家用智能燃氣灶智能化水平評價方法研究

黃 石 李重重 王金花 梁上音 劉 靜

（1.佛山市順德區美的洗滌電器制造有限公司 佛山 528311；2.中國電子節能技術協會 北京 100036；3.中國電器科學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的進步，出現全新的智能廚房場景，傳統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了更高的占比和更大的增幅。據了解，2020年中國智能廚房大電器市場規模約為601萬億，智能產品的占比達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]。但智能灶的細分賽道增長最快，復合年增長率達到20 %?，F有燃氣灶具相關國家標準，對于安全、性能、結構、材料、信息安全要求、功能安全要求等技術要求和測試方法都做了規定[2-5]，而在具有智能灶智能化水平各項性能指標要求上缺乏指導性的技術要求和評價方法。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氣灶（以下簡稱“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，實現了灶具烹飪的智能化。首次分析引入產品安全指數、便捷性指數、烹飪安全指數和烹飪效果指數這四個概念，智能化指數結合消費者使用期間的10個評價項目，綜合評定了智能灶的智能化水平優劣，對用戶選購具有智能灶具有指導意義。

1 智能指數的構成

現有的國家標準中都明確的規定產品安全等性能測試方法，本方法適用于智能灶，不適用于帶有遠程啟動、開機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品安全、便捷性、烹飪安全和烹飪效果這4個維度來評價產品的智能化水平，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，我們發現各指數在整體指數中的比重是不一樣的，所以我們匹配各項指標不同分數。最終再用各指標求和：

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時進行智能化水平的評定。智能家用燃氣灶的智能指數評定采用5星級制，5星最優，各星級智能指數評價得分（總分為100分）應符合表2的規定。

表2 智能化水平分級

2 智能化水平的技術要求及評價方法

2.1 產品安全指數

本標準以國家及燃氣具行業的有關標準為依據，立足市場現有產品的狀況，參考了相近行業對于產品安全的要求，提出了智能灶需要滿足的安全基本要求、軟件安全的要求，以及信息技術安全方面的要求[4-5]。由于安全對于燃氣灶來說是最基本的要求，因此將所有的安全項都列為強制要求合格。

2.2 便捷性指數

便捷性是智能產品的基本屬性，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?；诖宋覀冞x擇電池低電量提醒、煙灶聯動、食譜管理、自定義烹飪參數、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的技術要求及評價方法

對于多數灶具，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致無法使用灶具（表3）。首先，通過檢查器具使用說明、技術規格書等資料確認器具是否具有電池低電量提醒功能。如有，將功率調整器的正負極模擬電池接入電路。低電量提醒應當具有兩個電壓閾值，記為Va、Vb。其中，Va為觸發低電量提醒功能的最高電壓，Vb為能夠進行正常點火的最低電壓。線路接好后，進行如下操作：

表3 電池低電量提醒評價標準

1）按0.1 V的間隔調整電壓，同時進行點火操作，重復五次，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的間隔調整電壓，同時進行點火操作，重復五次，確定一組能夠觸發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）將電壓調至Vb至Va之間，并進行點火操作，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）若器具還有定時關火、防干燒保護、定溫或食譜等其它功能，將電壓調至大于Va，并啟動這些功能。觀察這些功能是否能夠正常運行。

2.2.2 煙灶聯動A2的技術要求及評價方法

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

表4 煙灶聯動評價標準

2.2.3 食譜管理A3的技術要求及評價方法

智能灶除了本機上帶有有限的食譜，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，但是一段時間內用戶的口味不會發生太大變化，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 食譜管理評價標準

2.2.4 自定義烹飪參數的技術要求及評價方法

按照器具說明書規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，以及是否能夠存儲在本地或服務平臺上（表6）。

