XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
«Мы гарантируем движение!» модель подземных грузоперевозок с помощью конструкторов Lego Education WeDo 2.0. и LEGO Education SPIKE Essential
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Наша команда «Миньоны» изучила способы перевозки груза по городу Пенза. Мы выяснили, что одной из причин медленной доставки являются автомобильные пробки.
Мы предлагает перевозить грузы под землей! И даже использовать для этого подземные реки. Сегодня каждый крупный город борется с хронически перегруженными улицами и ищет концепции сокращения индивидуальных и грузовых перевозок. В этом и состоит актуальность нашего проекта.
Цель работы заключается в проектировании и разработке модели подземных грузоперевозок с помощью конструкторов Lego Education WeDo 2.0. и LEGO Education SPIKE Essential.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить и проанализировать проблему доставки грузов в г. Пенза;
Изучить нестандартные варианты доставки груза;
Сконструировать модель подземных грузоперевозок с помощью конструкторов Lego Education WeDo 2.0. и LEGO Education SPIKE Essential.
Для реализации проекта мы предлагаем в самых популярных местах нашего города поставить контейнеры для сбора груза. Любой человек может опустить свою посылку, и она будет доставлена адресату максимально быстро. Каждый контейнер соединен с подземным сортировочным цехом, где происходит сортировка посылок по цвету. Отсортированные посылки отправляются по различным транспортировочным лентам и даже по подземным рекам в определенную часть нашего города.
При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей», при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах, при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехники.
Глава 1. Изучение проблемы доставки грузов в городе Пенза
Пенза – город в Российской Федерации, административный центр Пензенской области, расположен на реке Сура. Город расположен на юго-востоке Европейской части России.
Пенза – крупный промышленный и культурный центр Центральной России, железнодорожный и автодорожный узел, в городе находится аэропорт. Ведущая отрасль городской промышленности – машиностроение. Пензенская фабрика «Маяк революции» выпускает высшие сорта бумаги. В городе действуют предприятия деревообрабатывающей, пищевой, фармацевтической промышленности. В городе находится ботанический сад, близ Пензы – климатический курорт Ахуны.
Транспортировка товаров — это многосложный процесс, состоящий из ряда подготовительных этапов. Протяженность пути в большинстве случаев исчисляется километрами, и за это время с товаром может произойти все что угодно. Неправильная перевозка грузов может привести к деформации конструкции, к появлению вмятин и забоин.
Перевозка товаров — один из самых ответственных видов хозяйственной деятельности, в которой отправитель и заказчик должны соблюдать необходимые требования и условия. Во время заключения договора на перевозку товаров грузоотправитель должен предоставить необходимые бумаги. В их числе пропуски и допуски, подтверждающие возможность транспортировать груз в места погрузки и выгрузки. Упаковкой товара и приведением его к нормальным условиям перевозки занимается грузоотправитель, со стороны же перевозчика гарантируется сохранность и оперативная доставка.
Для того, чтобы груз прибыл на место без механических повреждений в установленный срок, необходимо соблюсти правила транспортировки грузов:
Масса перевозимого груза и распределение величин по осям должны соответствовать нормам, установленным компанией для данного транспорта.
Во время всего движения ответственность за крепление, размещение и состояние груза несет водитель транспортного средства.
К транспортировке допускаются грузы, которые не ограничивают водителю обзор, не нарушают устойчивость и не затрудняют управление.
Перевозимый товар должен быть экологически безопасен, не создавать шум и не загрязнять дорогу.
В случае нарушения этих пунктов водитель имеет право прекратить движение.
Существуют грузы особой категории, перевозка которых осуществляется в специальных транспортных средствах. Транспортировкой таких изделий могут заниматься лишь те компании, которые имеют лицензию, разрешения и пропуски. Несоблюдение требований может привести к нарушению целостности товара, а также к его полной физической утрате.
Если груз прибывает в пути длительное время, то риск его повреждения возрастает. Например, может отойти крепление, и это приведет к потере устойчивости груза и его падению. Тяжелый товар выдержит такой удар, а хрупкое изделие повредиться. И во многих случаях виноват в этом не водитель транспорта, а грузчики, которые отвечали за фиксацию тросов и веревок. [6]
1.1 Главные проблемы транспортной логистики
Необходимость в предоставлении логистических услуг обусловлена ростом числа звеньев в цепочке на пути товара от производителя к потребителю. Каждое звено, представленное компанией-перевозчиком или посредником, повышает итоговую цену продукта, поэтому поиск оптимального пути очень важен для уменьшения времени и стоимости доставки товара.
Растут объемы производства, и обостряется конкурентная борьба между компаниями, особенно на международном рынке. Любое преимущество может оказаться решающим в вопросе выживания компании, поэтому роль логистики увеличивается год от года. К процессам, эффективность которых оценивает логистика, относятся: перевозка, складирование, способы доставки потребителю.
