智慧餐飲4.0:融合人工智能的未來(lái)餐飲發(fā)展新方向

吳曉蒙, 李 想, 劉 楠, 褚澤軍, 沈 群, 胡小松,

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院, 北京 100083; 2.四川旅游學(xué)院 烹飪學(xué)院,四川 成都 610100; 3.中國(guó)人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院 軍需采購(gòu)系, 重慶 401331;4. 四川成都中農(nóng)大現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)研究院, 四川 成都 611430)

餐飲業(yè)是拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和提高人民生活水平的重要行業(yè),數(shù)據(jù)顯示,2023年1～4月全國(guó)餐飲收入15 888億元,同比增長(zhǎng)19.8%[1]。我國(guó)餐飲業(yè)發(fā)展至今經(jīng)歷了4個(gè)典型階段,一是高度依賴人工的傳統(tǒng)餐飲1.0階段,二是基于單機(jī)操作的機(jī)械化餐飲2.0階段,三是以標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化為代表的工業(yè)化餐飲3.0階段,四是融合了新型食品科學(xué)技術(shù)與人工智能技術(shù)的智慧餐飲4.0階段。我國(guó)目前已經(jīng)步入老齡化社會(huì),餐飲相關(guān)的公共衛(wèi)生服務(wù)的進(jìn)一步完善和老年?duì)I養(yǎng)餐服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展已成為亟待關(guān)注的問(wèn)題[2];因此,多元化、專業(yè)化、智能化的智慧餐飲4.0是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 餐飲業(yè)的發(fā)展與食品工業(yè)息息相關(guān)

餐飲業(yè)是指通過(guò)即時(shí)加工制作、商業(yè)銷售和服務(wù)性勞動(dòng)等手段,向消費(fèi)者提供食品、消費(fèi)場(chǎng)所和設(shè)施的食品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行業(yè)[3]。餐飲業(yè)是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增加就業(yè)機(jī)會(huì)和提高人民生活水平的重要領(lǐng)域。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示[4],2022年全國(guó)餐飲收入47 645億元,同比增長(zhǎng)1.6%。

食品工業(yè)是餐飲行業(yè)的上游支柱產(chǎn)業(yè),不僅可為餐飲業(yè)提供成品、半成品原料,更為其提供了必不可少的技術(shù)支撐。2017—2021年間,我國(guó)食品工業(yè)及餐飲業(yè)產(chǎn)值見圖1。2021年我國(guó)規(guī)模以上食品工業(yè)企業(yè)總收入10.35萬(wàn)億元,餐飲業(yè)總收入4.68萬(wàn)億元,兩者共計(jì)占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的13.14%。食品工業(yè)的發(fā)展不斷推動(dòng)餐飲業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),二者已深度融合。

圖1 我國(guó)食品工業(yè)及餐飲業(yè)產(chǎn)值Fig.1 Output value of China’s food industry and catering industry

食品工業(yè)推動(dòng)餐飲業(yè)的轉(zhuǎn)型,集中體現(xiàn)在烹飪裝備和相關(guān)技術(shù)的迭代升級(jí)上。我國(guó)餐飲業(yè)的發(fā)展歷程及階段劃分見圖2。傳統(tǒng)餐飲1.0以手工操作為主,全部依靠人工經(jīng)驗(yàn),效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣、品質(zhì)不穩(wěn)定、安全問(wèn)題頻發(fā)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,20世紀(jì)后期,切菜機(jī)、和面機(jī)等簡(jiǎn)單的食品加工機(jī)械設(shè)備在餐飲行業(yè)應(yīng)用和普及,使我們進(jìn)入了機(jī)械化餐飲2.0時(shí)代,提升了部分工作效率,同時(shí)也降低了部分勞動(dòng)強(qiáng)度[5]。隨著中央廚房的出現(xiàn),建成了集中規(guī)模采購(gòu)、安全生產(chǎn)的綜合系統(tǒng)工程[6],機(jī)械化餐飲2.0完成了向以標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化為代表的工業(yè)化餐飲3.0的躍升。如全自動(dòng)的包餃子生產(chǎn)線[7],從和面到包餃子再到入庫(kù)全部自動(dòng)化控制,極大地提高了工作效率和食品安全水平。工業(yè)化餐飲3.0原料標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)程式化,滿足了人民群眾對(duì)日常飲食的基本需求。隨著生活水平的提高,消費(fèi)者對(duì)飲食個(gè)性化需求不斷增強(qiáng),并且由于中餐的獨(dú)特性,工業(yè)化餐飲3.0已無(wú)法滿足行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的需求,尤其是無(wú)法解決食品安全、個(gè)性化膳食方面的瓶頸問(wèn)題,因此行業(yè)向著智慧餐飲4.0的轉(zhuǎn)型升級(jí)迫在眉睫。

