分配定製的營養食品和飲料的系統的製作方法

2023-05-21 17:06:16 3

專利名稱：分配定製的營養食品和飲料的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動化的食品和飲料交付系統。更具體地說，本發明涉及一種基於消費者的選擇和已存儲的消費者概況、健康和營養數據來提供定製的食物(serving)的自動化的食品和飲料交付系統。
背景技術：
出售預先包裝好的食品和飲料的自動售貨機是本領域中公知的。分配例如咖啡、熱巧克力軟料或軟飲料的飲料的自動售貨機也是公知的，其中消費者可以選擇上述飲料的組合，自動售貨機按照標準的量將每種成分從存儲容器中分配到消費者可以從自動售貨機上取走的單個容器中。
在第5,404,796號美國專利中記載了一種自動售貨機，其可以利用脫水的粉末來製造法國油炸馬鈴薯。使所述粉末再水化，便可以在自動售貨機內的模具中形成法國炸薯條。然後將所述炸薯條在熱油中進行油炸，便可以提供給消費者新鮮的炸薯條。所述設備在定製方面的唯一的能力在於，能夠選擇是否分配食鹽和/或沙司。
在消費者輸入食物選擇並且計算機準備了樣本菜單的情況下，電腦程式是公知的。該樣本菜單基於用戶可獲得的配料的可能的組合。第200305064號和第2003141337號日本專利申請中記載了這種系統的示例。然後，消費者基於計算機已準備好的菜單來準備食物。
第WO03/056493號國際申請中記載了一種用於按劑量分配營養物質和藥物的營養物質分配器。消費者輸入請求，利用基於慣例的邏輯將消費者的健康和營養需要與標準的營養和藥物表格進行比較，從而根據分配器中存儲的營養物質和藥物配置需要分配的劑量。消費者的選擇受控制分配器進行配料分配的規則的限制。
本發明的目的在於克服這些缺陷或者至少向公眾提供有用的選擇。

發明內容
本發明概括地形成一種用於分配定製的營養食物的系統，包括配料存儲模塊；配料加工模塊；食物分配器；消費者界面；以及控制器，其操作地連結到所述消費者界面，並且被編程以控制所述配料存儲模塊、配料加工模塊和食物分配器的操作；所述控制器在其存儲器中存儲所述配料存儲模塊中的配料的存貨、配料的成分、配料的特性以及消費者的概況數據；所述控制器被編程為按照以下方式操作當消費者通過所述消費者界面選擇定製的食物時，所述控制器a)查閱所述控制器的存儲器中所存儲的信息，通過控制器編程在預定的約束集內，定製與所述消費者選擇的定製的食物最匹配的食物，以及將所選擇的食物呈現給所述消費者確認或修改；b)如果所述消費者修改所述選擇，則在所述修改的選擇後重複步驟a)，以及將最後選擇的食物呈現給消費者確認或修改；以及c)當所述消費者確認了食物時，便向所述配料存儲模塊、所述配料加工模塊和所述食物分配器發出指令，以準備和分配所述食物。
在一個實施方式中，所述配料加工模塊和所述食物分配器彼此結合為一體。
在一個實施方式中，所述食物分配器至少部分由消費者或操作者操作。
在一個實施方式中，在對所述控制器進行的編程中，預定的約束包括但不限於以下的一個或多個
配料的物理特性的限制，配料彼此間的相容性，健康狀況對某些配料的限制，健康狀況對某些配料的要求，所述存貨中的配料可用性，以及成本。
在一個實施方式中，所述控制器被編程為通過所述消費者界面一識別出重複的消費者，就給所述消費者呈現基於所述消費者先前選擇而選出的食物，如果所述消費者對所述的選擇進行了確認，所述控制器便直接跳到步驟c)，如果所述消費者選擇不同的食物，所述控制器便開始步驟a)。
在一個實施方式中，在執行步驟a)和步驟b)時，所述控制器使用所述消費者的概況數據生成用於所述消費者的營養要求和目標，並查閱配料存貨以生成對每種配料的包含水平的限制，以及選擇配料以定製在可用配料的約束內被優化以滿足營養要求的食物。
在另一個實施方式中，所述控制器選擇配料以定製在其他要求的約束內被優化以滿足營養要求的食物。
在另一個實施方式中，所述其他要求包括不能同時包含的某些不相容的配料，以及所述食物按照以下方式包括充足但不過量的液態配料，即，儘可能少地背離營養目標、儘可能接近地匹配所述消費者偏愛的味道選擇以及儘可能便宜。
在可選的實施方式中，在步驟a)和步驟b)中，通過使用布爾樹算法來確定呈現給所述消費者的所述被選擇的食物。
在一個實施方式中，所述配料存儲模塊包括多個存儲隔間。
在一個實施方式中，某些隔間容納粉末狀的配料，例如乳製品粉末、麵粉或其他基於穀物的食物產品。
在另一個實施方式中，某些隔間容納穩定劑、氫膠或乳化劑。
在另一個實施方式中，某些隔間容納例如香料、香草或食鹽的調味品。
在另一個實施方式中，某些隔間容納例如維生素、礦物或生物活性劑的營養物質。
在另一個實施方式中，某些隔間容納調味料或味道調節劑。
在另一個實施方式中，某些隔間容納用於口感的配料(texturingingredients)。
在另一個實施方式中，某些隔間容納例如水、果汁、乳或其他適於飲用的液體。
在另一個實施方式中，某些隔間容納凝膠或乳劑。
在另一個實施方式中，某些隔間容納幹的水果、蔬菜、水果或蔬菜榨出物。
在另一個實施方式中，某些隔間被冷卻或冷凍。
在另一個實施方式中，某些隔間容納被加熱。
在另一個實施方式中，所述配料存儲模塊容納有定量給料裝置，用於將隔間中存儲的配料的預定量加入食物中。
在另一個實施方式中，設有配料推進裝置，用來將配料從所述配料存儲模塊移動到所述配料加工模塊。
所述配料推進裝置是機械裝置、重力裝置、真空裝置、氣壓裝置和液壓裝置中的一個或多個。
在一個實施方式中，所述配料加工模塊包括混合器、加熱器、冷卻器或製冷器中一個或多個。
在一個實施方式中，所述加熱器為對流加熱器、微波加熱器、巴氏消毒器、輻照器、歐姆加熱器或高頻音。
在一個實施方式中，所述食物分配器為噴嘴。
在一個實施方式中，所述食物分配器為擠壓機(extruder)。所述擠壓機可以可選地被加熱。
在一個實施方式中，設置有用於與分配噴嘴對準的分配容器或其他容器，以便從所述食物分配器接收食物。
在一個實施方式中，所述控制器操作地連結到一個或多個伺服器，其中所述一個或多個伺服器中的每個都在其存儲器中存儲了所述配料存儲模塊中的配料的至少某些存貨和能夠從所述存貨獲得的可能的食物、與所述配料存儲模塊中的配料有關的營養健康數據和從所述營養健康數據可以獲得的可能的食物、以及至少某些消費者的概況數據。
在一個實施方式中，所述控制器和/或所述伺服器操作地連結到外部資料庫。
在另一個實施方式中，所述外部資料庫包含與健康和營養有關的信息。
在另一個實施方式中，所述外部資料庫包含消費者的健康信息。
在另一個實施方式中，所述外部資料庫為健康保險資料庫。
在可選的實施方式中，所述消費者的概況數據包括健康狀況、最近的購買記錄和偏愛。
在可選的實施方式中，所述消費者界面為觸摸面板或與所述分配系統結合為一體的鍵盤。
在可選的實施方式中，所述消費者界面為可以在遠離所述分配系統的位置操作的蜂窩電話。
在另一可選的實施方式中，所述消費者界面可操作地通過網際網路連結到所述系統。
在另一可選的實施方式中，所述消費者界面為讀卡器，所述讀卡器讀取以數字或磁的方式存儲在消費者提供的卡片上的信息。
在另一可選的實施方式中，所述控制器可操作地連結到記帳功能元件。
在另一可選的實施方式中，所述記帳功能元件可操作地連結到電子貸/借系統。
在另一可選的實施方式中，所述記帳功能元件可通過硬幣、紙幣和預付的電子卡等的插入來啟動。
在另一可選的實施方式中，本發明為前述可操作地連結到一個或多個伺服器的系統的網絡。
在另一個實施方式中，本發明由用於分配定製的營養食物的裝置構成，所述裝置包括上述的系統和/或網絡的組件的組合。
