基于智能化学生食堂餐具回收分类系统设计研究

冯浩然，张鹏飞，梁炜聪，单清阳，刘嘉禧，冯颖

（广州城市理工学院，广东广州，510800）

1 研究背景与现状

随着人们生活水平的提高和政府对教育事业的保驾护航，学生食堂为师生提供了更优质的服务和就餐环境，保障学生健康安全。因此，越来越多学生选择在食堂就餐，解决饮食问题。但是，学生食堂在餐具回收上仍存在如下一些问题：一、餐具回收过程慢；二、人工成本高；三、食堂体验感差。不仅如此，目前市面上存在的餐具回收分类系统结构功能参差不齐，许多餐具回收分类系统只考虑了单一的回收或分类功能，并且在交互层面上智能化普及率不高。但实际上，智能化系统对服务业的渗透已成为发展的必然趋势，简言之，智能化对食堂餐具回收分类系统的发展有着积极的作用。因此，本研究项目具有一定的可研究性。

2 智能化餐具回收分类系统的设计方法与流程

2.1 用户需求

收集需求信息主要通过问卷、观察和访谈等方法，搜集用餐者、管理方的改进建议，并将调查得到的情况和数据进行归纳，作为分析的依据，并从中寻找和发现有价值的信息，分析现时学生食堂回收分类系统的设计需求，了解当前设计可行性和潜力，对现时餐具回收分类方式及食堂餐具回收分类系统提出建议列出有价值的线索。情况归纳如下：未及时运走而堆积的餐具影响美观，而且裸露外放的厨余垃圾箱更影响食欲；无序的餐具摆放影响回收量及减缓后续餐具分类；回收过程繁琐。综合需求分析总结得出：（1）餐具回收分类系统适应性强。（2）餐具的回收分类系统一体化。（3）系统结合智能化。

2.2 确定设计策略

2.2.1 提高回收效率

现时的餐具回收分类系统存在一定的局限性，回收点位置的设定和回收点数量直接影响餐具回收效率，再而因学生排队放置餐具排队时间长，餐具无序摆放造成积压等问题，也是影响后续回收效率的因素。通过根据食堂餐桌数量和距离设置多个回收站点解决排队时长问题，改进并升级回收分类装置，提高餐具流通量，满足用户需求，使食堂秩序与人性化体现得到最大化表现。

2.2.2 改善现有系统结构

目前市面上存在的餐具回收分类系统结构功能并不全面，许多餐具回收分类系统只考虑了单一的回收或分类功能，并且系统样式较传统，创新性不强，缺乏科技感，用户体验感不佳。因此构建完善的分类回收系统，整合系统结构，提高用户体验，提升及优化系统十分必要。

2.2.3 系统结合智能化

当今智能化概念逐渐渗透到各行各业及人们的生活之中，现代学生食堂回收分类系统也该由传统的人工模式转变为智能化系统设计模式，打造适应现代智能技术的应用，增加食堂科技元素。通过智能化技术，利用智能回收箱与智能运输车代替人工回收分类餐具，减少人员安排从而降低运营成本。完善智能化系统信息功能，包括用户反馈与评价渠道，提高用户体验。

3 智能化学生食堂餐具回收分类系统方案设计

3.1 系统设计思路

构建智能化学生食堂餐具回收分类系统主要是为了能够以智能化的形式代替人工，在低损耗、低成本的背景下，有效提高餐具回收分类效率和信息传输，实现技术可靠、产品模块化、信息化系统整合。系统设计还要充分利用当前社会资源，通过借助完善的网络资源优势，快速搭建支撑系统，同时要充分满足学校对学生食堂不断增加的需求。系统信息架构设计注重完整性和拓展性，相互联系的同时不断切入可行信息。

3.2 系统信息架构设计

食堂餐具回收分类系统信息架构包括应用层、计算层、互联层和感知层。不同层有其不同的规定性，而其又有一定的联系性，相互作用，形成一个协同整合的系统。在感知层，智能运输车利用自身的位置信息采集器、传感器和摄像头去采集行进路况和实现自身定位，并与智能回收箱信号配对；在互联层，无线网络把采集到的数据传输，具备控制的终端系统与智能回收箱、智能运输车进行交互；在计算层，终端系统集成各环节数据信息，分析状况，为应用层的智能回收箱与智能运输车进行数据传输、操控及配对，并及时给管理方反馈资讯。

