XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Умная система сбора и доставки онлайн заказов покупателям из крупных магазинов-складов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Современный мир круто меняется. Люди во всем мире все больше ценят свое время. На смену традиционному способу потребления через розничную торговую сеть в магазинах приходят привычки делать покупки он-лайн, через интернет магазины. Сфера общественного питания развивается по тому же пути. Заказ еды на дом и в офис через он-лайн сервисы уже стало для многих обыденным. Однако при отправке заказов интернет-магазины, которые нанимают курьеров или используют службы доставки, сталкиваются с проблемами. Никто не может быть застрахован от внештатных ситуаций, в результате которых заказ может прийти получателю позже заявленного срока, потерять товарный вид или вообще потеряться. Современному человеку важно уверенно и спокойно пользоваться сервисом онлайн, а для этого необходимо усовершенствовать систему сбора и доставки товаров из магазинов, решая возникающие проблемы.
Цель: разработать на базе конструктора LEGO Wedo 2.0 модель крупного магазина-склада, демонстрирующую умную систему сбора и доставки товаров онлайн заказов, позволяющую уменьшить время доставки заказа и увеличить контроль качества товаров.
Задачи:
рассмотреть современные сервисы доставки товаров;
изучить виды существующих сегодня магазинов и выделить те, в которых доступен заказ онлайн;
проанализировать работу одной из компаний по доставке товаров, сформулировать проблемы, которые возникают в процессе обслуживания дистанционно;
привести примеры существующих способов решения возникающих проблем;
разработать и предложить свою идею по усовершенствованию системы сбора и доставки товаров из магазинов, где существуют нерешенные проблемы;
разработать модель «Умная система сбора и доставки заказов покупателям из крупных магазинов-складов» на базе конструктора LEGO Wedo 2.0 и провести демонстрацию.
В качестве источников мы использовали информационный сайт wikipedia, интернет журналы: «Наука и техника» (https://lenta.ru/), «Лайфхакер» (https://lifehacker.ru/). При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2, 3], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [4].
Глава 1. Современные сервисы доставки товаров каждый день
Пару десятков лет назад никто не мог представить, что продукты можно заказать в интернете, и их привезут быстрее чем за час [5]. Но пандемия коронавируса перевернула представление людей о покупках и заставила ретейлеров в короткие сроки изменить принципы работы. Россияне привыкли совершать покупки на маркетплейсах, прислушиваются к алгоритмам на рекомендательных сервисах и охотно пользуются быстрой и безопасной доставкой.
Сервисы доставки продуктов активно развиваются в России не одно десятилетие, но на пике популярности они оказались во время пандемии коронавируса с 2019 года. [6] При этом направление экспресс-доставки продуктов (в течение часа, Рисунок 1.1, Приложение) демонстрирует самые высокие темпы роста в этом году – почти в 43 раза, до 30 миллиардов рублей. Самые популярные сервисы по экспресс-доставке продуктов: «Перекрёсток», «Самокат», «Сбермаркет», «ВкусВилл». После того, как ваш заказ собран и хранится при необходимой температуре, за ним приезжает курьер и везет его до вашего адреса. Он может делать это разными способами: на автомобиле, на велосипеде, пешком. [7] Всегда используется сумка-холодильник для сохранения продуктов свежими.
Самый новый способ доставки — почтоматы (PickPoint, InPost) [8]. Это конструкция с ячейками разных размеров, запертыми электронным замком (Рисунок 1.3, Приложение). Представители службы раскладывают по ячейкам заказы, а покупатели забирают их при помощи электронного терминала, введя уникальный код.
Глава 2. Виды магазинов. Варианты покупки: в магазине и онлайн заказ.
Мы подробно рассмотрели основные виды магазинов (Рисунок 2.1, Приложение) [9]:
Универмаг
Крупный магазин, осуществляю-щий торговлю широким ассортиментом продовольственных и/или промышленных товаров. Чаще всего универсальные магазины располагаются в отдельно стоя-щих зданиях или торговых центрах.
Наличие в универмаге большого ассортимента товаров даёт возможность покупателям приобрести в одном магазине все необходимые товары что упрощает и ускоряет процесс покупки. Для удобства покупателей в универмагах применяют самообслуживание и продажу товаров с открытой выкладкой.
