邢 軍 夏建軍 李岳洪 陳啟彩

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

智能化技術(shù)應(yīng)用到家電產(chǎn)品中后，拓展了家電產(chǎn)品的功能，使其賦予智能，成為“智能家電”。智能家電與傳統(tǒng)家電的不同就在于它需要與用戶(hù)及環(huán)境有更多的交互，有著更豐富、復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，更加注重用戶(hù)體驗(yàn)。良好的用戶(hù)體驗(yàn)對(duì)智能家電融入用戶(hù)生活有著重要意義，這也逐漸成為智能家電成為市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)注點(diǎn)。智能家電因采用了人工智能技術(shù)，甚至具有自主學(xué)習(xí)用戶(hù)生活習(xí)慣和特點(diǎn)的能力，并通過(guò)場(chǎng)景應(yīng)用自主實(shí)現(xiàn)全方位的聯(lián)動(dòng)，以達(dá)到產(chǎn)品功能用途目的。智能家電的最大亮點(diǎn)在于很大程度上替代了用戶(hù)體力勞動(dòng)，極大地降低了對(duì)人工的依賴(lài)程度。以洗衣機(jī)產(chǎn)品為例，傳統(tǒng)洗衣機(jī)需要用戶(hù)根據(jù)衣物情況，手動(dòng)投放洗衣液等衣物洗護(hù)劑，并且人工判斷選擇洗衣模式；而智能洗衣機(jī)則可以對(duì)衣物進(jìn)行感知識(shí)別，獲取衣物數(shù)量、類(lèi)型甚至材質(zhì)等信息，借助人工智能技術(shù)，精準(zhǔn)控制投放的水量、洗滌劑量，并自主綜合選擇最佳洗衣模式，通過(guò)利用人工智能技術(shù)和算法代替了人工判斷、操作，從而提升了用戶(hù)使用的便捷性和舒適性。

市場(chǎng)上一些所謂的“智能家電”產(chǎn)品不一定真正“智能”，反而可能在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，不但沒(méi)有給用戶(hù)帶來(lái)良好的用戶(hù)體驗(yàn)，反而影響了產(chǎn)品本身功能實(shí)現(xiàn)的效果。目前智能家電標(biāo)準(zhǔn)化體系尚未完全建立，面對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景和用戶(hù)個(gè)性化的偏好需求，更需要從具體產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景和用戶(hù)體驗(yàn)角度出發(fā)，對(duì)智能家電產(chǎn)品的智能化進(jìn)行測(cè)評(píng)。本文作者結(jié)合智能家電產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景，給出了產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景的定義和理解，提出了一種基于應(yīng)用場(chǎng)景的智能家電測(cè)評(píng)方法，并以智能掃地機(jī)器人產(chǎn)品作為典型案例，旨在為智能家電功能性能測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)化提供一些建議和參考。

1 智能家電場(chǎng)景化分級(jí)測(cè)評(píng)思路

1.1 人工智能與應(yīng)用場(chǎng)景

據(jù)南方都市報(bào)報(bào)道，2022年8月世界機(jī)器人大會(huì)主論壇會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士張鈸提到，人工智能是用機(jī)器來(lái)模仿人類(lèi)的智能行為，追求的是機(jī)器行為與人類(lèi)行為的相似性，甚至是越相似越好；人工智能讓大家以為人工智能做智能的，但實(shí)際上人工智能只能在模仿智能行為，即智能的外部表現(xiàn)，并非在模仿智能。隨著人工智能技術(shù)在智能電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用等領(lǐng)域的應(yīng)用，出現(xiàn)了眾多的智能應(yīng)用場(chǎng)景。

場(chǎng)景可以理解為是人與物質(zhì)空間、信息空間等環(huán)境要素的連接、匹配及組合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“人-法-環(huán)境”互動(dòng)交流的場(chǎng)域，環(huán)境與人是場(chǎng)景的兩大構(gòu)成要素。而應(yīng)用場(chǎng)景，是指一個(gè)應(yīng)用被使用、執(zhí)行時(shí)，“最可能的”所處場(chǎng)景，基本組成要素包括環(huán)境（如時(shí)間、空間）、人（用戶(hù)或消費(fèi)者）以及法（實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的技術(shù)）。智能應(yīng)用場(chǎng)景就是人工智能這個(gè)“應(yīng)用”被使用、執(zhí)行時(shí)所處的場(chǎng)景，這種場(chǎng)景具有交互性，是一種動(dòng)態(tài)調(diào)整的應(yīng)用場(chǎng)景，可以通過(guò)對(duì)具體產(chǎn)品或系統(tǒng)與用戶(hù)之間的交流，最終讓人的需求得到滿(mǎn)足[1]。本文作者結(jié)合家電產(chǎn)品，給出“產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景”的定義和解析。產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景，即相關(guān)元素及這些元素間的相互影響構(gòu)成的集合。這些元素包括：為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全部或部分用途的各項(xiàng)功能的外在表現(xiàn)，以及影響這些功能外在表現(xiàn)的所有因素；各項(xiàng)功能的外在表現(xiàn)與因素的互相影響及影響規(guī)則。這些功能的外在表現(xiàn)與各因素的互相影響及影響規(guī)則最終導(dǎo)致產(chǎn)品全部或部分實(shí)現(xiàn)用途的優(yōu)劣結(jié)果。