本說明書中所使用的「食物(serving)」不但包括準備消費的一份飲料或食物，而且還包括濃縮品、沙司、澆頭、調味品或預混合物，消費者可以將其帶走而添加到其他食物中或用於準備其他食物。
本發明還可以被寬泛地表述為由在本申請的說明書中單獨或共同引用的或指出的部件、元素和特徵、以及任意兩個或多個所述部件、元素或特徵的任意組合或所有組合組成，並且在本文中所提到的具體的整數(其具有在本領域中本發明涉及的公知等價物)時，認為在本文中併入了這種公知的等價物，並認為是對其進行了單獨的限定。本發明由前述的內容組成，並且還可以想像下面僅給出實施例的結構。


通過參照附圖可以更加全面地理解本發明，其中圖1是示出本發明的實施方式的組件的方框圖；圖2是本發明的一個實施方式的配料存儲模塊和配料加工模塊的方框圖；圖3是用於分配飲料食物的食物分配器的實施方式的方框圖；圖4是說明根據本發明的系統的一個實施方式的操作的方框圖；圖5是健康概況算法的方框圖；圖6是用於確定體重指數的處理循環的方框圖；圖7是用於處理與糖尿病有關的信息的循環的方框圖；圖8是用於處理關於飲食中的鐵的信息的循環的方框圖；圖9是用於處理與心臟健康有關的信息的循環的方框圖；圖10是用於處理關於葉酸的信息的循環的方框圖；圖11是用於處理消費者的個人偏愛要求的循環的方框圖；圖12是用於根據消費者的偏愛加工食物的方框圖；圖13是用於詢問處理信息以便為消費者提供適應健康概況和偏愛的飲料的方框圖；圖14是用於詢問以確保挑選和選擇的配料被併入將要提供的飲料中的方框圖；以及圖15是用於基於消費者的歷史進行詢問以確定將要提供的飲料的方框圖。
具體實施例方式
根據本發明的系統具有硬體組件和軟體組件。在圖1的實施方式中，分配器10與伺服器30是分開的。分配器10與伺服器30相互進行電氣通信。儘管伺服器30與分配器10可以成為一體，但是單個伺服器30通常與分配器10的網絡相連。
系統的配料模塊12通常包括多個容納散裝配料(例如乳製品粉末或麵粉)的隔間和其他隔間，所述其他隔間被設計用於容納微小量分配的配料，例如調味品、營養物質、味道調節劑以及口感配料(texturingingredient)。典型的乳製品粉末包括全脂奶粉、脫脂奶粉、乳蛋白濃縮品以及乳清蛋白濃縮品。麵粉配料包括穀物和其他的植物麵粉。味道調節配料包括例如香料、藥草或食鹽的調味品或者本領域的技術人員所公知的其他更改風味的配料。人造香料或天然等同的香料(nature-identical flavours)也可以包括在內。
這種隔間可以容納預先準備好的配料混合，以允許更快的準備時間。
在可選的實施方式中，配料隔間中可以容納新鮮的、冷凍的或者經過加工的水果，例如果醬，以便分配到飲料或其他食物中。在具有這種實施方式的系統中，配料模塊可以配備有適當的製冷裝置。
配料模塊內的存儲隔間中所容納的營養品或其他有利於健康的成分為必要的脂肪和脂肪酸、維生素、礦物質和生物活性劑。包括冰凍乾燥的益生菌(probiotics)、生物活性水解產物粉末等的生物活性劑也存儲在隔間中。
可以存儲的其他成分包括但不局限於瓊脂、藻酸鹽、阿拉伯克(arabic)、角叉膠、羧甲基纖維素(CMC)、明膠、魔芋粉、刺槐豆膠(LBG)、甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素(MC/HPMC)、微晶纖維素(MCC)、果膠、黃原膠、阿拉伯膠、細菌膠、羅晃子、達瓦樹膠(ghatti gum)、梧桐膠、半乳甘露聚糖、結冷多糖、菊糖、澱粉酶、澱粉粒纖維素、菌表多糖、麥芽糖複合劑、明膠、纖維、蛋白質、轉穀氨醯胺酶或水解產物、胺基酸、抗氧化劑、糖、人參、巴西可可或咖啡因。
某些其他成分也具有營養價值和其他價值。例如，菊糖有益於糖尿病，而魔芋粉可以減少老年人的吞咽困難。
存儲隔間中可以容納細菌培養(尤其是乳酸菌培養)，以便用於發酵飲料或酸乳酪。
配料模塊12的隔間還容納加工液體，例如水、乳或其他適合飲用的液體。
存儲隔間還容納例如酸乳酪的凝膠劑或者例如冰淇淋等的乳劑。
在配料需要冷卻的情況下，某些存儲隔間還可設置冷卻或製冷裝置。
類似地，當配料需要保持在周圍環境溫度以上時，可以設置加熱裝置。
配料加工模塊14包括與存儲隔間關聯的定量機構。定量機構通過管道結合到配料加工模塊中。用於沿著管道推進配料的裝置(means)通常包括重力、流體推進裝置(例如螺旋推運器)、氣壓或液壓、或位於管道的配料加工端的真空壓力。
配料加工模塊14包括容器形式的混合裝置，該混合裝置被設置用來接收來自配料存儲模塊12的配料。所述混合裝置包括食品工業中一般用來混合生麵團(dough)配料的混合器或本領域中公知的其他混合器。
可選地設置有成形機構，以實現系統的某些功能。經混合的配料然後轉送到成形機構，以使組合的配料成形為預定的形狀，例如營養棒。將成形的配料送入加熱裝置，例如對流烤箱/微波爐、高壓、歐姆加熱或紫外高頻音。
在一個實施方式中，如果所選的食物為比薩餅，那麼成形機構便為滾子(roller)。利用滾子滾出比薩餅的主要成分(base)，並且在傳統烤箱中進行烘烤之前，在中間位置，從定量機構中將比薩餅的澆頭(topping)撒在比薩餅的主要成分上。也可以採用其他的整平機構。
在分配例如流體乳劑(例如酸乳酪)的產品時，產品從噴嘴分配到容器中。在一個實施方式中，分配模塊16具有消費者可接觸的噴嘴。消費者將容器放置在噴嘴下方，並允許流體食物在容器中聚集。
在另一個實施方式中，消費者不可接觸容器和噴嘴。將容器裝滿，並利用自動密封裝置將容器密封，然後將密封的容器分配給消費者。
在本發明系統的另一個實施方式中，配料加工模塊與食物分配器組合在一起。例如，當存在數量有限的易於溶解於液體流中的粉末狀的配料時，將配料加工模塊與食物分配器組合在一起。加工和分配作用可以使粉末溶解在液體中，並允許消費者將飲料帶走。
儘管在某些實施方式中分配器的操作是完全自動的，但是在另一些實施方式中加工或分配操作可以包含消費者或操作者的動作。消費者或操作者可能不得不在分配器下方放置例如杯子或罐的容器，並按壓開始按鈕來分配食物。消費者或操作者可能不得不按照用戶接口屏幕上的指導，通過按壓按鈕或操作杆來參與配料加工或分配。
分配器可以與貼標籤單元關聯。貼標籤單元能夠列印和粘貼標籤，其中標籤用於列出配料並能夠給予任何所需的特殊指導。標籤還可以包括食物所提供的營養特性。
在一個實施方式中，控制器18為具有多種功能的微處理器。控制器18可以與存儲模塊12、配料加工模塊14以及分配模塊16進行交互式操作，以確保所選的、分配的以及加工的配料既滿足消費者的選擇標準，又滿足健康、營養和消費者概況(profile)數據要求。控制器18還可以保持對存貨水平的監視，並且在需要再充填配料隔間時向存貨操作者發送信號。
控制器18還可以與伺服器30中的記帳模塊32互相作用。根據需要，分配器可以使用其他自動售貨機所使用的硬幣、紙幣或銀行卡操作。在其他情況下，可以通過銷售交易點的傳統的電子直接借/貸來實現記帳。
控制器18可以訪問消費者概況數據34。消費者概況數據34可以包括先前的消耗者菜單選擇和消費者的營養要求。在消費者非常健康、並且具有用於特定活動的營養要求的情況下，選擇配料時將說明這一點。當消費者對某些食物(例如花生、麩質或苯基丙氨酸)過敏或者具有糖尿病或高血壓時，它可以排除可能會加重病情的配料的分配。
