基于Internet與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的自動(dòng)化立體分揀系統(tǒng)

胡迪鋒+周向陽

摘 要：利用Internet與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各分撥中心和快遞代理點(diǎn)對(duì)快件信息的共享。收件點(diǎn)錄入快件信息，利用Internet和數(shù)據(jù)庫技術(shù)把所有相關(guān)信息都上傳保存到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中；異地分撥中心/派件點(diǎn)通過掃描快件的條形碼，讀取相應(yīng)的分揀信息，從而進(jìn)行自動(dòng)化分揀。在分揀過程中，利用立體分揀技術(shù)實(shí)現(xiàn)一工位分揀多類快遞，以達(dá)到占地小的目的。該系統(tǒng)成本低廉、效率比人工高，主要定位于小型物流代理點(diǎn)或小型分撥中心。實(shí)際的測(cè)試表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性能可靠，功能實(shí)現(xiàn)效果良好。

關(guān)鍵詞：分揀技術(shù)；信息共享；數(shù)據(jù)庫技術(shù)；條形碼技術(shù)

中圖分類號(hào)：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Internet and database technologies are used to realize the share of courier parcel's information between distribution centers and courier agencies. Firstly， parcels' information will be input into the computer in the courier agencies that collect the parcels. And then all information about the parcel would be uploaded into the database of the server. Secondly， the distribution centers in different places， or the courier agencies that dispatch the parcels， could download and obtain all the information from the database via code scanning， one of which the parcels are sorted automatically according to. Furthermore， 3D sorting technology is used in order to increase the land utilization rate. This designed system is of lower cost and higher efficiency which could be widely applied in small courier agencies and small distribution centers. And it is found in the testing that the system has stable working process， reliable and favorable performance.

Key words： sorting system； information share； database technology； barcode technology

0 引 言

快遞企業(yè)分揀技術(shù)的先進(jìn)性，直接決定著該企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。運(yùn)用先進(jìn)的分揀技術(shù)，不僅降低人工分揀成本，還能提高分揀效率，降低分揀差錯(cuò)率。

近年來，我國以“四通一達(dá)”為主導(dǎo)的大型民營(yíng)快遞企業(yè)發(fā)展勢(shì)頭勢(shì)不可擋。雖然這些民營(yíng)快遞企業(yè)出現(xiàn)了良性競(jìng)爭(zhēng)，不斷降低快遞費(fèi)用，提高服務(wù)質(zhì)量，縮短配送時(shí)間，但是在先進(jìn)分揀技術(shù)方面應(yīng)用的很少。在每年的“雙十一”和“雙十二”期間，我們都會(huì)看到各大快遞企業(yè)均出現(xiàn)“爆倉”現(xiàn)象，大批貨物被積壓上多天，很大原因在于分揀技術(shù)的落后。即使是“四通一達(dá)”也有很多配送中心，尤其是小型的分撥中心，還是完全使用人工分揀。很大一部分原因在于，目前的分揀系統(tǒng)體型需要較大的空間放置，而且價(jià)格太高，一些小型分撥中心承擔(dān)不起費(fèi)用而無法使用。然而落后的分揀技術(shù)、粗暴的人工分揀已經(jīng)嚴(yán)重影響了配送時(shí)間、配送成本以及物流質(zhì)量，限制了公司的進(jìn)一步發(fā)展。

此外，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前普遍采用的分揀方法有兩類：一類是以郵政快遞EMS為代表的根據(jù)郵政編碼進(jìn)行分揀；另一類是以順豐快遞為代表的根據(jù)自編地區(qū)編號(hào)進(jìn)行分揀。此兩類分揀方法都存有不足之處：由于目前很少有人會(huì)正確填寫郵編，所有郵編分揀無法得到推廣使用；而順豐快遞的自編地區(qū)編號(hào)其實(shí)是地區(qū)區(qū)號(hào)，無法應(yīng)用到地級(jí)市以下的分撥中心。而且兩者都需要用到比較復(fù)雜的圖像識(shí)別技術(shù)。

為了解決上述占地大、成本高以及分揀方法不夠完善的問題，本文利用Internet與數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及條形碼技術(shù)，設(shè)計(jì)出可以根據(jù)收件人單位進(jìn)行分揀的自動(dòng)化立體分揀系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 總體設(shè)計(jì)構(gòu)想。為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)收件人單位進(jìn)行分揀的功能，本系統(tǒng)利用條形碼技術(shù)獲取快件的信息，這是因?yàn)槊總€(gè)快件的條形碼都是唯一的，并包含有快件的所有信息。然而快件信息的錄入和讀取是在不同的兩個(gè)快遞代理點(diǎn)（通常位于兩個(gè)不同的城市）進(jìn)行的，在目前情況下，快件信息是無法共享的，即分撥中心無法獲得條形碼背后的快件信息。為了解決快件信息共享的問題，同時(shí)考慮到快遞行業(yè)已經(jīng)逐步進(jìn)入直營(yíng)化階段（直營(yíng)化有利于數(shù)據(jù)庫的共享），所以本系統(tǒng)利用Internet和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使快件的所有信息都保存在一個(gè)總公司的服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，這樣就可以保證所有的快遞分站點(diǎn)都可以錄入和讀取快件的信息。為了解決占地大的問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)立體分揀機(jī)構(gòu)，以達(dá)到空間的三維利用。本系統(tǒng)下的物流原理如圖1所示：

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括用于數(shù)據(jù)共享的軟件設(shè)計(jì)和用于電氣控制的軟件設(shè)計(jì)，主要采用Visual Basic編程語言。VB語言擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易地使用DAO、RDO、ADO等控件連接各類數(shù)據(jù)庫，可以和后續(xù)選擇的USB5538數(shù)據(jù)采集卡兼容。該系統(tǒng)軟件方面總體上設(shè)計(jì)為4個(gè)界面：快遞管理系統(tǒng)登錄界面、分系統(tǒng)選擇界面、快遞收件系統(tǒng)界面和立體快遞分揀系統(tǒng)界面（見圖2）。

