CC BY
112
Управление сортировочной установкой с автоматической укладкой посылок в контейнеры
Ключевые слова: сортировочная установка, накопитель, посылка, контейнер, управление, модель укладки, автоматизация.
Рассматривается способ управления сортировочной установкой, при котором количество направляемых в адресный накопитель посылок не превышает числа посылок, размещаемых в контейнере при их автоматической укладке роботизированным комплексом. С этой целью система управления установкой дополнительно оборудуется измерительным комплексом, где измеряются габаритные размеры и масса посылки, фиксируется последовательность номеров поступления посылок в сортировочную установку, и расчётным блоком, в котором на основе текущей информации о габаритных размерах, массе и порядковом номере поступающей в сортировочную установку посылки, а также заложенных констант габаритных размеров и грузоподъёмности контейнера рассчитываются планы размещения в контейнере уже находящихся в адресном накопителе посылок и поступающей в этот накопитель посылки, чтобы не допустить попадания в адресный накопитель посылок, которые не могут впоследствии быть уложены в контейнер, или превышения массы накопленных посылок грузоподъёмности контейнера. Используемый алгоритм оптимизации укладки посылок в контейнер позволяет осуществлять расчёт одновременно со считыванием и опознаванием адресных реквизитов посылки. Применение предлагаемого способа позволяет максимально использовать полезный объём контейнера, ликвидировать затраты ручного труда и потери машинного времени на извлечение из накопителя сортировочной установки и/или роботизированного комплекса посылок, оставшихся в нем/них после заполнения контейнера, повысить производительность и эффективность линии сортировки посылок с их автоматической укладкой в контейнеры. Оригинальность идеи подтверждена патентом РФ.
Барсук И.В.,
заместитель директора по науке — руководитель научно-исследовательского отдела ФГУП НИИПС, доцент кафедры ИБиА МТУСИ, popova@niips.ru
Постановка задачи
В производственном процессе обработки посылок в объекте почтовой связи не автоматизированной остаётся операция загрузки посылок в контейнеры. При этом, если укладка посылок в контейнеры осуществляется роботизированным комплексом [1-4], то в накопителе установки и/или роботизированного комплекса могут оставаться посылки, не поместившиеся в контейнер. Извлечение вручную не уложенных в контейнер посылок из накопителя сортировочной установки и/или роботизированного комплекса увеличивает трудовые затраты и снижает производительность линии обработки посылок. Ликвидировать потери от ручных манипуляций с посылками, не поместившимися в контейнер, можно путём усовершенствования способа управления сортировочной установкой.
Состав оборудования для нового способа управления сортировочной установкой
Идея предлагаемого способа заключается в том, что для каждого адресного накопителя
момент заполнения контейнера определяется при поступлении очередной посылки в сортировочную установку путём компьютерного моделирования заполнения контейнера посылками, находящимися в накопителе сортировочной установки и направляемой в него. Блок-схема линии сортировки с автоматической укладкой посылок в контейнеры, в которой реализуется предлагаемый способ управления, изображена на рис. 1, а структурная схема расчётного блока, где строится компьютерная модель размещения посылок в контейнере, на рис. 2 [5].