消費者概況數據34可以以最簡單的形式包含消費者輸入的基本信息，例如體重、身高、年齡和當前的健康狀況。當消費者對於某些疾病已經具有了更加詳細的健康評估或測試時，也可以將這些信息輸入。對於高水平運動員來說，可以將實時健康信息輸入到消費者資料庫中，並且在訓練結束時、甚至在測驗期間可以定製用於消費的適當營養飲料或其他食物。
當已經對消費者進行了基因型分析時，可以將最終獲得的數據輸入資料庫中。當基因型分析可用時，通過基因組營養學(nutrigenomics)分析，能夠選擇最適合消費者的食物。當消費者購買的東西需要由健康保險來支付或補貼(subsidise)時，可以通過連結到健康保險資料庫在購買時提出要求。
消費者可以通過某些形式的用戶界面20進行輸入。在系統已經存儲了消費者概況數據的情況下，消費者只需輸入個人識別碼(PIN)。其他的消費者識別機制，例如虹膜掃描、電子指紋識別或其他生物測定數據的識別，也可以用作PIN輸入的替代形式。另一種替代形式是採用射頻識別或轉發器系統。界面可以包括屏幕或揚聲器，以便實現控制器與消費者之間的交互。
界面可以是蜂窩電話或具有網際網路接入的計算機，或者可以是鍵盤或機器(其自身通過插入其能夠電子地讀取的卡片來激活)的其他輸入設備。在一個可選的實施方式中，消費者界面可以由語音來激活。
消費者可以通過用戶界面20在系統上註冊。在正常情況下，註冊可以包括消費者概況數據的輸入。當消費者在電子卡上存儲有健康信息時，可以通過讀取該卡來實現信息的轉移。作為一種選擇，消費者可以響應於與偏愛、健康狀況和過敏反應有關的標準問題來鍵入信息。在另一個可選的實施方式中，經消費者授權，可以訪問存儲於遠程計算機上的消費者的健康數據。
存儲器中還可以裝載營養和健康數據38，可以將營養和健康數據38與消費者的健康概況進行比較，以確保將不利的配料排除在外。作為一種選擇，可以對控制器進行編程，以便可以訪問和詢問例如提供健康和營養建議的地址www.mypyramid.gov的資料庫。
記帳模塊32可以像連接到銀行所提供的電子貸借服務那樣簡單。作為一種選擇，記帳模塊32可以是從傳統自動售貨機中獲取的模塊，其中傳統自動售貨機是由採用硬幣、紙幣或銀行卡激活的。
分配器10還設有位於配料加工模塊14上遊的強化劑模塊22和定量給料單元24。每個分配器10和伺服器30之間存在電子連接26。
伺服器30具有下面的功能和存儲器資料庫。記帳功能元件32已在上文中進行了描述。消費者資料庫34包含消費者概況。消費者資料庫34除了包含個體概況之外，還可以產生消費者群組概況，當加工命令來自先前未註冊的消費者時，參考消費者群組概況。伺服器30也可以存儲營養和健康數據38以及公式算法36，用於選擇既可以滿足消費者的選擇，又可以滿足營養和健康要求的配料。
結構最簡單的系統可以是其控制器內具有所有存儲和編程功能的、獨立的自動售貨機。
其他的實施方式包括自動售貨機與單個伺服器或多個伺服器的組合。當規則的消費者群體訪問多個自動售貨機時，可以將消費者概況數據存儲於多個自動售貨機的每個的存儲器中，或者存儲於本地伺服器中，以加快訪問和響應時間。
在操作中，消費者可以輸入他們的PIN或其他標識符，選取食物。在典型的實施方式中，將呈現給消費者一種菜單，該菜單始於正餐(meal)和小吃(snack)的類型，消費者可以根據正餐和小吃的類型進行菜單選擇。
可以通過提供給所有消費者的一般選擇來設計菜單類型，或者當消費者概況數據限制了食物類型時，根據更受限的菜單來進行設計。
消費者做出他的/她的選擇之後，控制器18啟動用於控制配料分配的開關，從而對配料進行混合和烹調，並且如果需要的話，然後從自動售貨機分配它們。各個部分的大小可以參照消費者概況數據34來確定。
在一個實施方式中，消費者在分配器10處等待收集食物(在食物已被分配時)。在更複雜的模型中，當消費者從遠離售貨機的地方(通過蜂窩電話或經由網際網路)定購了食物時，消費者將輸入數據，以允許從售貨機自身的分配站中釋放食物。當定購正餐或小吃與售貨機分配正餐或小吃之間存在時間延遲時，這種便利是非常重要的。
根據本發明的系統和裝置還可以可選地包括衛生管理系統。這種系統可以監控偶然的溢出物等。當檢測到溢出物時，所涉及的售貨機將被停用，直到操作者清除了溢出物為止。
當配料具有有限的保存期時，該信息便成為配料控制資料庫中的數據的一部分。當將配料放入配料模塊的隔間時，記錄該日期，並且一旦超過「使用截止」日期，便將配料定量給料機構停用，直到加入新鮮配料為止。
通常併入了本發明的系統的售貨機可以提供特定類型的食物，雖然這並不是限定性的。一些售貨機可以分配諸如「刨冰」或飲用酸乳酪的飲料。另一些售貨機可以分配根據消費者的選擇而混合和形成的營養棒。又一些售貨機可以提供例如奶油凍、酸乳酪或冰淇淋的軟食物。還有一些售貨機可以提供例如奶酪三明治和比薩餅的澆頭(topping)產品。
在另一個實施方式中，被分配的食物可以是被拿走以用於準備飲料、或者與諸如沙拉、肉類、蔬菜、魚類等的其他食物混合、或撒在其他食物上的濃縮品、粉末、調味料、澆頭等。
訪問售貨機的人可以是會員或臨時人員。會員消費者可以根據自己的偏愛和概況數據中的限制來定製食物。
併入了根據本發明的系統的售貨機可以安裝在學校中。這種售貨機不包含個別消費者數據，但是可以包含典型學齡兒童的概況。可以對這種售貨機進行編程以製造較小的食物，以便對潛在不完善的飲食和其他正餐進行營養補償。例如，青春期的女孩需要從她們的食物中獲取額外的鈣。存儲於這種售貨機中的配料可以局限在滿足學生的營養要求的範圍。
在另一個實施方式中，可以對併入了根據本發明的系統的售貨機進行編程，以提供適合老年人消費的食物。這種售貨機可以包含養老院中的每一個居住者的消費者概況數據。然後，可以根據每個不同居住者的營養和健康要求來提供正餐。正餐要求可以由居住者自己或者代表居住者的工作人員來提出。安裝這種售貨機可以減少在養老院中設置炊事員或廚房工作人員的需要。存儲於這種售貨機中的配料也局限於滿足老年人的需要。
自動售貨機的編程可以包括與目標群體的典型口味有關的信息，以及首選的食物口感(texture of food)。
併入了根據本發明的系統的自動售貨機的另一種可能的應用是用於公共運輸中。公共汽車、火車或飛機，機場或車站都可以設置這種自動售貨機，以便為旅客提供定製的或臨時的食物。
併入了根據本發明的系統的自動售貨機可以設置於零售店、大型購物中心、超市、便利店、大學、健身房、車間、體育場、劇院或者潛在的消費者可能尋找食物或飲料的任何其他地方。
在一種應用中，根據本發明的自動售貨機安裝在方便食品出口的銷售櫃檯附近。消費者從自動售貨機中取出例如沙拉的已購買的食物，並定購例如調味品的食物，定購的調味品可以直接撒到沙拉上，或者在消費者將調味品撒到沙拉上之前，將調味品放在消費者打開的包中。
根據本發明的系統具有多個優點。在一個實施方式中，不但為消費者提供了獲取根據偏好而定製的食物的便利，而且提供了獲取出於健康和營養考慮的最佳食物的便利。當食物由新鮮配料製成時，可以在以下條件下對這些配料進行存儲，即，這些配料在食物中的狀態比消費者在較不適宜的條件下存儲它們時的狀態更新鮮。可以對用於控制配料的存儲和分配的算法進行編程，以確保新鮮是需要包括考慮的事項。
具有營養飲料的自動售貨機圖2和圖3中示出了用於分配營養飲料的、圖1中示出的分配器的一個實施方式的示意布局。
配料存儲容器44位於環境控制單元40中。配料存儲容器44具有射頻識別(RFID)配料識別晶片42，用於識別自動售貨機中存儲有哪些配料。如果需要的話，環境控制單元40可以是密封的。配料搖動/攪動單元46被設置用來幫助從容器44中推進(advance)粉末狀的配料。
圖2和圖3中還示出了庫存水平傳感器48，以提供存貨信息。