圖2 我國(guó)餐飲業(yè)的發(fā)展歷程Fig.2 Development history of catering industry

2 智慧餐飲4.0的內(nèi)涵、構(gòu)架與外延

智慧餐飲是伴隨新一代信息技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的新概念,目前仍在不斷探索發(fā)展中,學(xué)術(shù)界尚無(wú)準(zhǔn)確定義。本研究認(rèn)為智慧餐飲概念的內(nèi)涵應(yīng)是以滿足餐飲監(jiān)管者、操作者和消費(fèi)者三者的需求為主要目標(biāo),充分運(yùn)用信息技術(shù)手段,通過(guò)體系化設(shè)計(jì)和集成化部署軟硬件設(shè)備,改造完善基礎(chǔ)設(shè)施條件,將食品科學(xué)技術(shù)和人工智能技術(shù)運(yùn)用于餐飲活動(dòng)的全過(guò)程和供應(yīng)的全鏈條,以達(dá)到降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善消費(fèi)者就餐體驗(yàn)、提升監(jiān)管者管理水平的目的。智慧餐飲4.0的內(nèi)涵構(gòu)架與外延見圖3。

圖3 智慧餐飲4.0的內(nèi)涵、構(gòu)架與外延Fig.3 Connotation, structure and extension of Smart Catering 4.0

作為餐飲發(fā)展的4.0版本,智慧餐飲的核心有三層構(gòu)架:一是決策層,需要利用配餐調(diào)度、烹飪專家、營(yíng)養(yǎng)專家等管理系統(tǒng)針對(duì)不同用戶、不同場(chǎng)景對(duì)餐飲過(guò)程進(jìn)行自學(xué)習(xí)、自決策;二是功能層,需要對(duì)烹飪過(guò)程中視覺(jué)、觸覺(jué)、成熟度等多維信息進(jìn)行自感知,并利用多功能一體化烹飪裝備針對(duì)非標(biāo)食材、個(gè)性需求的復(fù)雜烹飪?nèi)蝿?wù)進(jìn)行自適應(yīng),實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程柔性調(diào)整;三是應(yīng)用層,需要消費(fèi)終端具備點(diǎn)餐、取餐、送餐、支付等核心功能,并可以對(duì)設(shè)備的異常狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自愈合和產(chǎn)供銷一體化的智運(yùn)維。

此外,還可將智慧餐飲外延出“六化”。1)個(gè)性化膳食制作,在中餐標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)基礎(chǔ)上,結(jié)合數(shù)字孿生、人臉識(shí)別等技術(shù)快速分析顧客歷史行為和個(gè)人偏好等信息,推薦并制作符合消費(fèi)者喜好的個(gè)性菜品。2)精準(zhǔn)化營(yíng)養(yǎng)配餐,通過(guò)制訂食譜提高配餐的計(jì)劃性,對(duì)菜肴營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析。應(yīng)用稱重取餐等個(gè)體數(shù)據(jù)采集手段,提高膳食攝入數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度并進(jìn)行智能化評(píng)估。3)柔性化烹飪加工,針對(duì)非標(biāo)食材、個(gè)性需求的復(fù)雜烹飪?nèi)蝿?wù)進(jìn)行分析,并根據(jù)食材特征差異進(jìn)行工藝參數(shù)的柔性與自適應(yīng)調(diào)整。4)人性化就餐服務(wù),通過(guò)就餐環(huán)節(jié)人機(jī)交互,提高選餐、配餐速度,減少就餐者等待時(shí)間,以菜肴評(píng)價(jià)、點(diǎn)贊等方式收集就餐人員意見,反饋給管理端以便進(jìn)一步改進(jìn)。5)可視化運(yùn)營(yíng)監(jiān)管,應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù),自動(dòng)采集餐飲過(guò)程信息,建立后廚“明廚亮灶”,實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化控制,為開展精細(xì)管理提供技術(shù)手段。6)智能化分析決策,記錄分析餐飲環(huán)境數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)集體配餐方案、物料消耗預(yù)測(cè)、監(jiān)管重點(diǎn)預(yù)警等輔助決策功能。

