基于TRIZ理論設計的快遞包裹自動掃描裝置

馬寧蔚 任培龍 何忠旭 劉鵬佩

摘 要：本文應用物質-場模型對包裹自動掃描設備進行分析，并通過技術矛盾、物理矛盾解決問題，實現對快遞包裹上條碼的360°掃描，無需人工擺放調整掃描方向，實現分揀全自動化。

關鍵詞：快遞包裹；自動掃描；TRIZ理論

中圖分類號：TH691.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）14-0090-02

An Automatic Scanning Device for Irregular Express Courier

Design Based on TRIZ Theory

MA Ningwei REN Peilong HE Zhongxu LIU Pengpei

（Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040）

Abstract： In this paper， the field model method was used to analyze the automatic scanning equipment system， and through the technical contradiction and physical contradiction to solve the problem， the 360° scanning express bar code was realized without the need to adjust the scanning direction manually， so as to realize the full automation of the sorting.

Keywords： express package；automatic scanning；TRIZ theory

1 問題描述

隨著電子商務不斷升溫，快遞業務量逐年增長，爆倉現象普遍。而快遞公司在包裹分揀時大部分采用人工分揀，效率低、成本高。同時，快遞掃描分揀工作枯燥，招工難度較大，導致快遞企業發展緩慢。本文在現有研究的基礎上參照相關國家標準，利用TRIZ理論分析目前快遞包裹分揀的局限性，并根據TRIZ發明原理對快遞包裹自動分揀進行創新設計。

2 物質-場分析

物質-場分析法是一種使用符號表達技術系統變換的建模技術。物質-場是用來表示同一技術系統中兩個對象的交互作用的模型，交互作用的對象被稱為“物質”（Substance），用S1和S2表示，交互作用的能量被稱為“場”（Field），用F表示。將物質-場模型作為問題模型，對應的解決方案的模型是標準解法系統中的標準解[1]。

圖1表示包裹對掃描裝置掃描條碼有阻礙作用的物-場模型。在有光環境下，掃描裝置通電進行正常工作，包裹本身會遮擋裝置對條碼標簽的掃描即為有害作用。因此，引入一個超系統中的物質得到方案1：將亞格力板放置在兩傳送帶之間，板下放置掃描器，使條碼在下方時的掃描得以實現。

除此之外，此物-場模型可控性不足，建立圖2所示解決方案的物-場模型，應用標準解法，增加一個場，通過兩種場的共同作用抵消有害作用，得到方案2：把條碼改成RFID射頻標簽，射頻閱讀器識別標簽信息。

3 運用TRIZ工具解決問題

TRIZ理論主要討論工程領域的矛盾，包括技術矛盾和物理矛盾[2]。

3.1 采用技術矛盾、創新原理解決問題

在快遞掃描作業，為實現對包裹的全方位掃描，需增加中間傳動裝置，但增加的裝置使能耗增加。其矛盾在于增加推板和中間傳動裝置可以改變包裹的運動方向，同時在增加的傳送帶上設置同樣的掃描裝置，改變包裹運動方向后通過第二段掃描器即可將第一段傳送未掃描區域進行掃描，但增加傳動裝置后，系統工作出錯率提高且能耗增加。通過查詢TRIZ理論提供的矛盾沖突解決矩陣，可得到解決該沖突所需的發明原理。

由發明原理No.1（分割原理）、No.15（動態化原理）啟發可得到解決方案3：將掃描裝置分解為兩段相對運動的元件，獨立進行前后、左右方向條形碼的掃描。

3.2 采用物理矛盾、分析方法解決問題

3.2.1 確定物理矛盾。對于應用掃描器進行二維碼掃描，筆者既希望使用多個掃描器進行多次多方位掃描得到準確的數據信息，又希望只使用一個掃描器快速錄入，避免重復錄入信息。掃描器個數多少構成了物理矛盾。

3.2.2 解決物理矛盾。采用條件分離方法，對矛盾雙方不同的需求進行分離，即在不同條件滿足不同需求。由此提出技術方案4：加裝包裹數量檢測裝置，當包裹數量較多時，開啟多個掃描器用于快遞包裹二維碼準確識別，當包裹數量較少時，開啟單個掃描器工作。

利用時間分離原理進行分析，將矛盾的雙方分隔在不同的時間段，分別進行處理，從而解決存在的沖突。由此提出技術方案5：使用單個掃描器，增加循環式傳送帶，對識別不清的包裹進行循環輸送重新掃描識別信息。

利用整體與部分分離原理進行分析，將矛盾雙方在不同層次上進行分離，即通過在不同層次上滿足不同的需求來解決物理問題。由此提出技術方案6：將傳統傳送帶的單個垂直掃描器改為前后雙傾斜的兩個掃描器，當前一個掃描器不能準確識別時自動開啟后一掃描器，否則后一掃描器處于不工作狀態，以此提高掃描二維碼的角度和準確性。

再由幫助實現整體與部分分離的創新原理No.25（自服務原理）得到方案7：在兩傳送帶上添加一個可自動旋轉的圓盤，掃描器固定在圓盤上，使快遞落到圓盤上被帶動旋轉360°，實現全方位掃描。

4 技術方案評價

為了實現“能夠對不規則快遞包裹進行自動掃描”，分別應用TRIZ理論技術矛盾和物理矛盾進行分析，應用創新原理、分離方法等工具尋求解決方案，得到7種概念方案。經方案評價得出最終解決方案由方案1、3、7的綜合，設備設計如圖3所示。

快遞自動分揀掃描設備組成包括支撐結構、旋轉圓盤、鏈傳動推送板、掃描器及多種配件。快遞由傳送帶傳送到該裝置時，掃描器可以掃到上下方向的條碼，圓盤轉動后可掃描左右方向的條碼，實現對快遞包裹條碼的全方位掃描，并通過鏈傳動推送板將包裹推送入分揀線，這既節省了人力，降低了分揀成本，又減小了自動分揀掃描只能掃描規則物體的局限性，同時使得分揀效率得以提升。

參考文獻：

[1]曹喜營，柳軍，馮海霞.TRIZ創新方法解決耐火材料熱剝落問題[J].河南科技，2015（7）：147-151.

[2]梁洪力，王海燕.技術矛盾/物理矛盾的分析與確定——基于TOC消云圖[J].工業技術經濟，2018（3）：28-36.