基于預(yù)測顧客量的智能送筷機創(chuàng)新設(shè)計*

劉 軍，鄧澤欽，羅覓知

（西南大學工程技術(shù)學院，重慶 400716；2.重慶機床（集團）有限責任公司，重慶 400055）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們越來越重視環(huán)境保護和工作效率問題。減少木材砍伐是我國能源和環(huán)保領(lǐng)域的一個長期而重要的使命。而一些小小的科技發(fā)明，大大提高了人們的工作效率及勞動質(zhì)量。近年來，有許多學者在送筷機領(lǐng)域有一定的研究，目的都是為了采用方便、簡單的裝置實現(xiàn)取筷的自動化及智能化[1-2]。許多大型的酒店、餐館都配有類似出筷機的裝置。然而，這些送筷機在一定程度上存在這樣或那樣的缺陷，且功能較為單一。例如能出筷的許多卻不能消毒；能消毒的不能自動出筷；結(jié)構(gòu)簡單了，按鍵卻不夠靈敏等問題。如今，做生意進入了統(tǒng)計預(yù)算的時代，用一周的顧客量可以預(yù)算出一月、一季度甚至一年的顧客量；通過預(yù)測出的顧客量，便可以預(yù)算處未來的盈利狀況，并對效益作出估計。此外，可以參考近期的顧客量，決定接下來該買多少菜、雇多少服務(wù)員等來適應(yīng)顧客需要。因此，統(tǒng)計并預(yù)測顧客量具有很大的實用意義。

本文在對傳統(tǒng)智能送筷機研究的基礎(chǔ)上，利用叉形桿對送筷機下料結(jié)構(gòu)進行了改進設(shè)計，一定程度上解決了卡筷、效率低等問題。并針對餐廳的規(guī)模和大小的不同，生產(chǎn)不同規(guī)格大小的裝置來滿足各處的需求。另外，利用中間值加權(quán)累和法設(shè)計了一種具有預(yù)測顧客量功能的創(chuàng)新型智能送筷機，可為餐館、酒店等決策者對未來的決策規(guī)劃提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 傳統(tǒng)智能送筷機結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 智能送筷機各機構(gòu)設(shè)計

根據(jù)功能要求，智能送筷機由下料機構(gòu)、消毒機構(gòu)及出筷機構(gòu)組成。下料機構(gòu)是將筷子放入機體盒中，常見的筷子盒很容易出現(xiàn)筷子被卡住的現(xiàn)象，但放筷較為容易。是出筷時能夠成對出筷，大大減小了筷子被卡住的概率，但放筷較為麻煩，只能一個一個放入，如圖1所示。且會出現(xiàn)其他形式的卡筷情況，尤其是在放最底層的時候。

消毒機構(gòu)常采用臭氧消毒，必要時可在機體內(nèi)增加紫外線。其出筷機構(gòu)一般采用的是按鍵，容易損壞。創(chuàng)新型的智能送筷機出筷機構(gòu)采用了紅外線感應(yīng)式，這樣可以減少了送筷機受力的可能，避免因受力過大造成的機器損傷。另外，出筷口設(shè)計在智能送筷機的正面。消毒時，出口成關(guān)閉狀態(tài)，消毒完后自動打開。

圖1 傳統(tǒng)筷子消毒機下料機構(gòu)

1.2 下料機構(gòu)的改進設(shè)計

為盡量避免卡筷等情況的發(fā)生，本文給下料機構(gòu)設(shè)計了一個可以逐漸降低的叉形桿。如圖2所示。

圖2 改進后的下料機構(gòu)

叉形桿的把手可以被取下。放筷前，先將叉形桿置于頂部，這樣可以使能放筷子的槽的深度略大于筷子直徑；放筷子的過程中，使筷子方形頭朝出筷方向，將筷子平鋪，使筷子成對放在槽內(nèi)；放滿后，將叉形桿向下調(diào)一層，再放第二層筷子。依次類推，直到叉形桿合入智能送筷機底部的槽中；取下把手，關(guān)上能掩住叉形桿軌道的推拉門即可。

2 統(tǒng)計顧客量機構(gòu)及預(yù)算統(tǒng)計量的創(chuàng)新設(shè)計

2.1 顧客量計數(shù)

為了將抽樣調(diào)查的統(tǒng)計量進行長期顧客量的一個預(yù)測，智能送筷機使用電子計數(shù)器[3]，而預(yù)測長期顧客量也由智能送筷機自動生成。若智能送筷機內(nèi)的筷子用完，計出的數(shù)字不會消失。重新放入筷子后，可以繼續(xù)原來的統(tǒng)計，直到人工將其歸零或儲存。智能送筷機內(nèi)部裝有可以隨時充電的鋰電池和蓄電池，如同許多緊急燈平時插電使用，在停電時可以用存有電量的電池。這樣，便可以應(yīng)對停電的情況。每天，智能送筷機將從0點整到24點整自動進行顧客量統(tǒng)計，并在24點末時將數(shù)據(jù)儲存并重新歸零。當然，統(tǒng)計時間及周期可以改變。

顧客量統(tǒng)計機構(gòu)將被安置在智能送筷機的的外桶的端蓋上，方便人們進行輸入。統(tǒng)計輸入和顯示器采用觸屏式，位于外桶端蓋上。使用時，先將內(nèi)桶放入外桶，再蓋上端蓋。簡圖如圖3所示。

