机，可以远程操作的洗碗机。
- 烤箱让您知道您的晚餐准备好。
- 当供应不足时可以订购新食品的冰箱。
“连通性不仅仅是另一个新特性，”最近的一份AHAM白皮书声称。“这将使消费者节省时间，节约能源，整合可再生能源的使用，并为更快、更准确的维修铺平道路。”
除了大型家电外，各种搅拌器，咖啡壶，水壶，恒温器，烤面包机，牙刷等小家电都是通过连接特征开发的。
虽然电解的行业巨头，通用电气和漩涡已经跳过了潮流，但推动为创新开辟了小型初创公司的门，如热水器（热水器），六月生活（台面烤箱），裸体实验室（健身秤）和QI Aerista（茶壶）。
智能电器还迫使工程师重新思考他们设计产品的设计。而且，他们让大会更加复杂。
“智能”的定义
乍一看，“智能”电器看起来与传统电器相似。但是，它们实际上有很大的不同。
“智能家具适应其环境和用户，”卡内基梅隆大学的机器人研究所主任Martial Hebert说。“但是，在最先进的阶段，机器将能够随着时间的推移学习。低成本，高性能传感器，可以获得并分享大量数据使得这成为可能。“
NESS软件工程服务首席创新官Kuruvilla Mathew Addional Innalidence Services在智能创新官员加入Kuruvilla Mathew Advery Innoveration Offerions，智能家具可以代表未经人类干预或有限的消费者行事。“传统设备没有根据其消费者的需求学习的能力。
“传统的设备在某些预设上运行但没有学习能力，”Mathew指出。“然而，许多传统设备具有复杂的电子产品，其中有一个消费者认为它是”聪明“的”。
HWTrek Corp.的首席执行官Lucas Wang指出：“智能设备连接到互联网，可以由人远程控制，也可以由机器自动管理。”HWTrek Corp.是一家提供在线规划和协作工具的全球硬件创新平台此外，它通过互联网向用户提供特定设备离线或从其他设备捕获的数据或信息。
“在这种情况下，最重要的区别在于，我们无法从传统设备远程获取数据，因此，无法根据需要根据数据更新或响应操作，”Wang解释道传统的设备不会对其他设备捕获的环境信息做出反应，这些信息随后可以与整个环境同步，无论是人工管理还是自动管理。”
根据IEEE研究员、失重SIG首席执行官威廉·韦伯（William Webb）的说法，家电行业的每个人对“智能”的含义都有自己的定义，这助长了市场的混乱。失重SIG目前正在开发一种标准，希望它能成为“机器蓝牙”的等价物。该标准将在一种小型低成本芯片上交付，制造商可以将其嵌入设备中。
韦伯说:“我的观点是，如果一台设备交付使用后，其功能可以得到改进，那么它就是‘智能’的。”“因此，新软件可以下载，它可以学习行为和适应。
韦伯解释说:“有很多困惑，因为很容易把所有东西都标榜为‘智能’。”“当这种情况发生时，这个词很快就变得毫无意义，就像‘数字’一样。”There’s no easy solution other than being more specific about what a particular product can do that’s better than before."
智能产品
家电制造商正争先恐后地推出包含智能功能的产品。
今年早些时候，伊莱克斯推出了一款内置摄像头的烤箱。CookView提供直接从烤箱到移动电子设备的实时feed。通过配套的应用程序，消费者可以开始烹饪过程，并立即做出反应，改变温度和湿度水平。当消费者需要积极参与烹饪过程时，通知会提醒他们。
GE电器的Cafe系列冰箱配有饮水机。Keurig K-Cup咖啡冲泡系统有一个智能手机应用程序，消费者可以自动安排早上什么时候准备好咖啡。
三星最近推出了配备双门技术的Flex Duo滑盖系列。它让家庭厨师可以自由地控制他们的准备时间和温度，而不必呆在厨房里。通过利用物联网技术，该系列可以让消费者远程监控智能手机上的炉灶和烤箱功能。它们可以预热和调整烹饪温度，设置计时器，接收烤箱温度的实时警报，并关闭烤箱。该系列的电动版本可以远程打开。