1.3 電氣控制軟件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)是基于不同收件人單位進(jìn)行分揀而設(shè)計(jì)的。在樣機(jī)測(cè)試中，系統(tǒng)通過2個(gè)工位把快遞分類到杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院、杭州電子科技大學(xué)、浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)、浙江理工大學(xué)4個(gè)收件人單位，即每個(gè)工位分揀2個(gè)收件人單位。工位1的倉儲(chǔ)柜第1層對(duì)應(yīng)杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，第2層對(duì)應(yīng)杭州電子科技大學(xué)；工位2的倉儲(chǔ)柜第1層對(duì)應(yīng)浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)，第2層對(duì)應(yīng)浙江理工大學(xué)。

具體分揀控制過程（即編程算法流程見圖3）如下：（1）開啟系統(tǒng)，系統(tǒng)初始化，輸送帶運(yùn)行；（2）掃描快件條形碼，輸送帶傳送快件；（3）通過Internet和數(shù)據(jù)庫技術(shù)讀取快件信息，判斷屬于哪個(gè)工位；（4）判斷相應(yīng)工位上是否有快件；（5）如果沒有快件，等待；（6）如果有快件，輸送帶停止，推送快件進(jìn)入立體分揀系統(tǒng)后，輸送帶繼續(xù)運(yùn)行；（7）判斷屬于哪層倉儲(chǔ)柜，并分揀入倉儲(chǔ)柜相應(yīng)層數(shù)；（8）本次分揀結(jié)束，等待下一次分揀操作。

1.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

1.4.1 機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要依靠傳送系統(tǒng)和立體分揀系統(tǒng)（見圖4）。

傳送系統(tǒng)選用一般的輸送帶機(jī)構(gòu)，主要由電機(jī)輸出動(dòng)力，把運(yùn)動(dòng)通過軋輥傳遞給輸送帶，通過摩擦力實(shí)現(xiàn)輸送快遞件的功能。

立體分揀系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)和推桿機(jī)構(gòu)組成。為了使整個(gè)分揀過程平穩(wěn)準(zhǔn)確，選用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力輸出源和絲桿螺母機(jī)構(gòu)作為動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，達(dá)到準(zhǔn)確定位和調(diào)速的目的。絲桿螺母機(jī)構(gòu)選用滾珠絲桿螺紋機(jī)構(gòu)，是目前傳動(dòng)機(jī)械中精度最高也是最常用的傳動(dòng)裝置，同時(shí)有不同導(dǎo)程的絲桿可供選擇，實(shí)現(xiàn)二次調(diào)速的目的。此外絲桿螺母機(jī)構(gòu)也能保證實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)分揀的功能，提高分揀質(zhì)量。

1.4.2 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。電氣控制硬件主要由PC、數(shù)據(jù)采集卡、接口電路、掃描槍、傳感器等構(gòu)成。

PC作為上位機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，發(fā)出各類指令命令。PC的選擇可以是一般的個(gè)人PC機(jī)即可。

上位機(jī)控制中心與機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的通訊由數(shù)據(jù)采集卡來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集卡可以通過I/O口控制步進(jìn)電機(jī)的開關(guān)和正反轉(zhuǎn)，以及傳感器的開關(guān)，并且可以方便地通過USB、PXI、PCI、PCI Express、火線（IEEE1394）、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。因該系統(tǒng)需要的I/O口比較多，加之考慮性價(jià)比因素，所以選用阿爾泰科技公司的型號(hào)為USB5538的數(shù)據(jù)采集卡。USB5538是一種基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插在PC機(jī)的USB接口上使用，具有16個(gè)輸入口和16個(gè)輸出口，廣泛應(yīng)用于野外測(cè)控，信號(hào)采集和伺服控制等。

掃描槍主要用于掃描條形碼信息，選用一般的USB接口的掃描槍，直接接入PC機(jī)就可使用。

傳感器選用紅外光電開關(guān)，技術(shù)成熟、價(jià)格低廉、可靠性好。

接口電路如圖5所示。圖中詳細(xì)標(biāo)注了步進(jìn)電機(jī)1和5的接線圖，因其余步進(jìn)電機(jī)的接線與步進(jìn)電機(jī)1和5的接線一樣，所以對(duì)其余步進(jìn)電機(jī)的接線標(biāo)注進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過樣機(jī)試驗(yàn)得到：本系統(tǒng)樣機(jī)的分揀一件快件的最快時(shí)間是10s（分揀到第一層儲(chǔ)藏柜），最慢時(shí)間是20s（分揀到第二層儲(chǔ)藏柜）。如果分揀到第一層儲(chǔ)藏柜的快件和第二層儲(chǔ)藏柜的快件的數(shù)量相當(dāng)，本樣機(jī)的平均分揀時(shí)間為15s。而實(shí)際人工分揀，每個(gè)分揀員每天工作9小時(shí)，分揀快件的數(shù)量約為1 500件，經(jīng)計(jì)算，人工分揀的時(shí)間為21.6s。從分揀速度上來看，效率提高了30%。

3 應(yīng) 用

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于Internet與數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)化立體分揀系統(tǒng)，具有設(shè)備成本小，所需占地少，分揀效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于小型分撥中心和物流業(yè)終端代理點(diǎn)，改變這些物流點(diǎn)還是以人工分揀為主的現(xiàn)狀，提高他們的分揀效率，降低分揀差錯(cuò)率，降低分揀成本。

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