智慧后廚系統總體建設方案

王 僑 劉永新 孟 佳

(軍事科學院系統工程研究院軍需工程技術研究所，北京 100010)

智慧食堂為智慧化食堂運行管理體系的簡稱，依托“大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、智能化、區塊鏈”等現代信息技術，實現食堂的精細化管控、集約化生產、自助化售賣、優質化服務、高效化運營、科學化監管等[1]。食堂系統通常主要由后廚和前廳兩大實體部分組成，其中后廚作為整個食堂運營的核心，全面關聯炊事人員、采購人員、配送人員、品控人員、用餐人員、管理人員等眾多相關主體，是充分協調“采購—庫存—訂單—備餐”多個方面實現精準供應和個性化營養保障的最為直接的執行者，也是整個食堂安全衛生檢控和服務信息交互的核心區域?？傮w來說，智慧后廚系統的構建是智慧食堂構建的關鍵。

目前傳統食堂主要存在著人流擁堵、資源浪費、營養保障不均衡、信息流通不暢以及菜品口感不穩定等問題[2-3]。為此，在進行智慧后廚的構建時，應從全局和系統的層面來規劃建設方案，在充分發揮后廚職能的同時，有力配合解決傳統廚房的上述痛點問題。

1 智慧后廚系統功能架構

1.1 總體架構

該智慧后廚系統主要功能包括采購、倉儲、加工、配送、品質控制、安全控制以及信息管理等，擬將智慧后廚系統劃分為智能化裝備系統和智慧化后廚管理系統兩大部分，其整體架構如圖1所示。總體來說，后廚系統的主要硬件設備包括炊事機械、品質控制設備、采購配送裝備、監測監控設備以及通風控溫和空氣凈化等輔助設備，圖2標識了炊事機械與其他各類設備間的物質或信息流通關系或相互作用關系。

圖1 智慧后廚系統總體功能框架圖Figure 1 Overall frame diagram of intelligent kitchen system

圖2 主要后廚設備Figure 2 Main kitchen equipment

1.2 智能化裝備系統

智能化裝備系統主要由智能化炊事機械系統、智能采購配送系統、智能品質控制系統以及智能安全監管系統四部分構成。

(1)智能化炊事機械系統。主要用于完成標準化、精確化、智能化的炊事工作，涉及米面等主食以及果蔬、肉類、調料等副食的前處理，主副食和湯品的蒸、炒、煮等烹飪熟化加工處理，主副食和湯品的分餐分裝處理，半成品和成品的速冷速凍和包裝貯藏處理，餐廚具的洗消處理，餐廚余垃圾處理等系列工序。

(2)智能采購配送系統。主要用于管理進出入后廚的食材。一方面負責米、面、果蔬、肉類、調料等主副食類原材料的采購、入庫工作，需配備采購人員、采購運輸車等；另一方面負責凈菜或半成品等的冷鏈配送工作，完成對子食堂中烹飪熟化原材料的供應，需配備配送人員、冷鏈配送車等。

(3)智能品質控制系統。主要用于后廚中整個食品鏈條(從原材料到成品)的食品品質管控工作。首先，對采購的主副食等原材料進行入庫前的驗收，并記錄其數量、外觀狀態、來源等完整的入庫信息，方便后續追溯有據。其次，基于理化、微生物、農藥殘留等的化驗，完成凈菜和半成品等出庫前的品質檢測。最后，對烹飪熟化成品進行上桌前的留樣檢測，完成其衛生性化驗和營養性分析。需配備品控人員以及相應的衛生檢測、營養分析設備等。

(4)智能安全監管系統。智能安全監管設備主要用于對后廚的總體作業工序進行全程、全面的可視化監管，保障后廚系統的安全作業以及工作人員的人身安全，包括后廚可視化監控設備、炊事設備工作狀態監控設備、進出入后廚時的指紋或人臉識別門禁以及非接觸式體溫自動檢測設備等。

1.3 智慧化后廚管理系統

智慧化后廚管理系統，主要是基于系統服務器、遠程客戶端以及設備端等來完成后廚運行管理的信息采集、智慧決策和遠程管控等。

1.3.1 信息采集系統 為下一步的智慧決策和遠程管控提供關鍵的信息支撐，信息采集系統主要采集：

(1)基于品控人員手機客戶端APP獲取并存儲其上傳的原材料驗收入庫信息。

(2)基于炊事人員手機客戶端APP獲取并存儲其上傳的菜單、食材消耗等信息。

(3)基于用餐者手機客戶端APP獲取并存儲訂餐日報表信息、用餐者個人信息(用餐者類型、年齡、活動量、身體狀態等個人信息)以及就餐反饋信息(如菜品質量評價、菜譜調整建議等)等。