存儲容器44下方設有驅動機構50，用於驅動例如螺旋推運器的饋送機構52，饋送機構52將配料從存儲容器44中推進到管56中。管56上設有測量器54，用於測量所分配的配料的量。
斜槽58與管56對準以接收從容器44釋放出的粉末狀配料。斜槽58設有攪拌器60，以防止粉末粘在一起。
每個獨立的配料都具有獨立的存儲容器，並具有剛才所描述的相關組件。
參照圖3，粉末歧管65被設置成與強化劑源64和配料源62相通。強化劑64可以粉末形態從精確的粉末測量裝置提供，或者作為一種選擇，強化劑64可以具有精確劑量的預製藥片形式提供。配料62從與每個配料容器44關聯的斜槽58中排出。
還設有液態配料歧管66。歧管66與液體源68相通。歧管65和66下方是飲料分配機中常見類型的杯狀分配機構76。杯子78也被示出。將要分配到杯子78中的配料和液體的路徑通過箭頭80和82示出。
分配和加工功能通過提供葉輪形式的混合器頭(mixer head)71和混合器驅動器70來完成。設有適當的水噴射噴嘴的葉輪清潔器74也包括在內。葉輪電動機70和混合器頭71可以在箭頭72A的方向上移動，以混合杯子78中的配料，或者在箭頭72B的方向上移動，以允許清洗混合器頭或葉輪71。
在操作中，消費者同意了所選的營養飲料、並且公式算法確定了所需配料的量之後，驅動器50啟動饋送機構52，以通過管56來饋送粉末狀配料。如果需要的話，攪動機構46確保粉末狀配料在配料存儲容器內不會粘在一起。所分配的配料的量可以通過電動機50的時間運算和/或通過測量器54測量配料的量來確定。如果粉末狀配料在斜槽58中粘住，那麼攪拌器60能夠使其分開。
存儲容器44中的配料的性質由RFID晶片42來識別。剩餘配料的水平由庫存水平傳感器48發送到控制器。當配料需要受控的空氣時，例如降低的溼氣或氧氣水平，那麼環境控制單元40中的空氣可以被適當地調節。
如圖2所示，來自配料存儲模塊44的配料62與強化劑(fortificant)64一起收集在歧管65中。例如水、蘇打水或液態調味料的液態配料全部收集在歧管66中。然後，將這些配料釋放(通常利用重力)，這些配料沿著路徑80和82向下流入杯子78中。混合器驅動器70和混合器頭71沿著箭頭72A的方向被調動到混合器頭71位於杯子78中的位置，在該位置，混合器頭71將杯子78中的配料攪動預定的時間，以實現均勻混合。
當配料具有較高的蛋白質含量時，例如乳蛋白濃縮物或乳蛋白分離物，混合器頭71以降低的速度操作，以避免產生過量的泡沫。
當預定的混合時間結束時，驅動電動機70從杯子76中抬起，並轉動到使混合器頭位於清洗單元74中的位置，以便進行清洗。
然後消費者便可以獲得杯子78，以拿走飲料。
營養飲料分配器的操作參照下面的表1，圖4示出了從使用者開始接觸到圖2和圖3所示類型的營養飲料分配器的循環(cycle)結束的操作序列。在圖4中，圓圈中的數字不是標號，而是表1的左欄中的步驟編號。
先前未使用過該系統並且不是註冊成員的使用者需要執行步驟1。使用者可以通過行動電話經由網際網路在分配器上輸入健康信息、或者在會員站(其為未與售貨機結合在一起的用戶界面)輸入健康信息。
在步驟2，系統提供標識符。該標識符可以是個人識別碼(PIN)、裝入智慧卡的信息、或者是裝入要分配飲料的杯子中的RFID晶片的信息。
在步驟3，使用者的健康信息數據被存儲到分配器、網絡伺服器或ID輸送機上的控制器的存儲器中，或者存儲到由使用者保留的智慧卡或RFID中。
在步驟4，使用者利用分配器上的界面面板，採用文本信息通過email或通過網站登陸到設備中。
當使用者已經是系統的成員時，便可以開始圖4中的步驟25。用戶首先輸入他們的ID。然後，在步驟5，根據具體情況，在界面面板、遠程計算機或行動電話上對輸入的ID進行驗證。
在步驟5，驗證這些用戶ID，並且根據具體情況，將他們的概況和偏愛信息呈現在自動售貨機的界面面板、遠程計算機或行動電話上。
在步驟6，用戶添加其健康狀況的任何更新和瞬時的偏愛細節。根據具體情況，這一點可以通過自動售貨機上的用戶界面以文本郵件的形式或經由網站來實現。
在步驟7，計算機或伺服器中的程序通過邏輯的系統或優化程序，利用已存儲的信息和已更新的選擇運行算法。
在步驟8，將飲料推薦呈現給用戶。根據具體情況，這一點可以在自動售貨機的界面面板上通過文本信息以email的形式來實現、或者在網站上實現。
在步驟9，使用者基於個人偏愛和可獲得的配料作出改變。
在步驟10，使用者確認已修改的選擇。
在步驟11，控制器向配料存儲與加工模塊以及伺服器分配器發出指令，以準備和分配食物。
在步驟12，系統檢測經由智慧卡閱讀器的付款、或通過檢測硬幣下落、直接借記或通過與自動售貨機或資料庫有關的其他方式的付款。
在步驟13，付款。
在步驟14，控制器檢查序列和交付數量信息。
在步驟15，將信號發送到電動機和泵浦，以按照算法規定的時間模式(pattern)交付。
在步驟16，通過液體泵、粉末分配器、片劑和水供應裝置交付配料。
在步驟17，隨著飲料準備的進展，可以通知用戶飲料分配的狀態。這一點可以採用屏幕通知(note)或者通過照亮前面板上的機器部分來實現。
在步驟18，當飲料位於杯子中時激活混合器。
在步驟19，當混合器已經從杯子中移走時，發出飲料準備好信號，消費者然後便可以將飲料取走。
在可選的步驟20，可以顯示與飲料配方有關的信息。與飲料配方有關的信息可以顯示在用戶界面的屏幕上或者以列印的收條的形式顯示。與飲料配方有關的信息可以列印在貼附於杯子上的標籤上，或者當採用包裝盒而不是杯子來提供飲料時，該信息可以列印在包裝盒上，如果食物是以包裝盒的形式被提供的話。
在步驟21，為了保持對配料存貨的跟蹤以及保持對消費者已消耗的配料的量的記錄，在資料庫中更新與配料交付有關的信息。
在步驟22，激活清洗序列，以便在頭清潔器74中清洗圖3中的混合器頭71。
在步驟23，庫存水平信息被發送到存貨資料庫，以準備重新進貨程序，從而確保自動售貨機不會將配料耗盡。
在步驟24，自動售貨機被復位，以便重新啟動用戶屏幕並使得配料分配模塊進入靜止位置。
最後一個步驟26用於提示最初的用戶加入會員，以便出現在界面面板上。
表1用於營養飲料交付的操作序列(與圖4一起使用)



義大利麵食(pasta)和義大利麵食調味汁出售設備用於準備從自動售貨機分配的食物的現有設備適於與本發明的系統一起使用。
美國公開的專利申請2002-0152896中記載了一種這樣的設備。該專利申請中所記載的設備存儲義大利麵食和用於製作義大利麵食調味汁的配料。當消費者定購義大利麵食時，義大利麵食便被釋放到義大利麵食烹飪罐中，並添加沸水來烹飪義大利麵食。然後將義大利麵食分配到盤子中。消費者可以選擇調味汁。將來自獨立的存儲隔間的配料混合，並且在與義大利麵食混合之前或之後將配料與水結合，以便消費者從自動售貨機接收具有調味汁的煮熟的義大利麵食。用於義大利麵食的存儲隔間可以構成圖1中示出的存儲模塊的另一組件。水分配和烹飪功能元件可以構成加工模塊的一部分。
在將要被分配到義大利麵食中的配料中，可以包含為滿足消費者健康狀況要求和偏愛而定製的適當的營養物。
用於為用戶準備飲料的布爾樹算法1.引言多個簡單的邏輯樹採用從具有營養和功能知識的消費者獲得的信息，並被用來確定最適當的結果。
為了演示布爾樹的處理過程，將跟隨假設的消費者Mike從數據入口到最終飲料的確定，演示表1和圖4的步驟是如何實現的。Mike，男、46歲、高6英尺1英寸、體重93kg。Mike患有II型糖尿病、並且具有高血壓和高膽固醇。