为了不被竞争对手超越，惠而浦正在兜售智能厨房套件(Smart Kitchen Suite)，该套件包括洗碗机、炉灶和冰箱，都与亚马逊(Amazon)相连。用户只需按下一个按钮，就可以购买相关产品，实际上就是用洗碗机订购更多的洗涤剂。例如，在iOS和Android设备上都有一个移动应用程序，可以让智能机器在一定的洗涤周期后提示用户购买更多的洗涤剂。
就连西尔斯也在营销一系列智能产品。这款Kenmore 8000 BTU智能空调可以连接家庭Wi-Fi网络，并通过应用程序编程和控制，当过滤器需要清洗时，应用程序还会提醒主人。
最新的Craftsman割草机可以通过Craftsman Connect应用程序向用户的智能手机或平板电脑发送保养提醒。无论何时割草机需要换油、更换空气滤清器，或者如果刀片或车轮对准出现问题，它都会向该应用程序发送提醒。
希望与炒作
智能家电不仅仅是一种时尚。但是，由于消费者的不确定性和缺乏理解，这种广泛的宣传正在减弱。成本也是一个重要问题。事实上，制造商面临的一大障碍是让消费者购买。
目前许多智能家电的价格至少是传统家电的两倍。管理咨询公司SSA & Co.的数据与分析高级主管尼克·克莱默(Nick Kramer)说:“这就是愤世嫉俗者的观点，阻碍了人们采用。”“但是，这在技术发展中很典型。价格必须而且一定会降低。
“在大多数情况下，[只有]狂热或富人正在购买这些电器，”克拉姆人。“价格价值关系只是为了大多数消费者。实际上，我认为他们不太可能在连接的粮仓中看到任何价值，除非它基本上与今天的烤面包机相同。
“网络效果也扮演了一部分，”Kramer指出。“即，这是另一种情况，因为智能电器变得更加常见和无处不在。”
克莱默认为，当冰箱能自动告诉烤箱预热到350华氏度时，消费者会更感兴趣，“每当我们把鸡肉从冰箱里拿出来时，因为冰箱知道我们需要在准备好鸡肉后烘烤它。”
博世热电技术公司（Bosch Thermotechnology）的产品经理弗雷迪·莫利纳（Freddie Molina）表示：“智能家电通常比传统家电更昂贵，但对房主来说，投资是有回报的。”例如，大多数家庭的一次能源使用是供暖和制冷，因此智能恒温器直接解决了这一问题。
“第二高的使用量是水加热，所以连接的水加热应用增加了能量效率和减少能量浪费，”摩利娜添加了莫利纳。“如果房主拥有这些信息，他们的电话 - 他们的能源消耗有多大以及浪费的地方 - 这有助于降低能源成本。”
功能是智能家电被广泛接受的一大障碍。远程理解和操作智能设备的能力对消费者来说价值有限。
Allied Business Intelligence Inc.（ABI）的研究总监乔纳森·柯林斯（Jonathan Collins）指出：“[新一代]设备[仍然]需要物理交互才能完成任务。”例如，洗衣机必须装卸。虽然需要人工参与，但远程管理设备的吸引力不大。
“然而，这将随着机器人能力的出现而改变，”柯林斯预测。“[当机器人]可以与主要的家电结合起来，智能家具有潜力。”Collins认为，没有人为互动的智能洗衣机可以是对数百万消费者的吸引力。
以汽车行业为例，家电制造商通常会推出高端洗碗机、烤箱、冰箱和洗衣机的先进技术。
Parks Associates是一家专注于物联网技术的市场研究公司，其研究总监Tom Kerber表示:“一般来说，将连接性添加到高端产品首先是为了创造差异化，并将产品组合转向更高层次。”“增量成本取决于制造商的实施决策。
克尔伯指出:“一些制造商将平板电脑嵌入用户界面，这将使售价增加数百美元。”其他人只是增加了微处理器和无线通信，这大大降低了成本，可能会对销售价格产生5到10美元的影响。随着成本的下降，连通性会向下延伸到中间层产品，最终延伸到价值层。”
Parks Associates的数据显示，17%的美国消费者计划在2016年购买智能厨房设备，这表明人们对智能厨房设备有着健康的兴趣，普通家庭的价格也越来越高。
