CN110980174A - 通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法 - Google Patents

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黄文生
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Abstract

一种通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，上包参数满足如下公式：
Figure DDA0002292318900000011
在一定范围内，夹角θ的取值和上包速度和皮带的摩擦系数有关。夹角θ的取值越小，包裹上包时在环线运行速度的垂直方向产生的分速度越小，上包越平稳。

Description

通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法
技术领域
本发明涉及物流设备领域，尤其涉及通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方 法。
背景技术
交叉带式分拣系统，由主驱动带式输送机和载有小型带式输送机的台车联接在一起，当 小车移动到所规定的分拣位置时，转动皮带，完成把商品分拣送出的任务。主驱动带式输送 机与小车上的带式输送机呈交叉状。
上包控制系统作为影响智能交叉带分拣机系统协同工作效率的重要因素，在上包控制 系统中，包裹上包总时间的计算过程分析是智能交叉带分拣机系统协同工作策略优化的基 础。
发明内容
一种通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，上包参数满足如下公式
Figure BDA0002292318880000011
式中：
n为上包参数
d1为小车节距 d3为相邻两个上包台之间的间隔
d4为上包台宽度
m为从空车检测点到上包点的空闲小车数
θ为上包台与环线的夹角。
适用于形状一致的包裹。
根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在 于，包裹加速后匀速到达预期位置。
忽略包裹从上包台进入小车所需时间。
小车匀速运动，任一小车的运动过程与其他小车独立。
任意相邻两个包裹之间的上包时间间隔相同。
上包环线平分为两段。
上包环线配有两处上包点。
同步触发任一空闲小车的同步信号，每个小车在环线上运动一个周期内金触发一次该上包 台的同步信号。
本发明具有如下优势：
通过公式推导可知，夹角θ的取值和上包速度和皮带的摩擦系数有关。夹角θ的取值 越小，包裹上包时在环线运行速度的垂直方向产生的分速度越小，上包越平稳。但θ并不是无限度得越小越好，在单个上包台间距d4一定的基础上，θ越小，d2越大，单个上包台 占据的小车节数越多，降低上包效率，进而影响系统的分拣效率。因此根据上述推导结果，
能够在上包系统工作之前，通过选择各项参数，来使得工作效率相对较高。
附图说明
图1是上包速度与时间关系示意图。
图2为上包情况示意图。
图3为上包时序图。
具体实施方式
上包控制系统的上包流程为：
S1：扫描级与等待级的电机启动，包裹经过视觉识别器扫描，同时匀速经过电子秤， 得到质量；
S2：包裹进入等待级，扫描级和等待级停止运行，包裹减速达到定位线开始等待托盘 小车的同步信号；
S3：得到空闲小车的同步信号后，PLC根据上包台计算机发来的延迟时间控制直流电 机延迟启动，同时PLC控制对加速级的提前启动。待包裹进入加速级后，加速至与环线小车相匹配的目标速度，进入小车。
如图1所示，为上包控制系统三级传送带速度和时间的关系。
为了减小包裹上包处理时间的计算复杂度，简化数学模型以便于分析计算，本节对智 能交叉带分拣机系统作出以下前提假设：
(1)上包的包裹均形状规则，尺寸符合要求；
(2)条形码信息扫描上传准确；
(3)包裹经加速级加速后均能实现平稳准确上包，其从上包台顺利进入运载小车的 过渡时间忽略不计；
(4)环线小车速度稳定，可以保证包裹顺利上包后无翻滚或侧滑至其他小车的现象；
(5)上包台每秒上一个包裹，即保证上包过程中无缺货现象；