3 智慧餐飲技術(shù)的應(yīng)用

3.1 智慧餐飲技術(shù)在食材智能預(yù)處理方面的應(yīng)用

運(yùn)用食品科學(xué)技術(shù)與人工智能技術(shù)對(duì)食物原料進(jìn)行預(yù)制是提高原料利用率和加工自動(dòng)化程度的關(guān)鍵一步?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)外一般采用多光譜成像技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)[8-10]等技術(shù)結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法、經(jīng)典圖像處理等手段[11-12],進(jìn)行原料的品質(zhì)分級(jí)、安全控制和標(biāo)準(zhǔn)化切割。

3.1.1食品原料品質(zhì)智能分級(jí)

對(duì)食品原料的品質(zhì)信息進(jìn)行快速無(wú)損獲取,是保證食品品質(zhì)、滿足消費(fèi)者需要的前提條件。Zhang等[13]將近紅外高光譜成像技術(shù)與深度卷積生成對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DCGAN)結(jié)合,對(duì)玉米籽粒含油量進(jìn)行預(yù)測(cè),利用DCGAN可以同時(shí)對(duì)光譜數(shù)據(jù)和含油量數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展,增加模型的準(zhǔn)確度。Momeny等[14]使用基于深度學(xué)習(xí)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)藏紅花品質(zhì),開發(fā)了一種包含Inception-v4卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(LAⅡ-v4 CNN)的學(xué)習(xí)增強(qiáng)技術(shù),可以非常有效地對(duì)藏紅花進(jìn)行品質(zhì)分級(jí)。孫瀟鵬等[15]使用近紅外透射光譜與機(jī)器視覺(jué)相結(jié)合的方法對(duì)蜜柚進(jìn)行分級(jí)檢測(cè)。

3.1.2食品原料安全智能控制

在食品加工前對(duì)食品原料進(jìn)行嚴(yán)格的把控,是食品安全控制的重要手段。然而傳統(tǒng)技術(shù)需要的時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用昂貴、對(duì)操作人員要求高,利用了人工智能技術(shù)的智慧餐飲可以有效解決這些問(wèn)題。劉翠玲等[16]建立了基于云計(jì)算的食品品質(zhì)實(shí)時(shí)在線光譜檢測(cè)系統(tǒng),保障食品安全。此外,周向陽(yáng)等[17]利用近紅外光譜倍頻區(qū)的特征信息,結(jié)合差譜及導(dǎo)數(shù)處理,對(duì)20余種葉菜類蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的鑒別進(jìn)行了系統(tǒng)研究,吻合率高達(dá)97.50%。房俊龍等[18]采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)獲取番茄圖像,并利用遺傳算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)番茄生理病害果的自動(dòng)識(shí)別,準(zhǔn)確率可達(dá)100%。

3.1.3食品原料智能切分

對(duì)食品原料進(jìn)行品質(zhì)分級(jí)與安全控制后,分割也是關(guān)鍵的一環(huán)。目前,食品切割裝置中的刀片易攜帶腐敗和致病微生物,容易導(dǎo)致交叉污染。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所發(fā)明的一種利用水射流清洗和切割果蔬的機(jī)電設(shè)備[19],利用脈沖水射流沖洗掉果蔬表面的灰塵、泥土等,與使用新銳化的刀片切割相比,水刀切割不會(huì)改變鮮切菊苣的生理狀況和微生物質(zhì)量[20]。Wang等[21]利用鹽顆粒作為磨料,采用超高壓磨料水刀切割純?nèi)夂凸穷^,其效果更優(yōu)于普通水刀切割。孫鑫[22]基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建了面向豬肉胴體自動(dòng)分割的6-DOF混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了畜禽原料的智能切分。

3.2 智慧餐飲技術(shù)在智能烹飪方面的應(yīng)用

烹飪是餐飲行業(yè)中最為重要的環(huán)節(jié),是復(fù)雜而有規(guī)律地將食材轉(zhuǎn)化為食物的加工過(guò)程。智能烹飪能夠?qū)崿F(xiàn)菜肴的自動(dòng)制作,提高烹飪效率,降低制作成本,同時(shí)確保食品的安全、質(zhì)量和品質(zhì)。智能加工技術(shù)和設(shè)備的搭配組合,可以實(shí)現(xiàn)食物的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),重構(gòu)餐飲產(chǎn)業(yè)生態(tài),達(dá)到快速、標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營(yíng)的目的,對(duì)整個(gè)餐飲業(yè)的發(fā)展有重大影響。

