基于工业4.0时代的烹饪加工发展的思考※

杨铭铎 张宇晴

（哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150076）

前三次工业革命的到来带来了机械、电气和信息技术。现今，物联网和智能制造业迎来了第四次工业革命——工业4.0。“工业4.0”是由德国提出的概念，美国称之为“工业互联网”，中国称之为“中国制造2025”，虽然名称不同，但这三者的实质是相同的，都指向一个核心——智能制造[1]。因此，简而言之“互联网+制造”即工业4.0。工业4.0有很大的发展潜力，工业4.0的道路将是一段革命性的发展。

在党的第十九大报告中，习近平总书记曾多次提到互联网。并着重提出“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点、形成新动能，从而进一步深化供给侧结构性改革”[2]。互联网作为一个工具，其本质是改变信息交互方式，提高生产力和改进效率。工业4.0的到来必将引起全社会、各领域、各行业智能整合时代的到来。也必然会对烹饪加工产生影响，在这样的时代背景下，作为手工食品加工的烹饪科学如何与互联网及互联网衍生技术有机结合，并对烹饪加工的发展趋势产生哪些影响，是当前阶段需要我们认真思考的。

一、工业4.0时代

（一）工业4.0时代的主要特征

（二）工业4.0关键技术之间的关系

从2007年开始，科学院的相关研究团队提出了互联网的未来趋势：“互联网正朝着与人类高度相似的方向发展，它将拥有自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统，以及它自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。”形象的来说，如果将互联网视为人的“大脑”，大数据、云计算平台、人工智能以及物联网，它们都不是凭空出现的新事物，而是在互联网这个“大脑”发育过程中，由于神经系统的不均衡发展导致的波浪式高峰，往往是一个技术或模式成熟后，下一个技术或模式才有蓬勃发育的基础。因此，大数据、云计算平台、人工智能和物联网都是以互联网为基础而发展的。

图1 大数据、云计算平台、人工智能、物联网及互联网的关系图

而大数据、云计算平台、人工智能与物联网四者的关系如图1所示。大数据是从业务场景中或物联网的感知层产生的一种具有极大规模的数据集合。现有的一般软件工具无法提取、存储、搜索、共享、分析、处理这些数据。大数据相当于人脑从小到大记忆和存储的大量知识。只有通过消化，吸收和重组，知识才能创造更大的价值。也就是说，大数据技术的重要性不在于能掌握海量的数据信息，而在于能对这些有意义数据进行专业的处理。随着时代的发展，数据愈发庞大，必然无法由一台计算机进行处理。它必须依赖于云计算平台的分布式处理，分布式数据库，云存储和虚拟化技术，以数据存储为主、数据处理为主、计算和数据存储处理兼顾的3种类型为用户提供强大的计算能力和极为充足的存储空间[4]。在云计算平台中，决定最终性能的关键因素是各种算法的应用，这也是人工智能的作用。人工智能是人类智能活动规律的研究，相当于一个“人”吸收了大量的知识（数据），不断深入学习，演化成一个“优越”的人的过程。因此，人工智能离不开大数据，更是以云计算平台为基础来完成深度学习的演变。同时，虽然人工智能的核心是算法，但它是基于大量的历史数据和实时数据来预测未来的。因此，大量数据对于人工智能的重要性是不言而喻的。它可以处理和学习的数据越多，其预测准确度就会越高。人工智能需要的是连续不断的数据流入，大规模节点和物联网应用程序生成的数据也是其中一个来源。另一方面，对于物联网应用，人工智能的实时分析可以帮助企业通过数据分析和数据挖掘来提高运营绩效和发现新的业务场景。

物联网并不是一种独立的网络，而是一种通过互联网将物与物相互连接的新技术，各行各业的专业应用子网都建立在感知层、网络层、应用层这3层基础架构之上。主要采用射频识别技术、红外传感技术、信息传感技术实现物品的智能跟踪、识别、定位、监控和管理。物联网是目标，人工智能是实现的途径，物联网的实现离不开人工智能的发展。人工智能是大数据和云计算平台相结合的产物，负责计算、处理、分析和规划，而物联网则侧重于解决方案的确定、传输和控制，二者相辅相成。简单来说，物联网的正常运行是通过大数据传输信息给云计算平台，由云计算平台进行处理，然后人工智能提取云计算平台存储的大量数据进行活动而实现的，是一种层层递进、环环相扣、正向循环的关系。