Универсальные магазины по сравнению с другими типами магазинов имеют более высокую рентабельность, меньшие издержки обращения това-рооборота, меньшие эксплуатационные расходы на содержание зданий. Строительство универмага обходится дешевле, чем строительство нескольких небольших магазинов, имеющих в целом та-кой же размер торговой площади.
Супермаркет
Крупный магазин самообслуживания по продаже полно-го ассортимента пищевых продуктов и напитков, а также предметов до-машнего хозяйства (товаров для детей, мыла, порошков для стирки, средств для мытья посуды, предметов санитарии и гигиены, бумажных изделий, книг в бумажных обложках, комнатных растений), товаров для домашних животных (собачьего и кошачьего кормов, предметов гигиены, игрушек и т. п.), автомобильных товаров, по-здравительных открыток, косметики, посуды, бытовой техники и т. п. В некоторых супермаркетах есть свои хлебопекарни, предлагаются различные услуги. Супермаркеты часто являются отделениями крупных торговых сетей.
Магазин шаговой доступности
Небольшой магазин, предназначенный для обеспечения текущих по-требностей живущих неподалеку покупателей. Зачастую расположен непосредственно в самом доме, на его первом или цокольном этаже.
Ассортимент такого магазина состоит из товаров повседневного спроса, поскольку покупки «рядом с домом» совершаются ежедневно и включают в себя основные товары потребительской корзины.
Магазины этого типа предлагают небольшой выбор товаров, в основ-ном бакалеи, мясо-молочной продукции, овощей, фруктов, алкогольных напитков и других пищевых продуктов, а также базовых хозтоваров. Цены, как правило, выше, чем в торговых точках других форматов.
Выставочный зал
Выставочный зал - это помещение для демонстрации предметов, которые имеют общественный интерес. Выставочные залы должны отвечать основным требованиям - вместимость, надежная система безопасности и противопожарной защиты, оснащение соответствующим экспозиционным оборудованием, транспортная доступность и др.
Первоначально выставочными залами были любые крупные сооруже-ния (дворцы, манежи и др.). Организация крупных международных промышленных выставок во второй половине XIX в. привела к необходимости строительства специальных выставочных залов и павильонов.
В области сферы услуг и туризма выставочные залы используются для проведения специализированных выставок сервисного и туристического назначения, и, как правило, являются объектами туристско-экскурсионного показа.
Оптовый клуб - это заведение розничной торговли, предлагающее гражданам и организациям ограниченный ассортимент товаров по низким ценам и невысокий уровень сервиса. Это большие магазины (около 11 000 кв. м), располагающиеся в районах с низкой арендной платой. Интерьеры в оптовых клубах самые простые, полы — бетонные. Проходы достаточно широкие, чтобы можно было подогнать погрузчик, забрать партию товара и довезти ее до места продажи. Сервис практически отсутствует. По-купатели забирают товар с полок и поддонов и оплачивают его в кассах, располагающимся рядом со входом.
Дискаунтер
Магазин сниженных цен магазин с широким ассортиментом товаров по ценам ниже средних рыночных.
Не все перечисленные выше магазины имеют возможность принять заказ онлайн и доставить товар. На сегодняшний день наиболее распространен дистанционный способ покупки в магазинах, супермаркетах, гипермаркетах, которые являются отделениями крупно сети, например сеть «Магнит». Чем больше магазин, тем больше предлагаемый к онлайн заказу ассортимент товара. Это напрямую влияет на скорость доставки.
Глава 3. Проблемы, с которыми сталкивается служба доставки и покупатели при заказе товаров дистанционно. Современные способы решения возникающих проблем.
В нашем городе Тюмень существует несколько сервисов по заказам онлайн и доставке товаров к двери квартиры (дома). Наиболее популярные сервисы: СберМаркет, Самокат, Яндекс еда.
Мы с родителями часто заказываем продукты в СберМаркет. Заказ нам привозят из разных магазинов: супермаркет Лента, магазин Магнит, Магазин-склад МЕТРО. Мы заметили, что в системе всегда указывается примерное время доставки, и оно отличается у всех магазинов. Есть закономерность: чем больше магазин по объему товаров, том больше время доставки.
Мы проанализировали заказы онлайн за последние 7 месяцев. Всего было 72 заказа, в среднем примерно 10 заказов в месяцы, причем, 3 раза мы столкнулись с тем, что заказ привозил курьер с опозданием: 1 заказ был из гипермаркета Магнит-Семейный, 1 заказ- из магазина-склад МЕТРО. Эти два больших магазина отличаются не только большим ассортиментом товаров, но и большой площадью.
