VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Умная тележка покупателя в гипермаркетах будущего

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Машовец Е.А. 1Зырянов В.А. 1Свирид Г.В. 1Попов А.С. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"

Попова Е.Е. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"

Работа в формате PDF

2.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В современном мире всегда ощущается нехватка времени, поэтому необходимые покупки человек совершает очень быстро, практически налету. Не реже одного раза в неделю за всем необходимым товаром мы отправляемся в самые крупные гипермаркеты, где наряду с продуктами можно найти также другие необходимые товары. Гипермаркеты – самые посещаемые торговые точки по всей стране. Площадь самых больших гипермаркетов удивляет, а порой даже пугает: средняя торговая площадь супермаркетов «Лента» составляет 800 м², магазин «Ашан» в Москве расположен сразу на двух этажах. Когда покупатель попадает в такой огромный магазин, возникает ряд трудностей – это и долгий поиск продуктов, и огромные очереди на кассах, и многое другое. Мы решили разобраться с этим множеством проблем и предложить пути решения.

Цели проектной работы:

Усовершенствовать систему обслуживания покупателей в гипермаркетах России

Оптимизировать процесс оплаты покупки с помощью автоматических касс самообслуживания.

Задачи проектной работы:

Узнать о самых крупных гипермаркетах России;

Выделить главные проблемы для покупателей и для обслуживающего персонала в процессе совершения покупок и их оплаты;

Узнать о способах решения подобных проблем в мире и в России

Предложить свои способы решения этих проблем и сформулировать задачи проекта;

Создать умную тележку для покупателей;

Создать автоматическую кассу самообслуживания;

Смоделировать фрагмент гипермаркета с несколькими стеллажами и продуктами;

Запрограммировать проект в целом и осуществить беспроводную связь между тележкой покупателя и автоматической кассой.

Провести демонстрацию проекта «Умная тележка для покупателя в гипермаркетах будущего»

В качестве источников информации мы, в основном, использовали сайты:www.malls.ru, shtrih-center.ru, saotron.ru, itsotnya.xyz. Способы создания интересных и прочных конструкций мы увидели в книге идей LEGO MINDSTORMS EV3. [1], При разработке механизмов мы рассмотрели виды зубчатых передач в статье «Благодаря механическим передачам Lego-конструкции оживают» [2], при создании программ мы использовали информацию из книг по соревновательной робототехнике по программированию в среде EV3. [3,4]

Глава 1. Крупнейшие гипермаркеты и лидирующие компании продуктовых сетей в России

1.1 Топ-10 крупнейших продуктовых сетей в России

Топ-10 крупнейших продуктовых сетей в России. [5] Итоги 2017 года. Крупнейшие игроки активно наращивают сети, в том числе благодаря особенно сложной ситуации на рынке непродовольственной розницы. В последние годы основные торговые сети инвестируют в развитие, выходят на новые рынки и увеличивают свои доли благодаря поглощению небольших региональных сетей.

По итогам 2017 года крупнейшие продуктовые ритейлеры открыли суммарно в России около 2500 магазинов. При этом более 2000 открыли лидеры рынка - «Магнит» и X5 Retail Group, закончили первое полугодие с лучшими показателями на рынке.

На волне больших перемен и активного роста на рынке FMCG, Моллы.Ru проанализировали данные крупнейших игроков в России за 2017 год. Рейтинг топ-10 лидирующих на рынке компаний представлен в приложении в Таблице 1.1.1 и на Рисунке 1.1.1 Приложения.

Самые крупные гипермаркеты страны – Ашан, Метро, Магнит, Лента. Торговая площадь таких гипермаркетов превышает 1000 м2. Так, например, средняя торговая площадь одного гипермаркета «ЛЕНТА» составляет около 5 500 м², средняя площадь супермаркета – 800 м². [6] Нередко торговые стеллажи таких гипермаркетов располагаются на 2, 3 этажах.