二、工业4.0时代对烹饪加工的影响

（一）大数据对烹饪加工的影响

大数据对烹饪加工的影响主要表现在两个方面。一方面是直接影响。由于餐饮需求的个性化进一步加强、互联网的高度普及、商业地产价格上升、原材料价格上涨、人力成本增加、各种税费较多等多方面原因，餐饮行业需要通过转型升级来适应时代的演变与发展[5]。“工业 4.0”与“中国制造 2025”为餐饮行业发展提供了新机遇，人工智能化餐饮革命已经成为不争的事实。大数据是实现厨房设备人工智能化的基础，只有拥有海量的数据，才能发现数据中有价值的规律，进而指导实践，创造非凡的价值。烹饪科研人员有必要以工业化生产方式的要求为基础，以记录的方式，将烹饪加工过程定性、定量、标准化、数字化，形成一套完备的烹饪科学体系。最终形成原材料、切配、预处理、加热烹制、复合调味、菜点成品、各类人群的营养需求等一系列的数据库，再根据不同的设备需要有针对性的赋予新型智能化厨房设备数据基础。这种新型厨房设备也可以在家庭中实现，研究人员收集大量经典菜品的烹饪数据后，实验研究经典菜点在各个方面的操作细节，进行数据处理后，形成准确的量化烹饪参数图像，用智能的程序将其导入厨房设备，这样极大降低了烹饪的难度，更多的民众易入掌握烹饪技艺，享受美食的乐趣，提高人们饮食生活质量，满足人们对美好生活的向往。

另一个方面是间接影响。餐饮行业的智能整合时代不仅仅在于技术上的升级，更广泛涉及企业经营模式、服务方式、营销手段等方面。此时，大数据应用的重要意义在于节约餐饮企业的成本，加强管理，增加客源和绩效，改善消费者的服务体验。从而实现精准化、个性化的服务。餐饮企业应广泛收集收据，根据消费者保留的个人基本信息以及后期浏览和消费历史，分析不同群体消费者的消费偏好和购买习惯。利用大数据进行点、线、面全面的分析，预测其消费意愿，根据这些群体的喜好和习惯进行有针对性的个性化服务。餐饮企业的服务内容中，餐饮必不可少，也就是说要想实现餐饮的精准营销，投其所好，需要烹饪科研人员进入餐饮企业，利用烹饪科学相关领域知识，与厨师共同协作开发各式各样的新菜品，从而满足消费者的需求，提高销售和利润率。

（二）人工智能对烹饪加工的影响

20世纪80年代，美国被誉为“机器人之父”的恩格尔伯格提出过这样的设想：使用机器人做菜。这个想法在2006年随着中国菜肴自动烹饪机器人(Automatic Integrated Cooker,简称 AIC)的出世而实现[6]。其基本原理为：将机电一体化技术和烹饪科学技术相结合，将烹饪过程规范化、数据化后，机器得以解读，运用机械设计、自动控制、计算机等技术模拟厨师的操作过程，准确掌握火候，实现中餐独有的技法，如炒、馏、爆、烹、烧等，达到专业厨师水平。它具有方便操作、生产可持续、出品质量稳定等特点。对于传统手工烹饪而言，以中国传统烹饪理论为基础，以实验研究为手段开发的自动烹饪机器人，为中国烹饪的科学化和标准化进程开辟了新的途径。

然而从上述自动烹饪机器人的特点来看，仅仅类似于一种智能的机器，还是需要人在一旁辅助，进行投放原料、选择模式等操作，由此可见，人工智能在烹饪应用中只是刚刚起步的状态。人工智能的本质是通过信息模拟人类的意识以及思维，这一领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等等。由此来看，烹饪科学与人工智能结合应用的道路还很长远。人工智能技术属于计算机科学领域，该领域的人才并不了解烹饪科学知识，所以需要烹饪科学研究人员与该领域研究人员合作。比如，要实现机器人智能识别功能，则需要烹饪科研人员汇总大量的烹饪原料的信息，内容包括形态、营养素含量、如何搭配等等；要实现生产的可持续性，则需要烹饪科研人员提供如何将烹饪过程简化或改良使油烟废水排放合理，符合科学规范的方法；要实现出品质量稳定，则需要烹饪科研人员对每一道菜肴进行定性和定量的分析，将烹饪工艺过程分解细化，找出关键工艺点以及研究出标准配方，将数据与菜肴的最佳品质相匹配，使工艺流程标准化以及工艺参数数据化，实现传统烹饪经验隐性知识显性化。