Сортировочная установка с автоматической укладкой посылок в контейнеры (рис. 1), содержит загрузочное устройство 1, которым посылки загружаются в сортировочную установку; конвейер передвижения посылок 2, которым посылки транспортируются к накопителям; перегрузочные устройства (сбрасыватели) 3 и 5 для перегрузки посылок соответственно в адресные 4 или справочные 6 накопители установки; роботизированные комплексы укладки посылок в контейнеры 7, посредством которых посылки перегружаются из накопителей 4 в контейнеры 8; управление сортировочной установкой осуществляется системой управления (СУ) 9, которая включает измерительный комплекс (ИК) 10, где измеряются габаритные размеры посылки (длина 1п, ширина тп, высота Ьп) и масса (дп), фиксируется последовательность
номеров поступления посылок в сортировочную установку, опознающее устройство (ОУ)
11, где считываются и опознаются адресные реквизиты посылки, программный блок (ПБ)
12, в котором информация о считанных и опознанных адресных реквизитах посылок группируется в соответствии с заданной программой сортировки по номерам/адресам накопителей сортировочной установки (адресных накопителей), расчетный блок (РБ) 13, в котором на основе текущей информации о габаритных размерах, массе и порядковом номере посылки, поступающей в сортировочную установку, и заложенных констант габаритных размеров (длина I, ширина М, высота Н) и грузоподъемности (Э) контейнера рассчитываются планы размещения уже находящихся в адресном накопителе 4 посылок и поступающей в этот накопитель посылки в контейнере с целью недопущения попадания в накопитель 4 посылок, которые не могут впоследствии быть уложены в контейнер, или превышения массы накопленных посылок грузоподъемности контейнера, блок управления (БУ) 14, в котором вырабатываются команды исполнительным механизмам на включение и выключение загрузочного устройства 1 и конвейера передвижения грузов 2 с пульта оператора, тактированную загрузку посылок из загрузочного устройства 1 в конвейер передвижения посылок 2, включение в соответствующий момент времени перегрузоч-
Рис. 1. Блок-схема линии сортировки посылок с автоматической укладкой посылок в контейнеры с системой управления (двойными линиями на схеме показаны направления перемещения посылок, одинарными — сигналов управления): 1 — загрузочное устройство сортировочной установки; 2 — конвейер передвижения посылок; 3 — перегрузочные устройства (сбрасыватели) для перегрузки посылок в адресные накопители; 4 — адресные накопители; 5 — перегрузочные устройства (сбрасыватели) для перегрузки посылок в справочные накопители; 6 — справочные накопители; 7 — роботизированные комплексы укладки посылок в контейнеры; 8 — контейнеры; 9 — система управления (СУ); 10 — измерительный комплекс (ИК); 11 — опознающее устройство (ОУ); 12 — программный блок (ПБ); 13 — расчетный блок (РБ); 14 — блок управления (БУ)
Рис. 2. Структурная схема расчётного блока: 10 — измерительный комплекс (ИК); 12 — программный блок (ПБ); 13 — расчетный блок (РБ); 14 — блок управления (БУ); 15-1, 15-2, , 15-Ы — блоки расчетов планов размещения посылок в контейнере (БРП-1, БРП-2, , БРП-Ы); N — число адресных накопителей сортировочной установки; 16 — запоминающее устройство (ЗУ); 17 — блок измерения площади посылки (БИП); 18 — блок расчета коэффициента формы посылки (БРФ); 19 — блок ранжирования посылок (БР); 20 — блок моделирования укладки посылок в контейнер (БМ)
ных устройств (сбрасывателей) 3 и 5, автоматическую загрузку и накапливание посылок в накопителях 4 и 6, блокировку полностью заполненных или разгружаемых накопителей, автоматическую перегрузку посылок из адресных накопителей 4 в роботизированный комплекс укладки посылок в контейнеры 7, аварийную сигнализацию и остановку движущихся элементов линии; в свою очередь, расчетный блок (РБ) 13 (рис. 2) состоит из набора блоков расчета планов размещения посылок в контейнере для каждого адресного накопителя сортировочной установки (БРП-1, БРП-2, , БРП-Ы) 15-1, 15-2, ..., 15-Ы, где N — число адресных накопителей сортировочной установки, причем входы БРП являются входами РБ, а выходы БРП — выходами РБ; кроме того, каждый БРП содержит (рис. 2) запоминающее устройство (ЗУ) 16, блок измерения площади посылки (БИП) 17, блок расчета коэффициента формы посылки (БРФ) 18, блок ранжирования посылок (БР) 19, блок моделирования укладки посылок в контейнер (БМ) 20.
