家用智能燃?xì)庠钪悄芑皆u價方法研究

黃 石 李重重 王金花 梁上音 劉 靜

（1.佛山市順德區(qū)美的洗滌電器制造有限公司 佛山 528311；2.中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會 北京 100036；3.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510663）

引言

近年來，隨著家用電器智能化底層軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)全新的智能廚房場景，傳統(tǒng)廚房電器也可以更靈活地匹配智能功能，智能廚房電器市場實現(xiàn)了更高的占比和更大的增幅。據(jù)了解，2020年中國智能廚房大電器市場規(guī)模約為601萬億，智能產(chǎn)品的占比達(dá)10 %。在主要家電品類中，廚房電器（煙灶消）的智能滲透率目前處于隊尾[1]。但智能灶的細(xì)分賽道增長最快，復(fù)合年增長率達(dá)到20 %。現(xiàn)有燃?xì)庠罹呦嚓P(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，對于安全、性能、結(jié)構(gòu)、材料、信息安全要求、功能安全要求等技術(shù)要求和測試方法都做了規(guī)定[2-5]，而在具有智能灶智能化水平各項性能指標(biāo)要求上缺乏指導(dǎo)性的技術(shù)要求和評價方法。所以用戶智能在使用過程中去體驗智能灶的智能化水平，而在購買伊始無法準(zhǔn)確的判斷智能灶的智能化水平。本文將智能控制引入了家用智能燃?xì)庠睿ㄒ韵潞喎Q“智能灶”）中，通過測溫探頭、比例閥、算法、燃燒器等部件組成了完整的溫度、火力控制回路，實現(xiàn)了灶具烹飪的智能化。首次分析引入產(chǎn)品安全指數(shù)、便捷性指數(shù)、烹飪安全指數(shù)和烹飪效果指數(shù)這四個概念，智能化指數(shù)結(jié)合消費(fèi)者使用期間的10個評價項目，綜合評定了智能灶的智能化水平優(yōu)劣，對用戶選購具有智能灶具有指導(dǎo)意義。

1 智能指數(shù)的構(gòu)成

現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)中都明確的規(guī)定產(chǎn)品安全等性能測試方法，本方法適用于智能灶，不適用于帶有遠(yuǎn)程啟動、開機(jī)功能的灶具和集成灶。本文主要是針對這類智能灶在智能化評價引入了產(chǎn)品安全、便捷性、烹飪安全和烹飪效果這4個維度來評價產(chǎn)品的智能化水平，提出了智能灶需要滿足的安全基本要求、軟件安全的要求，以及信息技術(shù)安全方面的要求。智能灶的智能化水平評價項目按表1的規(guī)定計算。

表1 智能化水平評價項目

此外，通過大量的試驗，我們發(fā)現(xiàn)各指數(shù)在整體指數(shù)中的比重是不一樣的，所以我們匹配各項指標(biāo)不同分?jǐn)?shù)。最終再用各指標(biāo)求和：

同時，我們將智能灶的智能化水平分為5個星級，其中5級為最高等級。X＞40時進(jìn)行智能化水平的評定。智能家用燃?xì)庠畹闹悄苤笖?shù)評定采用5星級制，5星最優(yōu)，各星級智能指數(shù)評價得分（總分為100分）應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 智能化水平分級

2 智能化水平的技術(shù)要求及評價方法

2.1 產(chǎn)品安全指數(shù)

本標(biāo)準(zhǔn)以國家及燃?xì)饩咝袠I(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，立足市場現(xiàn)有產(chǎn)品的狀況，參考了相近行業(yè)對于產(chǎn)品安全的要求，提出了智能灶需要滿足的安全基本要求、軟件安全的要求，以及信息技術(shù)安全方面的要求[4-5]。由于安全對于燃?xì)庠顏碚f是最基本的要求，因此將所有的安全項都列為強(qiáng)制要求合格。

2.2 便捷性指數(shù)

便捷性是智能產(chǎn)品的基本屬性，智能灶使用過程中通過智能化手段減少烹飪過程的人為參與的難度、步驟等是智能灶智能化水平的評價基礎(chǔ)?；诖宋覀冞x擇電池低電量提醒、煙灶聯(lián)動、食譜管理、自定義烹飪參數(shù)、離鍋小火和OTA功能6個維度評價智能灶的便捷性。