但需要注意的是，一些对制作标准要求比较高的菜肴，在智能化出品的同时一定要保留其传统的味道，如淮扬名菜“清炖狮子头”，必须先将五花肉加工成石榴米大的细丁，然后经过粗斩、调味、搅打上劲、成型、炖制等一系列复杂的过程，只有这样才能做出色香味形俱佳的狮子头，如果少了哪一道工序，势必就无法做出原来的风味。所以在研发人工智能化厨房设备时一定要考虑到这些因素，不能像国外快餐企业的产品那样千篇一律，否则就无法体现中国菜的特色，甚至可能导致传统烹饪的倒退，那就失去了人工智能应用于烹饪的意义。这种情况下，可以让人工智能作为“帮厨”的角色，参与某一部分或某几个部分的工艺流程。

中国餐饮业所面临的主要矛盾仍然是市场供应的传统方式与社会需求之间的差距，餐饮供给难以满足人民群众日渐增长的餐饮消费需求体验而形成的结构性不平衡。而且随着中国制造2025国家战略的逐步推进，餐饮企业将会进入智能整合时代。餐饮企业的菜肴出品模式定将受到餐饮企业整合转型的深刻影响，这意味着餐饮厨房的生产技术将迎来新一轮变革。人工智能与烹饪结合应用到餐饮业中，可以减少餐饮业的人工成本、增加上菜速度、提高翻台率，由于中国的餐饮业各有特色，所以需要大量的烹饪科研人员来协助烹饪加工由人工到智能的转换。

平时孩子们也能说出这样的话：“昨天放学后，我一眼就看到了校门口茫茫人海中的妈妈，妈妈也马上就看到了我。”我想孩子们已经真正地深层次地理解了“茫茫”这个词。

此外，在烹饪菜肴品质鉴定与评价方面，也有着利用人工智能技术模拟人类的嗅觉与味觉的智能仪器，但是都存在一定局限性。如何将人工智能技术更好的利用到烹饪菜肴品质鉴定与评价中来，也是烹饪加工可研究的新方向。

习近平总书记在主持学习时也曾强调，人工智能是引领这一轮科技革命和产业变革的战略性技术，具有溢出带动性很强的“头雁”效应。人工智能的迅速发展为烹饪加工提供了新渠道，使得烹饪科学的研究不再拘泥于烹饪原理、烹饪加工规律、烹饪的工业化和标准化等方面的研究。而是可以探究如何将烹饪科学与人工智能技术有机结合，实现智能的烹饪加工。

（三）物联网对烹饪加工的影响

不同于现有的餐饮O2O（Online To Offline,线上线下电子商务）模式，对目前餐厅的经营模式进行深度改造，将整个系统互联网化和物联网化而打造的餐厅，称之为“智慧餐厅”。餐厅在物联网技术的支撑下，依靠人脸识别、服务交互和语音互动等人工智能，以及云计算、大数据处理的物联网应用平台，通过客户订单预约系统、自主点餐系统、后厨互动系统、前台收银系统、信息管理系统、以及食品安全可追溯系统等功能显著节约员工数量、降低经营成本、提升管理绩效、严格把控食品安全。系统由移动设备终端(如移动电话)、餐厅平板电脑终端、厨房显示终端、RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)读卡模块以及服务器端5大部分组成。将顾客入店、下单、用餐、支付、服务评估等一系列流程信息化处理。这样的高科技智能化餐厅，可有效的节约人工成本，提升餐厅的信息化水平，提高管理效率，促进顾客广泛传播。

“智慧餐厅”中“智慧厨房”自然必不可少，能够远程控制的油烟机、自动设定烹饪程序的炉灶、懂得提醒储存时间的冰箱等等，备受憧憬的智慧厨房时代即将来临，它正在从不同的维度颠覆着人们的生活模式，给人们带来全新的生活体验。“智能厨房”是一个基于物联网技术的，具有智能操作及管理功能的厨房系统。实现通过可视化操作面板（如：触摸显示屏、手机及平板电脑app等方式）对所有厨房设备的操作与控制。同时还包括通过体感、红外感应等成熟技术来实现对人的行为与动作的感应。其功能可能包括：食材新鲜程度和存储数量的监控、原料的自动处理、烹饪流程的提醒与展示、具体烹饪参数的调节和控制、食物的营养搭配建议、对特殊人群的食材挑选等等。比如，从冰箱中刚取出一块肉，系统经过扫描感应自动预设解冻模式及时间，人需要做的只是将肉放进设备中。利用人的行为，通过智能识别系统，简化烹饪以及其他过程的操作，使整个厨房成为一个完整的互联运行管理系统，做到了智能、高效、可靠。大胆设想一下，未来的“智慧厨房”可能只需要2-3个人就可以完成厨房内所有的工作。而在家庭中，有了智慧厨房，每一个人都能轻易的变成大厨，通过手机或其他智能设备在家或在外都可以方便地控制厨房，以及监控所烹饪食物的状况，可以满足人类快节奏的生活。要实现上述的所有功能，需要烹饪科研人员利用烹饪科学领域的知识进行深层次的研究，比如食材新鲜程度的等级如何划分、不同的原料都有怎样的处理方法、烹饪流程的关键点在哪儿何时何态有何提醒、提供具体工艺参数的数据和建议营养搭配的数据等等。

