CC BY
50
Стандартизация тары и алгоритм укладки посылок в контейнер при кратной высоте посылок
Рассматривается вопрос автоматизации загрузки посылок в контейнер при кратной высоте посылочной тары. Наилучшим вариантом автоматизированной загрузки посылок в контейнер посредством робота-манипулятора с точки зрения удобства укладки и обеспечения устойчивости посылок в штабеле является послойная укладка при одинаковой высоте посылок, что создает определенные неудобства для пользователей услуг почтовой связи. Поэтому почтовые операторы могут не решиться на применение автоматизированного устройства загрузки в контейнер посылок одинаковой высоты из-за боязни потери доходов от уменьшения посылочного обмена. Роботизированный способ загрузки посылок в контейнер позволяет осуществлять укладку при кратной высоте посылок. Определение числа типоразмеров посылочной тары производилось с учетом критерия устойчивости установленной в штабель посылки. Расчеты показали, что приемлемым для практики является вариант, при котором регламентируются два габарита высоты посылочной тары, например, 200 и 400 мм. С учетом размеров грузоносителей сортировочных установок и элементов загрузочного устройства роботизированного комплекса при высоте посылок 400 мм к рекомендуемым к обработке на комплексе типоразмерам посылок одинаковой высоты может быть добавлен еще один типоразмер: 500 400 400 мм. Откорректированный алгоритм укладки посылок двухкратных габаритов высоты обеспечивает последовательное послойное размещение наиболее габаритных и тяжелых посылок в нижней части контейнера, что позволяет снизить центр тяжести и максимизировать устойчивость штабеля уложенных в контейнер посылок.
Ключевые слова: посылка, контейнер, автоматизация, робот-манипулятор, стандартизация тары, алгоритм укладки.
Барсук И.В.,
Зам. директора по науке — руководитель научно-исследовательского отдела ФГУП НИИПС, доцент кафедры ИБиА МТУСИ
Постановка задачи
Автоматизация загрузки посылок в контейнер по-прежнему остается одной из актуальных не решенных проблем почтовой связи. Важным аспектом этой комплексной проблемы является вопрос стандартизации тары.
Безусловно, с точки зрения удобства укладки и обеспечения устойчивости посылок в штабеле наилучшим вариантом стало бы принятие почтовыми операторами решения об одинаковой высоте посылочной тары. Обсуждению вопросов стандартизации посылочной тары и алгоритма укладки посылок в контейнер при одинаковой высоте посылок посвящено значительное количество публикаций [1-8]. Одинаковая высота посылочной тары создает определенные неудобства для пользователей услуг почтовой связи, поэтому почтовые операторы при появлении на рынке функционирующего автоматизированного устройства загрузки в контейнер посылок одинаковой высоты могут не решиться на применение этого устройства из-за боязни потери доходов от уменьшения посылочного обмена.
Роботизированный способ загрузки посылок в контейнер [4-6, 9, 10] позволяет осуществлять укладку при кратной высоте посылок. Приемлемым компромиссным вариантом, на наш взгляд, является такой, при котором регламентируется два стандарта высоты И„\ и Лп2 = 2й„|. Это значит, что хотя бы один из размеров любой посылочной тары должен обязательно иметь значение И„\ или Ь,а, например, 200 или 400 мм. Остальные размеры посылок при этом не регламентируются (в определенных пределах) и зависят, в основном, от требований почтового оператора, производителей тары и размеров грузоносителей сортировочных установок. Например, посылка с размерами (длина /) х (ширина т) х (высота //) = 500 х 400 х 300 мм будет уложена в контейнер рукой робота-манипулятора [4, 5, 9, 10] на ребро 500 х 300 мм. Платой за допущение второго габарита высоты тары является в ряде случаев снижение устойчивости положения в штабеле тех посылок, которые укладываются на сторону.
имеющую не самое большое реоро опорной поверхности (рис. 1).
Л = 300
а)
т = 400
\Ч\\\Ч\ЧЧЧ\ЧЧЧЧЧЧЧ\\\'
\Чч\ч\ч\чч\\\ч\\'
Рис. 1. Положение посылки: а - максимально устойчивое; б - в контейнере (штабеле) при регламентировании двух значений высоты тары
Задача состоит в том, чтобы определить ограничения на габаритные размеры посылочной тары при двух регламентированных габаритах высоты и откорректировать для этого условия алгоритм укладки посылок в контейнер, осуществляемой роботизированным способом [4-8].
Определение ограничений на габаритные размеры посылочной тары
На устойчивость посылки в штабеле помимо размера минимального ребра опорной поверхности т оказывают влияние два фактора: расположение цента тяжести и наклон посылки относительно горизонта (рис. 2).
