基于Internet与数据库技术的自动化立体分拣系统

胡迪锋+周向阳

摘 要：利用Internet与数据库技术，实现各分拨中心和快递代理点对快件信息的共享。收件点录入快件信息，利用Internet和数据库技术把所有相关信息都上传保存到服务器的数据库中；异地分拨中心/派件点通过扫描快件的条形码，读取相应的分拣信息，从而进行自动化分拣。在分拣过程中，利用立体分拣技术实现一工位分拣多类快递，以达到占地小的目的。该系统成本低廉、效率比人工高，主要定位于小型物流代理点或小型分拨中心。实际的测试表明，该系统工作稳定，性能可靠，功能实现效果良好。

关键词：分拣技术；信息共享；数据库技术；条形码技术

中图分类号：F253.9 文献标识码：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

快递企业分拣技术的先进性，直接决定着该企业的服务质量与市场竞争力。运用先进的分拣技术，不仅降低人工分拣成本，还能提高分拣效率，降低分拣差错率。

近年来，我国以“四通一达”为主导的大型民营快递企业发展势头势不可挡。虽然这些民营快递企业出现了良性竞争，不断降低快递费用，提高服务质量，缩短配送时间，但是在先进分拣技术方面应用的很少。在每年的“双十一”和“双十二”期间，我们都会看到各大快递企业均出现“爆仓”现象，大批货物被积压上多天，很大原因在于分拣技术的落后。即使是“四通一达”也有很多配送中心，尤其是小型的分拨中心，還是完全使用人工分拣。很大一部分原因在于，目前的分拣系统体型需要较大的空间放置，而且价格太高，一些小型分拨中心承担不起费用而无法使用。然而落后的分拣技术、粗暴的人工分拣已经严重影响了配送时间、配送成本以及物流质量，限制了公司的进一步发展。

此外，据调查发现，目前普遍采用的分拣方法有两类：一类是以邮政快递EMS为代表的根据邮政编码进行分拣；另一类是以顺丰快递为代表的根据自编地区编号进行分拣。此两类分拣方法都存有不足之处：由于目前很少有人会正确填写邮编，所有邮编分拣无法得到推广使用；而顺丰快递的自编地区编号其实是地区区号，无法应用到地级市以下的分拨中心。而且两者都需要用到比较复杂的图像识别技术。

为了解决上述占地大、成本高以及分拣方法不够完善的问题，本文利用Internet与数据库技术以及条形码技术，设计出可以根据收件人单位进行分拣的自动化立体分拣系统。

1 设计方案

1.1 总体设计构想。为了实现根据收件人单位进行分拣的功能，本系统利用条形码技术获取快件的信息，这是因为每个快件的条形码都是唯一的，并包含有快件的所有信息。然而快件信息的录入和读取是在不同的两个快递代理点（通常位于两个不同的城市）进行的，在目前情况下，快件信息是无法共享的，即分拨中心无法获得条形码背后的快件信息。为了解决快件信息共享的问题，同时考虑到快递行业已经逐步进入直营化阶段（直营化有利于数据库的共享），所以本系统利用Internet和数据库技术，使快件的所有信息都保存在一个总公司的服务器的数据库内，这样就可以保证所有的快递分站点都可以录入和读取快件的信息。为了解决占地大的问题，本系统设计立体分拣机构，以达到空间的三维利用。本系统下的物流原理如图1所示：

1.2 系统软件设计。系统软件设计包括用于数据共享的软件设计和用于电气控制的软件设计，主要采用Visual Basic编程语言。VB语言拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，可以轻易地使用DAO、RDO、ADO等控件连接各类数据库，可以和后续选择的USB5538数据采集卡兼容。该系统软件方面总体上设计为4个界面：快递管理系统登录界面、分系统选择界面、快递收件系统界面和立体快递分拣系统界面（见图2）。