1.2 智能家電應(yīng)用場(chǎng)景

智能家電應(yīng)用場(chǎng)景，顧名思義，即具有智能化技術(shù)或智能化功能的家用電器及其智能化“應(yīng)用”被使用、執(zhí)行時(shí)所處的家居場(chǎng)景。根據(jù)具體智能家電產(chǎn)品類(lèi)別和使用場(chǎng)所，其所處的家居場(chǎng)景可以細(xì)分為客廳場(chǎng)景、廚房場(chǎng)景、臥室場(chǎng)景、衛(wèi)浴場(chǎng)景及陽(yáng)臺(tái)場(chǎng)景等，圍繞智能家電應(yīng)用場(chǎng)景構(gòu)成的三要素“人、法、環(huán)”，從“智能化能力（感知、決策、執(zhí)行、學(xué)習(xí)等）”和“智能化功能實(shí)現(xiàn)效果（智能功效）”的角度，測(cè)評(píng)智能家電產(chǎn)品的功能和性能水平。

以掃地機(jī)器人產(chǎn)品為例，不同消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)掃地機(jī)器人后，產(chǎn)品使用的家居應(yīng)用場(chǎng)景元素是不一樣的，例如客廳、餐廳、臥室、衣帽間的家具和布局風(fēng)格，臥室與客廳、客廳與廚房的門(mén)檻形狀和高度，桌子、椅子、沙發(fā)、衣柜、電視柜和床鋪等等。這也就導(dǎo)致了不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)掃地機(jī)器人的性能和智能化要求也不一樣。圖1給出了家居常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景元素。

圖1 掃地機(jī)器人家居場(chǎng)景元素示意圖

例如，掃地機(jī)器人在墻角、沙發(fā)及電視柜底部、桌子、椅凳等區(qū)域的清掃性能大打折扣，掃地機(jī)器人無(wú)法越過(guò)門(mén)檻導(dǎo)致某一區(qū)域出現(xiàn)漏掃，掃地機(jī)器人在較高的臺(tái)階邊緣出現(xiàn)跌落可能導(dǎo)致機(jī)器損壞，掃地機(jī)器人可能會(huì)鉆到較低的沙發(fā)底、柜子底下卡殼而無(wú)法脫困，掃地機(jī)器人也有可能因?yàn)闊o(wú)法成功返回充電座充電后繼續(xù)清掃，或者建圖不完整，導(dǎo)致出現(xiàn)大面積漏掃問(wèn)題，對(duì)于家中的拖鞋和襪子等特殊物體，如果掃地機(jī)器人無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別，就有可能將這些物體送往一個(gè)“陌生之地”，給用戶(hù)帶來(lái)尋找東西的煩惱。此外，掃地機(jī)器人對(duì)于茶漬、醬油、寵物糞便等污漬難以清掃，甚至?xí)?dǎo)致二次污染等用戶(hù)痛點(diǎn)問(wèn)題。

1.3 測(cè)評(píng)思路

智能家電之所以能夠“智能”，是能夠替代人類(lèi)自主進(jìn)行某項(xiàng)動(dòng)作或者完成特定任務(wù)活動(dòng)，其替代人類(lèi)完成任務(wù)活動(dòng)的多少直接決定產(chǎn)品的智能水平如何。因此需考慮結(jié)合產(chǎn)品真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)定不同等級(jí)的場(chǎng)景測(cè)試環(huán)境，通過(guò)產(chǎn)品智能功能外在表現(xiàn)能力，對(duì)其智能功效進(jìn)行分級(jí)測(cè)評(píng)。