圖3 智能送筷機外觀簡圖

2.2 平均值加權(quán)求和法

相比普通出筷機，智能送筷機除了能統(tǒng)計儲存顧客量，還可以對顧客量進行年度預(yù)測。預(yù)測采用平均值加權(quán)求和[4]的方法。平均值加權(quán)求和法即利用已統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，用求平均值的方法預(yù)算出未知值，然后用平均值乘以天數(shù)，再將所得乘積值求和得到，公式表示為：。式中ti為相鄰兩個統(tǒng)計時刻相隔的天數(shù)；為相鄰兩個統(tǒng)計量的平均值；Ti為每個統(tǒng)計量。

假定某食堂2011年內(nèi)統(tǒng)計并儲存的日子為四天，每天顧客量見表1。

表1 某食堂顧客量統(tǒng)計表

四個抽樣時間相隔分別為71天、95天、145天和50天。它們之間顧客量的平均值分別為366.5、622.5、621和365。則一年顧客量人次的預(yù)測值為195 429人。由于顧客量通常在一年中成非線性曲線變化，用加權(quán)平均值求和法只有在天數(shù)越多的情況下越接近準確值。因此預(yù)測長期顧客量盡量在統(tǒng)計儲存次數(shù)較多的情況下進行。

3 仿真與實驗結(jié)果分析

采用仿真軟件MATLAB中的擬合算法，對實際顧客量曲線、實際用筷量曲線、預(yù)測用筷量曲線進行擬合[5]，對用預(yù)測用筷量來判斷實際顧客量的可靠程度進行分析。

3.1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理

表2為某中型包子店在一天24小時內(nèi)顧客量及筷子使用量的統(tǒng)計表。

表2 某包子店一天24小時內(nèi)顧客量及筷子使用量統(tǒng)計表

為了研究用預(yù)測用筷量來判斷實際顧客量的可靠程度，用一天的統(tǒng)計分析來推斷一年的統(tǒng)計分析。因為一天之內(nèi)不同時間段顧客量變化很大，而天與天之間顧客量變化較小，因此用一天的情況來推斷一年的情況是可行的。對此，對筷子使用的對數(shù)進行取樣。樣本1含有8個單元，樣本2含有11個單元，如表3所示。

表3 筷子對數(shù)取樣表

表4 中間值加權(quán)累和填充表

用平均值加權(quán)求和的方法對該表進行填充，如表4所示。

表中加粗字體為填充項。比較填充的同列數(shù)值，如：早上8點的85對和167對，不難發(fā)現(xiàn)，有的填充值相差很大。即樣本容量不同，產(chǎn)生的預(yù)測結(jié)果也不相同。

3.2 曲線擬合及結(jié)果分析

用預(yù)測用筷量來判斷實際顧客量的可靠程度，對各曲線進行擬合。設(shè)計出Matlab程序[6]，將顧客量、筷子、樣本1及樣本2的擬合曲線進行比較，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 仿真結(jié)果

在圖4（a）中，可以看出，一天內(nèi)不論是什么時間，筷子使用量與顧客量基本相同。顧客量曲線微微在筷子使用量曲線的下方。分析原因：筷子可能少用的原因主要是有人用勺子或其他餐具吃食物。由于是包子店，絕大部分人們還是會用到筷子?？曜佣嘤玫脑蛑饕怯腥擞每曜訒r筷子不小心掉在了地上。整體上看，筷子使用量和顧客量基本相同，因此，用筷子使用量來代表顧客量可行。

在圖4（b）中，樣本二比樣本一更接近準確值。也就是說，樣本的容量越大，最后預(yù)測的長期筷子使用量值越準確。由于人的飲食規(guī)律的原因，顧客量在一天24小時中會出現(xiàn)急升和急降的情況，因此用平均值加權(quán)求和的辦法算得的值偏差可能會較大。避免偏差大的方法便是多收集樣本。而以一天為單位來進行統(tǒng)計則不會出現(xiàn)這樣的狀況，因此數(shù)據(jù)會更加準確。

根據(jù)各數(shù)據(jù)曲線擬合實驗可以得出：用餐廳中的使用筷子數(shù)來預(yù)測相應(yīng)的顧客量數(shù)可行；用智能送筷機統(tǒng)計筷子數(shù)并用來預(yù)算相應(yīng)的顧客量總數(shù)方法可行。統(tǒng)計的樣本容量越大，預(yù)測值越準確。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理的結(jié)果來看，可以用平均值加權(quán)求和的方法來預(yù)測未統(tǒng)計期間的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本文設(shè)計的智能送筷機利用叉形桿機構(gòu)減小了下料時間，提高了工作效率。另外利用平均值加權(quán)累和法統(tǒng)計了某包子店的顧客量，并以此為基礎(chǔ)，預(yù)測出次包子店的近期顧客量，管理者可根據(jù)近期顧客量，預(yù)測出店的經(jīng)濟效益，并可對近期雇用服務(wù)員數(shù)量等作出規(guī)劃。實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的智能送筷機能較好預(yù)測一段時期內(nèi)的顧客量，在一定程度上可以作為餐館、酒店等決策者對未來的決策規(guī)劃的參考數(shù)據(jù)。

［1］周振營.強力餐具消毒劑［J］.人民軍醫(yī)，1985（08）：30-31.

［2］楊志斌.紅外線傳感器的原理及維修［J］.江蘇冶金，2000（04）：65-66.

［3］張培澤.電子計數(shù)器［J］.儀表技術(shù)與傳感器，1996（08）：43-44.

［4］百度百科.加權(quán)平均值［EB/OL］.http：//baike.baidu.com/view/1159328.htm，2012.

［5］石振東.誤差理論與曲線擬合［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2010.

［6］許麗佳，穆炯.MATLAB程序設(shè)計及應(yīng)用［M］.北京：清華大學出版社，2011.