家用智能燃气灶智能化水平评价方法研究

黄 石 李重重 王金花 梁上音 刘 静

（1.佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 佛山 528311；2.中国电子节能技术协会 北京 100036；3.中国电器科学研究院股份有限公司 广州 510663）

引言

近年来，随着家用电器智能化底层软硬件技术的进步，出现全新的智能厨房场景，传统厨房电器也可以更灵活地匹配智能功能，智能厨房电器市场实现了更高的占比和更大的增幅。据了解，2020年中国智能厨房大电器市场规模约为601万亿，智能产品的占比达10 %。在主要家电品类中，厨房电器（烟灶消）的智能渗透率目前处于队尾[1]。但智能灶的细分赛道增长最快，复合年增长率达到20 %。现有燃气灶具相关国家标准，对于安全、性能、结构、材料、信息安全要求、功能安全要求等技术要求和测试方法都做了规定[2-5]，而在具有智能灶智能化水平各项性能指标要求上缺乏指导性的技术要求和评价方法。所以用户智能在使用过程中去体验智能灶的智能化水平，而在购买伊始无法准确的判断智能灶的智能化水平。本文将智能控制引入了家用智能燃气灶（以下简称“智能灶”）中，通过测温探头、比例阀、算法、燃烧器等部件组成了完整的温度、火力控制回路，实现了灶具烹饪的智能化。首次分析引入产品安全指数、便捷性指数、烹饪安全指数和烹饪效果指数这四个概念，智能化指数结合消费者使用期间的10个评价项目，综合评定了智能灶的智能化水平优劣，对用户选购具有智能灶具有指导意义。

1 智能指数的构成

现有的国家标准中都明确的规定产品安全等性能测试方法，本方法适用于智能灶，不适用于带有远程启动、开机功能的灶具和集成灶。本文主要是针对这类智能灶在智能化评价引入了产品安全、便捷性、烹饪安全和烹饪效果这4个维度来评价产品的智能化水平，提出了智能灶需要满足的安全基本要求、软件安全的要求，以及信息技术安全方面的要求。智能灶的智能化水平评价项目按表1的规定计算。

表1 智能化水平评价项目

此外，通过大量的试验，我们发现各指数在整体指数中的比重是不一样的，所以我们匹配各项指标不同分数。最终再用各指标求和：

同时，我们将智能灶的智能化水平分为5个星级，其中5级为最高等级。X＞40时进行智能化水平的评定。智能家用燃气灶的智能指数评定采用5星级制，5星最优，各星级智能指数评价得分（总分为100分）应符合表2的规定。

表2 智能化水平分级

2 智能化水平的技术要求及评价方法

2.1 产品安全指数

本标准以国家及燃气具行业的有关标准为依据，立足市场现有产品的状况，参考了相近行业对于产品安全的要求，提出了智能灶需要满足的安全基本要求、软件安全的要求，以及信息技术安全方面的要求[4-5]。由于安全对于燃气灶来说是最基本的要求，因此将所有的安全项都列为强制要求合格。

2.2 便捷性指数

便捷性是智能产品的基本属性，智能灶使用过程中通过智能化手段减少烹饪过程的人为参与的难度、步骤等是智能灶智能化水平的评价基础。基于此我们选择电池低电量提醒、烟灶联动、食谱管理、自定义烹饪参数、离锅小火和OTA功能6个维度评价智能灶的便捷性。

2.2.1 电池低电量提醒A1的技术要求及评价方法

对于多数灶具，电池主要是起点火的作用。智能灶所带有的智能功能本身需要耗电来驱动，电源方面可以选择电池或者市电。如果是选用电池，则电池耗电量将快于普通灶具，且灶具在电压不足时将会无法使用。因此，电池低电量提醒对于使用电池的智能灶是一个重要的功能，可以提醒用户及时更换电池，避免因为电量不足导致无法使用灶具（表3）。首先，通过检查器具使用说明、技术规格书等资料确认器具是否具有电池低电量提醒功能。如有，将功率调整器的正负极模拟电池接入电路。低电量提醒应当具有两个电压阈值，记为Va、Vb。其中，Va为触发低电量提醒功能的最高电压，Vb为能够进行正常点火的最低电压。线路接好后，进行如下操作：

表3 电池低电量提醒评价标准

1）按0.1 V的间隔调整电压，同时进行点火操作，重复五次，确定一组能够使点火针正常放电的最低电压，并取该组中的最大值，记为Vb；按0.1 V的间隔调整电压，同时进行点火操作，重复五次，确定一组能够触发如说明书所述的低电量提醒功能的最高电压，并取该组中的最小值，记为Va；