目前針對(duì)智能家電產(chǎn)品的測(cè)評(píng)，更多的關(guān)注產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)的單一性能指標(biāo)，忽略了產(chǎn)品按實(shí)際場(chǎng)景使用時(shí)所體現(xiàn)出來(lái)的功能綜合效果，這可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)評(píng)結(jié)果不一定能夠表征產(chǎn)品在用戶(hù)使用過(guò)程中的真實(shí)效果。為此，依據(jù)產(chǎn)品使用場(chǎng)景和用戶(hù)體驗(yàn)進(jìn)行測(cè)評(píng)。

2 掃地機(jī)器人智能分級(jí)測(cè)評(píng)方法研究

2.1 智能分級(jí)測(cè)評(píng)核心指標(biāo)

針對(duì)不同的家庭應(yīng)用場(chǎng)景，市場(chǎng)上宣稱(chēng)“智能”的掃地機(jī)器人，其智能化功能效果是否達(dá)到了消費(fèi)者的使用期望，目前行業(yè)內(nèi)還缺少統(tǒng)一的測(cè)試與測(cè)評(píng)方法。

智能導(dǎo)航、智能行走、智能清潔作為掃地機(jī)器人在復(fù)雜和未知環(huán)境中實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃和自主清潔的智能化功能效果主要表現(xiàn)參數(shù)，具體可以量化為覆蓋率和清潔能力測(cè)評(píng)方面。其中覆蓋率作為掃地機(jī)器人智能導(dǎo)航和智能行走的量化測(cè)評(píng)關(guān)鍵指標(biāo)，是掃地機(jī)器人智能化功效水平的首要體現(xiàn)。現(xiàn)行QB/T 4833-2015行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中將“覆蓋率”定義為機(jī)器人在規(guī)定區(qū)域和時(shí)間內(nèi)其清潔頭運(yùn)行所覆蓋的面積與規(guī)定區(qū)域面積的比例。

2.2 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)評(píng)方法的局限性

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)掃地機(jī)器人覆蓋率的測(cè)試方法，都是依據(jù)IEC 62929:2014國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 34454-2017國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及QB/T 4833-2015行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20 m2單房間區(qū)域布局的測(cè)試環(huán)境。由于測(cè)試場(chǎng)景元素比較單一，未考慮到用戶(hù)實(shí)際家庭環(huán)境建筑規(guī)模及多房間區(qū)域場(chǎng)景元素情況，比如餐廳區(qū)、廚房區(qū)、玄關(guān)區(qū)等場(chǎng)景環(huán)境。因此，現(xiàn)有測(cè)試方法的測(cè)評(píng)結(jié)果往往與實(shí)際使用情況相差甚遠(yuǎn)，掃地機(jī)器人的智能化水平難以體現(xiàn)和測(cè)評(píng)。

2.3 測(cè)評(píng)目的與需求

針對(duì)不同消費(fèi)者家庭環(huán)境，給出符合實(shí)際境況相應(yīng)等級(jí)的測(cè)試場(chǎng)景，對(duì)掃地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的智能功能效果做出合適的智能化水平等級(jí)測(cè)評(píng)結(jié)果，一方面可以為企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)端，提供技術(shù)支撐和質(zhì)量技術(shù)服務(wù)方案，提升產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平；另一方面可以為市場(chǎng)和用戶(hù)端，致力于解決消費(fèi)者在選購(gòu)時(shí)遇到的實(shí)際痛點(diǎn)，引導(dǎo)消費(fèi)者選購(gòu)適合自己的智能產(chǎn)品。