2.2.1 電池低電量提醒A1的技術(shù)要求及評價方法

對于多數(shù)灶具，電池主要是起點火的作用。智能灶所帶有的智能功能本身需要耗電來驅(qū)動，電源方面可以選擇電池或者市電。如果是選用電池，則電池耗電量將快于普通灶具，且灶具在電壓不足時將會無法使用。因此，電池低電量提醒對于使用電池的智能灶是一個重要的功能，可以提醒用戶及時更換電池，避免因為電量不足導(dǎo)致無法使用灶具（表3）。首先，通過檢查器具使用說明、技術(shù)規(guī)格書等資料確認(rèn)器具是否具有電池低電量提醒功能。如有，將功率調(diào)整器的正負(fù)極模擬電池接入電路。低電量提醒應(yīng)當(dāng)具有兩個電壓閾值，記為Va、Vb。其中，Va為觸發(fā)低電量提醒功能的最高電壓，Vb為能夠進(jìn)行正常點火的最低電壓。線路接好后，進(jìn)行如下操作：

表3 電池低電量提醒評價標(biāo)準(zhǔn)

1）按0.1 V的間隔調(diào)整電壓，同時進(jìn)行點火操作，重復(fù)五次，確定一組能夠使點火針正常放電的最低電壓，并取該組中的最大值，記為Vb；按0.1 V的間隔調(diào)整電壓，同時進(jìn)行點火操作，重復(fù)五次，確定一組能夠觸發(fā)如說明書所述的低電量提醒功能的最高電壓，并取該組中的最小值，記為Va；

2）將電壓調(diào)至Vb至Va之間，并進(jìn)行點火操作，并觀察是否有如說明書所述的光、聲等方式提醒用戶電量低，需要更換電池；

3）若器具還有定時關(guān)火、防干燒保護(hù)、定溫或食譜等其它功能，將電壓調(diào)至大于Va，并啟動這些功能。觀察這些功能是否能夠正常運(yùn)行。

2.2.2 煙灶聯(lián)動A2的技術(shù)要求及評價方法

按照說明書要求安裝器具及其配套的煙機(jī)。通過檢查器具使用說明、技術(shù)規(guī)格書等資料確認(rèn)器具是否具有煙灶聯(lián)動功能（表4）；根據(jù)說明書將煙機(jī)與器具進(jìn)行配對，然后在開啟煙灶聯(lián)動功能的情況下，啟動器具。記錄器具啟動后至煙機(jī)電機(jī)啟動的時間；從產(chǎn)品所帶的智能食譜中任選一道菜，根據(jù)食譜描述放置鍋具及食材，記錄啟動器具并點火后至關(guān)火的時間段內(nèi)需要人參與的步驟數(shù)。

表4 煙灶聯(lián)動評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3 食譜管理A3的技術(shù)要求及評價方法

智能灶除了本機(jī)上帶有有限的食譜，還可能在APP或云端有更多的食譜。海量的食譜為用戶提供了多樣的選擇，但是一段時間內(nèi)用戶的口味不會發(fā)生太大變化，日常飲食往往會集中在部分食譜上。按照器具說明書規(guī)定的操作步驟手工操作器具或/和匹配的控制終端（APP等），判斷器具是否可以對食譜進(jìn)行排序、下載、刪除、找回刪除等操作（表5）。

表5 食譜管理評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.4 自定義烹飪參數(shù)的技術(shù)要求及評價方法

按照器具說明書規(guī)定的操作步驟手工操作器具或/和匹配的控制終端（APP等），判斷器具是否能夠自定義烹飪的時間、溫度、火力檔位等參數(shù)，以及是否能夠存儲在本地或服務(wù)平臺上（表6）。

表6 自定義烹飪參數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.5 離鍋小火的技術(shù)要求及評價方法

按器具說明書要求，器具上放置炊具，進(jìn)入指定模式，點燃大火燃燒（表7）。

表7 離鍋小火評價標(biāo)準(zhǔn)

1）將器具移開開始計時，記錄到自動轉(zhuǎn)為小火的時間，記為dt0；

2）自動轉(zhuǎn)為小火開始計時，持續(xù)3 min，觀察燃燒器是否能自動關(guān)閉；

3）自動轉(zhuǎn)為小火開始計時，3 min內(nèi)將炊具放置回器具上，觀察燃燒器是否自動轉(zhuǎn)為大火燃燒。

注：試驗過程中炊具的溫度不應(yīng)超過200 ℃。

2.2.6 OTA功能的技術(shù)要求及評價方法

智能灶的軟件、功能等可以通過OTA升級。服務(wù)器掛載兩個固件程序，保證版本號不一樣，可做測試升級切換（表8）。

表8 OTA功能評價標(biāo)準(zhǔn)