Реализация способа управления сортировкой
Если адресные реквизиты поступившей в сортировочную установку посылки ОУ 11 не опознаны, то с одного выхода ОУ 11 поступает сигнал в БУ 14 о направлении этой посылки в справочный накопитель 6, если адресные реквизиты посылки опознаны ОУ 11, то с его второго выхода поступает сигнал в ПБ 12 для определения номера/адреса накопителя 4, в который направляется посылка, после чего сигнал с выхода ПБ 12, соответствующего номеру/адресу этого накопителя, поступает на вход РБ 13 (ЗУ 16 БРП) с тем же номером.
Одновременно из ИК 10 на этот же вход приходят измерительные сигналы о габаритных размерах, массе и порядковом номере этой посылки (рис. 2).
Измерительные сигналы первого и второго выходов ЗУ 16 о длине посылки 1п и ширине посылки тп передаются в БИП 17 и БРФ 18, об измеренной массе посылки дп и порядковом номере поступления посылки в установку — из третьего выхода на третий вход БР 19; в БИП 17 производится определение площади посылки 5п = 1п тп, а в БРФ 18 — коэффициента формы посылки Кфп = 1п / тп, значения сформированных сигналов о параметрах 5п и Кфп поступают из БИП 17 и БРФ 18 соответственно на первый и второй входы БР 19, при этом информация о параметрах ранее поступивших в этот накопитель посылок в БР 19 сохраняется.
В БР 19 посылкам присваиваются порядковые номера 1, 2,... в последовательности убывания значений 5п, при этом, если две посылки имеют одинаковое значение 5п, то меньший номер присваивается посылке с большим значением Кфп, если посылки имеют одинаковые значения 5п и Кфп, то меньший номер присваивается посылке с большей массой, если посылки имеют одинаковые значения 5п, Кфп и массу, то для разрешения коллизии меньший номер присваивается посылке, раньше поступившей в накопитель. Сформированная таким образом последовательность подачи посылок на укладку обеспечивает при правильном расположении посылки на плоскости максимальную плотность укладки и минимальную высоту центра тяжести груженого контейнера. Сформированная последовательность порядковых номеров посылок с размерами 1п, тп и массой дп с выхода БР 19 поступает на вход БМ 20, в котором производится определение расположения посылки на плоскости формирования слоя и проверка соблюдения ограничений на грузоподъемность контейнера и количество укладываемых слоев.
В БМ 20 хранится измерительная информация о внутренних размерах кузова контейнера: длине I. > 1п, ширине М > тп, высоте Н
большей, чем высота укладываемых посылок Ьп, а также о допустимой суммарной массе посылок О, укладываемых в контейнер. На основе имеющейся измерительной информации и сигналов, поступивших из БР 19 в БМ 20, формируется оптимальный план размещения посылок в контейнере. Моделирование укладки посылок, представленных параллелепипедами одинаковой высоты Ьп с размерами в плане 1п тп и массой дп, осуществляется последовательно слоями, начиная с нижнего. Заполнение каждого слоя в контейнере производится последовательно, начиная от одного из дальних, например правого, по отношению к боковым дверям углов контейнера в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Обязательным условием при моделировании укладки посылок внутри слоя является прилегание двух смежных сторон укладываемой посылки или к внутренним стенкам кузова контейнера, или к стенке и стороне соседней посылки, или к сторонам соседних посылок со стороны угла, от которого начинается заполнение контейнера.
