邢 軍 夏建軍 李岳洪 陳啟彩

（威凱檢測技術(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及環(huán)境有更多的交互，有著更豐富、復(fù)雜的應(yīng)用場景，更加注重用戶體驗。良好的用戶體驗對智能家電融入用戶生活有著重要意義，這也逐漸成為智能家電成為市場核心競爭力的關(guān)注點。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)用戶生活習(xí)慣和特點的能力，并通過場景應(yīng)用自主實現(xiàn)全方位的聯(lián)動，以達到產(chǎn)品功能用途目的。智能家電的最大亮點在于很大程度上替代了用戶體力勞動，極大地降低了對人工的依賴程度。以洗衣機產(chǎn)品為例，傳統(tǒng)洗衣機需要用戶根據(jù)衣物情況，手動投放洗衣液等衣物洗護劑，并且人工判斷選擇洗衣模式；而智能洗衣機則可以對衣物進行感知識別，獲取衣物數(shù)量、類型甚至材質(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，從而提升了用戶使用的便捷性和舒適性。

市場上一些所謂的“智能家電”產(chǎn)品不一定真正“智能”，反而可能在實際應(yīng)用場景中，不但沒有給用戶帶來良好的用戶體驗，反而影響了產(chǎn)品本身功能實現(xiàn)的效果。目前智能家電標(biāo)準(zhǔn)化體系尚未完全建立，面對復(fù)雜的應(yīng)用場景和用戶個性化的偏好需求，更需要從具體產(chǎn)品的應(yīng)用場景和用戶體驗角度出發(fā)，對智能家電產(chǎn)品的智能化進行測評。本文作者結(jié)合智能家電產(chǎn)品的應(yīng)用場景，給出了產(chǎn)品應(yīng)用場景的定義和理解，提出了一種基于應(yīng)用場景的智能家電測評方法，并以智能掃地機器人產(chǎn)品作為典型案例，旨在為智能家電功能性能測評標(biāo)準(zhǔn)化提供一些建議和參考。

1 智能家電場景化分級測評思路

1.1 人工智能與應(yīng)用場景

據(jù)南方都市報報道，2022年8月世界機器人大會主論壇會上，中國科學(xué)院院士張鈸提到，人工智能是用機器來模仿人類的智能行為，追求的是機器行為與人類行為的相似性，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、生產(chǎn)、使用等領(lǐng)域的應(yīng)用，出現(xiàn)了眾多的智能應(yīng)用場景。

場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，進而實現(xiàn)“人-法-環(huán)境”互動交流的場域，環(huán)境與人是場景的兩大構(gòu)成要素。而應(yīng)用場景，是指一個應(yīng)用被使用、執(zhí)行時，“最可能的”所處場景，基本組成要素包括環(huán)境（如時間、空間）、人（用戶或消費者）以及法（實現(xiàn)應(yīng)用的技術(shù)）。智能應(yīng)用場景就是人工智能這個“應(yīng)用”被使用、執(zhí)行時所處的場景，這種場景具有交互性，是一種動態(tài)調(diào)整的應(yīng)用場景，可以通過對具體產(chǎn)品或系統(tǒng)與用戶之間的交流，最終讓人的需求得到滿足[1]。本文作者結(jié)合家電產(chǎn)品，給出“產(chǎn)品應(yīng)用場景”的定義和解析。產(chǎn)品應(yīng)用場景，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：為實現(xiàn)產(chǎn)品全部或部分用途的各項功能的外在表現(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)品全部或部分實現(xiàn)用途的優(yōu)劣結(jié)果。

1.2 智能家電應(yīng)用場景

智能家電應(yīng)用場景，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)行時所處的家居場景。根據(jù)具體智能家電產(chǎn)品類別和使用場所，其所處的家居場景可以細(xì)分為客廳場景、廚房場景、臥室場景、衛(wèi)浴場景及陽臺場景等，圍繞智能家電應(yīng)用場景構(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“智能化功能實現(xiàn)效果（智能功效）”的角度，測評智能家電產(chǎn)品的功能和性能水平。

以掃地機器人產(chǎn)品為例，不同消費者購買掃地機器人后，產(chǎn)品使用的家居應(yīng)用場景元素是不一樣的，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)用場景對掃地機器人的性能和智能化要求也不一樣。圖1給出了家居常見的應(yīng)用場景元素。