2.初始選擇當消費者接近自動售貨機時，可能會有用於確定他們的飲料選擇的多種不同的選項。他們可能會需要「快速跟蹤」選項。這允許他們選擇飲料的主要成分(base)和香料，並添加例如「免疫物質」或「雌性激素(femme)」的「物料量(shot)」。這雖然是快速而簡單的，但是沒有利用本發明的系統的主要益處——系統基於個人的健康概況來提出特殊建議的能力。
消費者可能在自動售貨機上進行初期購買時或者可能在網站上進行在線購買時，已經將他們的健康數據輸入到了系統中。如果是這種情況，那麼消費者便可以僅輸入他們的使用者ID和PIN、刷他們的智慧卡或者採用被選擇用來識別註冊成員的任何技術，自動售貨機中的計算機系統將訪問網絡並尋找與該消費者有關的數據。
如果消費者還沒有輸入他們的健康數據，那麼他們可以在該階段輸入。為了說明該實施例，Mike選擇了該選項。
3.健康概況當消費者決定輸入他們的健康數據時，他們會使用可以收集將被存儲為他們的「健康概況」的信息的算法。健康概況包括與個人的健康和一般偏愛有關的各種永久數據和可變數據。永久數據被收集和存儲為固定信息，而可變數據可以自動地被設置為預設值，但是可以在每次使用自動售貨機時改變可變數據。
圖5示出了用於概述信息和選項類型的典型的流程圖(而圖6-11示出了單獨的循環(loop))，該流程圖可用來收集與健康概況有關的信息。存在可被使用的代表性問題。當打算將自動售貨機與例如學生或老年人的用戶等級一起使用時，所述問題則會適合該用戶群。
第一類問題相對來說是不需要解釋的，並且是與消費者的性別和年齡有關的查找信息。同一年齡段的人基於類似的營養需求，並且可以分成更小的範圍，以確保消費者對該問題感覺舒適。Mike為男性並且年齡在46-70歲之間。
BMI循環參照圖6，個體的體重指數(BMI)是基於身高和體重的身體脂肪的測量值，並且是多種健康顧慮的風險的重要指標。通過將人的體重(以千克為單位)除以身高(以米為單位)的平方來計算BMI。BMI循環計算基於消費者所提供的信息的BMI，並且允許輸入的數字的單位為公制單位或英制單位。總的來說，BMI大於25則表明人超重。然而，人們往往會高估自己的身高，而低估自己的體重，因此將BMI24作為分界點。消費者的身高和體重也可以在自動售貨機上通過使用目前可使用的技術來測量，並且通過該測量設備來計算BMI。
根據Mike的身高(6英尺1英寸)和體重(93千克)來計算他的BMI身高(以米為單位)＝((6×12)+1)×2.54/100＝73×2.54/100＝1.85mBMI＝93/(1.85×1.85)＝27.2因此，Mike屬於「BMI＞24」的一類。
糖尿病循環如果人具有I型或II型糖尿病，那麼身體則不會產生足夠的胰島素或細胞將忽略胰島素。胰島素是身體能夠利用糖類所必不可少的。當葡萄糖在血液中而不是進入細胞時，能夠引起多種問題。因此，對於具有糖尿病的人來說，控制糖類的攝入則是非常重要的。不同的糖類對血糖水平具有不同的影響，而蔗糖和葡萄糖的影響最大。像阿斯巴甜糖、糖精、蔗糖素和乙醯舒泛鉀一樣的、實際上不含卡路裡的甜味劑不會提高血糖水平，但是糖醇(木糖醇、甘露醇以及山梨糖醇)含有卡路裡，並且會略微提高血糖水平。考慮全部碳水化合物的攝入也是非常重要的，至於說卡路裡，所有可消化的碳水化合物會使血糖升高相同的量(美國糖尿病協會，2005)。還有證據表明，對於有可能患有II型糖尿病的人來說，飲用低糖類水平的健康食物可以有助於延遲疾病的發作。
圖7中示出的糖尿病循環示出了可能的問題和結果的實施例，其中考慮到了個體要麼是患有糖尿病要麼是具有某些潛在的風險因素。
Mike確實患有II型糖尿病，因此分配給他較高的無糖優先級。這樣便要求飲料必須不含任何蔗糖或葡萄糖，並且總的含糖量必須不大於5％。如果他還沒有被診斷為患有糖尿病，那麼邏輯樹便會記錄他超過45歲且BMI大於24，並且邏輯樹會建議他考慮選擇無糖作為優先級。消費者可以不考慮該實施例的營養建議，但是將會顯示警告，以確保消費者可以意識到他們的決定是違背營養建議的。
其他兩個優先級的級別為中等和較低。中等優先級意味著將對系統推薦的飲料進行限制，以確保總含糖量不超過10％。無糖的低優先級意味著糖的量不會影響與向消費者推薦何種飲料有關的任何決定。
鐵或鈣循環在許多西方國家的婦女中，鐵和鈣的飲食攝入不足是普遍的，並且牽涉到例如貧血和骨質疏鬆症的問題的發展。然而，不希望給予已經補充了鐵的男性或女性格外的食用鐵。
圖8中的鐵循環允許消費者基於他們健康概況的其他方面，對與鐵攝入有關的將被接受或詢問的問題作出響應。如果消費者表示他們不關心他們的鐵攝入，那麼系統則會檢查他們的性別；如果他們是女性，那麼便會發布信息來解釋婦女往往會缺鐵。系統詢問個體是否攝入了含鐵的補充物，如果沒有攝入，那麼則會呈現另一條信息來強烈建議消費者考慮將鐵作為高優先級。對於鐵的高優先級意味著系統將使飲料中包含額外的鐵，除非消費者另外進行了明確指示；中等優先級意味著將增加鐵，除非它與高優先級的指令衝突；而低優先級將不會導致鐵增加，除非消費者明確要求。對於鈣也採用類似的循環。
Mike不太可能關心他的食物中的鐵或鈣的水平，並且由於他是男性，因此系統將消除消息機制，並僅僅分配低優先級的鐵和鈣。
心臟健康在西方，患有動脈硬化疾病的人數不斷增加。研究表明多種微量營養素可以改善心臟健康，其中包括抗氧化劑(維生素E)、Ω-3脂肪酸和葉酸。圖9示出了用於心臟健康的循環。
根據Mike目前的健康狀況，他應當關注心臟健康。然而，如果他不確定心臟是否健康，那麼該循環便促使他考慮他可能具有的風險因素。即使Mike完全沒有意識到他的心臟可能處於緊張狀態，邏輯樹也會檢查到他的健康概況並記錄他超過45歲並且BMI大於24。基於該信息，給出建議信息，以促使Mike將心臟健康作為高優先級。這將確保在他的所有飲料中增加心臟健康配料，除非他明確不考慮該指示。
目前，這種心臟健康循環是指由三種成分——Ω-3、維生素E、和葉酸組成的單一的「心臟物料量」。不管個體作出與心臟健康優先級有關的何種選擇，心臟物料量都將用於配料組中，而不是單獨的成分。在可選的方案中，通過改變以考慮採用單獨的配料，以允許在滿足消費者需要時具有更大的靈活性。這種可選的方案需要更多的配料流和更多的消費者輸入。
葉酸循環與心臟健康一樣，葉酸對於婦女健康來說也是非常重要的，尤其是對於處於青春期和懷孕時期的婦女。圖10中的葉酸循環是僅僅顯示給女性消費者的。該實施例的系統根據「主要成分」和「物料量」來操作，並且「心臟健康」對應於單個物料量。因此，由於葉酸包含在「心臟物料量」中，因此不需要基於個體而將其設為高優先級。在不採用「物料量」方法的系統中，需要對葉酸循環進行相應地調整。
由於Mike為男性，因此系統不會為他顯示葉酸循環。他可能已經一直在根據自己將心臟健康作為高優先級的決定來攝入額外的葉酸。
個人偏愛循環圖11示出的該健康部分中的最後的循環與個人偏愛有關。邏輯樹能夠基於消費者的健康概況限制給予的飲料選擇(即，無糖優先權)，但是消費者可以輸入將由系統推薦的一定量的飲料類型和口味。在其他的實施例中，當在系統中增加更多的飲料類型和口味時，邏輯樹的該部分將會變得相當大。
Mike沒有將無糖作為高優先權，因此系統會將基於乳的飲料設定為預設值。Mike偏愛熱巧克力飲料並且有些喜歡甜食，因此他選擇甜度級別3。人造甜味劑被使用，在不危及糖尿病的情況下，Mike仍然可以使飲料超甜。
4.選擇一旦消費者在自動售貨機上或者在線輸入了他們的健康概況，系統便會識別這些健康概況，並且能夠從資料庫中提取出他們的指定信息。在該實施例中，與消費者的選擇歷史有關的記錄(包括他們喜愛的飲料)、自動售貨機通常被訪問的時間和地點以及各種營養物質的日常攝入被保存。