Основные проблемы развития логистики заключаются в несовершенстве транспортной инфраструктуры. Особенно ярко это проявляется, когда в доставке товара задействованы разные виды транспорта. Первыми это почувствовали те российские компании, которые начали выходить на международный уровень. Здесь стал важен не только транспорт, но и средства связи и технологии доставки. Их использование позволяет до минимума сократить простои транспортных средств, снизить издержки на аренду складов и разгрузку.
Множество крупных предприятий были вынуждены создать собственные транспортные сети и распределительные центры.
Значение доставки в условиях конкуренции высока – часто побеждает та компания, которая сумеет доставить товар до места сбыта быстро и с меньшими затратами. Во многом рынок в регионах был сформирован именно этими факторами.
Замедляют развитие транспортной логистики следующие проблемы логистики в России:
износ и устаревание транспортных средств;
износ транспортной инфраструктуры – дорог, погрузочных терминалов;
низкие показатели работы – как из-за квалификации самих работников, так и в связи с плохим управлением (низкая зарплата, отсутствие контроля и поощрений);
неправильное построение маршрутов доставки;
низкий уровень координации между звеньями транспортной цепи.
Факторы влияния на развитие транспортной логистики.
Все вышеперечисленные современные проблемы логистики ведут к повышению стоимости и сроков доставки товаров, что сказывается не только на отдельной отрасли, но и на всей экономики: падают темпы развития и снижается конкурентоспособность товаров на мировом рынке. [5]
Таким образом, возникла потребность в разработке более удобного и нового способа доставки грузов.
Глава 2. Нестандартные варианты доставки грузов
В некоторых частях нашего огромного мира до сих пор нет традиционных средств доставки, к которым давно привык наш цивилизованный мир. Вот к примеру, есть такие места на планете куда сегодня просто не возможно доставить почтой письма или другую корреспонденцию, так как на карте мира есть еще не мало государств, где просто не существует такого понятия как почтовая служба. Но оказалось, что все традиционные средства доставки даже и не претендуют на эту самую монополию. В мире имеется не мало альтернативных средств по доставке тех же самолетов, автомобилей, кораблей, а также любого возможного габаритного груза. Мы нашли самые необычные способы доставки грузов, с которыми мы хотим вас познакомить.
1) Витязь ДТ-30
Изначально этот двухзвенный вездеход на гусеничном ходу был разработан в нашей стране в 1960 году и представлялся в качестве военного тягача. В последующем данный вездеход был переориентирован под гражданские перевозки. Эта техника ориентированна на перевозки в условиях Крайнего севера, Сибири, Дальнего Востока, Арктики и Антарктики, а также предназначена для перевозок по грунтам с низкой несущей способностью.
А это означает, что этот "Витязь" может передвигаться и по болоту, и по снежной целине, по бездорожью, по пересечённой лесистой местности при температурах экстремальных климатических условий (от +40 до -50 градусов).
2) Проект 12322 "Зубр"
В тех областях России и даже в любой другой части света, где просто нет и не существует никаких дорог, то на помощь всегда может прийти грузовое судно на воздушной подушке. Чтобы точно знать, что ваш нужный груз доставят куда угодно, то необходимо выбрать для себя самый надежный в мире грузовой автотранспорт на воздушной подушке. Это конечно же надежный корабль "Зубр" разработанный еще в Советские годы. Он является самым большим в мире кораблем на воздушной подушке.
Данная техника отлично подойдет для доставки посылок и грузов именно туда, куда не проедет ни одна морская техника в мире. Правда сразу здесь надо отметить, что воспользоваться этим кораблем в гражданских целях у вас не получится. Но тем не менее, все-равно вы можете быть на сто процентов уверенны, что во многих Северных морских районах нашей необъятной России действуют несколько почтовых кораблей на воздушной подушке, которые тоже были когда-то разработаны нашими инженерами в те далекие Советские годы, которые до сих пор по-прежнему остаются надежными помощниками по доставке не только грузов в непроходимые Арктические районы России, но и перевозят людей с материка на Северные острова.
3) Доставка на собачьих упряжках
Это одно из самых старинных средств почтовой связи во всем мире. Удивительно, но это факт, этот вид доставки до сих пор применяется в некоторых районах нашей планеты. В прошлые времена этот вид собачьей почты был придуман для доставки писем, бандеролей, посылок и других различных грузов в отдаленные малонаселенные районы России, Канады, Аляски и Северной Европы.
Так например, в нашей стране в 19 и в 20 веке собачьи упряжки применялись в районах северной части Сибири, на Камчатке и конечно в других недоступных для автотранспорта регионах страны.