然而，一些观察家想知道，有多少消费者愿意接受配备了多余功能的智能家电，比如内置摄像头。
ABI的Collins说：“长期以来，智能设备一直是大多数未来智能家庭愿景的特征。”事实上，尽管多年来一直在进行展会展示和原型制作，但智能互联大型家电的销售仍然只占整体销售的一小部分。”
尽管如此，柯林斯预测北美智能家电市场将从2015年的2.26亿美元增长到2020年的13亿美元，年均增长43%。
Navigant Consulting Inc.首席研究分析师尼尔·斯特罗瑟(Neil Strother)表示，家电行业需要解决三个关键问题:
- 互操作性。“我今天购买的电器会与家中的其他东西沟通吗？”要求摆脱。“也许，但你无法确定。我希望随着时间的推移这个问题将退缩，但存在滞留装置的风险。“
- 缺乏明确的价值主张。斯特罗瑟说:“大多数消费者还不相信连接大型家电的原因。”
- 更高的价格。”“目前，联网设备的成本更高，”Strother说随着时间的推移，价格可能会下降，但这不会发生，直到有更大的数量。这不会突然发生，因为与笔记本电脑或手机等其他设备相比，大型家电的升级周期相当长。”
斯特罗瑟指出:“智能家电市场存在不确定性，这些设备连接起来的价值主张是什么。”“将电器与其他设备或系统连接的想法已经存在多年，电器制造商已经采取措施推动这一概念的发展。智能恒温器、联网LED照明和智能电表是如何帮助推动了需求方面的概念和意识，或消费者的思维。
斯特罗瑟补充说:“现在，随着无线组件价格的下降，从制造商的角度来看，构建连接变得更容易了。”“成本障碍更低了。因此，他们现在必须解释联网设备的好处，这是一个挑战。
“但是，似乎有四件事是一致的:内心的平静，知道你可以远程监控你的智能设备;更好的维护或维修，因为技术人员可以远程诊断智能设备的问题;更多的智能，比如洗衣机可以根据衣服确定正确的循环类型;以及在价格较低或使用可再生能源的情况下能够运行的联网电器的潜在能源节约和成本降低。”
安全、隐私和互操作性是设备工程师必须解决的其他问题。”最大的长期挑战将是安全和隐私，”克莱默说正如将个人电脑连接到我们的银行账户为窃贼创造了新的偷钱方式一样，将冰箱连接到互联网将为聪明的罪犯提供窃取个人信息的新方式。”
Ayla Networks Inc.产品营销经理Justin Ruiz补充道：“为了让智能家电真正成为主流，制造商和物联网提供商需要解决消费者对谁可以访问其设备和数据的安全和隐私问题。”。，硅谷的一家物联网平台公司，帮助制造商开发智能家电。
“互操作性也妨碍了群众采用的衔接电器，”Ruiz指出。“作为互操作性，可能会削弱连接的产品，设备制造商，零售商，服务提供商和消费者科技公司，如苹果，仍然争夺职位，并试图识别它们适应生态系统的位置。
“这场位置之争将极大地影响商业模式，”鲁伊斯说。“在我们看到一些解决方案之前，我们将继续看到更慢的采用速度。”
很多好处
在外面，许多智能家电看起来像他们的传统同行。但是，这就是相似之处结束的地方。
“智能电器连接到互联网，不仅使这些设备更具可控的和可控的用户，而且使它们进入系统，”Ruiz说。“从提高效率降低成本并获得竞争优势，IOT被广泛被视为家电的未来。
“智能洗衣机可以在其发生或与需求响应程序结合之前通知客户支持，以通知用户最具成本效益的时间，以便清洗一堆衣服，”添加鲁斯，谁与公司一起使用as Hunter Fan Co. and A.O. Smith Corp. “Smart appliances are no longer point solutions, but systems that provide users with new value-added and ongoing services, increased user experiences and unmatched operational efficiency.”