1）檢查控制終端（APP）是否能夠顯示當(dāng)前固件版本信息及可升級狀態(tài)和版本信息，升級時是否有進(jìn)度提示，以及升級完成后是否能顯示升級完成信息；

2）在升級過程中切斷器具的電源或網(wǎng)絡(luò)，然后重新連接電源及網(wǎng)絡(luò)，檢查是否可以仍然正常升級；

3）通過有線或者網(wǎng)絡(luò)的方式連接器具與服務(wù)器，檢查是否可以通過有限以及網(wǎng)絡(luò)的方式將當(dāng)前版本升級切換為另一個版本。

2.3 烹飪安全指數(shù)

烹飪安全主要是指烹飪過程中的防干燒功能，包括普通狀態(tài)下的防干燒和智能狀態(tài)下的防干燒。

2.3.1 普通狀態(tài)下防干燒的技術(shù)要求及評價方法

將氣密性測試合格的帶有防干燒功能的器具按生產(chǎn)者說明書中所明示的方式安裝。在灶頭上放置GB 16410-2014所規(guī)定的試驗用鋁鍋（下限鍋）并加入對應(yīng)水量，大火加熱15 min。多灶頭要求分別檢測（表9）。

表9 普通狀態(tài)下的防干燒評價標(biāo)準(zhǔn)

1）維持大火狀態(tài)并移走鍋具，觀察防干燒是否會被觸發(fā)；

2）關(guān)火并使探頭冷卻至室溫。將熱電偶溫度計布置在試驗鋁鍋的內(nèi)表面，并盛入200 mL溫水，重新點火并放在灶頭上。用大火加熱直至鍋內(nèi)水燒干且防干燒保護(hù)器動作，記錄此時的溫度計讀數(shù)。重復(fù)三次試驗取平均值，計算該平均值與標(biāo)稱值之差。兩次實驗的間隔以溫度計降到室溫為準(zhǔn)。具備防干燒保護(hù)功能的灶頭均需檢測，并單獨(dú)進(jìn)行測試；

3）對于器具可以感知并識別鍋具種類，并根據(jù)不同種類選擇不同的防干燒溫度或防干燒策略的情況，應(yīng)根據(jù)說明選取所有可適用的鍋具或情況，重復(fù)2）中的試驗。

2.3.2 智能狀態(tài)下防干燒的技術(shù)要求及評價方法

智能烹飪功能包括控溫功能及食譜功能。對于控溫/食譜功能，按照說明書規(guī)定選擇鍋具（表10）。若說明書無規(guī)定，則選取材質(zhì)為不銹鋼、開口尺寸30 cm、高（8～12）cm的平底炒鍋。

1）控溫功能：在器具或控制終端（APP）上選擇能夠控制的最高溫度，不放鍋點火。從點火時開始計時，直至干燒發(fā)生，記錄干燒發(fā)生的時間。

2）食譜功能：按照說明選擇煮餃子，不放鍋點火。從點火時開始計時，直至干燒發(fā)生，記錄干燒發(fā)生的時間。

3）將探頭冷卻至室溫，將所選鍋具放在灶頭上，鍋內(nèi)加入煮餃子食譜說明所述的水量。按照說明選擇食譜，從食譜運(yùn)行時開始計時，記錄時間直至食譜結(jié)束或觸發(fā)防干燒保護(hù)。

4）將探頭冷卻至室溫，將所選鍋具放在灶頭上，鍋內(nèi)不放水及食材。按照說明選擇煮餃子，從食譜運(yùn)行時開始計時，記錄時間直至食譜結(jié)束或觸發(fā)防干燒保護(hù)。

2.4 烹飪效果指數(shù)

本條指使用智能功能烹飪時的效果，包括控溫功能及菜譜功能。

2.4.1 控溫效果的技術(shù)要求及評價方法

控溫功能指的是煎炸時鍋內(nèi)油溫被控制在一定范圍內(nèi)的情況。控溫功能在電器烹飪上較為常見，在燃?xì)庠罹呱蟿t屬于較新穎的功能。根據(jù)我們的測試結(jié)果表明，鍋具、油量、食材種類、份量等對控溫效果都有影響，但是在一定范圍內(nèi)，影響是可控的（表11）。按照說明書規(guī)定選擇鍋具，若說明書無規(guī)定，則選取開口直徑30 cm，高（8 ～12）cm的不銹鋼不粘平底鍋。食材選擇選用不易散塊的老豆腐做為測試用食材，切成約2 cm厚的豆腐片，豆腐片橫截面積在（25～36）cm2之間，室溫放置。老豆腐應(yīng)符合GB/T 22106-2008 非發(fā)酵豆制品中的要求（水分≤85 g/100 g，蛋白質(zhì)≥5.9 g/100 g，呈固定形狀，塊形完整）。溫度測量選用熱電偶，測溫精度至少為±1 ℃。