圖12是用於已經將健康數據記錄輸入到自動售貨機中的人的邏輯樹方法。歡迎消費者進入系統，並且如果消費者以前使用過該系統，那麼可以為消費者提供與他們上次選擇的飲料相同的飲料來作為快速選擇。其他選項包括回答與消費者目前的健康狀況有關的某些「可變數據」的問題，以改變健康概況數據，從而改變推薦的飲料。消費者然後可以要求他們最近的飲料更新版本(「今天的版本」)或者基於他們的被存儲的健康概況/喜好信息(「已存儲的喜好」)要求的飲料。
Mike以前沒有使用過該系統，因此他沒有歷史數據來允許他選擇「與上次相同的」或「今天的版本」的選項。他對三個問題中的每一個都回答「不」，然後按壓「已存儲的喜好」按鈕。
「可變數據」問題的答案與消費者的健康概況中存儲的答案合併，並且系統通過另一個邏輯樹來工作，以確定與消費者的健康狀況和消費者的個人喜好要求最匹配的飲料是什麼。圖13示出了這種邏輯樹的實施例。
Mike通過圖13的邏輯樹來進行操作，他不會選擇大腦(brain)或免疫(immune)。由於心臟健康為高優先級，因此他將獲得心臟物料量。鐵和鈣都不是高優先級，並且能量級保持為低。他偏愛的主要成分為乳，並且他喜歡熱的乳。然而，他正在獲取心臟物料量，這就意味著他必須將心臟物料量放入冷的飲料中。對於巧克力和超甜的偏愛不會受到這種改變的影響。為了看到每個物料量所對應的實際的配料，並確保在配料方面重疊的兩個物料量的選擇不會使雙劑量的任何配料增加到產品中，因而採用了圖14。最終被推薦的飲料是超甜、冰凍的、基於巧克力乳的飲料，並且為了心臟健康而在其中增加了維生素E、葉酸和Ω-3。
向Mike提出該建議，並給予他改變口味、物料量、溫度和主要成分的選項。然而，如果他的任何改變將製造出與基於他的健康概況的建議相違背的飲料，則會顯示對此進行解釋的信息。如果Mike決定不考慮該建議，那麼他以通知的方式來作出不考慮該建議的行為。
既然系統中存在Mike的歷史記錄，那麼他可以採用圖12中示出的「與上次相同的」或「今天的版本」選項。現在，他感覺可能感冒了，因此他對「你感覺不舒服嗎」的問題回答「是」。這激發系統將免疫物料量增加到Mike的飲料中。Mike然後按壓「今天的版本」按鈕。
系統可以訪問Mike上次選擇的飲料的記錄，因而這次可以採用更加簡單的邏輯樹(圖15)。根據用於Mike的該實施例，他沒有選擇大腦，但是他要求了免疫物料量。他上次接收了心臟物料量，但是沒有接收骨骼或雌性激素物料量(femme shot)。他沒有要求提高能量級，因此像上次一樣，能量級保持為低。鐵和鈣都不是高優先級，並且能量級保持為低。他先前的主要成分為超甜的巧克力乳，並且由於該主要成分已經是涼的了，因此增加免疫物料量也不會對其產生影響。再次利用圖14，最後推薦的飲料是超甜、冰凍的、基於巧克力乳的飲料(低卡路裡和低蔗糖)，其中為了心臟健康而增加了維生素E、葉酸和Ω-3，以及為了提高免疫力而增加了具有額外的鈣和鐵的益生菌。
僅僅在Mike認為他上次選擇的飲料不是他實際選擇的飲料的情況下，才會呈現給他飲料的概述(summary)，並且他可以選擇採用類似的方式來將口味、物料量、溫度和主要成分改變為與上次相同。
表2示出了五個消費者(包括Mike)的概述，表中示出了他們健康概況的永久信息、他們的個人選擇以及對當天的可變數據問題的回答。圖13中示出的詢問用於基於該信息來確定將最好的飲料推薦給每個個體，並且在表3中示出了這一點。
給予了所有個體改變被推薦的飲料的選項，並且在表4中列出了他們的最終選擇。表5列出了根據最終選擇而計算出的成分。
表2健康概況和飲料推薦

表3基於圖12的詢問而推薦的飲料


表4消費者更改的飲料

表5對於每種健康概況而計算的飲料組成



根據營養成分、偏好和成本優化食物問題概要根據由參照圖5-11所描述的方法或者以任何其他方式從用戶那裡獲得的信息來確定用戶的健康狀況。在資料庫中，每個健康狀況都與營養學家所定義的營養偏愛關聯。消費者的偏愛(例如口味、固體、液體或其他方面)也由用戶像參照圖12所描述的那樣或者以任何其他方式來限定。
優化程序為基於這些偏愛為食物配置處方(通過下面「目標函數」部分中描述的方法對所述食物進行優化)。
總的配方特徵也可以被限定為配方中的每種成分和特性的量的函數。在一個實施方式中，某些口味特性為特徵。在另一個實施方式中，粘度為特徵。在又一個實施方式中，甘油指數為特徵。
用於待分配的食物的處方是各種流(stream)按照某種比例的組合。所述流本身是由不同數量的配料組成的。每種配料具有物理成分(例如鈣含量)和無形的特性(例如能量含量、有機狀況或遺傳修改狀態)。
首先將這些流組合闡述為優化問題。接著描述解決該問題的方法。
問題闡述變量定義了代表處方中的每種流的數量的變量。在一個實施方式中，只有在離散的單元(例如包含有一定量的維生素E的片劑)中才可以獲得某些流。在這種情況下，與這些流對應的變量是離散的。例如，如果x9對應於只有在0.3g的片劑中才可以獲得的流，那麼x9應當是代表處方中的離散單元數量的整數變量。處方中的這些片劑的總重量(以克為單位)則為0.3x9。
所需的變量進一步被定義為在製作目前的食物之前，特定一天消耗的每種成分和特性的數量。
在一個實施方式中，二進位變量被定義為表明在處方中是否使用了每個流。對於每個流來說，都要求非零的整數變量yi＜＝1，其中i是對應於特定流的數字。
在一個實施方式中，所有變量均被定義為具有有限的上界。處方中的任何流的數量都受處方大小的限制。二進位包含變量顯然以1為上界。每天已經消耗的每種成分和特性的數量可能在理論上是沒有邊界的，但是代表數量的變量確被定義為是具有上界的。如果實際消耗的量超過了該上界，那麼變量將被賦予上界的值。當食物中的成分或特性的數量超出界限之上時，上界便被設定為食物中允許的成分或特性的最大量。否則，根據上界來選取限制每天的消耗量的適當大的值。目標函數(Objection Function)在一個實施方式中，對每種營養和味道強度偏好採用處罰加權，以使得滿足偏好不會受到處罰，而偏離偏好則會獲得多個罰分。這一目的是為了使營養和味道強度罰分和總成本最小。可以採用與營養和味道偏好、以及總成本組合的方式相同的方式，融入和併入其他因素。
按照如下方式授予罰分對於配料的每種成分或特性以及該處方的每個特徵，指定成分、特性或特徵的水平目標值；允許在該值兩側的範圍內不被處罰；食物中的成分、特性或特徵的數量的函數給予令處方落在該範圍之外的每個單元多個罰分。在一個實施方式中，該函數是凸函數。
正的加權被分配給由於偏離每種成分、特性或特徵的目標值而獲得的罰分和總成本。目標函數是為了使所有被加權的罰分和被加權的成本的總數最小。
在一個實施方式中，使分配給由營養目標引起的罰分的所有加權相對於其他加權來說較大，以使營養目標完全優先於例如味道和成本的其他目標。這是有可能的，因為每個變量的值和每個變量偏離任何固定目標的偏離值是有界限的。
在一個實施方式中，使分配給由味道目標引起的罰分的所有加權相對於其他加權來說較大，以使味道目標完全優先於例如成本的其他目標。
在另一個實施方式中，使分配給由一組目標中的每個目標引起的罰分的加權相對較大，以使該組目標部分優先於另一組目標。
在一個實施方式中，相對優先級由用戶來設定。為營養、味道和成本設置的加權的程度被標準化為共計100。每個加權的值可以由用戶直接改變。
在一個實施方式中，相對優先級由屏幕上的三角形中的點的位置來表示，其中角被標記為「營養」、「味道」和「成本」。用戶在三角形中選取點，計算從該點到每個角的距離，並顯示由距離的某個單調函數所確定的優先級。用戶可以在加權的直接調整和三角形的點移動之間切換，以實時地觀察一方面是如何影響另一方面的。