Поэтому мы выделили первую проблему при формировании онлайн заказа из больших магазинов: большое время сортировки и сборки заказа.
Вторая проблема, с которой мы столкнулись при интернет заказах – это малый запас в сроке годности товаров. Нам не привозили товар с истекшим сроком годности ни разу, однако продукты с истекающим сроком годности были. Поэтому мы говорим о некачественном товаре (с истекшим сроком годности) как о второй проблеме. Это проблема может возникнуть из-за человеческого фактора – сборщики заказов люди, они могут допустить ошибку и пропустить просроченный товар случайно.
Чтобы минимизировать влияние человеческого фактора на работу помещения для хранения товаров, можно использовать систему, позволяющую осуществлять контроль удаленно, путем автоматической идентификации. При этом скорость обработки и выполнения заявок существенно сокращается, а эффективность деятельности повышается. [10]
Автоматизированная складская система для хранения товаров (ASRS) представляет собой комплекс из стеллажей и специальных подъемно-транспортных устройств, который позволяет производить размещение и сбор грузов без присутствия человека в месте операции. За счет применения современной техники резко снижается потребность в персонале и повышается эффективная площадь склада. Прием и сбор грузов может происходить как с использованием конвейера, так и без такового. Во втором случае дальнейшую обработку товаров в упаковках производят непосредственно операторы
Автоматизация невозможна без использования программ складского учета, которые берут на себя всю работу по адресному размещению грузов. Только комплексная модернизация всех процессов на складе может дать полноценный эффект от внедрения ASRS. Управление автоматизированными складскими системами может производиться как программой в полностью автоматическом режиме, так и с помощью удаленного оператора. Большинство автоматизированных складских систем производится под заказ с учетом специфики стеллажей, грузов и помещения. Поэтому перечисленное оборудование может дополняться конвейерами для транспортировки грузов из зоны приемки или в место погрузки.
Карусельная система хранения. Этот тип автоматизированных складских систем предусматривает подвижную конструкцию ячеек для хранения товаров. Стеллажи разбиты на секции, каждая из которых имеет собственный электропривод и управление. В каждой вертикальной стойке или горизонтальном ряду имеется специальное место для выгрузки товара. При необходимости забора груза включается электропривод, и ячейки начинают перемещаться внутри стеллажа по кругу с помощью цепного механизма. Как только к месту выгрузки подъезжает нужная упаковка, она выталкивается и транспортируется далее автоматически или с помощью погрузчика.
Главным недостатком такой системы является отсутствие возможности изменения размера ячеек. Поэтому такие системы часто используются на производственных складах с гарантированными размерами упаковок.
Лифтовая система хранения. Автоматизированные системы складского хранения товаров лифтового типа построены по типу классических стеллажей. Для перемещения товаров по ним служит специальное подъемно-транспортное устройство (челнок), перемещающееся вдоль полок по направляющим. Преимуществом лифтовых стеллажей является их блочный характер, что подразумевает возможность быстрого масштабирования в длину и высоту. Размер ячеек и механизм захвата также может быть изменен путем простой модернизации или даже программирования. Поэтому ASRS лифтового типа особо популярны на универсальных складах, где размеры тары могут со временем меняться. Минусом такой системы является ограниченное количество окон доступа к товару. Если в карусельной системе на один стеллаж предусмотрено несколько мест для приема/выгрузки грузов, то в лифтовой их может быть одно или два. Главное, чтобы производительность погрузочных механизмов не стала узким горлышком во всем процессе транзита товаров через склад.
Автоматизированная система гравитационных стеллажей. Гравитационные стеллажи представляют собой складские конструкции, которые загружаются с одной стороны, а выгружаются с другой. При этом движение коробок или паллет по всей глубине стеллажа производится по роликам под воздействием собственной силы тяжести. Автоматические механизированные челноки в гравитационной системе ответственны только за погрузку и забор грузов с крайних точек ряда. При комиссионировании крайней паллеты на её место сразу же, без приложения какой-либо силы, перемещается следующая. Такие ASRS целесообразно использовать на оптовых складах с небольшим ассортиментом. Они позволяют использовать очень глубокие стеллажи, максимально увеличивая эффективную складскую площадь. [11]
Глава 4. Умная система сбора и доставки заказов покупателям из крупных магазинов-складов на примере модели из Lego Wedo 2.0
Мы рассмотрели существующие виды магазинов, изучили способы доставки. Мы определили для себя 2 проблемы при доставке, к которым мы предлагаем решение.