(6)根据第三章的理论分析，本数学模型建立在环线平分为两段并设置两处上包点 的基础之上，这保证了从开始经过上包点及以后的所有小车都是空闲的，否则分析无法进 行；每个空闲小车的同步信号是通过同步触发的，每个小车在一个周期内只能触发一次该 上包台的同步信号。
除此之外，还需要满足的条件是：每段环线的上包台先将当前包裹由扫描级扫描称重 后送入等待级，得到空闲小车的同步信号后，PLC才控制直流电机延迟启动，再经过加速 级达到与小车的匹配速度后方可上包成功。完成这一系列过程所需要的时间称“上包准备 时间”，此处用T1表示；
检测到的小车满载时，当前包裹无法进行上包操作，必须等待直至有空闲小车。其中， 装载包裹的最后一节小车经过上包点的时间称为“输送准备时间”[10]，此处用T2表示。由上 述分析可知，上包台上的包裹在上包准备时间和输送准备时间之后才可以实现顺利上包。
因此，在上包过程中，上包台上的包裹存在两种类型的等待时间：
(1)当上包台上的包裹已经顺利完成扫描、称重后，环线小车均满载，尚未检测到空闲小车的同步信号，即当前时刻大于上包准备时间，小于输送准备时间时，则包裹需要等待至输送准备时间，才可结束等待顺利进入空闲小车[10]。此时等待时间称为“等候时间”， 此处用Tw1表示。
当环线上已有大量空闲小车，且最后一节装载包裹的小车已经经过上包点时，若此时 上包台上的包裹还未完成扫描、称重等环节，即当前时刻小于上包准备时间，大于输送准 备时间时，则需等待直至上包准备时间，上包台上的包裹才能顺利进入空闲小车。此时等 待时间称为“延迟时间”，此处用Tw2表示。
经上述分析可得以下两个问题：(1)等候时间会导致分拣机系统上包速度减慢，降低 上包效率，从而降低分拣机系统的整体分拣效率；(2)延迟时间会导致环线上形成一段空 隙，即环线上两个包裹之间存在未被利用的空闲小车，降低了环线小车的利用率，从而增 加分拣机系统的运行时间，最终降低整个交叉带分拣机系统的分拣效率。
在智能交叉带分拣机运行过程中，最理想的状态为上包台上的包裹输送准备时间均大 于其上包准备时间。在这种情况下，每个扫描称重信息录入后的包裹都能及时上包，环线 上的小车运载的包裹最密集，分拣效率最高。
在某一上包点只设置一个上包通道时，由于环线小车的运转速度较快，包裹的上包准 备时间明显大于输送准备时间，此时会存在空闲小车利用不充分的问题，这不利于分拣效 率的提高。因此，可考虑增加上包台的数量，一个上包点由多个上包台同时供应包裹，以 填补系统的延迟时间Tw2继续进行上包操作，进而提高上包效率。
同时，还应考虑到系统的延迟时间表示一定范围内的某个数值，当上包参数量增加到 一定值时，多设置的上包台便足够将延迟时间全部利用，达到饱和状态，即全部空闲小车 被利用，环线小车上的包裹紧密排列。从一个上包台的上包状态到饱和状态过程中，交叉 带分拣机系统的上包效率不断提高。当达到上包量饱和状态时，若继续增加上包参数量， 则会增加另一种等待时间即等候时间Tw1，此时上包效率又会相应降低，进而降低分拣机 系统的效率。
综上所述，对于智能交叉带分拣机上包控制系统运行中存在的等待时间问题，可考虑 增加某一上包点的上包参数量加以解决。同时，上包参数量存在一个临界值，能使分拣机 系统的上包效率达到最优值。
如图2所示，环线上的小车可以被重复利用，即每经过一个新的上包点时，所有小车 都处于空闲状态。当空闲小车经过点P处设置的空车检测装置时，系统就会给出相应的同 步信号，并同时将该空闲小车的编号传送给上位计算机，上位计算机会提前对皮带进行调 整，在空闲小车到达上包点时正好将包裹送至上包点，实现准确上包；示意图中点Q处，是环线和上包台各自的中心线交点，也是包裹抵达环线的初始位置；等待上包的包裹则等待在点Z处。
在本数学模型中，如上图2所示，小车的节距为d1；每个上包台和环线 相连接的部分宽度为d2；相邻两个上包台之间的间隔为d3；上包台的宽度为d4； 从空车检测点到上包点的空闲小车数为m；环线小车的运行速度为vd；等待 点Z到上包点Q之间的距离为S1；空闲小车检测装置点P和上包点Q之间的 为S2；包裹上包的速度为v3；每个上包台和环线之间所成的角度为θ；上包台 个数为n。
要达到上包效率最理想的状态，即要求每个被信息录入后的包裹都能及时上包，此时 环线上的小车运载的包裹最密集，没有空闲小车，分拣效率最高。也即除了位于第一个上 包台等待级的包裹会产生等待时间以外，其余上包台的包裹均不产生等待时间，一旦进入 传送带信息录入之后能立即上包。