根據一個實施方式，營養學家將選取某些相對優先級和用於每個健康狀況(或者每個健康狀況和味道偏愛的組合)的經優化的處方，並將結果存儲於資料庫中。然後，最後獲得的處方立即可以用作與該概況匹配的用戶的預設的選擇。
約束對於每種成分和特性或特徵，可以指定最小值和最大值。這些最小值和最大值是對食物中的某些成分、特性或特徵的總量的希望的絕對限制。每份食物中並不是所有的成分、特性和特徵都可以要求進行最小量或最大量的明確限制。
還存在每日的最小值、最大值和目標函數處罰，除了在目前處方中的每種成分、特性或特徵的量中增加了表示目前每天的成分、特性或特徵的量的變量之外，其他方面是完全類似的。
此外，為了分配目標函數中使用的處罰，需要對每種成分、特性和特徵進行約束。
採用以下方式進行處罰。假定處方中每種成分、特性或特徵的量為c，並且目標值為t。定義正變量p+和p-。那麼，約束c＝t+p+-p-表示，如果存在可處罰超額的任何成分、特性或特徵，那麼超額的值便為p+；如果存在可處罰的不足的任何成分、特性或特徵，那麼不足的值便為p-。對於目標函數中的每個標準都必須制定這些定義，即，對於每種成分、特性和特徵都制定兩條定義(每個處方制定一條定義，並且每天也制定一條定義)。在整數規劃中，任何分段的線性約束或目標函數能夠被模型化。
此外，當可以獲得新的配料、或研究了新的特性或特徵時，可以增加成分、特性和特徵。
幾種潛在的不相容性存在於流之間；例如，咖啡味道和果汁不應當組合在同一飲料中。增加約束來確保不相容的流不會同時包含在食物中。這些約束可以被線性地表示，因為每種流的量是有界限的。流的相容性由表6給出。
總的來說，如果線性約束或約束組僅在某個條件下適用，並且其本身可以表示為違背第二個線性不等式或不等式組，那麼可以採用混合的整數線性程序的形式來表示該邏輯關係。
約束確保所有流的總質量的總和為希望的量。在一個實施方式中，希望的量為400g。
在一個實施方式中，增加約束，以確保液體在全部飲料中佔有足夠的比例。
在一個實施方式中，約束限制食物中的某些流的總量。
在一個實施方式中，約束確保了包含關鍵的流。在一個實施方式中，WPI為關鍵的流。在一個實施方式中，MPC為關鍵的流。
控制器獲得對自動售貨機中的每種流的可用性的限制，並迫使處方僅包含可用的每種流。

解決方法優選程序解決了所闡述的優化問題。
利用被選擇以在合理的時間幀內儘可能有效地運行的優化算法或拭探法(heuristic)來實現優化。由於算法的性能和計算機的速度不斷提高，運行優化算法或拭探法的合理時間幀的長度取決於採用優化的時間和用戶準備好接收食物的時間之間的時間，並且問題的複雜性隨著約束和在約束中闡述的目標函數標準的複雜性的改變而改變，以及約束和在約束中闡述的目標函數標準的複雜性是隨時可以變化的，因此本發明的不同的實施方式可以採用不同的解決方法。下面列出的可能的解決方法的選擇不希望是限定性的。
在一個實施方式中，目標函數和所有約束都是線性的，因此上述問題是混合的整數線性規劃。
在一個可選的實施方式中，利用混合整數線性規劃來實現優化(參照參考文獻中Winston的文章)。
在一個可選的實施方式中，採用單形體方法(simplex method)解決混合的整數程序的線性張馳(參照參考文獻中Winston的文章)。
在一個可選的實施方式中，內部點方法用來解決混合的整數程序的線性張馳(參照參考文獻中Winston的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用閾值接受法(threshold acceptance)來實現優化(參照參考文獻中Dueck等人的1990年的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用多次啟動(multistart)來實現優化(參照參考文獻中Rinnooy Kan等人的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用模擬退火來實現優化(參照參考文獻中Kirkpatrick等人的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用大洪水方法(great deluge)來實現優化(參照參考文獻中Dueck的1993年的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用禁忌搜索方法(tabu search)來實現優化(參照參考文獻中Glover等人的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用受控制的隨機檢索來實現優化(參照參考文獻中Price的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用基因算法來實現優化(參照參考文獻中Holland的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用神經網絡來實現優化(參照參考文獻中Hopfield等人的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用進化算法來實現優化(參照參考文獻中Rachenberg的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用Nelder-Mead算法來實現優化(參照參考文獻中Nelder等人的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用粒子群來實現優化(參照參考文獻中Eberhart等人的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用蟻群來實現優化(參照參考文獻中Colorni等人的文章)。
在一個可選的實施方式中，利用梯度方法來實現優化(參照參考文獻中Golub等人的文章)。
參考文獻Winston，W.L.(2004)，Operations ResearchAlgorithms andApplications(操作研究算法和應用程式)，4th Edition，Duxbury Press.
Dueck，G.and Scheuer，T.(1990)，Threshold acceptinga generalpurpose optimization algorithm appearing superior to simulated annealing(閾值接受法似乎優於模擬退火的一般用途的優化算法)，Journal ofComputational Physics 104pp86-92.
Rinnooy Kan，A.H.G.And Timmer，G.(1984)，A stochasticapproach to global optimization，in Numerical Optimization(數字優化中的全面優化的隨機方法)(P.Boggs，R.Byrd and R.B.Schnabel，Eds.)，SIAM，Philadelphia.
Kirkpatrick，S.，Gelatt，C.D.Jr.And Vecchi，M.P.(1983)，Optimization by simulated annealing(採用模擬退火的優化)，Science220pp671-680.