大多数消费者并没有意识到他们所有的新家用电器都是“智能”的。过去十年的能源和水的使用要求迫使工程师开发更高效的产品。
“实现这些效率级别的唯一方法是利用基于微处理器的控制，并将传感器融入设备中以密切监视和仪表资源消耗，”GE家电连接的Home产品经理“，”迈克尔·贝雷闲，P.E.。“我们的许多家用电器都有两个或三个电子板控制电机，ICEMAKERS，展示和接口。效率很大，但真正的消费者机会是，一旦电子产品在产品中，[我们]可以利用它们超过Energy [效率]。
拜尔勒指出:“家用电器和其他所有消费产品一样，都在不断发展，它们的控制算法和传感器都变得非常复杂。”“我们的大多数产品都有数万行代码，用于最小化能耗、诊断错误和提高性能。”
传统上，电器是由组成产品机械和电气部件的物理部件组装而成的。例如，传统洗衣机包括搅拌器、排水软管和电机等部件。
PTC Inc.是一家专门开发物联网应用程序的产品设计软件公司，负责产品生命周期管理解决方案的副总裁弗朗索瓦·拉米（Francois Lamy）表示：“智能设备增加了两个核心元素：智能和互联组件。”智能组件包括传感器、微处理器、数据存储、控件、软件，通常还有嵌入式操作系统和增强的用户界面。
拉米解释说:“连接组件包括端口、天线和使有线或无线连接产品的协议。”“这些组件可以让洗衣机通过智能手机远程启动，在最佳时间添加漂白剂，对污渍提供实用建议，跟踪能耗，完成洗涤后发送提醒，等等。”
拉米说:“简而言之，智能和连通性使一套全新的产品功能和能力得以实现，消费者可以以以前不可能的方式与产品进行交互。”“制造商也能够与这些相同的产品互动。智能互联产品产生的数据对设计、市场细分和售后服务具有重要意义。
Lamy指出:“仅在设备上安装软件并不一定就能使其智能化。”“连接的特性才是真正给产品带来智能功能的因素。”
虽然智能家电给消费者带来了诸多好处，但制造商也因这项技术而大获成功。
鲁伊斯说：“这是第一次，他们能够真实地想象和理解他们的产品是如何被使用的。”这些数据使他们能够构建更好的产品，更重要的是，优化他们的经营方式。
“这项技术为家电制造商提供了前所未有的深入了解产品的实际情况如何以客观方式使用，”拉米添加。“从历史上看，制造商必须从客户反馈或支持查询中获取信息，这不提供完整的无偏见的图片。
拉米指出：“通过智能互联产品，制造商可以访问数据，从而推动跨部门更好地决策。”公司可以更好地细分客户，定制产品，设定价格以更好地获取价值，并发展更密切的客户关系。智能产品提供了竞争优势，有可能为差异化和增值服务创造新的机会。”
“智能家电为制造商提供[唯一]数据收集机会，使他们能够以各种方式改善其产品，营销和客户服务，”SSA的克拉姆人。“他们可以弄清楚，根据产品，识别最多需要修复哪些部件，识别峰值使用时间，使用频率和越来越多的指标，具体取决于产品。”
前所未有的数据访问正在改变设备工程师设计产品的方式。
“我们开始看看来自电器的数据，”GE的Beyerle说。“几乎所有的产品现在都有一个小港口，他们可以通过它与我们的服务技术人员进行通信，[这使他们能够从微处理器下载任何故障代码，看看过去的历史和[检查]所有提供的数据传感器。这种新的数据允许我们更快地修复产品并确保第一次获得它。
Beyerle补充道:“此外，我们开始研究其他类型的数据生成元素。”“数据收集和使用的圣杯是冰箱中的食物库存管理。谁没有问过“回家的路上需要买牛奶吗?””
“(很快),条形码扫描仪可以用来记录食品被添加到库存,”一个摄像头可以告诉你什么是隐藏在后面的书架,或者一个力传感器作为规模在架子上可以告诉你多少牛奶了纸箱,“Beyerle指出。
“理论上，这一切可能，我现在可以在智能手机上向您发送该信息，”贝盖尔。“挑战使其变得足够简单，有利于消费者将使用它。”
工程的挑战
向数据中心制造的转变还会改变设备工程师将来如何工作。“智能，连接的产品生成大量数据，将ONU返回[工程师]处理，分析和利用所有这些信息，”PTC的Lamy说。
拉米警告说：“未来的制造业劳动力将因此看起来大不相同，需要新的技能、功能甚至组织结构。”在最基本的层面上，产品开发从主要的机械工程转向跨学科的系统工程，超越了物理对象的生产。”
拉米表示，新一代家电使组装更加复杂。”“智能、互联的产品需要对设计进行根本性的重新思考，”他指出正在设计的产品在复杂性、使用范围以及与其他设备和系统的配合方面都在急剧扩展。
拉米解释说:“这不再是关于设计‘产品’，而是开发将成为‘系统中的系统’一部分的组件。”“冰箱或热水器现在本身就是一个迷你系统，同时也是一个更大的、相互关联的生态系统的一部分。”
Ayla Networks的Ruiz警告说:“在接近物联网市场时，设备工程师可能会低估实现这一飞跃的真正需要。”“创建高质量的联网设备需要物联网方面的专业知识和经验，从嵌入式通信芯片开始，到云计算和网络安全，再到最终产品的控制。”
鲁伊斯说，在处理智能家电项目之前，工程师必须解决一些重要问题，例如：
- 是否有明确了解建立IoT平台需要的内容？
- 我们能否建立适当的连接性、安全性、响应性和可靠性？
- 我们是否在涉及的所有技术领域拥有内部专业知识，包括我们的交互和切换？如果没有，需要多少时间和成本才能获得专业知识？
- 随着技术和客户的期望不断发展，我们是否能够跟上它们的步伐?
