基于RFID的物流自動分揀系統研究與設計

李世正 姚 佳

（洛陽職業技術學院,河南 洛陽 471000）

1 引言

進入21世紀以來,隨著互聯網技術和電子商務技術的快速發展,電子商務正在逐漸改變企業的經營方式和人們的購物方式,越來越多人喜歡這種方便、快捷是購物方式。電子商務的蓬勃發展也促使了快遞物流行業的迅猛發展,2017年“雙十一”全網總銷售額達2539.7億元,產生包裹13.8億個,意味著有13億多個包裹需要運輸。物流行業也成為最近幾年發展最快的行業之一。同時,物流行業的發展也促進了電子商務的發展,消費者在判斷商家服務質量時,快遞的送貨時間、服務質量是其重要評判指標。然而,當前的物流行業,尤其是在網購高峰期,經常出現快遞包裹“爆倉”的情景,同時,快遞的暴力分揀、錯派、丟件等現象時有發生,導致客戶滿意度下降,嚴重影響了物流行業的聲譽、公司的經濟效益和長遠發展。造成這種現象的原因主要是短期內收入太多快遞包裹,當前的人工分揀模式不能及時地進行分揀。同時,人工分揀直接導致勞動力成本的增加,在當前物流配送過程中,人工成本是最大的成本,若不在技術上做出改善,隨著勞動力價格的上漲,人工成本在物流配送中成本占比還將不斷提高[1,2]。因此,利用現有的信息化、自動化技術對物理行業的業務處理流程進行改進優化,提高物流行業作業配送效率,成為物流行業研究的重點。

20世紀,國外就開始自動分揀技術、分揀設備的研究,并將研究成果投入實際應用中。實際使用經驗顯示,大型分揀系統前期投入較大,運營費用較高,成本回收期較長[3,4]。因此,設計一種適合中小企業、投入成本較低的分揀系統成為當前物流行業的迫切需求。本文在分析了物流配送流程和RFID技術優勢的基礎上,提出了一種基于RFID的物流自動分揀系統方案設計。論文首先對物流快遞行業的現狀進行了分析,分析物流快遞的配送流程和RFID在自動分揀中的優勢,對基于RFID的物流自動分揀系統的架構和系統工作流程進行了論述,并對系統的效率進行了分析。

2 相關知識

2.1 快遞業務流程及存在的不足

快遞業務流程如圖1所示。

圖1 快遞處理流程

快遞處理流程主要包括如下過程[7]:

（1）客戶需要發貨時,提出發貨請求；（2）快遞公司根據發貨請求上門收取客戶包裹,或者客戶直接將包裹送到公司網點；（3）客戶填寫包裹郵寄信息；（4）快遞公司根據郵寄信息、包裹重量等信息進行結算,完成包裹攬收；（5）快遞公司進行人工分揀,并將信息錄入到后臺數據庫中,并對快遞包裹進行掃描；（6）將包裹發往集散中心,到達集散中心后還需要進行逐件掃描和人工分揀；（7）包裹裝車運輸,在裝車時還要進行逐件掃描,如果快遞需要中轉也要進行多次掃描；（8）快遞到達目的地集散中心,需要再次掃描；（9）快遞到達目的網點,對包裹進行再次掃描、分揀,然后進行派送。

以上快遞處理流程,存在以下幾方面的問題[8]:

（1）在集散中心進行包裹分揀需要耗費大量的分揀人員,不但效率較低還增加了企業的人力成本。

（2）在進行人工分揀時,由于分揀人員的專業水平和體力原因,存在一定程度的錯誤率。

（3）當快遞包裹發送位置變化后,即使配送目的地屬于同一地區,也需要逐件進行掃描,才能對包裹進行跟蹤。

2.2 RFID技術快遞分揀系統的優勢

快遞分揀系統是對快遞包裹按照設定的指令對其進行自動分揀,并將分揀結果輸送到指定位置。自動分揀是當前快遞包裹配送的重要環節,可以極大地節省人工成本,提高工作效率和包裹分揀的正確率。