Магазин «Ашан» в Москве расположен сразу на двух этажах ТРЦ «Авиапарк» (Приложение, Рисунок 1.1.2). Вот и мы попали в такой огромный магазин в прошлом году, когда ездили на конференцию в Москву. Нам нужно было купить только молоко! В результате мы вышли из магазина через 40 минут… Что же было причиной такой долгой покупки?

1.2 Проблемы покупателей в больших по площади гипермаркетах

1) Долгий поиск товаров.

У большинства больших магазинов, нет вывесок с названиями отделов, из-за этого клиентам сложно найти нужные себе продукты. Большие торговые площади гипермаркетов вынуждают покупателей тратить время на поиск товаров в разных отделах.

2) Некорректные ценники или отсутствие их.

У большинства магазинов установлены сканирующие устройства «проверка цены», однако они располагаются в единичных местах и часто на далеком расстоянии, и нередко бывают в неработающем.

3) Большие очереди на кассах.

Чаще всего это происходит из-за того, что не все кассы в магазинах работают, а также в часы пик.

4) Некультурный персонал.

Есть персонал, который ставит себя выше всех или не знает хорошо права клиента и законы, из-за этого происходят скандалы в магазине, также это может быть связано с недостатком воспитания.

5) Некультурные люди.

Глава 2. Способы решения проблем и улучшения обслуживания в мире и в России.

Получается, поход в магазин – это настоящий квест! У нас появились некоторые идеи по улучшению самообслуживания в огромных магазинах. И, прежде чем, создавать свой проект нам стало интересно, что уже реализовано в мире и в нашей стране сегодня для решения подобных проблем. Изучая различные научные интернет журналы, мы увидели несколько интересных решений.

Канадский производитель Springboard Retail Networks уже давно проводит тестирование своей тележки Concierge, оборудованной LCD монитором и встроенным в дно корзины сканером. IBM также не отстает – их корзина Shopping buddy представляет собой автономный монитор, который крепится непосредственно к корзине, а также сменную сканерную поверхность, которая размещается с боку тележки. [7] Мониторы информируют покупателей не только об имеющихся в наличии товарах, но и показывают, как пройти к тому или иному прилавку. Последнее достигается благодаря интеграции в тележки некоего локального подобия GPS и наличия сенсоров, определяющих точное местоположение тележки на момент составления запроса. Покупатель также имеет возможность заранее составить список необходимых ему товаров, а по приходу в магазин посетителю останется лишь следовать плану, который мгновенно составит компьютер в соответствии с его запросами. К тому же тележка будет следить за тем, сколько покупатель тратит.

Компания Fujitsu при помощи правительства Японии приступила к тестовым испытаниям усовершенствованной версии собственной компьютеризованной магазинной тележки (Приложение, Рисунок 2.1). [8] "Сердцем" умной тележки является процессор Intel XScale с тактовой частотой 400 МГц. Размер оперативной памяти может составлять 64 Мб либо 128 Мб, вместимость флэш-памяти - 32 Мб. Тележка снабжена огромным ЖК экраном, контроллером беспроводный связи Wi-Fi и действует под управлением операционной системы Microsoft Windows CE 4.2. Питание осуществляется от аккумуляторной батареи. По плану разработчиков, бортовой компьютер упрощает поиск нужных продуктов в магазине и ускоряет функцию расчета. Особенность измененной версии тележки заключается в наличии встроенного сканера идентификационных радиометок (RFID).

Технология RFID — аббревиатура, обозначающая радиочастотную идентификацию. [9] Она функционирует как интеллектуальная метка, прикрепленная к продуктам и позволяет лучше отслеживать товарные.

Теоретически, присутствие RFID-сканера в телеге дозволит клиентам получать исчерпывающую информацию о том либо другом продукте, в том числе и не прикасаясь к его упаковке. Впрочем, о возможных сроках практичного внедрения компьютеризованных магазинных тележек пока ничего не известно.