(4)基于各類設備端獲取其工作狀態以及食材的庫存量等信息。

1.3.2 智慧決策系統 為實現食堂的精確化按需保障和營養保障，智慧決策系統基于專家支持技術主要完成以下決策工作：

(1)基于菜單信息、用餐者個人信息為用餐者提供“精確化”“個性化”的用餐建議和均衡營養保障建議。

(2)基于用餐者的訂餐日報表信息、就餐反饋信息以及食材庫存量信息等，為炊事人員提供每日餐食的供應方案、菜譜改進建議和食材采購提醒等，并提供各類炊事機械按需作業、精量協同的炊事作業方案?；谟貌驼叩挠啿腿請蟊硇畔R總分析各類菜品的點餐頻次、受歡迎程度等信息，針對受歡迎的、需大量烹制的菜品實施分批錯時烹飪，并統籌規劃就餐人員執行錯峰錯時就餐方案。

(3)基于設備端的工作狀態信息實時進行在線故障診斷和維修報備等，為炊事人員或管理人員及時排查并解決設備故障問題提供技術指導。

1.3.3 遠程管控系統 主要根據智慧決策系統所提供的決策和診斷結果進行信息反饋和遠程管控。

(1)將菜譜及其營養信息、均衡營養保障建議、就餐建議(包括就餐菜品選擇、就餐時段等)等信息按時反饋至用餐者手機客戶端APP中，將每日餐食的供應方案、菜譜改進建議、炊事機械的按需協同、錯時烹飪作業方案以及設備端的故障診斷結果等及時反饋至炊事、管理人員手機客戶端APP中，同時將食材采購提醒及時反饋至采購人員手機客戶端APP中。

(2)根據設備端的故障診斷結果，針對無人看管設備，在故障發生時實時進行在線遠程調控，確保設備能正常運轉或緊急制動，并及時進行故障警示，提醒相關人員前往處理；針對有人看管設備，在故障發生時及時進行故障報警提醒，輔助工作人員完成故障排除工作，必要時執行遠程緊急制動措施，由此避免意外情況發生，保障設備和人員的安全。

2 智慧后廚設備選型原則

2.1 智慧后廚設備總體分類

后廚系統是整個食堂運營的核心，而炊事機械作為整個后廚硬件設備的核心組成部分，作為后廚最核心工作的直接執行者，是實現精準供應和個性化營養保障的關鍵。按照炊事工藝的不同，可將炊事機械總體劃分為前處理設備、加工制作設備、分餐設備、包裝貯藏設備、凈洗消設備、餐廚垃圾處理設備六大類，如圖3所示，除此之外，還包括餐廚具、餐碗柜、油煙凈化等其他配套設備。

圖3 炊事機械總體分類Figure 3 General classification of cooking machinery

2.2 設備選型基本原則

智慧后廚設備在選型時，選型設備需滿足產能匹配、工藝匹配、產線匹配、與投放場地的兼容和匹配以及安全衛生要求等，并盡可能選取可靠耐用、性價比高、節能環保以及具備通用性、一機多用性、靈活性、開放性和可擴展性的設備。

2.3 智能化等級劃分及選型原則

2.3.1 后廚設備系統智能化等級劃分 智能化技術應用與設備智能化是現代信息化社會發展的技術前沿和必然趨勢，在智能化設備熱度逐漸提升的同時，智能設備產品的相關標準體系尚未完善，“偽智能”產品魚目混雜，如何辨識產品的智能性及其智能化程度的高低，如何進行智慧后廚設備系統智能化水平的評價，是選型智能化設備完成智慧后廚構建的關鍵點。

結合相關標準[4]以及文獻[5-7]，針對現有智能后廚設備系統，擬從系統和設備兩個層面對其進行智能化等級評價。其中，設備層是核心，是炊事任務的直接執行者，是評價智能化能力的關鍵層面；系統層是保障，是多方位提高炊事任務執行效率以及提供精確化、人性化飲食保障的聚力者，是評價智能化能力的輔助層面。在對智慧后廚設備系統的智能化等級進行具體評價時，應從兩個層面分別給出其評價結果，每個層面的評價缺一不可，不可脫離系統層面只在設備層面談論其智能化等級，圖4為智慧后廚設備系統智能化等級評價框圖。

圖4 智慧后廚設備系統智能化等級評價框圖Figure 4 Block diagram of intelligent grade evaluation of intelligent kitchen equipment system