2.4 測(cè)評(píng)方法案例設(shè)計(jì)示例

本文筆者所在單位技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)調(diào)研、企業(yè)走訪、方案設(shè)計(jì)與技術(shù)論證，結(jié)合我國(guó)絕大多數(shù)家庭建筑面積實(shí)際情況，模擬搭建了中國(guó)家庭典型的三房?jī)蓮d家居應(yīng)用場(chǎng)景平臺(tái)，并基于該平臺(tái)研制了一種基于用戶(hù)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的掃地機(jī)器人智能化水平分級(jí)測(cè)評(píng)方法及其測(cè)評(píng)系統(tǒng)，具體包括不同等級(jí)測(cè)試場(chǎng)景平臺(tái)構(gòu)建、智能化指標(biāo)測(cè)評(píng)方法確定、智能等級(jí)劃分依據(jù)及測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，本方法的基本思路是：根據(jù)掃地機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜程度和技術(shù)要求水平，應(yīng)用場(chǎng)景等級(jí)分為：1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)和5級(jí)；智能化測(cè)評(píng)指標(biāo)是圍繞掃地機(jī)器人的智能導(dǎo)航、智能行走、智能清潔等關(guān)鍵核心測(cè)評(píng)指標(biāo)體系，智能化水平等級(jí)劃分依據(jù)掃地機(jī)器人所處的應(yīng)用場(chǎng)景等級(jí)（1級(jí)～5級(jí)），通過(guò)智能導(dǎo)航、智能行走和智能清潔等功能自主完成清潔任務(wù)的能力進(jìn)行等級(jí)劃分，分為S1、S2、S3、S4和S5共5個(gè)等級(jí)，然后通過(guò)掃地機(jī)器人是否能夠通過(guò)對(duì)應(yīng)等級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景測(cè)試， 綜合評(píng)判其智能化水平。掃地機(jī)器人在越高級(jí)別的應(yīng)用場(chǎng)景下自主完成清潔任務(wù)，代表掃地機(jī)器人的智能化水平等級(jí)越高，所體現(xiàn)的智能化功能效果越好。

圖2 分級(jí)測(cè)評(píng)基本流程

本文筆者所在項(xiàng)目工作組經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試驗(yàn)證，并聯(lián)合行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)共同起草制定了《家用和類(lèi)似用途掃地機(jī)器人智能分級(jí)測(cè)評(píng)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的制定，填補(bǔ)了基于應(yīng)用場(chǎng)景的智能家電產(chǎn)品智能化水平分級(jí)測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)的空白，通過(guò)模擬中國(guó)典型的三房?jī)蓮d家居應(yīng)用場(chǎng)景布局，較全面、客觀、定量的綜合考核掃地機(jī)器人越障、避障、脫困、清潔、全屋覆蓋等能力，測(cè)試測(cè)評(píng)結(jié)果更加貼近實(shí)際使用情況，能夠較充分地反映掃地機(jī)器人的綜合性能和智能化水平。

2.5 測(cè)評(píng)實(shí)施案例分析

如圖3所示，本方法測(cè)評(píng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要由家居場(chǎng)景、硬件系統(tǒng)及軟件功能系統(tǒng)組成，其中家居場(chǎng)景包括掃地機(jī)器人的可清潔覆蓋區(qū)域和家具障礙物區(qū)域，由客廳、餐廳、臥室、書(shū)房、廚房、衛(wèi)生間、玄關(guān)、衣帽間等區(qū)域組成，不同區(qū)域按照實(shí)際家居布局設(shè)置有模擬沙發(fā)、餐桌、椅凳、茶幾、電視柜、床、床頭柜、衣柜、落地?zé)?、電線、窗簾、書(shū)桌、櫥柜、推拉門(mén)檻、移門(mén)滑軌等多種障礙物；硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)及位置跟蹤系統(tǒng)，通過(guò)軟件功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用于作為掃地機(jī)器人測(cè)試過(guò)程中的測(cè)試場(chǎng)景環(huán)境地圖構(gòu)建、實(shí)時(shí)位置跟蹤、世界位置標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集、位置軌跡分析和覆蓋率計(jì)算、數(shù)據(jù)報(bào)告管理等功能。本測(cè)試系統(tǒng)采樣率不低于30幀/s，位置測(cè)試準(zhǔn)確度小于10 mm，時(shí)間測(cè)量準(zhǔn)確度小于0.02 s，滿(mǎn)足當(dāng)前家用移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)品移動(dòng)能力測(cè)量參數(shù)要求。

圖3 測(cè)評(píng)系統(tǒng)實(shí)施框圖

以某一品牌型號(hào)掃地機(jī)器人產(chǎn)品測(cè)試為例，測(cè)試前保證掃地機(jī)器人充滿(mǎn)電，在規(guī)定的測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)持續(xù)運(yùn)行至說(shuō)明書(shū)定義的清潔工作完成為止。具體清潔工作完成判定依據(jù)包括掃地機(jī)器人出現(xiàn)指示清潔周期結(jié)束的信號(hào)（聲音信號(hào)或光信號(hào)等）或在地板上停止動(dòng)作超過(guò)3 min。另外，如果掃地機(jī)器人因?yàn)榍鍧嵐ぷ魍瓿啥Ｖ惯\(yùn)行，則結(jié)束試驗(yàn)；如果掃地機(jī)器人因清潔工作完成以外的任何原因停止運(yùn)行，如卡死、死機(jī)等，則允許人為最多干預(yù)1次使其繼續(xù)試驗(yàn)。試驗(yàn)分別在規(guī)定的3個(gè)起始位置進(jìn)行，每個(gè)位置重復(fù)試驗(yàn)3次，共試驗(yàn)9次，試驗(yàn)最終的覆蓋率值可以取平均值。