3.3 服务系统模型

为用户创造服务价值和构建完善流程是架构服务系统的目标要求，以创造完整的餐具回收分类系统为核心，以用户需求和管理要求为导向，建立如下图1的智能化学生食堂餐具回收分类系统的服务系统模型。主要构成要素包括终端系统、管理人员、智能运输车、智能回收箱、清洗区、就餐者。终端系统起到数据收集、信息反馈、指挥传达的作用，管理人员也会将收集到的清洗情况与终端系统反馈的数据结合分析，作出进一步的操作调控。智能回收箱与智能运输车是餐具回收和分类的主体要素，就餐者将餐具放入智能回收箱，回收箱完成餐具分类工作并储存至箱体内，当智能运输车接收到终端系统信号后启动回收程序，并与智能回收箱信号配对，回收餐具至清洗区，直至智能回收箱内的餐具清空。

图1 产品服务系统模型

4 智能化学生食堂餐具回收分类系统设计实践

4.1 设计原理

4.1.1 智能回收箱

智能回收箱是一个集回收与分类为一体的智能餐具回收分类装置。在餐具入口处有三根由压力传感器组成的滚轴，餐具轻压滚轴的同时联动通风系统，通风系统的开启能够使箱内厨余气味不溢出并过滤掉。不同类型餐具经由滚轴进入智能回收箱内部餐具分类平台，分类平台上方配备先进的形状识别系统，能够自主通过内置摄像头模块识别餐具类别，摄像头将识别信息转换为信号传输到智能回收箱内部控制系统，而智能回收箱内由不同类别的餐具隔层组成，餐具分类平台接收信号按轨道路线移动到相应餐具隔层前，通过其弹簧伸缩杆控制平台前进与后退，完成餐具放置与平台离开这一系列动作后，平台自动复位，继续下一类别餐具的分类。与此同时，回收箱显示屏同步更新相应餐具数量并反馈到终端系统。

4.1.2 智能运输车

智能运输车也可称为餐具回收车，因其主要作用为回收智能回收箱内的同一类别餐具，并运输至清洗点，而回收同一类别餐具目的是节省清洗分类时间，提高效率。智能运输车本体有控制装置、位置信号采集器、障碍检测装置、语音提醒装置、驱动组件及回收箱体结构等机构。当达到预定时间，即用餐高峰后，终端系统根据当时就餐情况向智能运输车发出回收信号，智能运输车接收回收信号并根据预定路线前往各智能回收箱回收同一类别餐具，当遇到障碍物时，障碍检测装置向控制装置发送障碍物信号，继而控制装置制止驱动直到障碍物信号解除或选择重新规划路线，智能运输车移动到智能回收箱后方后发出位置信号，随后智能运输车回收舱门与智能回收箱餐具输出位置对接后由回收箱内餐具隔层的推送机构将餐具输送至智能运输车内，而回收箱体结构为传输链结构，通过主轴齿轮带动传输链配合回收箱体循环运动，当单一回收箱体回收完毕后通过内部循环运输系统运动使得下一个回收箱体到达指定舱门处接收下一智能餐具回收箱的对应餐具，当智能运输车完成回收任务后自主返程充电，由此完成一次完整的工作过程。

4.2 硬件设计

智能回收箱和智能运输车如图2所示。智能回收箱产品硬件造型设计上，主体以方块切割灵感为外型，圆润的圆角设计及富含科技感的外观，赋予产品干净的、卫生的、包容情感化的形象。依照中国成年人人体尺寸和中国成年人人机尺寸设计的产品的高度、屏幕的大小及按钮大小和排布位置，使智能回收箱整体造型简洁、大气；智能运输车产品硬件造型设计上，以简易长方体为主体，配合以智能底盘和显示屏构成的框架结构，使用与智能回收箱相近色调的外观，橘色点缀，表面材质纹理化处理，使整体造型不失时尚感和科技感。

图2 智能设备及服务设计界面模拟

4.3 服务界面设计

利用互联网平台，设计操作服务界面如图2所示，能够实时监测回收进度与回收情况，并能高效地将各流程数据反馈给管理人员，作为管理方是否介入操控的依据。观察各智能回收车移动位置，记录运输次数与运输餐具的种类，监控其电量使用情况，掌握智能运输车最新进展及健康状况数据。统计整理各种餐具使用数量情况数据得出大概用餐人数，由管理方反馈给各商家，商家及时调整用餐材料或食材数目，能够帮助管理方与商家更好地调整策略，互利互赢，切实为用餐者、管理方及商家提供一个交流、互通的平台。

5 结语

随着社会的快速发展，智能化系统既是适应现代经济和社会发展的需要，也是智能科学研究的实际应用。本着以用户实际需求为基础，结合分析当前存在的问题，提出创想与可行性方案，制定智能化学生食堂餐具回收分类系统的设计策略，设计信息架构，建立服务系统模型，并提出一套可行的智能化学生食堂回收分类系统，为相关智能化系统提供理论研究和设计参考，促进智能化系统向更深入研究和发展。