Чипы RFID уже используют в кассах самообслуживания и автомобилях для упрощения оплаты товаров и услуг. В России (в частности в Тюмени) сеть магазинов «Декатлон» используют специальные корзины с чипами RFID (Приложение, Рисунок 2.2). В эти корзины достаточно положить сразу стопку всех вещей и компьютер выдает чек покупки.

Глава 3. Создание проекта «Умная тележка для покупателя в гипермаркетах будущего»

Для демонстрации наших идей мы использовали конструктор LegoMinstormsEV3, среда программирования LegoMinstorms.

3.1 Задачи проекта в целом:

1.Создать умную тележку со следующими функциями:

- доставлять покупателя (человек становится на специальную платформу) легко и по кратчайшему пути до необходимого отдела;

- сканировать ценник и определять цену на любой товар;

- добавлять стоимость выбранного товара в электронный чек и удалять её в случае необходимости;

- отправлять итоговый чек на кассу для оплаты покупки при выходе из магазина;

- обеспечивать безопасное хранение и транспортировку выбранных товаров до кассы.

2. Создать электронную кассу со следующими функциями:

- контроль всех тележек: осуществляющих покупку и ожидающих покупателей;

- прием и остановка тележек при выезде из магазина;

- прием электронного чека всей покупки от тележек при выезде из магазина;

- контроль оплаты, наличными средствами или картой;

- подтверждение оплаты и открытие выезда из магазина.

3. Создать макет нескольких отделов гипермаркета и разместить на стеллажах продукты с ценниками для наглядной демонстрации.

3.2 Конструкция и программа умной тележки

В конструкцию умной тележки входит (Приложение, Рисунок 3.2.1):

- 2 больших мотора (порты В и С) – для перемещения по гипермаркету вместе с покупателем. Покупатель встает на специальную платформу (Приложение, Рисунок 3.2.2);

- 1 средний мотор (порт А) - для открытия и закрытия крышки с целью обеспечения безопасности выбранных товаров. Передача движения от среднего мотора к крышке осуществляется через понижающую зубчатую передачу и систему рычагов (Приложение, Рисунок 3.2.3). Именно понижающая цилиндрическая зубчатая передача [2] позволяет крышке открываться медленно и аккуратно, а также прочно удерживаться в фиксированных положениях: открыта и закрыта;

- 3 датчика цвета - два датчика (порт 2 и порт 3) для движения в гипермаркете строго по маршруту, ориентируясь по черной линии и перекресткам (Приложение, Рисунок 3.2.4); третий датчик (порт 4) для сканирования ценника товаров (Приложение, Рисунок 3.2.5);

- 1 датчик касания (порт 1) – для добавления товара в корзину и электронный чек всей покупки (Приложение, Рисунок 3.2.5).

Программа для тележки является многозадачной. Запускается одновременно несколько подпрограмм:

Подпрограмма для сканирования цвета ценника товара (Приложение, Рисунок 3.2.6). Для удобства дальнейшей работы с данными цен мы использовали переменную «1». Подробно о переменных мы узнали из учебного пособия по соревновательной робототехнике. [3]

Подпрограмма для добавления стоимости выбранного товара в электронный чек (Приложение, Рисунок 3.2.7). Добавление товара происходит по нажатию датчика касания. Для запоминания общей суммы покупки мы ввели переменную «2».

Подпрограмма для удаления стоимости не нужного товара из общей суммы покупки. Это осуществляется по нажатию на кнопку «вверх» на блоке EV3 (Приложение, Рисунок 3.2.8). Для удаления товара открывается крышка, затем она закрывается через некоторое время.