2）将电压调至Vb至Va之间，并进行点火操作，并观察是否有如说明书所述的光、声等方式提醒用户电量低，需要更换电池；

3）若器具还有定时关火、防干烧保护、定温或食谱等其它功能，将电压调至大于Va，并启动这些功能。观察这些功能是否能够正常运行。

2.2.2 烟灶联动A2的技术要求及评价方法

按照说明书要求安装器具及其配套的烟机。通过检查器具使用说明、技术规格书等资料确认器具是否具有烟灶联动功能（表4）；根据说明书将烟机与器具进行配对，然后在开启烟灶联动功能的情况下，启动器具。记录器具启动后至烟机电机启动的时间；从产品所带的智能食谱中任选一道菜，根据食谱描述放置锅具及食材，记录启动器具并点火后至关火的时间段内需要人参与的步骤数。

表4 烟灶联动评价标准

2.2.3 食谱管理A3的技术要求及评价方法

智能灶除了本机上带有有限的食谱，还可能在APP或云端有更多的食谱。海量的食谱为用户提供了多样的选择，但是一段时间内用户的口味不会发生太大变化，日常饮食往往会集中在部分食谱上。按照器具说明书规定的操作步骤手工操作器具或/和匹配的控制终端（APP等），判断器具是否可以对食谱进行排序、下载、删除、找回删除等操作（表5）。

表5 食谱管理评价标准

2.2.4 自定义烹饪参数的技术要求及评价方法

按照器具说明书规定的操作步骤手工操作器具或/和匹配的控制终端（APP等），判断器具是否能够自定义烹饪的时间、温度、火力档位等参数，以及是否能够存储在本地或服务平台上（表6）。

表6 自定义烹饪参数评价标准

2.2.5 离锅小火的技术要求及评价方法

按器具说明书要求，器具上放置炊具，进入指定模式，点燃大火燃烧（表7）。

表7 离锅小火评价标准

1）将器具移开开始计时，记录到自动转为小火的时间，记为dt0；

2）自动转为小火开始计时，持续3 min，观察燃烧器是否能自动关闭；

3）自动转为小火开始计时，3 min内将炊具放置回器具上，观察燃烧器是否自动转为大火燃烧。

注：试验过程中炊具的温度不应超过200 ℃。

2.2.6 OTA功能的技术要求及评价方法

智能灶的软件、功能等可以通过OTA升级。服务器挂载两个固件程序，保证版本号不一样，可做测试升级切换（表8）。

表8 OTA功能评价标准

1）检查控制终端（APP）是否能够显示当前固件版本信息及可升级状态和版本信息，升级时是否有进度提示，以及升级完成后是否能显示升级完成信息；

2）在升级过程中切断器具的电源或网络，然后重新连接电源及网络，检查是否可以仍然正常升级；

3）通过有线或者网络的方式连接器具与服务器，检查是否可以通过有限以及网络的方式将当前版本升级切换为另一个版本。

2.3 烹饪安全指数

烹饪安全主要是指烹饪过程中的防干烧功能，包括普通状态下的防干烧和智能状态下的防干烧。

2.3.1 普通状态下防干烧的技术要求及评价方法

将气密性测试合格的带有防干烧功能的器具按生产者说明书中所明示的方式安装。在灶头上放置GB 16410-2014所规定的试验用铝锅（下限锅）并加入对应水量，大火加热15 min。多灶头要求分别检测（表9）。

表9 普通状态下的防干烧评价标准

1）维持大火状态并移走锅具，观察防干烧是否会被触发；

2）关火并使探头冷却至室温。将热电偶温度计布置在试验铝锅的内表面，并盛入200 mL温水，重新点火并放在灶头上。用大火加热直至锅内水烧干且防干烧保护器动作，记录此时的温度计读数。重复三次试验取平均值，计算该平均值与标称值之差。两次实验的间隔以温度计降到室温为准。具备防干烧保护功能的灶头均需检测，并单独进行测试；

3）对于器具可以感知并识别锅具种类，并根据不同种类选择不同的防干烧温度或防干烧策略的情况，应根据说明选取所有可适用的锅具或情况，重复2）中的试验。

2.3.2 智能状态下防干烧的技术要求及评价方法

智能烹饪功能包括控温功能及食谱功能。对于控温/食谱功能，按照说明书规定选择锅具（表10）。若说明书无规定，则选取材质为不锈钢、开口尺寸30 cm、高（8～12）cm的平底炒锅。

