基于预测顾客量的智能送筷机创新设计*

刘 军，邓泽钦，罗觅知

（西南大学工程技术学院，重庆 400716；2.重庆机床（集团）有限责任公司，重庆 400055）

0 引言

随着我国经济的快速发展，人们越来越重视环境保护和工作效率问题。减少木材砍伐是我国能源和环保领域的一个长期而重要的使命。而一些小小的科技发明，大大提高了人们的工作效率及劳动质量。近年来，有许多学者在送筷机领域有一定的研究，目的都是为了采用方便、简单的装置实现取筷的自动化及智能化[1-2]。许多大型的酒店、餐馆都配有类似出筷机的装置。然而，这些送筷机在一定程度上存在这样或那样的缺陷，且功能较为单一。例如能出筷的许多却不能消毒；能消毒的不能自动出筷；结构简单了，按键却不够灵敏等问题。如今，做生意进入了统计预算的时代，用一周的顾客量可以预算出一月、一季度甚至一年的顾客量；通过预测出的顾客量，便可以预算处未来的盈利状况，并对效益作出估计。此外，可以参考近期的顾客量，决定接下来该买多少菜、雇多少服务员等来适应顾客需要。因此，统计并预测顾客量具有很大的实用意义。

本文在对传统智能送筷机研究的基础上，利用叉形杆对送筷机下料结构进行了改进设计，一定程度上解决了卡筷、效率低等问题。并针对餐厅的规模和大小的不同，生产不同规格大小的装置来满足各处的需求。另外，利用中间值加权累和法设计了一种具有预测顾客量功能的创新型智能送筷机，可为餐馆、酒店等决策者对未来的决策规划提供一定的数据参考。

1 传统智能送筷机结构及工作原理

1.1 智能送筷机各机构设计

根据功能要求，智能送筷机由下料机构、消毒机构及出筷机构组成。下料机构是将筷子放入机体盒中，常见的筷子盒很容易出现筷子被卡住的现象，但放筷较为容易。是出筷时能够成对出筷，大大减小了筷子被卡住的概率，但放筷较为麻烦，只能一个一个放入，如图1所示。且会出现其他形式的卡筷情况，尤其是在放最底层的时候。

消毒机构常采用臭氧消毒，必要时可在机体内增加紫外线。其出筷机构一般采用的是按键，容易损坏。创新型的智能送筷机出筷机构采用了红外线感应式，这样可以减少了送筷机受力的可能，避免因受力过大造成的机器损伤。另外，出筷口设计在智能送筷机的正面。消毒时，出口成关闭状态，消毒完后自动打开。

图1 传统筷子消毒机下料机构

1.2 下料机构的改进设计

为尽量避免卡筷等情况的发生，本文给下料机构设计了一个可以逐渐降低的叉形杆。如图2所示。

图2 改进后的下料机构

叉形杆的把手可以被取下。放筷前，先将叉形杆置于顶部，这样可以使能放筷子的槽的深度略大于筷子直径；放筷子的过程中，使筷子方形头朝出筷方向，将筷子平铺，使筷子成对放在槽内；放满后，将叉形杆向下调一层，再放第二层筷子。依次类推，直到叉形杆合入智能送筷机底部的槽中；取下把手，关上能掩住叉形杆轨道的推拉门即可。

2 统计顾客量机构及预算统计量的创新设计

2.1 顾客量计数

为了将抽样调查的统计量进行长期顾客量的一个预测，智能送筷机使用电子计数器[3]，而预测长期顾客量也由智能送筷机自动生成。若智能送筷机内的筷子用完，计出的数字不会消失。重新放入筷子后，可以继续原来的统计，直到人工将其归零或储存。智能送筷机内部装有可以随时充电的锂电池和蓄电池，如同许多紧急灯平时插电使用，在停电时可以用存有电量的电池。这样，便可以应对停电的情况。每天，智能送筷机将从0点整到24点整自动进行顾客量统计，并在24点末时将数据储存并重新归零。当然，统计时间及周期可以改变。

顾客量统计机构将被安置在智能送筷机的的外桶的端盖上，方便人们进行输入。统计输入和显示器采用触屏式，位于外桶端盖上。使用时，先将内桶放入外桶，再盖上端盖。简图如图3所示。