Подпрограмма для закрытия крышки тележки (Приложение, Рисунок 3.2.9)

Подпрограмма тележки для контроля общей суммы покупки (Приложение, Рисунок 3.2.10)

Подпрограмма для осуществления блютуз связи с кассой при запуске проекта (Приложение, Рисунок 3.2.11);

Подпрограмма для движения тележки по гипермаркету от въезда до кассы (Приложение, Рисунок 3.2.12). Для управления тележкой: выбора маршрута, продолжения пути, выбора «на кассу» мы использовали кнопки блока EV3 как пульт управления. Кнопки «вправо» и «влево» определяют выбор отдела. Для запоминания этого выбора дальнейшего определения маршрута мы ввели переменную «putin», у нее всего 2 значения: 1 – первый отдел, 2 - второй отдел. Для выбора на правления «на кассу» или «продолжить покупки» мы ввели переменную «put», у неё также 2 значения соответственно 1 и 2.

Для движения по черной линии с помощью 2 датчиков цвета мы создали 2 своих блока LX (движение по черной линии до перекрестка) и 2s (движение по черной линии в течение 2 секунд, Приложение, Рисунок 3.2.13). Оба эти блока включают в себя программу пропорционального управления для движения по черной линии с помощью двух датчиков цвета с автоматической корректировкой разницы показаний датчика. [4] Третий свой блок «hleb» мы создали для покупки хлеба, он включает в себя движение до перекрестка, открытие крышки и ожидание завершения покупки в этом отделе, отъезд от отдела в течение 2 секунд.

3.3 Конструкция и программа автоматической кассы

В конструкцию входит (Приложение, Рисунок 3.3.1):

- 1 большой мотор (порт B) для поднятия шлагбаума при выезде тележки из магазина после оплаты. Шлагбаум поднимается через двойную понижающую передачу и систему рычагов.

- 1 ультразвуковой датчик (порт 4) для обнаружения тележки при выезде из магазина и дальнейшей передачи сообщения для остановки перед шлагбаумом (Приложение, Рисунок 3.3.2);

- 1 датчик касания (порт 1) – для имитации безналичной оплаты картой.

Программа для кассы без осуществления связи блютуз включает в себя только блоки для ожидания срабатывания датчиков ультразвукового и касания, а также для включения большого мотора и проверки работы шлагбаума (Приложение, Рисунок 3.3.2).

3.4 Передача данных между тележкой и кассой

Передача данных между тележкой и кассой осуществляется посредством связи блютуз. При завершении покупок и выборе дальнейшего пути «на кассу», тележка отправляет сообщение кассе со стоимостью покупки (итоговый электронный чек), это значение выводится на экран кассы и касса ожидает прибытия тележки с помощью ультразвукового датчика. Как только датчик уловил прибытие тележки, с кассы отправляется сообщение тележке о необходимой остановке и проведении оплаты по чеку. После оплаты касса открывает шлагбаум и посылает сигнал тележке, разрешающий выезд из гипермаркета.

Блок-схема программы для кассы представлена на Рисунке 3.4.1. Программа для кассы включает передачу и прием сообщений с помощью блютуз связи (Приложение, Рисунок 3.4.2).

Глава 4. Демонстрация проекта «Умная тележка для покупателей в гипермаркетах будущего»

Для демонстрации проекта мы создали модель небольшой части гипермаркета (Приложение, Рисунок 4.1). Гипермаркет мы назвали «Семерочка» (Таблица 4.1), так как всего в нашем магазине 7 ценников от 35 до 95 руб. с распределением по цветам. Такой выбор цветов не случаен, сканер на тележке – это датчик цвета LegoMindsormsEV3 и он может определять только эти 7 цветов.

Таблица 4.1 Стоимость товаров с распределением по цветам

Небольшая часть гипермаркета включает 2 основных отдела: молочные продукты+крупы и напитки+фрукты-овощи, а также промежуточный отдел «Хлеб». Стеллажи некоторых отделов представлены на Рисунке 4.2.

На старте предлагается выбрать одно из двух направлений для совершения покупки. Затем, тележка с покупателем движется по маршруту и останавливается в выбранном отделе. При движении мимо отдела «Хлеб» тележка останавливается обязательно вне зависимости от выпора покупателя, чтобы была возможность купить скоропортящийся товар, необходимый почти всем покупателям. После совершения покупки в желаемом отделе, перед покупателем ставится выбор – на кассу или продолжить покупки. Если выбора «на кассу» не последовало в течение 7 секунд, то тележка с покупателем движется на исходную точку в магазине и предлагается совершить новый выбор отдела для последующих покупок.