Первая проблема – опоздание заказа. Решение – усовершенствовать систему сборки и сортировки заказов по разным районам города (направлениям доставки).
Вторая проблема – недоброкачественный товар с истекшим сроком годности (человеческий фактор – сборщик заказа допускает ошибку). Решение – установка сканера товара на сортировочном конвейере для контроля срока годности и механизма сброса такого товара.
4.1 Структура магазина-склада, назначение составных частей
Нашу модель мы расположили на большой пластине lego.
Всего мы выделили и сконструировали отдельно 3 части модели, затем соединили из в единую умную систему магазина (Рисунок 4.1.1, Приложение):
Магазин-склад
Здесь мы установили высокие стеллажи с товаром, кассу, покупателей, оформили красиво стены и вход.
Сортировочный конвейер
Он включает в себя конвейер для перемещения товара в зону доставки, корзину для сброса товара с истекшим сроком годности.
Зона сортировки товара по направлениям доставки
В этой зоне установлен сортировочный блок, который сканирует товар (заказ) и перемещает его в нужную сторону для загрузки в грузовик данного направления доставки. В этой части также расположены подъездные пути для больших грузовиков.
4.2 Механические передачи сортировочного пути Умной системы
Для перемещения товаров от части 1 «магазин-склад» к части 3 «сортировка по направлениям доставки» мы сконструировали конвейер (Рисунок 4.2.1, Приложение). Он запускается напрямую от мотора 1.
Во второй части также расположен сложный механизм для сброса товара с истекшим сроком годности, состоящий из понижающей зубчатой передачи, осевой передачи и реечной передачи (Рисунок 4.2.1, Приложение). Понижающая зубчатая передача имеет передаточное отношение 20/12=5/3, что показывает о увеличении усилия от мотора и снижении скорости [4]. Механизм сброса товара с конвейера запускает мотор 2.
В третьей части сортировка по направлениям доставки работает от мотора 3 через угловую зубчатую передачу без изменения начальной скорости мотора (передаточное отношение равно 1, так как ведущая и ведомая шестерни одного размера, промежуточные шестерни не изменяют передаточное отношение). Далее через осевую передачу движение передается на кулачек, он вращается и толкает товар направо или налево – так работает кулачковый механизм (Рисунок 4.2.2, Приложение). Мы выделили всего 2 направления доставки: центр города и микрорайоны.
4.3 Назначение умных датчиков
В нашей модели умной системы магазина мы установили 2 датчика (Рисунок 4.3.1, Приложение). Первый датчик расположен в части 2 и служит для контроля качества товара. Датчик расстояния будет реагировать на мах руки оператора, который увидит в компьютере, что товар просрочен. Сигнал от датчика дает стар мотору для запуска рычага для сброса просроченного товара.
Второй датчик расположен в части 3. Это датчик наклона. В зависимости от наклона запускается или останавливается мотор для сортировки товара по направлениям: положение «прямо» - мотор выключен, сортировки не происходит; положение «носом вниз» - мотор включен по часовой стрелке, сортировка направо; положение «носом вверх» - мотор включен против часовой стрелке, сортировка налево.
4.4 Программа для запуска модели
Программа для запуска подвижных частей модели состоит из шести подпрограмм: для первого мотора 4 подпрограммы (Рисунок 4.4.1, Приложение), для второго и третьего мотора по одной, у каждого мотора свой индекс. Передача команд между подпрограммами осуществляется с помощью передачи писем. Программы содержат как линейный код, так и циклический.
4.5 Демонстрация работы Умной системы
Презентация проекта представлена в виде фотографий на Рисунке 4.5.1 Приложения. В нашей модели 3 мотора, 2 датчика и 3 коммутатора, которые подключены к 1 компьютеру.
Как только онлайн заказ поступил в службу доставки Магазниа-склада, сборщики товара формируют посылку в части 1 нашей модели, затем кладут её на конвейер. При передвижении посылки по конвейеру в части 2 нашей модели, весь товар сканируется и при обнаружении товара с истекшим сроком годности оператор дает команду на сброс и утилизацию такого товара. После срабатывания датчика расстояния конвейер останавливается, и рычаг толкает просроченный товар в корзину для утилизации. После прохождения части 2 посылка попадает в часть 3, где оператор отслеживает информацию по посылке и дает команду сортировочному блоку передвинуть посылку в сторону грузовика, который следует в указанном направлении доставки. В нашем проекте 2 направления доставки: Центр города и микрорайоны. Далее посылка укладывается в грузовике, Грузовик ждет определенное время для сбора всех посылок для доставки в определенное время покупателям и выезжает.