- 最后，构建或购买物联网平台是否更有商业意义？
“我们看到的常见挑战是围绕PCB设计和布局，以及天线放置;当设计湿度和可变温度时，所有这些都会变得更加复杂，”鲁伊斯说。“如果器具是钢做的呢?”在不影响外壳完整性的情况下，你将天线放置在何处以获得最佳信号?
Ruiz声称：“为通常经历潮湿和变温的智能设备设计解决方案的工程师面临着为未连接的设备设计解决方案的同样挑战，但他们现在还必须解决网络和连接问题。”湿气会缩小WiFi范围，腐蚀组件，加速电迁移问题，而这些类型的电子设备中经常使用的保形涂层会进一步限制无线电的性能。”
“当物联网开始通过智能家电进入消费者的日常生活时，它与个人电脑、笔记本电脑或智能手机有很大的不同，”HWTRek的Wang警告说。“稳定性、坚固性和用户体验是不一样的。消费者不能接受设备中的系统故障或等待系统重新启动。不仅软件需要重新设计，硬件也需要重新设计。
“除了更多的智能设备的合规性测试和认证外，还需要相当大的硬件重新设计，”王说。“此外，还必须考虑在智能设备外壳中使用的材料。例如，使用木材和更大的电器金属的使用将影响无线模块的性能。“
家电制造商通常不是智能物联网设备的制造商，这可能会让工程师头疼。即使在像松下、夏普和东芝这样的传统日本家电品牌这样的大型组织中，消费电子和家电部门也是分开的。
Wang补充道:“大多数家用电器的功率处理要求与工业PC应用程序有很大的不同。”“家用电器的功率或电压要求较高，而工业设备的功率往往较低。”
王说，设计验证和测试可以使智能家电的成本增加30%到50%。
近年来，我们曾在近年来涉及几个塑料零件上致力于拨号机的塑料零件，“边缘自动化总裁Rick Blake说。“在每种情况下，重点是在验证过程中。
“有了智能设备，验证和过程中测试[变得更加重要]，”布莱克声称装配的灵活性和所需的自动化程度也在不断提高。随着产品特性的变化，以及新型号的频繁添加，装配和测试过程必须适应和改变。”
传感器和感性
传感器对智能设备至关重要，但它们给工程师带来了诸多挑战。
“首先，他们需要处理成本效益问题，”通用电气电器的贝勒说设备中没有多余成本的空间。市场竞争太激烈了。
“其次，消费者通常不接受过培训的用户，”Beyerle说明。“例如，当我们上大学时，我们许多人学会了洗衣，对或错。我们中的许多人学到了错误，并且正在建造的传感器和系统需要弥补这一点。如果衣服被毁了，大多数消费者将责怪设备。
Beyerle补充道:“还有功能环境。“潮湿是一个问题，它会使触点短路或腐蚀端子。现在，把这些湿气定期冷却到32华氏度以下，你就得处理水的状态变化，以及冰的膨胀。
“我们的自清洁炉灶的温度接近1000华氏度，”贝尔指出那样的温度会融化很多材料。
“洗衣产品和洗碗机中使用的洗涤剂通常不是最温和的化学品，少量次氯酸钠（家用漂白剂）对水的导电性的影响令人难以置信，”Beyerle说它会使传感器无法校准。挑战是巨大的。”
智能家电需要的不仅仅是测量湿度、温度和振动的基本传感器。
Beyerle说：“我们刚刚开始试验额外的传感器，看看它们能为消费者提供什么。”而且，我们正在开始试验我们可以用传感器的数据做些什么。”
例如，Beyerle说，GE的一些型号的冰箱配备了新的免提自动加水机。使用基于激光的传感器系统，分配器将毫不费力地测量放置在其下方的任何容器的大小，然后自动将其装满90%的纯过滤水。消费者不需要按住按钮或盯着分配器。
“这一功能在喷气式战斗机中可能不是最前沿的，但在消费品中却是最前沿的，”Beyerle声称。
“而且，我们的新洗衣机是我们生产过的最节约资源的洗衣机，”Beyerle补充说。“在我们的高负荷机器中，为了最大限度地减少水的使用，系统在循环启动时，会向筐中喷射少量水，然后提升电机。该系统通过感知衣服负载的旋转动量的影响来测量衣服对水的吸收率。
Beyerle说：“根据吸收率，机器可以推断洗衣机的负荷大小和布料类型。”然后，它可以确定优化循环所需的正确水量。这比通过旋转刻度盘来猜测所需水量要高得多。”