图3 智能送筷机外观简图

2.2 平均值加权求和法

相比普通出筷机，智能送筷机除了能统计储存顾客量，还可以对顾客量进行年度预测。预测采用平均值加权求和[4]的方法。平均值加权求和法即利用已统计的数据，用求平均值的方法预算出未知值，然后用平均值乘以天数，再将所得乘积值求和得到，公式表示为：。式中ti为相邻两个统计时刻相隔的天数；为相邻两个统计量的平均值；Ti为每个统计量。

假定某食堂2011年内统计并储存的日子为四天，每天顾客量见表1。

表1 某食堂顾客量统计表

四个抽样时间相隔分别为71天、95天、145天和50天。它们之间顾客量的平均值分别为366.5、622.5、621和365。则一年顾客量人次的预测值为195 429人。由于顾客量通常在一年中成非线性曲线变化，用加权平均值求和法只有在天数越多的情况下越接近准确值。因此预测长期顾客量尽量在统计储存次数较多的情况下进行。

3 仿真与实验结果分析

采用仿真软件MATLAB中的拟合算法，对实际顾客量曲线、实际用筷量曲线、预测用筷量曲线进行拟合[5]，对用预测用筷量来判断实际顾客量的可靠程度进行分析。

3.1 统计数据处理

表2为某中型包子店在一天24小时内顾客量及筷子使用量的统计表。

表2 某包子店一天24小时内顾客量及筷子使用量统计表

为了研究用预测用筷量来判断实际顾客量的可靠程度，用一天的统计分析来推断一年的统计分析。因为一天之内不同时间段顾客量变化很大，而天与天之间顾客量变化较小，因此用一天的情况来推断一年的情况是可行的。对此，对筷子使用的对数进行取样。样本1含有8个单元，样本2含有11个单元，如表3所示。

表3 筷子对数取样表

表4 中间值加权累和填充表

用平均值加权求和的方法对该表进行填充，如表4所示。

表中加粗字体为填充项。比较填充的同列数值，如：早上8点的85对和167对，不难发现，有的填充值相差很大。即样本容量不同，产生的预测结果也不相同。

3.2 曲线拟合及结果分析

用预测用筷量来判断实际顾客量的可靠程度，对各曲线进行拟合。设计出Matlab程序[6]，将顾客量、筷子、样本1及样本2的拟合曲线进行比较，仿真结果如图4所示。

图4 仿真结果

在图4（a）中，可以看出，一天内不论是什么时间，筷子使用量与顾客量基本相同。顾客量曲线微微在筷子使用量曲线的下方。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，绝大部分人们还是会用到筷子。筷子多用的原因主要是有人用筷子时筷子不小心掉在了地上。整体上看，筷子使用量和顾客量基本相同，因此，用筷子使用量来代表顾客量可行。

在图4（b）中，样本二比样本一更接近准确值。也就是说，样本的容量越大，最后预测的长期筷子使用量值越准确。由于人的饮食规律的原因，顾客量在一天24小时中会出现急升和急降的情况，因此用平均值加权求和的办法算得的值偏差可能会较大。避免偏差大的方法便是多收集样本。而以一天为单位来进行统计则不会出现这样的状况，因此数据会更加准确。

根据各数据曲线拟合实验可以得出：用餐厅中的使用筷子数来预测相应的顾客量数可行；用智能送筷机统计筷子数并用来预算相应的顾客量总数方法可行。统计的样本容量越大，预测值越准确。根据统计数据处理的结果来看，可以用平均值加权求和的方法来预测未统计期间的数据。

4 结论

本文设计的智能送筷机利用叉形杆机构减小了下料时间，提高了工作效率。另外利用平均值加权累和法统计了某包子店的顾客量，并以此为基础，预测出次包子店的近期顾客量，管理者可根据近期顾客量，预测出店的经济效益，并可对近期雇用服务员数量等作出规划。实验结果表明本文设计的智能送筷机能较好预测一段时期内的顾客量，在一定程度上可以作为餐馆、酒店等决策者对未来的决策规划的参考数据。

［1］周振营.强力餐具消毒剂［J］.人民军医，1985（08）：30-31.

［2］杨志斌.红外线传感器的原理及维修［J］.江苏冶金，2000（04）：65-66.

［3］张培泽.电子计数器［J］.仪表技术与传感器，1996（08）：43-44.

［4］百度百科.加权平均值［EB/OL］.http：//baike.baidu.com/view/1159328.htm，2012.

［5］石振东.误差理论与曲线拟合［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2010.

［6］许丽佳，穆炯.MATLAB程序设计及应用［M］.北京：清华大学出版社，2011.