基于智能化學生食堂餐具回收分類系統設計研究

馮浩然，張鵬飛，梁煒聰，單清陽，劉嘉禧，馮穎

（廣州城市理工學院，廣東廣州，510800）

1 研究背景與現狀

隨著人們生活水平的提高和政府對教育事業的保駕護航，學生食堂為師生提供了更優質的服務和就餐環境，保障學生健康安全。因此，越來越多學生選擇在食堂就餐，解決飲食問題。但是，學生食堂在餐具回收上仍存在如下一些問題：一、餐具回收過程慢；二、人工成本高；三、食堂體驗感差。不僅如此，目前市面上存在的餐具回收分類系統結構功能參差不齊，許多餐具回收分類系統只考慮了單一的回收或分類功能，并且在交互層面上智能化普及率不高。但實際上，智能化系統對服務業的滲透已成為發展的必然趨勢，簡言之，智能化對食堂餐具回收分類系統的發展有著積極的作用。因此，本研究項目具有一定的可研究性。

2 智能化餐具回收分類系統的設計方法與流程

2.1 用戶需求

收集需求信息主要通過問卷、觀察和訪談等方法，搜集用餐者、管理方的改進建議，并將調查得到的情況和數據進行歸納，作為分析的依據，并從中尋找和發現有價值的信息，分析現時學生食堂回收分類系統的設計需求，了解當前設計可行性和潛力，對現時餐具回收分類方式及食堂餐具回收分類系統提出建議列出有價值的線索。情況歸納如下：未及時運走而堆積的餐具影響美觀，而且裸露外放的廚余垃圾箱更影響食欲；無序的餐具擺放影響回收量及減緩后續餐具分類；回收過程繁瑣。綜合需求分析總結得出：（1）餐具回收分類系統適應性強。（2）餐具的回收分類系統一體化。（3）系統結合智能化。

2.2 確定設計策略

2.2.1 提高回收效率

現時的餐具回收分類系統存在一定的局限性，回收點位置的設定和回收點數量直接影響餐具回收效率，再而因學生排隊放置餐具排隊時間長，餐具無序擺放造成積壓等問題，也是影響后續回收效率的因素。通過根據食堂餐桌數量和距離設置多個回收站點解決排隊時長問題，改進并升級回收分類裝置，提高餐具流通量，滿足用戶需求，使食堂秩序與人性化體現得到最大化表現。

2.2.2 改善現有系統結構

目前市面上存在的餐具回收分類系統結構功能并不全面，許多餐具回收分類系統只考慮了單一的回收或分類功能，并且系統樣式較傳統，創新性不強，缺乏科技感，用戶體驗感不佳。因此構建完善的分類回收系統，整合系統結構，提高用戶體驗，提升及優化系統十分必要。

2.2.3 系統結合智能化

當今智能化概念逐漸滲透到各行各業及人們的生活之中，現代學生食堂回收分類系統也該由傳統的人工模式轉變為智能化系統設計模式，打造適應現代智能技術的應用，增加食堂科技元素。通過智能化技術，利用智能回收箱與智能運輸車代替人工回收分類餐具，減少人員安排從而降低運營成本。完善智能化系統信息功能，包括用戶反饋與評價渠道，提高用戶體驗。

3 智能化學生食堂餐具回收分類系統方案設計

3.1 系統設計思路

構建智能化學生食堂餐具回收分類系統主要是為了能夠以智能化的形式代替人工，在低損耗、低成本的背景下，有效提高餐具回收分類效率和信息傳輸，實現技術可靠、產品模塊化、信息化系統整合。系統設計還要充分利用當前社會資源，通過借助完善的網絡資源優勢，快速搭建支撐系統，同時要充分滿足學校對學生食堂不斷增加的需求。系統信息架構設計注重完整性和拓展性，相互聯系的同時不斷切入可行信息。

3.2 系統信息架構設計

食堂餐具回收分類系統信息架構包括應用層、計算層、互聯層和感知層。不同層有其不同的規定性，而其又有一定的聯系性，相互作用，形成一個協同整合的系統。在感知層，智能運輸車利用自身的位置信息采集器、傳感器和攝像頭去采集行進路況和實現自身定位，并與智能回收箱信號配對；在互聯層，無線網絡把采集到的數據傳輸，具備控制的終端系統與智能回收箱、智能運輸車進行交互；在計算層，終端系統集成各環節數據信息，分析狀況，為應用層的智能回收箱與智能運輸車進行數據傳輸、操控及配對，并及時給管理方反饋資訊。