3.2.1數(shù)字化烹飪關(guān)鍵技術(shù)

中餐的烹飪過(guò)程涉及炒、煎、煮、烤、蒸等多元化的烹飪技藝。其中,炒是中餐最具代表性的特征烹飪技術(shù),但是炒菜過(guò)程異常復(fù)雜,因此傳統(tǒng)烹飪中菜肴的質(zhì)量主要取決于廚師的技藝水平。烹飪數(shù)字化是通過(guò)邀請(qǐng)各菜系烹飪大師為烹飪機(jī)器人提供菜肴烹飪樣本,將他們的烹飪經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)化,擴(kuò)建數(shù)據(jù)庫(kù),完善機(jī)器人菜譜,以實(shí)現(xiàn)烹飪品種多樣化。張貴元等[23]采用了閉環(huán)設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于烹飪機(jī)器人的液態(tài)調(diào)料自動(dòng)添加系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)液態(tài)調(diào)料的快速精確添加,減少了掀蓋時(shí)鍋內(nèi)熱量的散失以及溫度控制的誤差。趙庭霞[24]構(gòu)建了烹飪爆炒過(guò)程熱/質(zhì)傳遞全局?jǐn)?shù)學(xué)模型并對(duì)豬里脊肉爆炒過(guò)程開展數(shù)值模擬,研究了爆炒過(guò)程中烹飪品質(zhì)隨傳遞特征的變化規(guī)律,實(shí)現(xiàn)了同時(shí)模擬溫度及各組分全局變化。在傳感器-算法系統(tǒng)基礎(chǔ)上采集手工烹飪數(shù)據(jù),可構(gòu)建出能夠映射手工烹飪數(shù)據(jù)的烹飪機(jī)器人實(shí)體裝備及控制軟件,完成廣譜的烹飪廚藝數(shù)字孿生和烹飪程序信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立[25]。

3.2.2菜肴品質(zhì)智能感知與擬人控制

盡管智能烹飪機(jī)器人已經(jīng)能夠利用烹飪數(shù)字化制備標(biāo)準(zhǔn)化的菜肴,但是由于烹飪數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)自經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),且中餐具有食材廣泛性以及烹飪復(fù)雜性的特點(diǎn),設(shè)備對(duì)烹飪過(guò)程中火候、產(chǎn)品品質(zhì)等關(guān)鍵指標(biāo)的控制仍舊不足,無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和智能化調(diào)整。因此,需要更多基于多維傳感和控制的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能感知與擬人控制。He等[26]發(fā)明了一種結(jié)合了紅外陣列傳感器與濕度傳感器的智能微波爐,具備除霜和再熱的智能控制功能,可以一鍵加熱或解凍不同食物。Abdanan[27]設(shè)計(jì)了基于圖像處理的智能烤箱,可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)烘焙產(chǎn)品的顏色和紋理特征,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和優(yōu)化烹飪溫度和時(shí)間,大大節(jié)約了能耗并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2.3烹飪?cè)O(shè)備自主清潔

烹飪后的自主清潔是最后一個(gè)關(guān)鍵步驟,有利于菜肴連續(xù)加工過(guò)程中的品質(zhì)控制。Vong[28]將食品進(jìn)料、食品放置和設(shè)備清潔集成于一個(gè)加工系統(tǒng),在菜肴烹飪完成后,機(jī)器會(huì)自動(dòng)將烹飪?nèi)萜餍D(zhuǎn)至清洗室進(jìn)行清洗,最終實(shí)現(xiàn)高效烹飪。李東煒等[29]也設(shè)計(jì)了采用可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)控制的清洗烹飪機(jī)器人內(nèi)腔的壁面自動(dòng)清洗機(jī)構(gòu),具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾、安裝簡(jiǎn)單、維修擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 智慧餐飲技術(shù)在消費(fèi)端的應(yīng)用

智慧餐飲技術(shù)在消費(fèi)端的應(yīng)用主要有3個(gè)方面:餐廳智能管理、就餐體驗(yàn)數(shù)字化及智能售賣終端應(yīng)用(圖4)。

圖4 智慧餐飲技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能就餐Fig.4 Smart catering technologies for smart dining experience