Dueck，G.(1993)，New optimization heuristicsthe great delugealgorithm and the record-to-record travel(新優化探索大洪水算法和記新法)，Journal of Computational Physics 104 pp86-92.
Glover，F.and Laguna，M(1997)，Tabu Search(禁忌搜索)，KluwerAcademic Publishers，Boston.
Price，W.L.(1978)，A controlled random search procedure for globaloptimization(用於全面優化的受控制的隨機檢索)，in Towards GlobalOptimization 2(L.C.W.Dixon and G.P.Szego，Eds.)，North-Holland，Amsterdam.
Holland，J.H.(1975)，Adaptation in natural and artificial systems(自然和人造系統中的適應)，The University of Michigan Press，Ann Arbor.
Hopfield，J.J.and Tank，D.W.(1985)，″Neural″computation ofdecisions in optimization processes(在優化過程中的判決的「神經系統」計算)，Biological Cybemetics 52pp141-152.
Rechenberg，I.(1 973)，Evolution strategieOptimierung technischersysteme nach prinzipien der biologischen evolution(進化戰略關於生物進化原則的技術優化系統)，Frommann-Holzboog，Stuttgart.Nelder，J.A.and Mead，R.(1965)，A simplex method for function minimization，The Computer Journal 7pp308-313.
Eberhart，R.C.and Kennedy，J.(1995)，A new optimizer usingparticle swarm theory，Proceedings of the Sixth International Symposiumon Micromachine and Human Science(利用粒子群理論的新型優化器)，Nagoya，Japan，pp39-43.
Colorni A.，Dorigo，M.and Maniezzo，V.(1992)DistributedOptimization by Ant Colonies(利用蟻群的分布式優化)，Proceedings ofthe First European Conference on Artificial Life，Paris，France(F.Varelaand P.Bourgine，Eds.)，Elsevier Publishing，pp134-142.
Golub，G.and O′Leary，D.(1989)，Some History of the ConjugateGradient and Lanczos Methods(軛合物梯度和Lanczos方法的一些歷史)，SIAM Rev 31，p50-102.
權利要求
1.一種用於分配定製的營養食物的系統，包括配料存儲模塊；配料加工模塊；食物分配器；消費者界面；以及控制器，其操作地連結到所述消費者界面，並且被編程以控制所述配料存儲模塊、配料加工模塊和食物分配器的操作；所述控制器在其存儲器中存儲所述配料存儲模塊中的配料的存貨、配料的成分、配料的特性以及消費者的概況數據；所述控制器被編程為按照以下方式操作當消費者通過所述消費者界面選擇定製的食物時，所述控制器a)查閱所述控制器的存儲器中所存儲的信息，通過控制器編程在預定的約束集內，定製與所述消費者選擇的定製的食物最匹配的食物，以及將所選擇的食物呈現給所述消費者確認或修改；b)如果所述消費者修改所述選擇，則在所述修改的選擇後重複步驟a)，以及將最後選擇的食物呈現給消費者確認或修改；以及c)當所述消費者確認了食物時，便向所述配料存儲模塊、所述配料加工模塊和所述食物分配器發出指令，以準備和分配所述食物。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述配料加工模塊和所述食物分配器彼此結合為一體。
3.如權利要求1或2所述的系統，其中所述食物分配器至少部分由消費者或操作者操作。
4.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中，在對所述控制器進行的編程中，所述預定的約束包括但不限於以下的一個或多個配料的物理特性的限制，配料彼此間的相容性，健康狀況對某些配料的限制，健康狀況對某些配料的要求，所述存貨中的配料可用性，以及成本。
5.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中所述控制器被編程為通過所述消費者界面一識別出重複的消費者，就給所述消費者呈現基於所述消費者先前選擇而選出的食物，如果所述消費者對所述的選擇進行了確認，所述控制器便直接跳到步驟c)，如果所述消費者選擇不同的食物，所述控制器便開始步驟a)。
6.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中在執行步驟a)和步驟b)時，所述控制器使用所述消費者的概況數據生成用於所述消費者的營養要求和目標，並查閱配料存貨以生成對每種配料的包含水平的限制，以及選擇配料以定製在可用配料的約束內被優化以滿足營養要求的食物。
7.如權利要求6所述的系統，其中所述控制器選擇配料以定製在其他要求的約束內被優化以滿足營養要求的食物。
8.如權利要求7所述的系統，其中所述其他要求包括不能同時包含的某些不相容的配料，以及所述食物按照以下方式包括充足但不過量的液態配料，即，儘可能少地背離營養目標、儘可能接近地匹配所述消費者偏愛的味道選擇以及儘可能便宜。
9.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中在步驟a)和步驟b)中，通過使用布爾樹算法來確定呈現給所述消費者的所述被選擇的食物。
10.如權利要求6至8中的任意一項所述的系統，其中在步驟a)和步驟b)中，通過使用混合的整數線性編程來確定呈現給所述消費者的所述被選擇的食物。
11.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中所述配料存儲模塊包括多個存儲隔間。
12.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中所述配料存儲模塊容納有定量給料裝置，用於將隔間中存儲的配料的預定量加入食物中。
13.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中設有配料推進裝置，用來將配料從所述配料存儲模塊移動到所述配料加工模塊。
14.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中所述控制器操作地連結到一個或多個伺服器，其中所述一個或多個伺服器中的每個都在其存儲器中存儲了所述配料存儲模塊中的配料的至少某些存貨和能夠從所述存貨獲得的可能的食物、與所述配料存儲模塊中的配料有關的營養健康數據和從所述營養健康數據可以獲得的可能的食物、以及至少某些消費者的概況數據。
15.如權利要求14所述的系統，其中所述控制器和/或所述伺服器操作地連結到外部資料庫。
16.如權利要求15所述的系統，其中所述外部資料庫包含與健康和營養有關的信息。
17.如權利要求15或16所述的系統，其中所述外部資料庫包含消費者的健康信息。
18.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中所述消費者的概況數據包括健康狀況、最近的購買記錄和偏愛。
19.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中所述消費者界面為觸摸面板或與所述分配系統結合為一體的鍵盤。
20.如權利要求1至18中的任意一項所述的系統，其中所述消費者界面為可以在遠離所述分配系統的位置操作的蜂窩電話。
21.如權利要求1至18中的任意一項所述的系統，其中所述消費者界面可操作地通過網際網路連結到所述系統。
22.如權利要求1至18中的任意一項所述的系統，其中所述消費者界面為讀卡器，所述讀卡器讀取以數字或磁的方式存儲在消費者提供的卡片上的信息。
23.如前述權利要求中的任意一項所述的系統，其中所述控制器可操作地連結到記帳功能元件。
24.如權利要求23所述的系統，其中所述記帳功能元件可操作地連結到電子貸/借系統。
25.如權利要求23所述的系統，其中所述記帳功能元件可通過硬幣、紙幣和預付的電子卡等的插入來啟動。
26.一種如前述權利要求中的任意一項所述的系統的網絡，其可操作地連結到一個或多個伺服器。
27.一種用於分配定製的營養食物的裝置，包括如權利要求1至25中的任意一項所述的系統的組件的組合和/或如權利要求26所述的網絡。
全文摘要
本發明涉及一種用於分配定製的營養食品的系統，所述食品由併入系統的裝置內存儲的配料構成。所述裝置具有控制器，在所述控制器的存儲器中存儲有在所述裝置中可獲得的配料的存貨、配料的成分、特性和消費者的概況數據。所述控制器被編程為通過考慮配料的存貨和消費者的健康概況而進行的編程，在約束集內配置與消費者選擇的定製食物最匹配的食物。然後將所選擇的食物呈現給消費者，消費者接受或修改該食物。然後，所述裝置被編程為準備和分配最終的選擇。
文檔編號G06F19/00GK1998031SQ200580018929
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月13日 優先權日2004年5月13日
發明者大衛·利昂內爾·詹姆士·亞歷山大, 艾比·克爾恩·湯普森, 理查得·阿徹, 米歇爾·約翰·波蘭德, 彼得·阿龍·芒羅, 史蒂文·約翰·哈洛克 申請人:方塔拉合作集團有限公司