基于Internet與數據庫技術的自動化立體分揀系統

胡迪鋒+周向陽

摘 要：利用Internet與數據庫技術，實現各分撥中心和快遞代理點對快件信息的共享。收件點錄入快件信息，利用Internet和數據庫技術把所有相關信息都上傳保存到服務器的數據庫中；異地分撥中心/派件點通過掃描快件的條形碼，讀取相應的分揀信息，從而進行自動化分揀。在分揀過程中，利用立體分揀技術實現一工位分揀多類快遞，以達到占地小的目的。該系統成本低廉、效率比人工高，主要定位于小型物流代理點或小型分撥中心。實際的測試表明，該系統工作穩定，性能可靠，功能實現效果良好。

關鍵詞：分揀技術；信息共享；數據庫技術；條形碼技術

中圖分類號：F253.9 文獻標識碼：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

快遞企業分揀技術的先進性，直接決定著該企業的服務質量與市場競爭力。運用先進的分揀技術，不僅降低人工分揀成本，還能提高分揀效率，降低分揀差錯率。

近年來，我國以“四通一達”為主導的大型民營快遞企業發展勢頭勢不可擋。雖然這些民營快遞企業出現了良性競爭，不斷降低快遞費用，提高服務質量，縮短配送時間，但是在先進分揀技術方面應用的很少。在每年的“雙十一”和“雙十二”期間，我們都會看到各大快遞企業均出現“爆倉”現象，大批貨物被積壓上多天，很大原因在于分揀技術的落后。即使是“四通一達”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，目前的分揀系統體型需要較大的空間放置，而且價格太高，一些小型分撥中心承擔不起費用而無法使用。然而落后的分揀技術、粗暴的人工分揀已經嚴重影響了配送時間、配送成本以及物流質量，限制了公司的進一步發展。

此外，據調查發現，目前普遍采用的分揀方法有兩類：一類是以郵政快遞EMS為代表的根據郵政編碼進行分揀；另一類是以順豐快遞為代表的根據自編地區編號進行分揀。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編號其實是地區區號，無法應用到地級市以下的分撥中心。而且兩者都需要用到比較復雜的圖像識別技術。

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與數據庫技術以及條形碼技術，設計出可以根據收件人單位進行分揀的自動化立體分揀系統。

1 設計方案

1.1 總體設計構想。為了實現根據收件人單位進行分揀的功能，本系統利用條形碼技術獲取快件的信息，這是因為每個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快遞代理點（通常位于兩個不同的城市）進行的，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，同時考慮到快遞行業已經逐步進入直營化階段（直營化有利于數據庫的共享），所以本系統利用Internet和數據庫技術，使快件的所有信息都保存在一個總公司的服務器的數據庫內，這樣就可以保證所有的快遞分站點都可以錄入和讀取快件的信息。為了解決占地大的問題，本系統設計立體分揀機構，以達到空間的三維利用。本系統下的物流原理如圖1所示：

1.2 系統軟件設計。系統軟件設計包括用于數據共享的軟件設計和用于電氣控制的軟件設計，主要采用Visual Basic編程語言。VB語言擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應用程序開發（RAD）系統，可以輕易地使用DAO、RDO、ADO等控件連接各類數據庫，可以和后續選擇的USB5538數據采集卡兼容。該系統軟件方面總體上設計為4個界面：快遞管理系統登錄界面、分系統選擇界面、快遞收件系統界面和立體快遞分揀系統界面（見圖2）。

1.3 電氣控制軟件設計。本系統是基于不同收件人單位進行分揀而設計的。在樣機測試中，系統通過2個工位把快遞分類到杭州職業技術學院、杭州電子科技大學、浙江財經大學、浙江理工大學4個收件人單位，即每個工位分揀2個收件人單位。工位1的倉儲柜第1層對應杭州職業技術學院，第2層對應杭州電子科技大學；工位2的倉儲柜第1層對應浙江財經大學，第2層對應浙江理工大學。

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，系統初始化，輸送帶運行；（2）掃描快件條形碼，輸送帶傳送快件；（3）通過Internet和數據庫技術讀取快件信息，判斷屬于哪個工位；（4）判斷相應工位上是否有快件；（5）如果沒有快件，等待；（6）如果有快件，輸送帶停止，推送快件進入立體分揀系統后，輸送帶繼續運行；（7）判斷屬于哪層倉儲柜，并分揀入倉儲柜相應層數；（8）本次分揀結束，等待下一次分揀操作。

1.4 系統硬件設計。系統硬件設計主要包括兩個部分：機械執行系統硬件設計和電氣控制系統硬件設計。

1.4.1 機械執行系統硬件設計。機械執行系統的實現主要依靠傳送系統和立體分揀系統（見圖4）。

傳送系統選用一般的輸送帶機構，主要由電機輸出動力，把運動通過軋輥傳遞給輸送帶，通過摩擦力實現輸送快遞件的功能。

立體分揀系統主要由旋轉機構、升降機構和推桿機構組成。為了使整個分揀過程平穩準確，選用步進電機作為動力輸出源和絲桿螺母機構作為動力傳遞機構。步進電機可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，達到準確定位和調速的目的。絲桿螺母機構選用滾珠絲桿螺紋機構，是目前傳動機械中精度最高也是最常用的傳動裝置，同時有不同導程的絲桿可供選擇，實現二次調速的目的。此外絲桿螺母機構也能保證實現平穩分揀的功能，提高分揀質量。

1.4.2 電氣控制系統硬件設計。電氣控制硬件主要由PC、數據采集卡、接口電路、掃描槍、傳感器等構成。

PC作為上位機，是整個系統的控制中心，發出各類指令命令。PC的選擇可以是一般的個人PC機即可。

上位機控制中心與機械執行系統的通訊由數據采集卡來實現。數據采集卡可以通過I/O口控制步進電機的開關和正反轉，以及傳感器的開關，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、各種無線網絡等總線接入個人計算機。因該系統需要的I/O口比較多，加之考慮性價比因素，所以選用阿爾泰科技公司的型號為USB5538的數據采集卡。USB5538是一種基于USB總線的數據采集卡，可直接插在PC機的USB接口上使用，具有16個輸入口和16個輸出口，廣泛應用于野外測控，信號采集和伺服控制等。

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機就可使用。

傳感器選用紅外光電開關，技術成熟、價格低廉、可靠性好。

接口電路如圖5所示。圖中詳細標注了步進電機1和5的接線圖，因其余步進電機的接線與步進電機1和5的接線一樣，所以對其余步進電機的接線標注進行了簡化。

2 系統實驗結果分析

通過樣機試驗得到：本系統樣機的分揀一件快件的最快時間是10s（分揀到第一層儲藏柜），最慢時間是20s（分揀到第二層儲藏柜）。如果分揀到第一層儲藏柜的快件和第二層儲藏柜的快件的數量相當，本樣機的平均分揀時間為15s。而實際人工分揀，每個分揀員每天工作9小時，分揀快件的數量約為1 500件，經計算，人工分揀的時間為21.6s。從分揀速度上來看，效率提高了30%。

3 應 用

本文設計實現了基于Internet與數據庫的自動化立體分揀系統，具有設備成本小，所需占地少，分揀效率高的優點，可以廣泛應用于小型分撥中心和物流業終端代理點，改變這些物流點還是以人工分揀為主的現狀，提高他們的分揀效率，降低分揀差錯率，降低分揀成本。

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