3.3.1智能點(diǎn)餐、取餐、送餐關(guān)鍵技術(shù)

智慧餐飲4.0在消費(fèi)端的應(yīng)用主要體現(xiàn)在餐廳的智能管理中,具體分為智能點(diǎn)餐、智能送餐和智能取餐3個(gè)環(huán)節(jié)。

智慧餐廳通過(guò)SAAS(software as a service)模式,將用戶瀏覽、預(yù)訂、預(yù)點(diǎn)餐、就餐和支付的整個(gè)餐飲流程一體化[30],并可采用協(xié)同過(guò)濾推薦算法[31-32]、自然語(yǔ)言處理[33]、人臉識(shí)別[34]等技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)顧客身份信息的快速識(shí)別,以及對(duì)歷史行為和個(gè)人偏好等信息的精準(zhǔn)分析,不僅可以推薦最合適的餐廳,還可以幫助顧客更快速地找到自己喜歡的菜品或推薦相似的菜品,進(jìn)而為用戶提供個(gè)性化的產(chǎn)品或向顧客服務(wù)推薦。而對(duì)于諸如老年人等特殊人群,智慧餐飲系統(tǒng)能夠從飲食管理、營(yíng)養(yǎng)評(píng)估與健康管理等方面,全方位進(jìn)行膳食結(jié)構(gòu)優(yōu)化,引導(dǎo)老年人合理膳食[35]。在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)改造升級(jí)的智慧餐廳,師生進(jìn)門取托盤后進(jìn)行標(biāo)識(shí)與信息綁定,便可根據(jù)自己需求,自由搭配菜品,使攝入的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更加多樣、均衡,取餐過(guò)程中,屏幕實(shí)時(shí)顯示取餐分量與金額,取餐結(jié)束后的云端無(wú)感支付提高了就餐整體體驗(yàn)。

智能點(diǎn)餐系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者的自助點(diǎn)餐,如馮毅[36]基于機(jī)器學(xué)習(xí)有機(jī)融入關(guān)聯(lián)度預(yù)測(cè)算法、協(xié)同過(guò)濾推薦算法等設(shè)計(jì)了一套智能點(diǎn)餐系統(tǒng),并可根據(jù)消費(fèi)者口味推薦針對(duì)性菜品。智能送餐需要使用送餐機(jī)器人接收用戶給予的目標(biāo)指令,快速高效做出反應(yīng),規(guī)劃合理路徑,到達(dá)送餐地點(diǎn)。武啟明[37]通過(guò)對(duì)路徑規(guī)劃算法進(jìn)行分析,并融合優(yōu)化A*算法和并行TEB算法進(jìn)行路徑規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)了送餐機(jī)器人的合理路徑規(guī)劃。智能取餐主要是使用取餐機(jī)器人代替人眼實(shí)現(xiàn)菜品的識(shí)別和選取。汪聰[38]基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)圖像識(shí)別技術(shù)與深度學(xué)習(xí)圖像識(shí)別技術(shù),設(shè)計(jì)了一種菜品智能識(shí)別系統(tǒng),通過(guò)對(duì)工業(yè)相機(jī)拍攝的圖片進(jìn)行處理,利用圖像處理技術(shù)對(duì)菜品區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)定位,實(shí)現(xiàn)了菜品種類及所在區(qū)域的有效識(shí)別,提升了機(jī)器人取餐的準(zhǔn)確性。

此外,智慧餐廳還可根據(jù)就餐數(shù)據(jù),進(jìn)行就餐人數(shù)的預(yù)測(cè),及時(shí)補(bǔ)充菜品、調(diào)整食譜等,提升就餐人員的就餐體驗(yàn),降低餐廳的管理成本,促進(jìn)餐飲企業(yè)提高銷售量和客戶滿意度。

3.3.2數(shù)字化就餐體驗(yàn)

隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展,服務(wù)行業(yè)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系更加緊密,智慧餐廳逐漸發(fā)展壯大。在傳統(tǒng)的就餐方式以外,還可以采用多感官協(xié)同的方式豐富顧客的用餐體驗(yàn),提高過(guò)程的趣味性[39]。智慧餐廳可以通過(guò)VR(virtual reality)、AR(augmented reality)等技術(shù)將交互性嵌入就餐環(huán)境中,將氣、聲、景融入用餐過(guò)程,從視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等多個(gè)感官層面提升空間的環(huán)境氛圍,滿足消費(fèi)者的用餐審美體驗(yàn)與情感需求[40]。例如在智慧餐廳的就餐區(qū)被360度環(huán)繞立體投影包圍,在白云藍(lán)天中吃著熱乎的火鍋,耳邊回蕩著舒緩的音樂(lè),通過(guò)聲光電科技帶來(lái)“沉浸式”火鍋就餐新體驗(yàn)。采用VR技術(shù),通過(guò)虛擬點(diǎn)餐[41]、多元環(huán)境模擬、廚房模擬[42]等功能,在豐富用戶用餐體驗(yàn)的同時(shí),提高餐廳的運(yùn)營(yíng)效率。在點(diǎn)餐系統(tǒng)中設(shè)計(jì)AR交互點(diǎn)餐、用戶口碑評(píng)價(jià),可以更直觀地呈現(xiàn)餐品,并為顧客和餐廳提供更具參考價(jià)值的餐品評(píng)價(jià)體系。

3.3.3智能售賣終端技術(shù)升級(jí)

智能售賣終端作為新型售賣方式,正在成為一種蓬勃發(fā)展的新興服務(wù)方式,在人們的生活中占據(jù)越來(lái)越重要的地位,也是未來(lái)智能化生活的潮流。相較于傳統(tǒng)的人工服務(wù)就餐店,智能售賣終端無(wú)就餐時(shí)間限制。此外,智能售賣終端體積較小,可安置在任何有電力供應(yīng)的地點(diǎn),擴(kuò)大了服務(wù)區(qū)域。

一般來(lái)講,智能售賣終端應(yīng)包含以下7個(gè)模塊[43]:1)儲(chǔ)存[冷藏(凍)];2)加工(復(fù)熱);3)包裝;4)遞送;5)人機(jī)交互界面;6)遠(yuǎn)程通信;7)自潔殺菌。陳付磊等[44]基于STM32單片機(jī)控制,使煎餅馃子機(jī)器實(shí)現(xiàn)從原料面糊到加熱至熟,加蛋、加調(diào)料,放置油條或者馃子,最后折疊裝袋的全自動(dòng)化過(guò)程。使用ESP8266物聯(lián)網(wǎng)鏈接云服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)煎餅馃子機(jī)器從制作到販?zhǔn)鄣囊惑w化過(guò)程。張?zhí)筟45]通過(guò)研究面條成型方式、設(shè)計(jì)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)型式,對(duì)面條售賣機(jī)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案創(chuàng)新與設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)面條的自動(dòng)定量制作與煮制撈取。張操等[46]研制了一種新型三明治自動(dòng)制作與售賣系統(tǒng),融合PLC、多電機(jī)協(xié)同、WiFi通信、多點(diǎn)通信總線(multi-drop bus,MDB)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)觸摸屏自助選餐、自動(dòng)投幣找零及移動(dòng)支付、溫濕度控制、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障診斷、上位機(jī)和手機(jī)App遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能,完成自動(dòng)點(diǎn)餐及售賣。智能售賣作為傳統(tǒng)餐廳堂食模式的重要補(bǔ)充,迎合了新時(shí)代人們零散化的就餐時(shí)間、多樣化的就餐模式、快節(jié)奏的就餐需求,具有良好的發(fā)展前景。

3.4 智慧餐飲技術(shù)在管理系統(tǒng)方面的應(yīng)用

機(jī)關(guān)、高校食堂等集體膳食單位通常采用餐飲管理信息系統(tǒng)制訂食譜,通過(guò)就餐人數(shù)計(jì)算用料量,生成采購(gòu)計(jì)劃,提升膳食計(jì)劃性,控制成本?；诖髷?shù)據(jù)和人工智能算法的智慧餐飲管理信息可以綜合膳食營(yíng)養(yǎng)知識(shí)、個(gè)人點(diǎn)菜信息和就餐評(píng)價(jià)信息,提高食譜的適用性;也可將就餐記錄和個(gè)人健康檔案相結(jié)合,提高配餐的科學(xué)性和針對(duì)性。大數(shù)據(jù)智能引擎產(chǎn)品基于用戶屬性數(shù)據(jù)、口味偏好數(shù)據(jù)、行為軌跡數(shù)據(jù)等建立綜合概率匹配算法,對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度交互式異構(gòu)分析,動(dòng)態(tài)建立餐飲場(chǎng)景下的用戶行為預(yù)測(cè)模型及產(chǎn)品傾向性數(shù)據(jù)模型,實(shí)現(xiàn)知識(shí)圖譜和用戶畫像標(biāo)簽,為大型餐廳實(shí)現(xiàn)智慧管理提供技術(shù)支撐。智能配餐系統(tǒng)采用了改進(jìn)的加權(quán)隨機(jī)抽樣算法智能化選取不同種類的食物,利用多元線性回歸模型及優(yōu)化求解算法,通過(guò)反饋機(jī)制自動(dòng)判別配餐結(jié)果的合理性并進(jìn)行修正,保證了配餐質(zhì)量和飲食的均衡性[47]。結(jié)合多目標(biāo)規(guī)劃模型和改進(jìn)遺傳算法設(shè)計(jì)的新型智能化營(yíng)養(yǎng)配餐系統(tǒng),做到了多營(yíng)養(yǎng)平衡[48]。