3.3 服務系統模型

為用戶創造服務價值和構建完善流程是架構服務系統的目標要求，以創造完整的餐具回收分類系統為核心，以用戶需求和管理要求為導向，建立如下圖1的智能化學生食堂餐具回收分類系統的服務系統模型。主要構成要素包括終端系統、管理人員、智能運輸車、智能回收箱、清洗區、就餐者。終端系統起到數據收集、信息反饋、指揮傳達的作用，管理人員也會將收集到的清洗情況與終端系統反饋的數據結合分析，作出進一步的操作調控。智能回收箱與智能運輸車是餐具回收和分類的主體要素，就餐者將餐具放入智能回收箱，回收箱完成餐具分類工作并儲存至箱體內，當智能運輸車接收到終端系統信號后啟動回收程序，并與智能回收箱信號配對，回收餐具至清洗區，直至智能回收箱內的餐具清空。

圖1 產品服務系統模型

4 智能化學生食堂餐具回收分類系統設計實踐

4.1 設計原理

4.1.1 智能回收箱

智能回收箱是一個集回收與分類為一體的智能餐具回收分類裝置。在餐具入口處有三根由壓力傳感器組成的滾軸，餐具輕壓滾軸的同時聯動通風系統，通風系統的開啟能夠使箱內廚余氣味不溢出并過濾掉。不同類型餐具經由滾軸進入智能回收箱內部餐具分類平臺，分類平臺上方配備先進的形狀識別系統，能夠自主通過內置攝像頭模塊識別餐具類別，攝像頭將識別信息轉換為信號傳輸到智能回收箱內部控制系統，而智能回收箱內由不同類別的餐具隔層組成，餐具分類平臺接收信號按軌道路線移動到相應餐具隔層前，通過其彈簧伸縮桿控制平臺前進與后退，完成餐具放置與平臺離開這一系列動作后，平臺自動復位，繼續下一類別餐具的分類。與此同時，回收箱顯示屏同步更新相應餐具數量并反饋到終端系統。

4.1.2 智能運輸車

智能運輸車也可稱為餐具回收車，因其主要作用為回收智能回收箱內的同一類別餐具，并運輸至清洗點，而回收同一類別餐具目的是節省清洗分類時間，提高效率。智能運輸車本體有控制裝置、位置信號采集器、障礙檢測裝置、語音提醒裝置、驅動組件及回收箱體結構等機構。當達到預定時間，即用餐高峰后，終端系統根據當時就餐情況向智能運輸車發出回收信號，智能運輸車接收回收信號并根據預定路線前往各智能回收箱回收同一類別餐具，當遇到障礙物時，障礙檢測裝置向控制裝置發送障礙物信號，繼而控制裝置制止驅動直到障礙物信號解除或選擇重新規劃路線，智能運輸車移動到智能回收箱后方后發出位置信號，隨后智能運輸車回收艙門與智能回收箱餐具輸出位置對接后由回收箱內餐具隔層的推送機構將餐具輸送至智能運輸車內，而回收箱體結構為傳輸鏈結構，通過主軸齒輪帶動傳輸鏈配合回收箱體循環運動，當單一回收箱體回收完畢后通過內部循環運輸系統運動使得下一個回收箱體到達指定艙門處接收下一智能餐具回收箱的對應餐具，當智能運輸車完成回收任務后自主返程充電，由此完成一次完整的工作過程。

4.2 硬件設計

智能回收箱和智能運輸車如圖2所示。智能回收箱產品硬件造型設計上，主體以方塊切割靈感為外型，圓潤的圓角設計及富含科技感的外觀，賦予產品干凈的、衛生的、包容情感化的形象。依照中國成年人人體尺寸和中國成年人人機尺寸設計的產品的高度、屏幕的大小及按鈕大小和排布位置，使智能回收箱整體造型簡潔、大氣；智能運輸車產品硬件造型設計上，以簡易長方體為主體，配合以智能底盤和顯示屏構成的框架結構，使用與智能回收箱相近色調的外觀，橘色點綴，表面材質紋理化處理，使整體造型不失時尚感和科技感。

圖2 智能設備及服務設計界面模擬

4.3 服務界面設計

利用互聯網平臺，設計操作服務界面如圖2所示，能夠實時監測回收進度與回收情況，并能高效地將各流程數據反饋給管理人員，作為管理方是否介入操控的依據。觀察各智能回收車移動位置，記錄運輸次數與運輸餐具的種類，監控其電量使用情況，掌握智能運輸車最新進展及健康狀況數據。統計整理各種餐具使用數量情況數據得出大概用餐人數，由管理方反饋給各商家，商家及時調整用餐材料或食材數目，能夠幫助管理方與商家更好地調整策略，互利互贏，切實為用餐者、管理方及商家提供一個交流、互通的平臺。

5 結語

隨著社會的快速發展，智能化系統既是適應現代經濟和社會發展的需要，也是智能科學研究的實際應用。本著以用戶實際需求為基礎，結合分析當前存在的問題，提出創想與可行性方案，制定智能化學生食堂餐具回收分類系統的設計策略，設計信息架構，建立服務系統模型，并提出一套可行的智能化學生食堂回收分類系統，為相關智能化系統提供理論研究和設計參考，促進智能化系統向更深入研究和發展。