由于每个小车在一个周期内只能触发一次该上包台的同步信号，可以假设其一个周期 为时间T，表示第一个上包台第一次上包的瞬间至第二次触发信号后上包的瞬间；同时假 设已经上包的运载小车从该上包台运行至下一个上包台的时间为t；第一个上包台检测到 空闲小车的瞬间至包裹上包的时间为t1。
因此，如图3的时序图所示，最理想的上包方式，是除第一个上包台之外，其余上包台的上包动作均在一个周期T内完成，等到第一个上包台再次上包的瞬间开始进行第二个周期。其中，任一包裹上包的时间忽略不计。
综合上述理论分析，可知：
Figure BDA0002292318880000051
其中，由图2知：
d2sinθ＝d4 (4-3)
d5sinθ＝d3 (4-4)
可得：
Figure BDA0002292318880000053
Figure BDA0002292318880000054
根据以上各式可得出上包台的个数为：
Figure BDA0002292318880000055
由上式(4-7)可知，上包台的个数不仅和小车的节距d1，相邻两个上包台之间的间隔d3，上包台的宽度为d4以及从空车检测点到上包点的空闲小车数m的取值有关，还和 上包台与环线的夹角θ有关，并且n的值随着θ角度的增大而增大。
小车的节距d1与总环线的长度有关，从经济成本的角度考虑，可视作固定参数；
相邻两个上包台之间的间隔d3的参数值是根据人工正常放包取值的，其参数值的设定在 能保证一个工作人员站在上包台旁正常放包的基础上越小越好，因此可视作固定参数；
上包台的宽度d4需要保证包裹能准确上包；
从空车检测点到上包点的空闲小车数m的取值和上位机系统的响应灵敏度有关，为了确 保系统能准确响应并发出空闲小车的同步信号，其取值可视为固定参数；
上包台个数n和上包台与环线的夹角θ成正比，并且n的值随着θ角度的增大而增大。
夹角θ的取值和上包速度和皮带的摩擦系数有关。夹角θ的取值越小，包裹上包时在环 线运行速度的垂直方向产生的分速度越小，上包越平稳。但θ并不是无限度得越小越好，由 式(4-5)可知，在单个上包台间距d4一定的基础上，θ越小，d2越大，单个上包台占据的小 车节数越多，降低上包效率，进而影响系统的分拣效率。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人， 在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以 权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，上包参数满足如下公式
Figure FDA0002292318870000011
式中：
n为上包参数
d1为小车节距
d3为相邻两个上包台之间的间隔
d4为上包台宽度
m为从空车检测点到上包点的空闲小车数
θ为上包台与环线的夹角。
2.根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，适用于形状一致的包裹。
3.根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，包裹加速后匀速到达预期位置。
4.根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，忽略包裹从上包台进入小车所需时间。
5.根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，小车匀速运动，任一小车的运动过程与其他小车独立。
6.根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，任意相邻两个包裹之间的上包时间间隔相同。
7.根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，上包环线平分为两段。
8.根据权利要求7所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，上包环线配有两处上包点。
9.根据权利要求1所述的通过上包参数确定智能交叉带分拣机工作效率的方法，其特征在于，同步触发任一空闲小车的同步信号，每个小车在环线上运动一个周期内金触发一次该上包台的同步信号。
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