表6 自定義烹飪參數評價標準

2.2.5 離鍋小火的技術要求及評價方法

按器具說明書要求，器具上放置炊具，進入指定模式，點燃大火燃燒（表7）。

表7 離鍋小火評價標準

1）將器具移開開始計時，記錄到自動轉為小火的時間，記為dt0；

2）自動轉為小火開始計時，持續3 min，觀察燃燒器是否能自動關閉；

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

注：試驗過程中炊具的溫度不應超過200 ℃。

2.2.6 OTA功能的技術要求及評價方法

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功能評價標準

1）檢查控制終端（APP）是否能夠顯示當前固件版本信息及可升級狀態和版本信息，升級時是否有進度提示，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絡，然后重新連接電源及網絡，檢查是否可以仍然正常升級；

3）通過有線或者網絡的方式連接器具與服務器，檢查是否可以通過有限以及網絡的方式將當前版本升級切換為另一個版本。

2.3 烹飪安全指數

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

2.3.1 普通狀態下防干燒的技術要求及評價方法

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

表9 普通狀態下的防干燒評價標準

1）維持大火狀態并移走鍋具，觀察防干燒是否會被觸發；

2）關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水燒干且防干燒保護器動作，記錄此時的溫度計讀數。重復三次試驗取平均值，計算該平均值與標稱值之差。兩次實驗的間隔以溫度計降到室溫為準。具備防干燒保護功能的灶頭均需檢測，并單獨進行測試；

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

2.3.2 智能狀態下防干燒的技術要求及評價方法

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，按照說明書規定選擇鍋具（表10）。若說明書無規定，則選取材質為不銹鋼、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，直至干燒發生，記錄干燒發生的時間。

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，直至干燒發生，記錄干燒發生的時間。

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，從食譜運行時開始計時，記錄時間直至食譜結束或觸發防干燒保護。

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

2.4 烹飪效果指數

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 控溫效果的技術要求及評價方法

控溫功能指的是煎炸時鍋內油溫被控制在一定范圍內的情況?？販毓δ茉陔娖髋腼兩陷^為常見，在燃氣灶具上則屬于較新穎的功能。根據我們的測試結果表明，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，影響是可控的（表11）。按照說明書規定選擇鍋具，若說明書無規定，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。老豆腐應符合GB/T 22106-2008 非發酵豆制品中的要求（水分≤85 g/100 g，蛋白質≥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 控溫效果評價標準

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的說明將四塊準備好的老豆腐放入鍋中。如說明書沒有規定，則食材在檔位調至最低時下鍋。食材下鍋后，烹飪時間持續400 s，中間根據提示或在食材下鍋200 s后翻面。

3）將不同位置熱電偶測得的溫度數據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油溫的平均值。令單條測溫線測得的數據為{}，其中i表示時間，j表示測溫線，或者空間，則測得的鍋內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，

J—布置的熱電偶數。

控溫精度—設定值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行評價（表12）。準備熱電偶（精度至少±1℃），計時器，以及材質為不銹鋼、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準

1）選擇煮餃子食譜，并根據食譜準備鍋具及水。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：鍋內水第一次達到99.5 ℃（以海拔0 m計，或比當地海拔沸點低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 試驗及結論

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

表13 智能食譜烹飪效果評價標準

通過對不同品牌智能灶產品10個型號的測試和數據分析比較，有1個被測智能灶智能指數達5星級，3個達4星級，占比40 %，恰恰體現了本標準所定指標具有一定的先進性和前瞻性，可以對廠家產品設計起到優化指導作用。

3 結語

智能灶作為一款改善生活品質的家用電器，在滿足人們日常烹飪美食的基本要求下，智能化更是客戶深層次需求的重要指標。在現有GB 16410-2020《家用燃氣灶具》和GB/T 16411-2023《家用燃氣燃燒器具的通用試驗方法》的前提下，依據人們日常的使用習慣制定智能灶智能化水平的評價方法具有很重要的意義。本評價方法將對現行的國家標準進行補充，填補了行業的空白，使智能灶成為用戶真正的美食福音。