Критерием определения положения посылки на плоскости формирования слоя на каждом шаге укладки посылок служит минимум коэффициента формы пространства, остающегося свободным после размещения на плоскости
данной посылки Кфс, формула для расчета которого имеет вид
I =п
КФ =--------=-------- ,
фс г* г* О - -
где / = 1, 2, ... , п — номер прямоугольника в остающемся после размещения укладываемой посылки свободном пространстве при разбиении последнего на прямоугольники линиями, проходящими от ребер посылки, не соприкасающихся со стенками кузова или соседними посылками, параллельно сторонам контейнера; / — длина /-го прямоугольника; п — число прямоугольников в остающемся свободном пространстве контейнера; 5к = I. М — площадь поперечного сечения кузова контейнера; 5з — площадь плоскости формирования слоя, занятая уложенными посылками; 5н — площадь плоскости формирования слоя, неудобная для загрузки, равная площади прямоугольника, прилегающего к выступу размещаемой посылки со стороны, противоположной направлению загрузки. Прямоугольники, образующиеся при разбиении свободного пространства линиями, проходящими вдоль продольной стороны контейнера, могут отличаться от прямоугольников, образующихся при разбиении свободного пространства контейнера линиями, проходящими вдоль поперечной стороны контейнера, поэтому могут оказаться различными значения
V
Вследствие этого для каждого возможного варианта размещения посылки на плоскости формирования слоя в контейнере определяют два значения К^.
Окончательно выбирается такой вариант размещения посылки, при котором достигается минимум Кфс.
После первой итерации размещения посылок на плоскости формирования слоя внутри слоя могут остаться незаполненные участки, которые необходимо проверить по очереди, начиная от участка с большей площадью, по рассмотренному алгоритму на возможность укладки в них посылок из ранжированной последовательности, хранящейся в БР 19, за исключением уже уложенных посылок. Таким образом, достигается максимальная или близкая к максимальной плотность укладки посылок на поверхности формирования каждого слоя. Когда определяется, что ни одна из оставшихся ранжированных посылок не может быть размещена на оставшемся незаполненном участке, начинается заполнение следующего, более высокого, слоя.
Если в процессе моделирования укладки посылок в контейнер в БМ 20 число слоев превысит допустимое значение Н/Ьп или суммарная масса укладываемых посылок превысит заданную грузоподъемность контейнера О, то в БМ 20 вырабатывается сигнал о направлении поступившей в сортировочную установку посылки в справочный накопитель 6, в противном случае в БМ 20 вырабатывается сигнал о направлении посылки в соответствующий адресный накопитель 4. Сигнал с выхода БМ 20 (соответствующего выхода РБ 13) поступает на соответствующий вход БУ 14.
При поступлении на вход БУ 14 сигнала о направлении посылки в адресный накопитель 4 в БУ 14 вырабатываются команды на включение в соответствующий момент времени исполнительных механизмов (электродвигателей, электромагнитов) перегрузочного устройства 3 и накопителя 4 с заданным номером/адресом для приема поступившей посылки (рис. 1).
При поступлении на вход БУ 14 сигнала о направлении посылки в справочный накопитель 6 в БУ 14 вырабатываются команды на включение исполнительных механизмов (электродвигателей, электромагнитов) перегрузочного устройства 5 и справочного накопителя 6, блокировку срабатывания исполнительного механизма перегрузочного устройства 3 накопителя 4, в который была адресована посылка, включение исполнительных механизмов данного адресного накопителя 4 и роботизированного комплекса укладки посылок в контейнеры 7 для осуществления перегрузки посылок из накопителя 4 в контейнер 8 (рис. 1).
Пример определения момента блокировки адресного накопителя
На рис. 3 [5] в качестве примера изображены варианты размещения посылок в контейнере при принятии решения в БМ 20 о направлении поступившей в сортировочную установку посылки в адресный или справочный накопитель. Принимается, что контейнер заполняется одним рядом посылок, и отсутствует ограничение на грузоподъемность контейнера.