Как только все покупки совершены, покупатель выбирает «на кассу» и тележка подъезжает к автоматической кассе и останавливается перед шлагбаумом. В случае отсутствия выбора в течение 10 секунд, тележка возвращается на первый перекресток при въезде и предлагает выбрать отдел, покупки продолжаются. При выборе «на кассу» совершается передача электронного чека от тележки кассе по беспроводной связи блютуз, затем происходит оплата чека и шлагбаум поднимается, тележка выезжает из гипермаркета, слышатся слова благодарности: «Спасибо за покупку! Приходите к нам ещё!».

Идея совершенствования системы самообслуживания покупателей в крупных гипермаркетах нашей страны у нас появились в марте 2019 года после долгой покупки молока в гипермаркете «Ашан» в городе Москва. Впервые презентация нашего проекта прошла в рамках регионального этапа Всероссийской робототехнической олимпиады «WRO 2019» 16 мая 2019 года (Приложение, Рисунок 4.3).

Заключение

В процессе выполнения работы мы изучили информацию о самых крупных гипермаркетах нашей страны, о возникающих проблемах, как для покупателей, так и для обслуживающего персонал, рассмотрели существующие способы решения этих проблем. Узнали о технологии RFID которая позволяет определить стоимость сразу нескольких товаров без сканирования кода, эта технология применяется уже в нашем тюменском маркете «Декатлон».

Предложили и продемонстрировали свою идею «Умная тележка совместно с кассой» для решения ряда проблем при самообслуживании покупателей в гипермаркетах нашей страны, которая поможет:

- определить цену товара на месте: установка сканера ценника товаров на тележке обеспечит уверенность в цене;

- осуществить быстрый поиск товаров: тележка сможет довести покупателя в нужный отдел;

- проверить ценник в любой момент покупки, не тратя время на поиски установленного в магазине сканера, исключая ошибочный выбор товара с завышенной ценой

- формировать чек покупки в процессе её совершения;

- оптимизировать оплату покупки и уменьшить количество обслуживающего персонала (автоматическая касса заменит кассира);

- сократить очереди на кассе или вообще её исключить: касса будет вести счет покупателям и не допускать очередей на кассах, перенаправляя тележки на свободные кассы.

Таким образом, наш проект «Умная тележка» поможет сэкономить время каждому покупателю, а также силы (покупатель едет на тележке), проконтролировать итоговую сумму покупки и, конечно, избежать ненужных конфликтов с незнакомыми людьми.

Список литературы и интернет источники:

Йошохито Йocoгава, Книга идей LEGO MINDSTORMS EV3: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. О.В.Обручева]. – Москва, Издательство «Э», 2017. - 232 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

Вязов С.М., Калягина О.Ю., Слезин К.А. Соревновательная робототехника: приемы программирования в среде EV3: учебно-практическое пособие. – Москва: Издательство «Перо», 2014. – 132 с.;

Овсяницкая, Л.Ю. Пропорциональное управление роботом Lego Mindstorms EV3/Л.Ю.Овсяницкая, Д.Н.Овсяницкий, А.Д.Овсяницкий. – Москва: Издательство «Перо», 2015.-188 с.

https://www.malls.ru/rus/news/10-krupneyshikh-setey-fmcg-v-rossii.shtml

https://lenta.com/o-kompanii/

http://shtrih-center.ru/kasbox/telegkaclever.html

www.saotron.ru/news/umnaya-magasinnaya-telezhka-s-rfid-skanerom

https://itsotnya.xyz/smart-zerkala-i-magaziny-bez-kass-texnologii-kotorye-izmenili-shoping-za-10-let/

Приложение

Таблица 1.1.1 Топ-10 крупнейших продуктовых сетей в России