(1)系統層面：各類后廚設備與服務平臺或總控制終端之間，各類關聯設備彼此之間，后廚設備系統與炊事作業人員、用餐者和管理者等相關人員之間，全面實現了互聯/互操作。在系統層面，當前階段可從以下3個維度來進行智能化保障水平的評價。

① 不分產品類型和廠商，各類后廚設備與服務平臺或總控制終端之間形成了互聯互通，服務平臺實時獲取后廚中各類設備的工作狀態信息，并可對其實施遠程監控、統一協調管理、故障診斷與處理等。

② 不分產品類型和廠商，各類關聯設備彼此之間形成了互聯互通，無需服務平臺或總控制終端的干預，即可實時根據關聯設備的工作狀態及時調整自身的工作狀態，即可實現關聯設備的全面協調聯動。

③ 后廚設備系統與炊事作業人員、用餐者和管理者等相關人員之間具備信息交互功能，可為食材采購的供需平衡，炊事機械按需、精量作業，用餐者健康性就餐、個性化營養保障等提供決策服務和干預指導。

以上3個維度的實現程度(如：是否采用了互聯/互操作，互聯/互操作的覆蓋面等)體現了智慧后廚設備系統在該維度的智能化保障程度。3個維度并非遞進關系，在進行評價時，需從這3個維度分別給出評價結果，最終匯總為其在系統層面的智能化保障水平。

(2)設備層面：各類后廚設備全面具備感知、決策、執行、學習四部分智能化能力。在設備層面，當前階段擬劃分為以下4個評價等級。

① 第一級：具備單一執行力。該后廚設備實現了某種工序自動化，比如和面機實現了和面工序的自動化。

② 第二級：具備過程執行力。該后廚設備(系統)實現了某種制作工藝過程的自動化，且系統內部具備信息交互能力。比如智能面條機實現了從原料到成品整個工藝過程的自動化，米飯生產線實現了米飯制作從原料到成品的自動化。

③ 第三級：具備感知決策力。該后廚設備具備了感知、決策、執行三要素能力，且具備系統內外信息交互能力。比如萬能蒸烤箱可以根據食品內部感知溫度從而確定食品是否已經達到加工要求，從而停止加熱。比如“智能”冰箱可隨外界環境溫度的變化而自動優化調整工作狀態，減少溫度波動度、提高溫度均勻度等。

④ 第四級：具備自我提高力。該后廚設備具備了自我學習能力，即其實現了智能化。

以上4個等級，第一、二級為設備智能化準備階段，第三級為設備智能化初級階段，第四級為設備智能化發展階段。

2.3.2 智能化選型總體原則

(1)后廚設備系統智能化發展現狀：目前，中國大部分冠以“智能”的炊事設備產品，如智能鮮面機、智能炒菜機、智能蒸烤箱、智能豆漿機、智能洗碗機、智能包裝機等，其“智能性”主要體現在以下3個方面。

① 實現了操作過程的高度自動化，如炒菜機實現了火候、加油、加水、勾芡、翻炒、出菜等多個工序過程的自動化作業。

② 實現了分離工序的集成化，如一體化饅頭生產設備，集和面、揉面、成型、擺盤等多功能于一體，完成了從原料到成品饅頭生胚制作過程中多道工序的自動化。

③ 基于信息技術的應用，在原有基礎上增加了信息傳輸(或物聯通訊)模塊，并外配相應的服務平臺或終端APP等，實現了信息的多方位交互或設備的遠程監管等，如智慧廚房信息系統、智慧廚房監管系統、智慧廚房營養系統等。

總體來看，在設備層面，現有設備大部分均還處于智能化的準備階段，少部分具備了相對完善的感知、決策、執行三要素能力，但是基本上還不具備智能化的核心能力——自我學習能力，即總體上仍處于智能化的初級階段。而在系統層面，隨著互聯網、物聯網等信息技術的應用，現有設備的信息交互能力、整個設備體系互聯/互操作的覆蓋面均獲得了較大的提升，這為后廚設備系統智能化的發展提供了重要的信息支撐和保障條件。