如圖4所示，為某中高端品牌型號(hào)測(cè)試樣機(jī)的單次覆蓋率和多次覆蓋率測(cè)試結(jié)果軌跡，從軌跡分布情況可以看出，該測(cè)試樣機(jī)基本覆蓋了測(cè)試場(chǎng)景的絕大部分能夠清潔的區(qū)域，路徑規(guī)劃也比較有規(guī)律。由圖5可知，該測(cè)試樣機(jī)的最高覆蓋率達(dá)到了80 %以上。

圖4 某一品牌型號(hào)樣機(jī)單次覆蓋率和多次覆蓋率測(cè)試結(jié)果軌跡圖

圖5 掃地機(jī)器人重復(fù)性路徑（1-5次）覆蓋率

又如圖6所示，為某中低端兩個(gè)品牌型號(hào)的掃地機(jī)器人覆蓋率測(cè)試結(jié)果軌跡，從軌跡分布情況可以看出，該兩款樣機(jī)在測(cè)試過(guò)程中均出現(xiàn)了漏掃情況，而且其中一款樣機(jī)不僅出現(xiàn)了大面積區(qū)域漏掃，導(dǎo)致覆蓋率值非常低，路徑規(guī)劃也比較雜亂無(wú)章。這表明了本方法的合理性，能夠較客觀地體現(xiàn)掃地機(jī)器人的智能化水平。

圖6 其他兩個(gè)品牌型號(hào)樣機(jī)測(cè)試結(jié)果軌跡圖

2.6 測(cè)評(píng)方法創(chuàng)新性及現(xiàn)實(shí)意義

本方法從用戶(hù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景角度出發(fā)，提供了一套典型的家居應(yīng)用場(chǎng)景的智能掃地機(jī)器人的測(cè)試、智能等級(jí)測(cè)評(píng)方法，綜合考核智能掃地機(jī)器人的智能導(dǎo)航、智能行走、智能清潔的能力，用于測(cè)評(píng)智能掃地機(jī)器人的智能功效。具有以下創(chuàng)新性及現(xiàn)實(shí)意義：

1）填補(bǔ)了從用戶(hù)實(shí)際使用場(chǎng)景角度下掃地機(jī)器人智能功效測(cè)評(píng)方法的空白，可以引導(dǎo)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)符合自己需求的智能掃地機(jī)器人產(chǎn)品。

2）考慮到了用戶(hù)的實(shí)際家居多區(qū)域場(chǎng)景情況，通過(guò)一個(gè)測(cè)試用的應(yīng)用場(chǎng)景就可以比較全面、客觀、定量的綜合考核智能掃地機(jī)器人包含越障、避障、脫困、爬坡、防跌落等移動(dòng)性能和全屋覆蓋能力，測(cè)評(píng)結(jié)果更加貼近實(shí)際情況，能夠較充分地反映掃地機(jī)器人的綜合性能水平。

3）不僅能為第三方實(shí)驗(yàn)室人員提供智能掃地機(jī)器人運(yùn)行軌跡和覆蓋率情況測(cè)試測(cè)評(píng)結(jié)果依據(jù)和手段，而且也能為企業(yè)研發(fā)人員有關(guān)智能掃地機(jī)器人的動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑算法的優(yōu)化與改進(jìn)提供解決思路。

3 結(jié)論

本文提出了一種基于應(yīng)用場(chǎng)景的智能家電智能化功效分級(jí)測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)方法和思路，并以研究掃地機(jī)器人的智能功效分級(jí)測(cè)評(píng)方法為具體案例，分析掃地機(jī)器人在應(yīng)用場(chǎng)景下的功能的外在表現(xiàn)與其智能化技術(shù)的關(guān)系，通過(guò)科學(xué)的技術(shù)模擬，形成可測(cè)量、可追溯的測(cè)評(píng)指標(biāo)參數(shù)，并通過(guò)測(cè)評(píng)指標(biāo)參數(shù)與掃地機(jī)器人智能功能效果之間關(guān)聯(lián)性，建立測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景，形成智能功效分級(jí)測(cè)評(píng)方法。本文案例為后續(xù)開(kāi)展基于應(yīng)用場(chǎng)景的智能家電測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究提供了新思路。