На сортировку поступают посылки трех типоразмеров в плане (I х т):
№1 (19 х19), №2 (23 х19), №3 (31 х 23). Размеры контейнера в плане (I х М) составляют 80 х 50. Посылки в один из адресных накопителей сортировочной установки поступают в последовательности: 1 — №2, 2 — №1, 3 — №1, 4 — №3, 5 — №2, 6 — №3, 7 — №2. Возможные варианты размещения на плоскости формирования слоя в контейнере первой поступающей в накопитель посылки показаны на рис. 3, а, б. Для выбора положения, в кото-
Рис. 3. Варианты размещения посылок в контейнере (штриховыми линиями обозначены расчётные линии, ограничивающие незаполненные участки для размещения посылки при очередной итерации): №1, №2, №3 укладываемые посылки трёх различных типоразмеров
Таблица
Определение положения направляемых в адресный накопитель посылок и момента блокировки этого накопителя
Последовательность поступления посылок в адресный накопитель Г абари-ты поступающей посылки Вариант плана размещения посылок в контейнере на рис. 3 Коэффициент формы пространства, остающегося свободным после укладки очередной посылки Количество посылок в адресном накопителе Тип накопителя, в который направляется посылка
К(1к 1 К(Ьс2
1 23 х 19 а 1,18 1,25 1 адресный
2 19 х 19 в 1,33 1,43 2 адресный
3 19 х 19 Д 2,19 1,34 3 адресный
4 31 х 23 е 2,02 - 4 адресный
5 23 х 19 ж 2,90 3,16 5 адресный
6 31 х 23 3 5,32 - 6 адресный
7 23 х 19 и 7,10 - - справочный
рое должна быть уложена посылка, рассчитываются значения коэффициентов Кфс:
к _ (80-23)2 + (50-19)2 _ 118. фс11 80 х 50 - 23х 19 ’ ’
К..,2 _ (80-23)2 + 802 _ 2,71;
фс12
80 х 50 - 23х 19
к (80 -19)2 + (50 - 23)2 1 25;
Кфс21 ™ ^ ^ „ лч і,25;
80 х 50 - 23х 19
_^-19£+№ _ 2 фс22 80 х 50 - 23х 19
и выбирается то положение посылки, при котором значение Кфс имеет минимальное значение. Минимальное значение имеет коэффициент Кфс]] = 1,18, поэтому при укладке в контейнер посылка должна занять положение, показанное на рис. 3,а.
Возможные варианты размещения в контейнере следующей поступающей в накопитель посылки показаны на рис. 3, в,г. Значения коэффициентов Кфс для этих вариантов размещения посылки в контейнере составляют:
Кфс11 _■
502 + (19 + 23)2
•_ 1,33;
80 х 50 - 23 х 19 -19 х 19
к _ (80 -19 - 23)2 + 802 _ 245;
Кфс12 _ ™ ^ ,^_2,45;
80 х 50 - 23х 19-19 х19
к _ (80 - 23)2 + (50- 19)2 + 192 _143; фс21 80 х50 - 23 х19 -19 х19 ’ ’
к (80 - 23)2 + (80 -19)2 + 802 _ 418
фс22 80 х 50 - 23 х19 -19 х 19 ’ '
Минимальное значение имеет коэффициент Кфс11 = 1,33, поэтому в контейнере посылка должна занять положение, показанное на рис. 3, в.
Определение положения всех посылок, направляемых в данный накопитель, при укладке в контейнер и типа накопителя, в который следует направить очередную посылку, показано в таблице.
На рис. 3, и показано, что размещение в контейнере поступившей в сортировочную установку очередной (седьмой) посылки с размерами в плане — 23 х 19 в адрес данного накопителя не позволяет разместить уже находяшу-юся в накопителе посылку (третью) с размера-
т
ми в плане 19 х 19, поэтому последняя (седьмая) посылка должна быть направлена в справочный накопитель, а данный адресный накопитель необходимо заблокировать на прием поступающих в него посылок и начать перегрузку находящихся в нем посылок1 — 6 в контейнер.
Очевидно, что функции программного блока (ПБ 12), расчетного блока (РБ 13) и блока управления (БУ 14) может выполнять компьютер, соединенный соответствующими линиями связи с датчиками и устройствами управления исполнительными механизмами.