圖1 掃地機器人家居場景元素示意圖

例如，掃地機器人在墻角、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，掃地機器人無法越過門檻導(dǎo)致某一區(qū)域出現(xiàn)漏掃，掃地機器人在較高的臺階邊緣出現(xiàn)跌落可能導(dǎo)致機器損壞，掃地機器人可能會鉆到較低的沙發(fā)底、柜子底下卡殼而無法脫困，掃地機器人也有可能因為無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)大面積漏掃問題，對于家中的拖鞋和襪子等特殊物體，如果掃地機器人無法準(zhǔn)確識別，就有可能將這些物體送往一個“陌生之地”，給用戶帶來尋找東西的煩惱。此外，掃地機器人對于茶漬、醬油、寵物糞便等污漬難以清掃，甚至?xí)?dǎo)致二次污染等用戶痛點問題。

1.3 測評思路

智能家電之所以能夠“智能”，是能夠替代人類自主進行某項動作或者完成特定任務(wù)活動，其替代人類完成任務(wù)活動的多少直接決定產(chǎn)品的智能水平如何。因此需考慮結(jié)合產(chǎn)品真實的應(yīng)用場景，設(shè)定不同等級的場景測試環(huán)境，通過產(chǎn)品智能功能外在表現(xiàn)能力，對其智能功效進行分級測評。

目前針對智能家電產(chǎn)品的測評，更多的關(guān)注產(chǎn)品功能實現(xiàn)的單一性能指標(biāo)，忽略了產(chǎn)品按實際場景使用時所體現(xiàn)出來的功能綜合效果，這可能會導(dǎo)致測評結(jié)果不一定能夠表征產(chǎn)品在用戶使用過程中的真實效果。為此，依據(jù)產(chǎn)品使用場景和用戶體驗進行測評。

2 掃地機器人智能分級測評方法研究

2.1 智能分級測評核心指標(biāo)

針對不同的家庭應(yīng)用場景，市場上宣稱“智能”的掃地機器人，其智能化功能效果是否達到了消費者的使用期望，目前行業(yè)內(nèi)還缺少統(tǒng)一的測試與測評方法。

智能導(dǎo)航、智能行走、智能清潔作為掃地機器人在復(fù)雜和未知環(huán)境中實現(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評方面。其中覆蓋率作為掃地機器人智能導(dǎo)航和智能行走的量化測評關(guān)鍵指標(biāo)，是掃地機器人智能化功效水平的首要體現(xiàn)?，F(xiàn)行QB/T 4833-2015行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中將“覆蓋率”定義為機器人在規(guī)定區(qū)域和時間內(nèi)其清潔頭運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)測評方法的局限性

目前，國內(nèi)外對掃地機器人覆蓋率的測試方法，都是依據(jù)IEC 62929:2014國際標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 34454-2017國家標(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)域布局的測試環(huán)境。由于測試場景元素比較單一，未考慮到用戶實際家庭環(huán)境建筑規(guī)模及多房間區(qū)域場景元素情況，比如餐廳區(qū)、廚房區(qū)、玄關(guān)區(qū)等場景環(huán)境。因此，現(xiàn)有測試方法的測評結(jié)果往往與實際使用情況相差甚遠(yuǎn)，掃地機器人的智能化水平難以體現(xiàn)和測評。

2.3 測評目的與需求

針對不同消費者家庭環(huán)境，給出符合實際境況相應(yīng)等級的測試場景，對掃地機器人實現(xiàn)的智能功能效果做出合適的智能化水平等級測評結(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和用戶端，致力于解決消費者在選購時遇到的實際痛點，引導(dǎo)消費者選購適合自己的智能產(chǎn)品。

2.4 測評方法案例設(shè)計示例

本文筆者所在單位技術(shù)團隊經(jīng)過充分的市場調(diào)研、企業(yè)走訪、方案設(shè)計與技術(shù)論證，結(jié)合我國絕大多數(shù)家庭建筑面積實際情況，模擬搭建了中國家庭典型的三房兩廳家居應(yīng)用場景平臺，并基于該平臺研制了一種基于用戶不同應(yīng)用場景下的掃地機器人智能化水平分級測評方法及其測評系統(tǒng)，具體包括不同等級測試場景平臺構(gòu)建、智能化指標(biāo)測評方法確定、智能等級劃分依據(jù)及測試系統(tǒng)的實現(xiàn)。如圖2所示，本方法的基本思路是：根據(jù)掃地機器人應(yīng)用場景的復(fù)雜程度和技術(shù)要求水平，應(yīng)用場景等級分為：1級、2級、3級、4級和5級；智能化測評指標(biāo)是圍繞掃地機器人的智能導(dǎo)航、智能行走、智能清潔等關(guān)鍵核心測評指標(biāo)體系，智能化水平等級劃分依據(jù)掃地機器人所處的應(yīng)用場景等級（1級～5級），通過智能導(dǎo)航、智能行走和智能清潔等功能自主完成清潔任務(wù)的能力進行等級劃分，分為S1、S2、S3、S4和S5共5個等級，然后通過掃地機器人是否能夠通過對應(yīng)等級的應(yīng)用場景測試， 綜合評判其智能化水平。掃地機器人在越高級別的應(yīng)用場景下自主完成清潔任務(wù)，代表掃地機器人的智能化水平等級越高，所體現(xiàn)的智能化功能效果越好。

