XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Грузовые перевозки в городе. Дополнительный вагон метро

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кривощеков Д.П. 1Валиев Е.Р. 1Клех Г.А. 1

---

1Школа интеллектуального развития Мистер Брейн

Филинова А.В. 1

---

1Школа интеллектуально развития Мистер Брейн

Работа в формате PDF

3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В России стремительно растет рынок экспресс-доставки. На данный момент - это самый быстрорастущий сегмент рынка. Если раньше обычным сроком доставки товаров из интернет-магазинов клиенту в рамках одного города считалось один-три рабочих дня, то сейчас для любителей онлайн-покупок стала актуальной доставка в тот же день или так называемый overnight - на следующий день. В связи с эти растёт и актуальность курьерской доставки.

Через сайт testfirm мы провели анализ прибыли компании СДЭК показатели с 2017 по 2020 год. Ежегодно прибыль увеличивается больше чем в 2 раза. [7]

Цель: разработать инновационное решение доставки малогабаритного груза в черте города

Задачи:

- исследовать способы доставки малогабаритного груза в черте города

- рассмотреть факторы, влияющих на доставку груза, курьерской службой

- обозначить проблему грузовых перевозок в черте города

- встреча с экспертом

- посетитель экскурсию на завод «Очаково»

- сгенерировать ряд идей по решению проблемы

- определить, какие установки будут использованы

- разработать чертеж установки для распределения посылок

-создать анимацию системы метрополитена со сменой направления движения и терминалами

- спроектировать макет системы метрополитена со сменой направления движения и терминалами

- создать модель вагона на базе конструктора Lego Mindstorms

- создать программу в ПО Lego Mindstorms

- создать короб вагона

- реализация решения, рассчитать примерную стоимость

При оформлении проекта мы использовали идеи из большой книги LEGO MINDSTORMS EV3[1]. При создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике. [2]

Глава 1. Доставка малого груза в черте города

Малогабаритный груз – это груз, размер которого ограничен следующими характеристиками:

Вес — не более 30 кг

Габариты (Д × Ш × В) не превышают 0,54 × 0,39 × 0,39 м

Объём — не более 0,1 м³

В черте города для перевозки малогабаритного груза организовывается курьерская доставка и самовывоз.

Курьерская доставка

Курьерская доставка— это услуга, позволяющая быстро доставить важную посылку, будь то документы, подарки, ценные или бьющиеся предметы, букет цветов и т.д. Преимущество данной услуги в том, что ею можно пользоваться как в деловых, так и в обыденных целях.

Алгоритм выполнения заказов одинаков, разница — в нюансах курьерской работы, объеме услуг и выборе тарифов. Примерная схема такова:

Клиент оставляет заявку на сайте или через мессенджер;

Менеджер уточняет детали, предлагает варианты доставки;

В назначенное время курьер забирает посылку и отправляется к адресату;

Исполнитель сообщает о доставке, подтверждает ее документами.

Основные проблемы автомобильных грузоперевозок

Система курьерской доставки подбирает подходящее транспортное средство исходя из особенностей груза и характера маршрута. Однако существует ряд проблем, связанных с автомобильными перевозками.

Основной проблемой является несоответствие качества и срока доставки груза с ценой на транспортные услуги.

Мы провели исследование, и узнали, что средняя эксплуатационная скорость движения, с каждым годом средняя скорость движения уменьшается, следовательно, время доставки увеличивается. (Рисунок 1.1.1, Приложения) [4]

Так же последствие аварий влияют на сохранность грузов. Cтатистика ГИБДД свидетельствует, что в 2021 году в Москве произошло более 7540 ДТП.

Сравнивая тарифы на грузовые автомобильные перевозки по отношению к предыдущему году. В 2021 году относительно 2020 года на основных направлениях доставки рост тарифов происходил в пределах 10% .

Самовывоз с пунктов выдачи заказов и терминалов

Пункт выдачи заказов – это агент или посредник между магазином и покупателем. ПВЗ принимает товары от продавцов и оплату от покупателей, если заказ не был оплачен заранее.

Терминалы самовывоза - автоматизированный посылочный терминал, куда доставляется заказ покупателя. Далее получатель самостоятельно забирает заказ в удобное время, следуя инструкциям в меню терминала. (Рисунок 1.1.1, Приложения)

Алгоритм получения товара:

Заказать доставку в постамат или пункт выдачи.  При оформлении заказа на сайте выбрать способ доставки до постамата или в пункт выдачи. Выбрать адрес удобного постамата или пункта выдачи на карте или в списке терминалов. 