находящейся в контейнере (штабеле)
При послойной загрузке поверхность, на которой размещаются посылки во всех слоях, кроме нижнего, будет неровной из-за небольших (пусть даже в пределах допуска) различий в высоте посылок. Центр тяжести посылки не обязательно должен располагаться в геометрическом центре ее внутреннего объема. Худшим при этом является вариант, когда центр тяжести оказывается в верхней половине укладываемой посылки и смещен к стороне наклона. При этом учет расположения центра тяжести посылки при укладке в контейнер известным роботизированным способом [6] не предусматривается.
Устойчивость загруженной в контейнер (штабель) посылки против опрокидывания определяется коэффициентом безопасности, равным отношению момента устойчивости к опрокидывающему моменту [4, II, 12]:
^ _ Момент устойчивости _ $Ь
1X1 Опрокидывающий момент Ра где g„ — вес посылки; Р — горизонтально приложенная к посылке сила; а - расстояние от уровня слоя(пола кузова контейнера) до точки приложения горизонтальной силы; Ь — расстояние от вертикальной линии, проходящей через центр тяжести посылки до оси АА, относительно которой посылка может опрокинуться.
Момент устойчивости равен весу посылки g„, умноженному на расстояние между перпендикуляром, опущенным через центр тяжести на плоскость слоя (пола кузова контейнера), и осью вращения при опрокидывании, т.е. ребром, вращаясь вокруг которого посылка может опрокинуться. Опрокидывающий момент равен приложенному горизонтальному усилию, умноженному на вертикальное расстояние между линией приложения силы и осью опрокидывания. В расчетах устойчивости штучных грузов и тары при штабелировании обычно принимается, что горизонтальная сила приложена к верхней широкой стороне груза или тары и составляет 10% от их веса [11] (рис. 2). Очевидно, посылка сохраняет устойчивость при значениях > 1.
При автоматизированной загрузке велика вероятность совпадения факторов, снижающих устойчивость уложенной в свободное состояние посылки. Совокупной оценкой действия этих факторов может служить значение / =
0,1 • /и, где т - наименьший габаритный размер посылки. В этом случае условие устойчивости посылки принимает вид /и > А„, из которого следует достаточно тривиальный вывод, что ширина посылки должна быть не меньше ее высоты. И если для посылок с высотой А„ = 200 мм это соотношение соблюдается для всех рекомендуемых в [1, 3, 4, 7] типоразмеров тары, то для посылок с высотой /?„2 = 400 мм может быть рекомендован лишь один типоразмер; 500 х 400 х 400 мм. Посылки с такими габаритами и массой до 20 кг могли обрабатываться на отечественных сортировочных установках УСП-К, ССП-К, УСГ-К, УСГ-К2 (450 х 450 х 450 мм), КПСМ [13]. Обработку посылок с такими параметрами допускает и конструкция роботизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры [4, 9, 10, 14].
Корректировка алгоритма укладки посылок в контейнер при двух кратных габаритах высоты посылок
При укладке в контейнер посылок, имеющих два регламентируемых кратных габарита высоты, естественно.
должен учитываться фактор объема. Поэтому в базовый известный алгоритм укладки в контейнер посылок одинаковой высоты [4, 9] должны быть внесены соответствующие коррективы.
1. Изменяется порядок ранжирования посылок, размещенных на пластинах элеваторов-накопителей роботизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры [4, 9, 10, 14]. Виртуально вся совокупность посылок делится на две группы; к первой группе относятся посылки с высотой А„2 = 2й„1 (имеют два размера Апг), ко второй группе ОТНОСЯТСЯ ПОСЫЛКИ С ВЫСОТОЙ //„I (имеют хотя бы один размер АИ|). Ранжирование производится вначале для первой группы посылок. Посылкам присваиваются порядковые номера 1, 2,... в порядке убывания массы g„. Если посылки имеют одинаковые значения массы, то меньший порядковый номер присваивается посылке, раньше поступившей на загрузку. По окончании ранжирования первой группы посылок продолжают ранжирование второй группы посылок по известному алгоритму.
2. Укладка посылок в контейнер производится в ранжированной последовательности присвоенных номеров по известному алгоритму с той лишь разницей, что пространства, остающиеся свободными после размещения в слое всех ПОСЫЛОК С ВЫСОТОЙ /?„2 = 2А„|, образуют двухъярусные «колодцы», которые последовательно в соответствии с их площадями заполняются посылками из второй группы, начиная с нижнего яруса. После заполнения всех «колодцев» в формируемом слое начинается формирование следующего по высоте слоя посылок.