圖2 分級測評基本流程

本文筆者所在項目工作組經(jīng)過大量實驗數(shù)據(jù)測試驗證，并聯(lián)合行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)共同起草制定了《家用和類似用途掃地機器人智能分級測評規(guī)范》團體標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的制定，填補了基于應(yīng)用場景的智能家電產(chǎn)品智能化水平分級測評標(biāo)準(zhǔn)的空白，通過模擬中國典型的三房兩廳家居應(yīng)用場景布局，較全面、客觀、定量的綜合考核掃地機器人越障、避障、脫困、清潔、全屋覆蓋等能力，測試測評結(jié)果更加貼近實際使用情況，能夠較充分地反映掃地機器人的綜合性能和智能化水平。

2.5 測評實施案例分析

如圖3所示，本方法測評實現(xiàn)系統(tǒng)主要由家居場景、硬件系統(tǒng)及軟件功能系統(tǒng)組成，其中家居場景包括掃地機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、書桌、櫥柜、推拉門檻、移門滑軌等多種障礙物；硬件系統(tǒng)包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)及位置跟蹤系統(tǒng)，通過軟件功能設(shè)計，實現(xiàn)用于作為掃地機器人測試過程中的測試場景環(huán)境地圖構(gòu)建、實時位置跟蹤、世界位置標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集、位置軌跡分析和覆蓋率計算、數(shù)據(jù)報告管理等功能。本測試系統(tǒng)采樣率不低于30幀/s，位置測試準(zhǔn)確度小于10 mm，時間測量準(zhǔn)確度小于0.02 s，滿足當(dāng)前家用移動機器人產(chǎn)品移動能力測量參數(shù)要求。

圖3 測評系統(tǒng)實施框圖

以某一品牌型號掃地機器人產(chǎn)品測試為例，測試前保證掃地機器人充滿電，在規(guī)定的測試應(yīng)用場景內(nèi)進行試驗，試驗應(yīng)持續(xù)運行至說明書定義的清潔工作完成為止。具體清潔工作完成判定依據(jù)包括掃地機器人出現(xiàn)指示清潔周期結(jié)束的信號（聲音信號或光信號等）或在地板上停止動作超過3 min。另外，如果掃地機器人因為清潔工作完成而停止運行，則結(jié)束試驗；如果掃地機器人因清潔工作完成以外的任何原因停止運行，如卡死、死機等，則允許人為最多干預(yù)1次使其繼續(xù)試驗。試驗分別在規(guī)定的3個起始位置進行，每個位置重復(fù)試驗3次，共試驗9次，試驗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測試樣機的單次覆蓋率和多次覆蓋率測試結(jié)果軌跡，從軌跡分布情況可以看出，該測試樣機基本覆蓋了測試場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，該測試樣機的最高覆蓋率達到了80 %以上。

圖4 某一品牌型號樣機單次覆蓋率和多次覆蓋率測試結(jié)果軌跡圖

圖5 掃地機器人重復(fù)性路徑（1-5次）覆蓋率

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

圖6 其他兩個品牌型號樣機測試結(jié)果軌跡圖

2.6 測評方法創(chuàng)新性及現(xiàn)實意義

本方法從用戶實際應(yīng)用場景角度出發(fā)，提供了一套典型的家居應(yīng)用場景的智能掃地機器人的測試、智能等級測評方法，綜合考核智能掃地機器人的智能導(dǎo)航、智能行走、智能清潔的能力，用于測評智能掃地機器人的智能功效。具有以下創(chuàng)新性及現(xiàn)實意義：

1）填補了從用戶實際使用場景角度下掃地機器人智能功效測評方法的空白，可以引導(dǎo)消費者購買符合自己需求的智能掃地機器人產(chǎn)品。

2）考慮到了用戶的實際家居多區(qū)域場景情況，通過一個測試用的應(yīng)用場景就可以比較全面、客觀、定量的綜合考核智能掃地機器人包含越障、避障、脫困、爬坡、防跌落等移動性能和全屋覆蓋能力，測評結(jié)果更加貼近實際情況，能夠較充分地反映掃地機器人的綜合性能水平。

3）不僅能為第三方實驗室人員提供智能掃地機器人運行軌跡和覆蓋率情況測試測評結(jié)果依據(jù)和手段，而且也能為企業(yè)研發(fā)人員有關(guān)智能掃地機器人的動態(tài)規(guī)劃路徑算法的優(yōu)化與改進提供解決思路。

3 結(jié)論

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