Получить SMS-сообщение или e-mail с уникальным кодом посылки для получения заказанного товара в постамате или в пункте выдачи, как только заказ будет размещен в посылочном терминале. 

Забрать товар в постамате или пункте выдачи в течении назначенного срока

Оплата заказанного товара. Оплатить заказанный товар можно прямо в терминале наличными или пластиковой картой. [3]

Требования к помещению

Место установки постамата должно находиться в зоне свободного доступа для получателей и курьеров в рабочие часы объекта, иметь удобную локацию внутри здания (входная группа, возле якорного арендатора) и транспортную развязку.

Высокая проходимость – одно из основных требований к месту установки. Чем популярнее и удобнее локация постамата - тем выше будет поток получателей, равно как и доход франчайзи.

Зона непосредственной близости места установки должна иметь развитую инфраструктуру и захватывать ключевые объекты (торгово-развлекательные и бизнес-центры, жилые комплексы, магазины формата «у дома», транспортные магистрали).

График работы помещений, в которых планируется установка постамата, должен быть максимально удобен получателю, период времени доступа должен быть не менее 10 дневных часов (приветствуется круглосуточный режим работы).

1.3 Подземные грузоперевозки

Английская компания Mole Solutions предложила проложить под землёй тоннели для доставки грузов. (Рисунок 1.3.1, Приложения) Инженеры предлагают построить электромагнитные пути, работающие по принципу маглев. Благодаря отсутствию трения даже наземные поезда на магнитной левитации бьют рекорды скорости – совсем недавно японский поезд JR Tokai пролетел со скоростью 590 км/ч. Линейные двигатели, по замыслу разработчиков, будут заставлять специальные вагонетки бежать под землёй по трубам диаметра 1.3 – 2.4 метра, а погрузка с разгрузкой должны будут происходить в автоматическом режиме.

Изобретатели не предлагают протянуть эти трубы до двери каждого дома, а организовать специальные станции хранения и перегрузки. Основная цель подземной дороги – разгрузить наземные пути сообщения.

Кроме того, в Лондоне с 1927 по 2003 года действовал специальный почтовый метрополитен Mail Rail, состоявший из единственной линии длиною 10.5 км, на которой располагались восемь станций. Почтовые поезда с самого начала ходили на электрической тяге и управлялись с удаленных диспетчерских пультов. (Рисунок 1.3.2, Приложения) На пике активности почтовый поезд развозил до 45 тысяч килограммов почты ежедневно. Но к концу действия эксплуатация дороги стала неоправданно дорогой – по некоторым оценкам, автомобильные перевозки стали обходиться в 5 раз дешевле. Не найдя дороге лучшего применения или нового хозяина, правительство приняло решение о её консервации. В современных городах, перегруженных коммуникациями и уже существующими линиями метро, стоимость прокладки ещё одной сети подземного сообщения может быть крайне высокой, в связи с чем рентабельность такой системы находится под большим вопросом. [5]

Также Швейцария перенаправит часть грузоперевозок в подземные тоннели. Парламент страны одобрил создание частных подземных тоннелей для перевозки грузов. Строительные работы должны начаться в 2026 году. Планируется, что грузы будут транспортироваться под землей без участия человека с помощью автоматизированной системы Cargo sous terrain (CST). Она предназначена для круглосуточного соединения логистических центров и мегаполисов и быстрой доставки контейнеров. В 2031 году будет запущен 70-километровый маршрут между Херкинген-Нидербипп и Цюрихом. Затем сеть расширят от Женевы до Санкт-Галлена и от Базеля до Люцерна с дополнительным ответвлением от Берна до Туна. CST позволит сократить наземное движение грузовых автомобилей на 40%. К 2045 году протяженность таких тоннелей составит 500 километров. [6]

Глава 2. Встреча с экспертом

Мы встретились с экспертом, Кривощековым Павлом Александровичем, директором сети по продаже автозапчастей «Автодок».

Компания «Автодок» - ведущий продавец автозапчастей в России с 1998 года. На сегодняшний день мы являемся одним из лидеров по продажам автомобильных товаров от ведущих мировых производителей. На сегодняшний день компания насчитывает 220 филиалов по всей России, каталог состоит более чем 200 млн. предложений и 3 000 торговых марок.

Павел Александрович сообщил: «Идеи ребят действительно могут решить некоторые проблемы при доставке мелких заказов покупателям в крупных городах. Мелкие заказы необходимо доставлять быстро, не всегда экономически выгодно отправлять курьера для этого. Сейчас нам приходится копить такие заказы несколько дней, и только затем прокладывать логистику и отправлять курьера.»