3. Порядок учета ограничений по суммарной высоте слоев и массе укладываемых в контейнер посылок сохраняется прежним.
Выводы
1. Роботизированный комплекс загрузки посылок в контейнеры позволяет осуществлять укладку посылок 2х кратных габаритов высоты, при этом посылки, имеющие больший габарит высоты, должны иметь ширину, равную высоте, что с учетом размеров грузоносителей сортировочных установок на практике ограничивает диапазон размеров посылок с максимальной высотой одним типоразмером.
2. Откорректированный алгоритм укладки посылок 2х кратных габаритов высоты обеспечивает последовательное послойное размещение наиболее габаритных и тяжелых посылок в нижней части контейнера, что позволяет снизить центр тяжести и максимизировать устойчивость штабеля уложенных в контейнере посылок.
Литература
1. Барсук И.В.. Гиль Г.К.. Воскресенский А.Л. и др. Организация автоматизированной обработки почтовых отправлений в крупных узлах связи. - М.: Радио и связь, 1985. - 208 с.
2. Буланов Э.А., Третенко Ю.И. Подъемнотранспортные и погрузочно-разгрузочные устройства почтовой связи; Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб., доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 232 с.
3. Бутенко Б.П., Мачзелев И.А., Мицкевич В.А. и др. Технологические процессы в почтовой связи. Кн. 1; Учебник для вузов // Под ред. Б.П. Бутенко и И.А. Мамзелева. — М.: Радио и связь, 1998. - 176 с.
2
4. Барсук И.В. Теория, практика и технические средства почтовой логистики: Учебное пособие. / Под ред. д.т.н., проф. А.В. Петракова. - М.: РадиоСофт, 2010. - 424 с.
5. Барсук И.В. Система управления загрузочным устройством для укладки штучных грузов в контейнер. Патент РФ № 2364565 // Бюллетень изобретении. 2009. № 23.
6. Барсук И.В. Способ укладки штучных грузов в контейнер. Патент РФ № 2377174 // Бюллетень изобретений. 2009. №36.
7. Барсук И.В. О проблеме укладки штучных грузов в контейнер // Почтовая связь. Техника и технологии. 2011. № 3. С. 12-17.
8. Барсук И.В. Алгоритм укладки штучных грузов в контейнер // Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт, 2011. № 10. С. 11-15.
9. Барсук И.В., Денисов В.М.. Попова Е.С. Система загрузки штучных грузов в контейнер. Патент РФ № 2381166 // Бюллетень изобретений. 2010. № 4.
10. Барсук И.В.. Попова Е.С. Роботизированный комплекс загрузки посылок в контейнеры // Электромагнитные волны и электронные системы. 2012. № 2, т. 17. С. 67-73.
11. Белокриницкий В.В., Лаптев Б.Ф. Производственная тара. Технология, организация, экономика применения. — М.: Машиностроение, 1976. - 173 с.
12. Барсук И.В., Денисов В.М.. Попова Е.С. Безопасность штабелирования и транспортирования почтовой тары // Почтовая связь. Техника и технологии. 2007. № 7. С. 17-21.
13. Гиль Г.К., Горохов В.В.. Мацнев В.Н. и др. Почтовая связь: Справочник. - М.: Связь, 1978.-440 с.
14. Барсук И.В. Об эффективности роботизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры // Логистика. 2012. № I.C. 36-38. ’
Standardization of container and installation algorithm parcels in containers at times the height of parcels
Barsuk LV, MTUCI
Abstract
The question automate downloading packages in a container at times the height of mail order packaging. The best option automated bath loading packages into the container through the robotic arm from the point of view of ease of installation and sustainability of parcels in the stack is the layering at the same height of parcels, creating a definition of the inconvenience to the users of postal services. Therefore, postal operators curves can not be solved by the use of an automated device properties in the container loading parcels of the same height because of the fear of loss of income from reduced parcel exchange. Robotic way to load packages into the container allows for stacking multiple height in layer. Determining the number of parcel sizes shall be carried out in view of the stability criterion established in the pile parcel. Calculations have shown that the practice is acceptable to the option in which two of statutory clearance requirements parcel packaging, for example, 200 and 400 mm. Given the size of load-carriers screening plants and elements bootable device robotic complex at a height of 400 mm to the parcels recommended for processing on a set of standard sizes of parcels of the same height can be added one size: 500 400 400 mm. The corrected algorithm laying parcels 2 multiple dimensions height ensures consistent placement of the most stratified dimensional and heavy parcels in the bottom of the container, which reduces the center of gravity and maximize stability stack stacked in the container parcels.
Keywords parcel, container, automation, robotic arm, the standardization of packaging, packing algorithm.