Выводы
1. Включение в состав системы управления сортировочной установки измерительного комплекса, где измеряются габаритные размеры и масса, фиксируется последовательность номе-
ров поступления посылок, а также расчётного блока, посредством которого осуществляется построение компьютерной модели укладки в контейнер направляемой в адресный накопитель посылки с учётом уже находящихся в нём посылок, позволяет загружать в накопитель такое количество посылок, которое не превышает числа посылок, размещаемых в контейнере при максимальном использовании полезной ёмкости контейнера и соблюдении ограничения на грузоподъёмность контейнера.
2. За счёт ликвидации потерь из-за необходимости применения ручного труда при извлечении посылок из адресного накопителя сортировочной установки и/или роботизированного комплекса укладки посылок в контейнеры, оставшихся в нём/них после заполнения контейнера, повышается производительность и эффективность линии сортировки посылок с их автоматической укладкой в контейнеры.
Литература
1. Барсук И.В., Денисов В.М., Попова Е.С. Система загрузки штучных грузов в контейнер. Патент РФ №2381166 // Бюллетень изобретений. — 2010. — №4.
2. Барсук И.В. Система управления загрузочным устройством для укладки штучных грузов в контейнер. Патент РФ № 2364565 // Бюллетень изобретений., 2009. — №23.
3. Барсук И.В. Способ укладки штучных грузов в контейнер. Патент РФ №2377174 // Бюллетень изобретений, 2009. — №36.
4. Барсук И.В. О целесообразности разработки и создания роботизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры // Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт., 2012. — № 11. — С. 7-10.
5. Барсук И.В. Способ управления сортировочной установкой с укладкой штучных грузов в контейнеры. Патент РФ № 2472594 // Бюллетень изобретений, 2013. — № 2.
Management screening plant with automatic stacking parcels containers
Igor Barsuk, Deputy director of science, Head of the research department of Postal Service Research and Design Institute, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Department of Information Security and Automation MTUCI; popova@niips.ru
Abstract
The way of control screening plant, where the amount allocated to the address storage premises should not exceed the number of parcels to be placed in a container at their automatic stacking robot systems. To this end, the control system installation is outfitted with a measuring complex, where the measured dimensions and weight of the parcel, fixed sequence of numbers in receipt of parcel sorting installation and settlement block in which, based on current information on the overall dimensions, mass and sequence number supplied to the sorting plant sending, and the constants inherent dimensions and capacity of the container plans are calculated in the accommodation container are located in address storage chip and entering the parcel in the drive to prevent the ingress address in a storage chip, which cannot subsequently be stacked in a container or excess weight of accumulated parcels carrying capacity of the container. Optimization algorithm used in the container stacking parcels allows payment simultaneously with the reading and recognition of address details of the parcel. Application of the proposed method maximizes the use of the useful volume of the container; eliminate manual labor and machine time for the loss of the attraction of the drive — sorting plant and/or robotic complex parcels left in it/them after filling the container, improving the performance and parcel sorting line with their automatic stacking containers. Originality confirmed by RF patent.
Keywords: screening plant, storage, shipment, container management, model styling, automation.
References
1. Barsuk I.V., Denisov V.M., Popova E.S. System load piece goods in container. RF Patent No 2381166 / Bulletin of inventions, 2010. No 4.
2. Barsuk I.V Management system boot device for stacking piece cargo container. RF Patent No 2364565 / Bulletin of inventions, 2009. No 23.
3. Barsuk I.V. Laying piece cargo container. RF Patent No 2377174 // Bulletin of inventions, 2009. No 36.
4. Barsuk I.V. On the feasibility of developing and creating robotic-consistent complex loading parcels into containers / T-Comm: Telecommunications and trans-portat, 2012. No 11. pp. 7-10.
5. Barsuk I.V.The control method screening plant with stacking unit loads into containers. RF Patent No 2472594 // Bulletin of inventions,2013. No 2.