Из-за того, что некоторые товары имеют низкую стоимость, доставка курьером становится неразумным решением: цена может превысить стоимость самой покупки. Это особенно актуально для магазинов с небольшим средним чеком. Так мы выделили для себя проблему соотношения стоимости товара и доставки.

Глава 3. Практическая часть

При исследовании способов доставки груза в черте города, мы выделили для себя ряд проблем автомобильных грузоперевозок. Наиболее выгодным вариантом является самовывоз с постаматов и задействование подземного транспорта. Так к нам пришла идея - дополнительный вагон для доставки груза в метро. Так как станции в метро несколько секунд, мы решили автоматизировать вагон, для быстрой погрузки и разгрузки.

3.1 Экскурсия на завод «Очаково»

В рамках реализации проекта, мы посетили экскурсию на завод «Очаково»

В начале мы ознакомились с правилами посещения музея и техникой безопасности на производстве. Нам показали производство кваса, как выглядят хмель и солод, варочные котлы, бродильные танки высотой с восьмиэтажный дом и линии розлива. (Рисунок 3.1.1, Приложения)

Для реализации проекта, нам необходимо было понять какие установки будет включать в себя вагон, для автоматической погрузки-разгрузки груза. Перед нами стояла задача, выделить устройства для транспортировки не крупного груза внутри предприятия. Нас провели на склад, где комплектуется товар, там мы обратили внимание на различные виды конвейеров. Специалист по логистике Лунев Алексей, рассказал нам о их преимуществах:

Эффективное использование складской площади;

Сокращение времени и трудозатрат при перемещении груза;

Снижение риска повреждения груза при его транспортировке;

Контроль номенклатуру, объем и направление перемещаемых грузов.

Мы отметили, что груз с помощью конвейера перемещался на достаточно дальние расстояния, такие конвейеры состоят из нескольких секций. В основном использовались ленточные конвейеры, прямолинейные и поворотные. Тяговый и грузонесущий орган — лента, которая движется по стационарным роликоопорам. Груз перемещается на ленте вместе с ней. Привод конвейера (приводная станция) состоит из электродвигателя, редуктора, барабана и соединительных муфт. 

Еще один вид конвейеров, который нам удалось увидеть –роликовые. Они служат для перемещения штучных грузов с плоской, ребристой или цилиндрической поверхностью, а также грузов на поддонах. На неподвижных осях рамы конвейера в подшипниках вращаются ролики.

3.2 Модель на базе Lego Mindstorms

Далее мы преступили к реализации проекта. Для начала была разработана схема размещения установки в вагоне. (Рисунок 3.2.1, Приложения) Рекомендуемый тип вагона 81-777. Так как они больше по габаритам, что дает нам преимущество в виде расширенного хранилища. После разработан чертеж самой установки. (Рисунок 3.2.2, Приложения)

Модель вагона сделана, а базе конструктора Lego Mindstorms. В модели задействованы 1 блок EV3, 2 средних мотора, 1 большой мотор и датчик цвета и датчик касания.

Посылка погружается в вагон с помощью конвейера. Всего их пять, работают они все от одного мотора за счет угловой зубчатой передачи. Два из них на приеме, два на выдаче и один центральный, отвечает за перемещение посылок на нужную полку. Гусеницы выполняют роль конвейерной ленты (Рисунок 3.2.3, Приложения)

На приеме установлен датчик цвета, который сканирует цвет посылки и определяет в какую ячейку хранилища ее разместить. (Рисунок 3.2.4, Приложения) Хранилище состоит из двух ячеек. (Рисунок 3.2.5, Приложения) Датчик касания отвечает за активацию механизма

За загрузку посылок отвечает манипулятор. Работает он от среднего мотора «1», с помощью червячной передачи и рычага, посылка плавно размещается в секцию. Перемещается манипулятор параллельно центральному конвейеру с помощью среднего мотора «2» и реечной передачи. (Рисунок 3.2.6, Приложения) В нижней части установлена страховочная дорожка манипулятора, не дающая ей уйти в наклон и служит противовесом. (Рисунок 3.2.7, Приложения)

Посылками служат цветные кубики Duplo размером 2х2.

Мы распечатали все стороны вагона, вырезали приклеили их на панель ПВХ. После вырезали дверные проемы и установили дверцы. (Рисунок 3.2.8, Приложения)

3.3. Система метрополитена с дополнительным вагоном

Рассмотрим подробно, как же работает система..