Заключение
Мы рассмотрели современные сервисы доставки товаров. Пик популярности сервисов доставки интернет-магазинов пришелся на время пандемии коронавируса с 2019 года. Особенно популярно сейчас направление экспресс-доставки продуктов в течение часа. В основном онлайн заказы реализуют магазины, супермаркеты, гипермаркеты, которые являются отделениями крупных сетей, например сеть «Магнит», сеть «Лента» и др.
Мы столкнулись с двумя проблемами в процессе пользования сервисов интернет-заказов: во-первых, опоздание курьера при ожидании заказа из больших магазинов по причине большого времени на сортировку и сбор товара, во-вторых, малый запас в сроке годности товаров, то есть низкий контроль качества товара при сборке заказов по причине «человеческого фактора».
Мы предлагаем усовершенствовать систему сбора и доставки заказов из крупных магазинов-складов. Мы сконструировали модель на базе конструктора LEGOWedo 2.0, которая демонстрирует нашу идею. Модель Умной системы магазина запускается от 1 компьютера, имеет 3 мотора, 2 датчика, 3 коммутатора. Сложные механические передачи запускают подвижные части модели и демонстрируют наш вариант решения существующих проблем. Во первых, для уменьшения времени доставки заказов мы разработали сортировочный блок, в котором все заказы делятся автоматически по направлениям доставки (выделяются несколько крупных районов города), загружаются в грузовик и доставляются строго по времени. Во вторых, для улучшения контроля качества товара мы предлагаем сканировать заказы в момент их перемещения по конвейеру от склада в сортировочный блок. Сканер точно определит срок годности товаров, конвейер остановится, и некачественный товар будет сброшен в отсек для утилизации. Так мы избежим «человеческого фактора»
Данный проект может быть использован на внеклассных занятиях по теме системы сортировки и грузоперевозки товаров, а также на занятиях по робототехнике при изучении механических передач и умных роботизированных систем.
Список используемой литературы:
Курс «Лаборатория роботов», курс «Робототехнический Центр», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319с;
Интернет источники:
https://lenta.ru/articles/2021/12/07/shop/
https://lifehacker.ru/pochemu-my-ne-xodim-v-supermarkety/
https://vc.ru/food/64666-kak-rabotaet-servis-dostavki-produktov-iz-gipermarketa
https://www.insales.ru/blogs/university/sposoby-dostavki-dlya-internet-magazinov
https://kartaslov.ru/
https://www.cleverence.ru/articles/biznes/skladskaya-logistika-upravlenie-i-optimizatsiya-opredelenie-zadachi-funktsii-organizatsiya-na-predpr/
https://www.ekam.ru/blogs/pos/avtomatizirovannye-skladskie-sistemy
Приложение
|
Рисунок 1.1 Процесс заказа продукции онлайн |
|
Рисунок 1.2.1 Доставка заказов курьерами на велосипедах |
|
Рисунок 1.3 Почтомат PickPoint |
|
Рисунок 2.1 Виды магазинов: Универмаг, Супермаркет, Магазин у дома, выставочны зал, Оптовый клуб, Дискаунтер |
|
Рисунок 3.1 Автоматическая складная система для хранения товаров |
|
Рисунок 3.2 Карусельная система хранения товаров |
|
Рисунок 3.3 Лифтовая система хранения товаров |
|
Рисунок 3.4 Автоматизированная система гравитационных стеллажей |
|
Рисунок 4.1.1 Процесс сборки и общий вид модели Умной системы в магазине |
|
Рисунок 4.2.1 Мехонизм транспортировки товара из зоны 1 в зону 3: конвейер. Механизм сброса товара с истекшим сроком годности: понижающая зубчатая передача, осевая передача и реечная передача |
|
Рисунок 4.2.2 Механизмы сортировки товара по направлениям доставки: угловая зубчатая передача и кулачковый механизм |
|
Рисунок 4.3.1 Датчики Умной системы магазина: датчик расстояния и датчик наклона |
|
Рисунок 4.4.1 Программа для запуска модели «Умная система магазина» |
|
Рисунок 4.5.1 Презентация работы модели «Умная система магазина» |