1）控温功能：在器具或控制终端（APP）上选择能够控制的最高温度，不放锅点火。从点火时开始计时，直至干烧发生，记录干烧发生的时间。

2）食谱功能：按照说明选择煮饺子，不放锅点火。从点火时开始计时，直至干烧发生，记录干烧发生的时间。

3）将探头冷却至室温，将所选锅具放在灶头上，锅内加入煮饺子食谱说明所述的水量。按照说明选择食谱，从食谱运行时开始计时，记录时间直至食谱结束或触发防干烧保护。

4）将探头冷却至室温，将所选锅具放在灶头上，锅内不放水及食材。按照说明选择煮饺子，从食谱运行时开始计时，记录时间直至食谱结束或触发防干烧保护。

2.4 烹饪效果指数

本条指使用智能功能烹饪时的效果，包括控温功能及菜谱功能。

2.4.1 控温效果的技术要求及评价方法

控温功能指的是煎炸时锅内油温被控制在一定范围内的情况。控温功能在电器烹饪上较为常见，在燃气灶具上则属于较新颖的功能。根据我们的测试结果表明，锅具、油量、食材种类、份量等对控温效果都有影响，但是在一定范围内，影响是可控的（表11）。按照说明书规定选择锅具，若说明书无规定，则选取开口直径30 cm，高（8 ～12）cm的不锈钢不粘平底锅。食材选择选用不易散块的老豆腐做为测试用食材，切成约2 cm厚的豆腐片，豆腐片横截面积在（25～36）cm2之间，室温放置。老豆腐应符合GB/T 22106-2008 非发酵豆制品中的要求（水分≤85 g/100 g，蛋白质≥5.9 g/100 g，呈固定形状，块形完整）。温度测量选用热电偶，测温精度至少为±1 ℃。

表11 控温效果评价标准

1）将锅放置在器具上，并倒入约100 mL左右的食用植物油（如花生油等）；放入测温用的热电偶，需保证油没过所有的热电偶。锅具的中心、两侧均至少布置一根热电偶，即至少布置三根热电偶；

2）在器具或者APP上选择控温功能并设定温度值或温度范围。点火开始加热，按照说明书中对下锅时机的说明将四块准备好的老豆腐放入锅中。如说明书没有规定，则食材在档位调至最低时下锅。食材下锅后，烹饪时间持续400 s，中间根据提示或在食材下锅200 s后翻面。

3）将不同位置热电偶测得的温度数据在每个相同的时间点上取空间平均，得到一条随时间变化的曲线，取该曲线的时间平均值即为锅内油温的平均值。令单条测温线测得的数据为{}，其中i表示时间，j表示测温线，或者空间，则测得的锅内油温平均值计算方法为：

式中：

Ti—空间平均的温度曲线，

I—有效采样数，

J—布置的热电偶数。

控温精度—设定值T0与以上平均值之差的绝对值：|T0-Tc|。

2.4.2 智能食谱烹饪效果的技术要求及评价方法

智能烹饪的食谱较多，我们选取常见的煮饺子菜谱进行评价（表12）。准备热电偶（精度至少±1℃），计时器，以及材质为不锈钢、开口尺寸30 cm、高8 cm至12 cm的平底炒锅。单个长（8±1）cm的速冻饺子20个。

表12 智能食谱烹饪效果评价标准

1）选择煮饺子食谱，并根据食谱准备锅具及水。若说明书或食谱没有说明，则选取试验条件中所述的锅具并加入1.5 L水。将热电偶放入水的中间位置，并按照说明使用器具启动食谱。使用计时器按照实际先后顺序记两个时间点：锅内水第一次达到99.5 ℃（以海拔0 m计，或比当地海拔沸点低0.5 ℃时），以及器具提示用户下锅的时间点。计算并记录两者之差的绝对值，记为dt1；

2）在上述试验中，将饺子一次性下锅并开始计时，至器具停止提示用户下锅，记录两者时间差的绝对值，记为dt2。

2.5 试验及结论

我们选择了10款市场上现有的智能灶样机，按照上述评价方法进行了智能灶的智能化水平测试，智能等级结果如表13所示。

表13 智能食谱烹饪效果评价标准

通过对不同品牌智能灶产品10个型号的测试和数据分析比较，有1个被测智能灶智能指数达5星级，3个达4星级，占比40 %，恰恰体现了本标准所定指标具有一定的先进性和前瞻性，可以对厂家产品设计起到优化指导作用。

3 结语

智能灶作为一款改善生活品质的家用电器，在满足人们日常烹饪美食的基本要求下，智能化更是客户深层次需求的重要指标。在现有GB 16410-2020《家用燃气灶具》和GB/T 16411-2023《家用燃气燃烧器具的通用试验方法》的前提下，依据人们日常的使用习惯制定智能灶智能化水平的评价方法具有很重要的意义。本评价方法将对现行的国家标准进行补充，填补了行业的空白，使智能灶成为用户真正的美食福音。