К основному составу, который едет по своему маршруту, присоединяется дополнительный вагон, отвечающий за доставку посылок. Состав останавливается так, чтобы вагон с грузом был напротив терминалов. Мы разработали анимацию, которая демонстрирует движение состава. Состав приезжает на станцию, после уезжает на конечную, где оператор меняет стрелки, машинист отправляется обратно на ту же станцию, появившись уже с другой стороны платформы, выгрузит-загрузит посылки и отправится в обратном направлении.

На платформе установлены терминалы самовывоза - автоматизированные посылочные терминалы. Всего их два, по обе стороны платформы. Каждый терминал настроен под прием и под выдачу заказа. Расположение терминала на прием или выдачу зависит от направления движения состава. На платформе они установлены зеркально. (Рисунок 3.3.1, Приложения)

Мы создали макет, где можно увидеть расположение постаматов, а также движение состава. (Рисунок 3.3.2, Приложения) Для этого мы использовали кубики и железную дорогу Lego. Вагон перемещается с помощью встроенного мотора, направление которого меняется по рычагу. (Рисунок 3.3.3, Приложения) Стрелка на рельсах переключается вручную.

3.4. Управление моделью

Запрограммирована модель с помощью программного обеспечения Lego Mindstorms.

Срабатывает по датчику касания, при нажатии воспроизводится звук «Activate». Большой мотор, отвечающий за работу конвейера, включается с мощность 20 и вращается до тех пор, пока не сработает блок «Ожидания» в режиме "Сравнение-цвет», в параметре «Цвет» выбрано два цвета (красный и зеленый).

Далее срабатывает переключатель в режиме «цвет». Выполняется одно из трех условий:

Красный цвет. Большой мотор вращается на 555 градусов, перемещая посылу ко второй ячейке хранилища, далее средний мотор «A» перемещается к ней, для этого выполняет вращение на 950 градусов. После средний мотор «B» размещает посылку в ячейку вращаясь на 1200 градусов, после чего оба мотора приходят в исходное положение

Зеленый цвет. Большой мотор вращается на 250 градусов, перемещая посылу ко первой ячейке хранилища, далее средний мотор «A» перемещается к ней, для этого выполняет вращение на 10 градусов. После средний мотор «B» размещает посылку в ячейку вращаясь на 1200 градусов, после чего оба мотора приходят в исходное положение

Нет цвета. В этом случае ничего не происходит

Программа зациклена. (Рисунок 3.4.1. Приложения)

Заключение

В связи с ростом количества интернет-магазинов, растёт и актуальность курьерской доставки. Мы изучили какие способы доставки для перевозки малогабаритного груза в черте города существуют: курьерская доставка и самовывоз.

Рассмотрели факторы, влияющие на доставку груза, курьерской службой. Низкая эксплуатационная скорость, пробки, ДТП – все это влияет на качество и срок доставки груза, а тарифы на транспортные услуги растут с каждым годом.

Мы разработали инновационное решение данной проблемы – дополнительный вагон для доставки груза в метро. Эксперт подтвердил, что соотношение стоимости товара и доставки действительно является проблемой. Поэтому наша идея является актуальным решением.

При разработке проекта мы посетили экскурсию на завод «Очаково», где выделили для себя конвейеры, так же мы узнали об их устройстве и принципе работы. В дальнейшем мы использовали конвейер, как способ транспортировки посылок внутри вагона. Также мы разработали манипулятор для размещения посылок, который перемещается в двух плоскостях. При конструировании использовались сложные механизмы, такие как: зубчатая угловая передача, червячная передача, реечная передача.

Преимущества дополнительного вагона для доставки груза в метро и его воздействие на окружающий мир:

Скорость доставки. Нет непредвиденных ситуаций виде пробок.

Точность. Груз доставляется в точное время по определенному расписанию

Безопасность. Вагон автоматизирован, поэтому не несет угрозы для жизни людей

Низкая стоимость. Так как это дополнительный вагон, который крепится к основному составу

Сохранность груза. Отсутствует человеческий фактор, нет аварий.

Экологически безопаснее автотранспорта.

Мы считаем, что в дальнейшем наш проект может быть реализован в крупных городах, где есть метро.

Список используемой литературы

Лоренс Валк: Большая книга LEGO MINDSTORMS EV3; [пер. с англ. Черников С.В]. Издательство «Эсмо», 2017. - 400 с.;

Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3 / Л.Ю. Овсяницкая, Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. 2-е изд., перераб. и доп – М.: Издательство «Перо», 2016. – 300 с.

https://pickpoint.ru/about/

https://transport.mos

https://habr.com/ru/post/374933/

https://e100.eu/ru/blog/strategiya/shvejtsariya-perenapravit-chast-gruzoperevozok-v-podzemnye-tonneli

https://www.testfirm.ru/

Приложения