В тяжелых климатических условиях, где не выдерживает техника, собаки просто незаменимы в качестве подобного транспорта. Благодаря труду специально обученных собак многие районы Крайнего Севера не были отрезаны от материковых частей Северных регионов страны.
4) Самолет АН-225
Грузовой самолет АН-225 является самым большим в мире грузовым авиалайнером. Этот самолет может перевозить грузы массой до 250 тонн на огромные расстояния.
Благодаря своей грузоподъемности эта авиатехника вмещает в себя: 16 десятитонных морских контейнеров, 50 легковых автомобилей. Также самолет может перевозить и автосамосвалы на подобии "БЕЛАЗА". Данный самолет способен перевозить еще и огромные турбины с генераторами весом до 200 тонн.
5) Вертикальная система транспортировки "Genetal Motors" Vert-A-Pac
Компания "GM" в 70-е годы разработала уникальную систему транспортировки новых автомобилей железнодорожным транспортом. Благодаря своей вертикальной загрузке данных автомобилей, в один вагон удавалось вмещать 12 автомобилей.
Эти специальные вагоны разрабатывались Американским производителем ж/д вагонов по заказу компании "Genetal Motors". В последующем сам производитель вагонов свернул свою деятельность, в результате чего специальные грузовые вагоны для перевозки автомобилей больше не выпускались.
Жаль конечно, что подобная идея не получила широкого распространения в мире грузоперевозок.
6) Пневматическая почта
Это самый особый вид транспортировки грузов, который представляет собой систему перемещения небольших почтовых отправлений по специальным вакуумным трубам за счет сжатого или разряженного воздуха. Для такого перемещения писем или легких грузов используются специальные контейнеры.
В середине 19 века этот вид пневмотранспорта получил распространение во многих крупных городах мира. Впервые пневматическая почта начала использоваться в Лондоне в 1853 году. Далее пневмопочта стала распространяться по всем крупным странам Европы. В 1890-х годах пневмопочта пришла и в Америку. Например, подобная почта использовалась в городе Нью-Йорке. Данная технология позволяла перемещать по трубам от 400 до 600 писем со скоростью 50 км/час. Трубы находились под землей и не далеко от ее поверхности. За день пневмопочта пересылала около 95 тысяч штук писем.
К большому сожалению, из-за экстремальных эксплуатационных расходов пневмопочта со временем фактически просто исчезла по всему миру. На смену ей пришли транспортные средства, которые перевернули представление о мире в начале 20 века.
7) Доставка сообщений голубиной почтой
Если вам необходимо доставить письмо в то место, где нет интернета или традиционных почтовых средств связи, в том числе и туда, куда стоимость такой доставки письма будет составлять ровно такую же сумму, сколько будет стоить доставить большую партию промышленного груза, то тогда вам необходимо сразу же вспомнить о забытой человечеством голубиной почте.
Да, это не совсем современно и вроде бы как необычно на сегодня, но тем не менее, не сомневайтесь нисколечко, голуби действительно знают, куда нужно лететь при любой погоде. Благодаря своим природным инстинктам (самоориентация в пространстве, самонаведение курса и т.п.) ваше "голубиное" письмо (можете не сомневаться) долетит до нужного вам адресата.
8) Ракетная почта
Не смотря на то, что этот необычный данный вид средств доставки не применялся фактически ни где в мире, все-равно в истории развития средств связи этот вид транспортировки несколько раз был уже опробован. Так к примеру, в качестве эксперимента по такой доставке была использована реальная военная ракета, с которой были удалены взрыватель и боезаряд, которую и запустили с палубы Американской подводной лодки ВМС США. Эта ракета пролетела около 160 километров и доставила до заданного пункта назначения 3000 штук писем.
9) Грузовой корабль "MV Blue Marlin"
Когда вам необходимо перевезти корабль через море или через океан, то на помощь может прийти Голландское полупогружаемое грузовое морское судно «MV Blue Marlin». Этот грузовой водный транспорт специально был построен, чтобы справляться с тяжелыми задачами транспортировки морских судов.
Корабль Blue Marlin отлично подойдет для транспортировки морских нефтяных вышек, а также самых больших двигателей в мире или для крупным морских радиолокационных систем.
10) Грузовые космические ракеты доставки на "МКС"
Международная космическая станция (МКС), что находится в космическом пространстве на определенной заданной орбите от земли, время от времени нуждается в доставке необходимых грузов для поддержания своей работоспособности в условиях космоса и для жизнедеятельности самих космонавтов. И поэтому, чтобы доставить груз в космос сегодня используются ракетоносители.