1.3 电气控制软件设计。本系统是基于不同收件人单位进行分拣而设计的。在样机测试中，系统通过2个工位把快递分类到杭州职业技术学院、杭州电子科技大学、浙江财经大学、浙江理工大学4个收件人单位，即每个工位分拣2个收件人单位。工位1的仓储柜第1层对应杭州职业技术学院，第2层对应杭州电子科技大学；工位2的仓储柜第1层对应浙江财经大学，第2层对应浙江理工大学。

具体分拣控制过程（即编程算法流程见图3）如下：（1）开启系统，系统初始化，输送带运行；（2）扫描快件条形码，输送带传送快件；（3）通过Internet和数据库技术读取快件信息，判断属于哪个工位；（4）判断相应工位上是否有快件；（5）如果没有快件，等待；（6）如果有快件，输送带停止，推送快件进入立体分拣系统后，输送带继续运行；（7）判断属于哪层仓储柜，并分拣入仓储柜相应层数；（8）本次分拣结束，等待下一次分拣操作。

1.4 系统硬件设计。系统硬件设计主要包括两个部分：机械执行系统硬件设计和电气控制系统硬件设计。

1.4.1 机械执行系统硬件设计。机械执行系统的实现主要依靠传送系统和立体分拣系统（见图4）。

传送系统选用一般的输送带机构，主要由电机输出动力，把运动通过轧辊传递给输送带，通过摩擦力实现输送快递件的功能。

立体分拣系统主要由旋转机构、升降机构和推杆机构组成。为了使整个分拣过程平稳准确，选用步进电机作为动力输出源和丝杆螺母机构作为动力传递机构。步进电机可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，达到准确定位和调速的目的。丝杆螺母机构选用滚珠丝杆螺纹机构，是目前传动机械中精度最高也是最常用的传动装置，同时有不同导程的丝杆可供选择，实现二次调速的目的。此外丝杆螺母机构也能保证实现平稳分拣的功能，提高分拣质量。

1.4.2 电气控制系统硬件设计。电气控制硬件主要由PC、数据采集卡、接口电路、扫描枪、传感器等构成。

PC作为上位机，是整个系统的控制中心，发出各类指令命令。PC的选择可以是一般的个人PC机即可。

上位机控制中心与机械执行系统的通讯由数据采集卡来实现。数据采集卡可以通过I/O口控制步进电机的开关和正反转，以及传感器的开关，并且可以方便地通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线（IEEE1394）、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。因该系统需要的I/O口比较多，加之考虑性价比因素，所以选用阿尔泰科技公司的型号为USB5538的数据采集卡。USB5538是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接插在PC机的USB接口上使用，具有16个输入口和16个输出口，广泛应用于野外测控，信号采集和伺服控制等。

扫描枪主要用于扫描条形码信息，选用一般的USB接口的扫描枪，直接接入PC机就可使用。

传感器选用红外光电开关，技术成熟、价格低廉、可靠性好。

接口电路如图5所示。图中详细标注了步进电机1和5的接线图，因其余步进电机的接线与步进电机1和5的接线一样，所以对其余步进电机的接线标注进行了简化。

2 系统实验结果分析

通过样机试验得到：本系统样机的分拣一件快件的最快时间是10s（分拣到第一层储藏柜），最慢时间是20s（分拣到第二层储藏柜）。如果分拣到第一层储藏柜的快件和第二层储藏柜的快件的数量相当，本样机的平均分拣时间为15s。而实际人工分拣，每个分拣员每天工作9小时，分拣快件的数量约为1 500件，经计算，人工分拣的时间为21.6s。从分拣速度上来看，效率提高了30%。

3 应 用

本文设计实现了基于Internet与数据库的自动化立体分拣系统，具有设备成本小，所需占地少，分拣效率高的优点，可以广泛应用于小型分拨中心和物流业终端代理点，改变这些物流点还是以人工分拣为主的现状，提高他们的分拣效率，降低分拣差错率，降低分拣成本。

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