(2)智能化選型總體原則：結合當前后廚設備系統的發展現狀，針對智能化后廚設備中的各特定類產品進行選型?？傮w選型原則如下：

① 根據各類后廚設備智能化發展現狀，因地制宜分別制定選型標準。后廚工藝復雜、工序繁多，各類后廚設備發展水平參差不齊，建議結合其智能化發展現狀，分階段、分批次開展智能化選型和升級換代工作?？墒紫柔槍θf能蒸烤箱、炒菜機等發展迅猛的核心烹飪設備優先進行升級換代，在確保其安全衛生性、可靠性等基本性能符合要求的前提下，擇優選取現行的智能化程度較高的設備(如具備智能火控、一鍵烹飪以及烹飪記憶等功能的智能炒菜機)，而對于工序復雜、智能化發展水平相對滯后的設備(如炊事機械中的前處理設備等)，則建議當前選型階段，在優先保證其基本性能的基礎上，盡量選取具備可擴展性的，自動化程度和集成度高的，多功能化的，更為便捷、實用、舒適和實在的，以及加工質量有保障的設備(如多功能切菜機、絞切一體機、包子饅頭一體機等)。

② 根據各類后廚設備在作業工序上的緊密相關性，預先統籌布局，盡量體系化、配套化開展選型工作。整套智慧后廚設備系統的有效建立、協調運轉，需要實現各設備之間的互聯/互操作，使不同類別的產品、不同廠商的產品、不同廠商的服務平臺等彼此間，通過有線或無線方式相互連接，打通彼此的信息通道，實現相互之間的交互操作，這是構建智慧后廚設備系統最基本的要求。在上述各路信息通道打通之前，后廚設備選型既需要考慮產品在設備層面的智能化等級，還需要結合各類后廚設備在作業工序上的密切配合性，在系統層面預先統籌布局，盡量體系化、配套化開展智能化選型，以保障彼此間的有效配合、協調運轉，同時為后續產品維護、功能拓展、更新換代等提供便捷性。如配套選型智能饅頭生產線，可高效完成從和面-輸送-連續壓面-自動接片-成型-擺盤全過程的協調運轉和連續自動生產。

3 總體解決思路

為解決傳統集中供餐模式下的痛點問題，提出了智慧后廚系統建設的總體功能架構及其設備的總體選型原則，主要解決思路如下：

(1)基于訂餐日報表、就餐反饋以及食材庫存量等信息采集以及智能決策為炊事人員提供每日餐食的供應方案、菜譜改進建議和食材采購提醒等，同時提供各炊事機械按需作業、精量協同的炊事作業方案，以此解決供需不匹配所導致的資源浪費問題。

(2)基于菜單信息、用餐者個人信息等信息采集以及專家決策支持系統為用餐者提供精確化、個性化的用餐建議和均衡營養保障建議，為其合理的膳食結構和均衡的營養攝取提供專業的指導和服務。

(3)基于智慧化后廚管理系統中的系統服務器、遠程客戶端以及設備端等的信息采集、智慧決策、信息反饋、遠程管控來完成后廚運行管理中各類人員以及設備間的信息及時交互或充分共享，保障各類主體高效開展協同工作，解決信息流通不暢所導致的供需不匹配、管理效率低下等問題。

(4)基于所選型的智能烹調設備，對烹飪火候、菜料配比、入鍋順序和時機等實施精準掌控，保障菜品在整個烹調過程中的全自動化、標準化、精準化和營養性，不受外界因素的影響，菜品質量和菜品口感穩定、有保障。

(5)基于訂餐報表提前獲取點餐情況，將選餐步驟前移，省去窗口或自選排隊選餐時的麻煩以及選擇困難所造成的拖延和耗時，可一定程度上縮減取餐時間。同時基于受歡迎菜品的錯時烹飪、就餐人員的錯峰錯時就餐，解決菜品資源和人流量分配不均勻的問題，減輕人流擁堵程度。

4 結論與展望

針對傳統集中供餐食堂存在著人流擁堵、資源浪費、營養保障不均衡、信息流通不暢、菜品口感不穩定等問題，提出了智慧后廚系統建設的總體功能架構及其設備的總體選型原則，以期在充分發揮后廚職能的同時，有力配合解決傳統廚房的痛點問題。截至目前，智慧后廚系統建設還處于起步探索階段，如何充分利用大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、智能化、區塊鏈等現代信息技術建設智慧后廚乃至智慧廚房，如何制定相關建設標準；如何對智慧后廚乃至智慧廚房的智能化水平具體實施評價，如何制定各特定類設備的智能化等級評價體系及評價方法；如何對各類后廚設備之間、各類后廚設備與總控制終端之間完成互聯/互操作的通訊接口標準進行統一；如何規劃部署飲食大數據云平臺建設，為未來基于大數據分析進行科學決策提供重要的前期信息儲備和技術支撐；如何在確保信息流通順暢、及時、高效的同時做好信息交互過程中數據的安全性和保密性工作等等，以上問題都是未來構建智慧后廚乃至智慧廚房需要持續解決和高度關注的熱點問題。