RFID（Radio Frequency Identification,射頻識別）技術是物聯網中一種常用的數據傳輸技術,在物聯網、工業控制、航空工業等領域得到廣泛應用[5,6]。RFID技術應用于快遞分揀中具有以下優勢:（1）可以對快遞包裹從受理到簽收全流程中的各環節進行管理,基于RFID技術的快遞分揀系統首先將RFID標簽打印到快遞包裹中,由于RFID標簽相對于條形碼標簽的存儲量較大,可以將快遞包裹的配送信息,如寄件人信息、收件人信息、包裹屬性（重量、資費、時間等）等一并寫入標簽中,可以實現包裹的深度分揀,提高分揀效率。同時,可以實現對包裹進行全程跟蹤、遺失查找等。（2）減少包裹在配送過程中的多業務交接環節。在傳統的包裹配送過程中,很多交接環節是必不可少的,但工作確實是重復的,基于RFID技術的分揀系統在一定程度可以減少一些重復性的工作,如可以減少核對和掃描的次數。

3 基于RFID快遞自動分揀系統設計

3.1 系統設計

基于RFID快遞自動分揀系統結構如圖2所示。

從圖2中可以看出,當自動分揀系統運行時,集散中心的快遞包裹（在收件時,已粘貼RFID標簽）被順序地放到1號傳送帶上,經1號傳送帶進行傳輸,到達讀卡區時,RFID讀卡器對RFID電子標簽數據進行讀取,并將數據傳送到控制器進行處理,根據處理結果發送控制信號給單片機控制3號電機正反轉和光電開關。當快遞包裹根據電子標簽送到指定道口后,由4號、5號、6號傳送帶進行傳輸,以完成快遞包裹的分揀。當包裹傳送到指定道口后下一個包裹經過讀卡器,控制器對其信息進行處理,以此往返,實現包裹自動分揀?；赗FID的快遞包裹自動分揀的流程可描述如下,具體如圖3所示。

圖2 基于RFID快遞包裹自動分揀系統結構圖

圖3 快遞包裹自動分揀系統流程圖

在本系統中1號電機、2號電機和3號電機的工作存在著一定的時序關系,4號、5號、6號電機處于一直工作狀態。控制電機按照既定時序運動是本系統設計的難點,理清各個電機運行順序可以提高快遞包裹的分揀效率。在本系統設計中,系統開始運行后,1號、2號電機開始運行,將包裹運送到2號傳送帶上。此時1號、2號電機減速運行,3號電機將包裹運送到指定位置后,包裹經1號傳送帶到達2號傳送帶上,3號電機反向運行到初始位置,完成一個包裹的傳送,此時第二個包裹已經到達3號電機。電機運行的時序圖如圖4所示。

圖4 系統中電機運行時序圖

3.2 效率分析

在快遞配送中,包裹分揀是其中較為關鍵的環節,分揀效率是分揀系統的關鍵考核指標,上述快遞包裹自動分揀系統的效率分析如下:當系統開始正常運行時,一般傳送帶的運行速度為24M/min,包裹之間平均間隔為X,則1號傳送帶運送包裹到2號傳送帶的時間為X/24,大概估算一個包裹從1號傳送帶經2號傳送帶扭轉后,到達3號傳送帶的時間為1.2秒,由于整個系統是流水線式工作,一段時間內單個包裹的分揀時間基本為從1號傳送帶起,到達3號傳送帶的時間。根據以上推算,每小時大約分揀包裹2000個。

4 結束語

包裹分揀是物流配送中的重要環節,采用自動分揀技術可以極大地提高包裹的分揀效率,減少了人工成本。與既有的自動分揀系統相比,基于RFID物流自動分揀系統具有體積小、部署成本低等優勢,適合中小快遞公司對物流貨物自動分揀的需求。

[1]王艷艷,吳耀華,劉鵬.自動分揀系統分揀作業任務優化[J].機械工程學報,2011,47(20):10-17.

[2]廖敬恩.自動分揀控制系統的設計及研究[D].廣州:華南理工大學,2011.

[3]張貽弓,吳耀華.可合流的自動分揀系統訂單排序優化[J].山東大學學報(工學版),2008,38(5):67-71.

[4]Wang P.Control system design for automatic sorting of lithiumion battery using multiple parallel manipulators[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2007,43(11):63-68.

[5]仇建平,崔杜武.基于射頻識別的供應鏈管理系統[J].計算機應用,2005,25(3):734-736.

[6]易舒.基于R FID的食品供應鏈管理系統[J].物流技術,2009,28(3):102-104.

[7]吳穎穎,吳耀華.基于并行揀選的自動揀選系統品項拆分優化[J].計算機集成制造系統,2012,18(4):821-826.

[8]Pourdarbani R ,Ghassemzadeh H R ,Seyedarabi H ,et al.Study on an automatic sorting system for Date fruits[J].Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences,2015,14(1):83-90.