Это самый необычный и самый дорогой в мире способ по доставке грузов. Обычно, находящейся в контейнере груз помещают в верхнюю часть ракеты, которая находится на стыке со взрывоопасными отсеками ракеты. Ну а чтобы запустить такую ракету достаточно всего лишь зажечь топливо и корабль тут-же отправиться в космическое пространство. На удивление многих, не смотря на взрывоопасность данного транспорта и на сложные технологические трудности этот вид транспортировки работает надежно вот уже долгое время. [4]
Глава 3. Конструирование модели подземных грузоперевозок с помощью конструкторов LegoEducationWeDo 2.0. и LEGO Education SPIKE Essential
Изучив проблемы грузоперевозок в Пензе, а так же логистику в России, мы стали разбираться со способами доставки грузов. Рассмотрев самые необычные способы, мы начали искать способы доставки грузов не используя дороги. Мы вспомнили, что через всю Пензу протекает река Сура и решили что это нам поможет.
Рис.1. – Схема проекта
Рис.2. – Макет проекта
Первая автоматическая подземная лента построена с использованием ремённой передачи. Ремённая передача – это два шкива соединенные ремнем. Когда одно из колес начинает крутиться, крутящий момент с помощью ремня передается на второе колесо и приводит его в движение. Для подъема посылок на поверхность мы сконструировали ножничный подъемник, который работает с помощью червячной передачи. Это очень удобно для механизмов, которые нужны для поднятия и удержания груза без нагрузки на мотор.[1]
Данная часть проекта содержит два мотора и один смартХаб.
Рис.3. – Первая автоматическая подземная лента и подъемник
Отсортированный груз может пойти по второй автоматической подземной ленте, которая построена с использованием зубчатой передачи. Зубчатая передача – механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой. По транспортной ленте груз подъезжает к манипулятору, который перенаправляет груз в одном из двух направлений: по подводным рекам или переносит груз на третью транспортную ленту. Манипулятор снабжен поворотным механизмом. [3]
Рис.4. – Вторая автоматическая подземная лента и манипулятор
Если груз перемещается по третьей транспортной ленте, то он доезжает до пункта назначения и с помощью грузового лифта все посылки, ящики, мешки и коробки поднимаются на поверхность земли. Для создания транспортной ленты мы использовали балки и ремни, а лифт сконструирован с помощью механизма «катушка». Мы запрограммировали механизм движения катушки на закручивание и раскручивание троса.
После того как весь груз оказывается на поверхности земли, то можно вызвать грузовую машину. Такая услуга пригодится, если вам нужно доставить заказы клиентам максимально быстро. [2]
Рис.5. – Третья автоматическая подземная лента и грузовой лифт
При работе над нашим проектом мы изучили подземные реки нашего города. Это реки Шёлоховка и Кашаевка. Река Кашаевка - это полноводная река с сильным течением. Кашаевка является притоком реки Суры и протекает в черте города Пенза. Поэтому мы решили создать речной подземный путь для доставки груза. Манипулятор загружает на плот посылки, ящики, мешки и коробки и они по водному пути отправляются из центра города к реке Сура, где могут быть погружены на речной транспорт для дальнейшей перевозки. Модель плота мы сконструировали с помощью конструктора LEGO Education SPIKE Essential.
Рис.6. – Речной подземный путь для доставки груза и плот
В нашем городе по подземным транспортным лентам и речной подземным путям можно будет доставлять груз из одного района в другой. Такой способ доставки очень быстрый, надежный, не зависит от наземных пробок и погодных условий и не наносит вреда окружающей среде.
Заключение
В ходе данной работы нами была изучена и проанализирована проблема доставки грузов в городе Пенза. Мы выяснили, что существует ряд причин, которые замедляют развитие транспортной логистики:
износ и устаревание транспортных средств;
износ транспортной инфраструктуры – дорог, погрузочных терминалов;
низкие показатели работы – как из-за квалификации самих работников, так и в связи с плохим управлением (низкая зарплата, отсутствие контроля и поощрений);
неправильное построение маршрутов доставки;
низкий уровень координации между звеньями транспортной цепи.
Таким образом, мы начали искать новые пути доставки грузов, изучили самые необычные способы доставки грузов и начали эти способы примерять на город Пенза. Поняв, что не один из способов не подходит для данного города, мы решили разработать совершенно новый подземный способ доставки грузов, использовав в нем так же подземные реки!
Список литературы
Список использованных источников и литературы:
Абушкин, Дмитрий Борисович. Педагогический STEM-парк МГПУ / Д.Б. Абушкин // Информатика и образование. ИНФО. - 2017. - No 10. - С. 8-10.
Евдокимова, В.Е. Организация занятий по робототехнике для дошкольников с использованием конструкторов LEGO WeDo / В.Е. Евдокимова, Н.Н. Устинова // Информатика в школе. - 2019. - No 2. - С. 60-64.
Корягин А.В, Образовательная робототехника Lego WeDo. Сборник методических рекомендаций и практикумов – ДМК-Пресс, 2016.-252 с.;
Электронные источники:
1gai-ru.turbopages.org;
f-pereezd.ru;
severtrans.ru.