表11 控溫效果評價標(biāo)準(zhǔn)

1）將鍋放置在器具上，并倒入約100 mL左右的食用植物油（如花生油等）；放入測溫用的熱電偶，需保證油沒過所有的熱電偶。鍋具的中心、兩側(cè)均至少布置一根熱電偶，即至少布置三根熱電偶；

2）在器具或者APP上選擇控溫功能并設(shè)定溫度值或溫度范圍。點火開始加熱，按照說明書中對下鍋時機(jī)的說明將四塊準(zhǔn)備好的老豆腐放入鍋中。如說明書沒有規(guī)定，則食材在檔位調(diào)至最低時下鍋。食材下鍋后，烹飪時間持續(xù)400 s，中間根據(jù)提示或在食材下鍋200 s后翻面。

3）將不同位置熱電偶測得的溫度數(shù)據(jù)在每個相同的時間點上取空間平均，得到一條隨時間變化的曲線，取該曲線的時間平均值即為鍋內(nèi)油溫的平均值。令單條測溫線測得的數(shù)據(jù)為{}，其中i表示時間，j表示測溫線，或者空間，則測得的鍋內(nèi)油溫平均值計算方法為：

式中：

Ti—空間平均的溫度曲線，

I—有效采樣數(shù)，

J—布置的熱電偶數(shù)。

控溫精度—設(shè)定值T0與以上平均值之差的絕對值：|T0-Tc|。

2.4.2 智能食譜烹飪效果的技術(shù)要求及評價方法

智能烹飪的食譜較多，我們選取常見的煮餃子菜譜進(jìn)行評價（表12）。準(zhǔn)備熱電偶（精度至少±1℃），計時器，以及材質(zhì)為不銹鋼、開口尺寸30 cm、高8 cm至12 cm的平底炒鍋。單個長（8±1）cm的速凍餃子20個。

表12 智能食譜烹飪效果評價標(biāo)準(zhǔn)

1）選擇煮餃子食譜，并根據(jù)食譜準(zhǔn)備鍋具及水。若說明書或食譜沒有說明，則選取試驗條件中所述的鍋具并加入1.5 L水。將熱電偶放入水的中間位置，并按照說明使用器具啟動食譜。使用計時器按照實際先后順序記兩個時間點：鍋內(nèi)水第一次達(dá)到99.5 ℃（以海拔0 m計，或比當(dāng)?shù)睾０畏悬c低0.5 ℃時），以及器具提示用戶下鍋的時間點。計算并記錄兩者之差的絕對值，記為dt1；

2）在上述試驗中，將餃子一次性下鍋并開始計時，至器具停止提示用戶下鍋，記錄兩者時間差的絕對值，記為dt2。

2.5 試驗及結(jié)論

我們選擇了10款市場上現(xiàn)有的智能灶樣機(jī)，按照上述評價方法進(jìn)行了智能灶的智能化水平測試，智能等級結(jié)果如表13所示。

表13 智能食譜烹飪效果評價標(biāo)準(zhǔn)

通過對不同品牌智能灶產(chǎn)品10個型號的測試和數(shù)據(jù)分析比較，有1個被測智能灶智能指數(shù)達(dá)5星級，3個達(dá)4星級，占比40 %，恰恰體現(xiàn)了本標(biāo)準(zhǔn)所定指標(biāo)具有一定的先進(jìn)性和前瞻性，可以對廠家產(chǎn)品設(shè)計起到優(yōu)化指導(dǎo)作用。

3 結(jié)語

智能灶作為一款改善生活品質(zhì)的家用電器，在滿足人們?nèi)粘Ｅ腼兠朗车幕疽笙拢悄芑强蛻羯顚哟涡枨蟮闹匾笜?biāo)。在現(xiàn)有GB 16410-2020《家用燃?xì)庠罹摺泛虶B/T 16411-2023《家用燃?xì)馊紵骶叩耐ㄓ迷囼灧椒ā返那疤嵯拢罁?jù)人們?nèi)粘５氖褂昧?xí)慣制定智能灶智能化水平的評價方法具有很重要的意義。本評價方法將對現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充，填補(bǔ)了行業(yè)的空白，使智能灶成為用戶真正的美食福音。