利用物联网技术构建“智慧厨房”带给青年人的是健康、高效、节约、快捷以及高科技的魅力。目前中国人口老龄化日趋严重，与发达国家比较而言呈现出未富先老的社会特征，对经济发展产生重大压力。老年人老无所依，由于身体变化和身体障碍导致营养不良的现象比比皆是，如何养老已经成为人们关注的焦点。智能化和高科技化是厨房产品的发展趋势，对老年人而言，智能厨房的功能操作难度是无法解决的难题[7]。在这样的情况下，如何设计出满足更适合老年人需求的智慧厨房产品来提升他们的生活质量，为孤独老人、空巢老人提升幸福感，让他们感受到社会的关爱，也是烹饪科学研究应该思考的问题。

三、烹饪加工发展趋势展望

作为烹饪科研人员除了具备理论知识和科研实践能力，还应了解相关研究发展动态及国家发展形势，与时俱进，开拓新的研究方向。因此，基于工业4.0时代背景对烹饪加工的影响，对烹饪加工的发展趋势做出如下展望：

（一）传统烹饪工艺标准化

在工业4.0时代下，智能制造是核心，要使烹饪实现智能化加工，首先要将烹饪大师烂熟于心的传统烹饪经验经过烹饪科研人员的科学实验研究实现数据化、标准化，才能进一步与程序算法结合创造更大的价值。具体表现在烹饪加工的各个方面，包括食物原料的选择、初加工、切配成型、成熟、调味等整体工艺条件优化，探索出烹饪的加工规律，得到最佳工艺标准化参数，建立庞大的数据库，为人工智能提供后台数据支持。食品安全一直是人们高度关注的问题，将烹饪原料的种类及产地建立庞大的数据库，结合大数据与云计算平台技术形成可追溯体系，这样既保证食材安全还可以确定营养素要求。但是，这是一个非常耗费精力的研究过程，需要烹饪科研人员熟练掌握烹饪科学相关知识和技能付出相当程度的时间和精力来实现。使传统烹饪工艺标准化，也是传统烹饪工业化的基础和前提，因此标准化是烹饪加工发展的必然趋势。

（二）传统食品工业化

工业4.0背景下，“中国制造2025”对制造业提出了新的要求，在各个领域的制造业面临智能转型的同时，也推动着传统食品工业化的发展。现代食品工业已经发展的比较完善，生活中处处都可见现代食品工业的产品，但是与传统食品—菜肴、面点以及餐桌食品对比，在感官性状上还是有很大的差别。传统食品即由餐饮业或家庭烹饪手工制作的食品，将其实现工业化是指以传统烹饪工艺标准化参数为基础，以机械操作代替手工操作，通过工厂连续化生产制作出感官性状基本保持原状的烹饪成品或半成品。目前传统食品工业化的研究相对落后，没有重大的突破，面对即将到来的无人智能化工厂，利用AI+IoT（人工智能+物联网）实现传统食品工业化是烹饪加工发展的趋势。传统食品都是做完即食的，工业化生产之后在物流配送或储存过程中如何利用AI+IoT监控、保持它的感官性状基本不变也是烹饪加工应该思考的关键问题。

（三）科学配餐

随着人们生活水平的提高，饱腹早已不再能满足人们的需求，那么科学配餐成为了烹饪科研人员的一项研究内容。科学配餐是指将食物搭配成营养均衡并且感官性状符合人们审美习惯的菜点。要完成科学配餐，则需要大量饮食科学的储备知识，即使是非常有经验的营养师也很难掌握上万种食物信息，但人工智能可以实现。不仅如此，目前营养师大多采用的是每餐带量食谱，这类配餐看似健康，但执行困难，且千篇一律。若采用人工智能配餐，则可以从用餐者的健康状态出发，顺应个人口味、习惯，进行科学合理搭配，简单又省时。人们构想的智慧生活中，通过人工智能实现科学配餐是烹饪加工的发展趋势，烹饪科研人员可以协作计算机专业人士深入研究如何使人工智能能够解读科学配餐的规律和方法，从而实现智能化的科学配餐。