此外,在原料供應(yīng)環(huán)節(jié),通過(guò)專業(yè)采購(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)組織采購(gòu),實(shí)時(shí)掌握物資供應(yīng)狀態(tài)。在物資驗(yàn)收和出入庫(kù)環(huán)節(jié),多采用電子秤稱重記錄方式,以拍照、視頻方式記錄驗(yàn)收過(guò)程,運(yùn)用二維碼、視覺(jué)識(shí)別等技術(shù)自動(dòng)獲取物資信息,提高物資管理的準(zhǔn)確性。通過(guò)在餐廳、后廚、庫(kù)房等區(qū)域建立網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng),掌握運(yùn)行過(guò)程信息,并運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)傳感器監(jiān)控水、電、燃?xì)?、溫濕度等環(huán)境狀態(tài)。食品藥品監(jiān)管部門也建立了餐飲監(jiān)管平臺(tái),采用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等手段將食品留樣、餐具消毒等食品安全記錄納入管理,提升餐飲業(yè)整體質(zhì)量及安全水平。

4 總結(jié)與展望

當(dāng)今食品工業(yè)與餐飲業(yè)的深度融合,促進(jìn)了傳統(tǒng)餐飲1.0向基于單元操作的機(jī)械化餐飲2.0和基于標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的工業(yè)化餐飲3.0升級(jí)。近年來(lái),隨著人工智能等技術(shù)在食品生產(chǎn)及餐飲業(yè)中的應(yīng)用,餐飲業(yè)向著多元化、專業(yè)化、智能化的方向發(fā)展,為向智慧餐飲4.0轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)。智慧餐飲4.0相關(guān)的智慧餐飲技術(shù)見圖5。例如采用協(xié)同過(guò)濾推薦算法、自然語(yǔ)言處理、人臉識(shí)別等技術(shù),可以對(duì)消費(fèi)者身份信息快速識(shí)別,提供個(gè)性化的產(chǎn)品或服務(wù)推薦;通過(guò)VR、AR等技術(shù),提升了空間的環(huán)境氛圍,建立了多感官的用戶體驗(yàn)。全面推進(jìn)我國(guó)智慧餐飲4.0發(fā)展,促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)深度融合,推動(dòng)一二三產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展,助力鄉(xiāng)村振興,是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。

圖5 基于智慧餐飲技術(shù)的智慧餐飲4.0的轉(zhuǎn)型升級(jí)Fig.5 Transformation and upgrading of Smart Catering 4.0 based on technology smart catering

餐飲轉(zhuǎn)型升級(jí)的背后是相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,同時(shí)也是中華飲食文化的傳承與創(chuàng)新。五千年的中華文明產(chǎn)生了底蘊(yùn)深厚的中國(guó)飲食文化,國(guó)人對(duì)美食有著極高的要求,因此餐飲業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)還應(yīng)滿足飲食文化的需求。打造具有我國(guó)特色的智慧餐飲4.0,不僅是滿足人民群眾對(duì)于美食的高要求和對(duì)美好生活的向往的重要手段,更是傳承并弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、助力“健康中國(guó)2030”戰(zhàn)略實(shí)施的重要抓手。未來(lái)餐飲的發(fā)展方向一定是以健康為導(dǎo)向、以美味為基礎(chǔ)、以文化為內(nèi)核。食品科技工作者以及餐飲行業(yè)從業(yè)者要“樹立大食物觀”,積極探索智慧餐飲4.0的科學(xué)發(fā)展途徑,擔(dān)負(fù)起時(shí)代賦予的神圣使命。