快遞大信封自動封裝分揀一體化設備研發

黃其智，符吉林

（1.中科院廣州電子科技有限公司，廣東廣州 510070；2.國家食品藥品監督管理局廣州醫療器械質量監督檢驗中心，廣東廣州 510663）

近年來，快遞物流業爆發式發展，業界迫切需要一種快遞大信封自動封裝分揀設備。國內外主流企業在傳統郵政掛號小信封自動封裝和分揀設備研發制造已經比較成熟，技術比較高，例如上海郵政科學研究院與美國必能寶（Pitney Bowes）公司的相關產品已經達到15 000/h的處理能力。但是，與傳統郵政掛號小信封自動封裝和分揀設備不同，快遞大信封由于體積大、插封物料內容多樣性以及不規則分頁等問題，嚴重影響其封裝分選速度和設備動作的成功率。目前國內外還沒有成熟的相關一體化設備產品報道[1]。上海郵政科學研究院、美國（Pitney Bowes）必能寶公司、德國博威(BOWE)公司和奧托（Otto）公司等行業巨頭正在加快研發快遞大信封的自動封裝分揀一體化設備[2]。如果這些廠家沒有在總體設計上有革命性理念創新，他們很難在短時間內有所突破[3][4]。

快遞大信封規格長×寬×厚為324 mm×229 mm×9 mm，如圖1所示。

圖1 快遞大信封

設計目標：

（1）研發一套快遞大信封自動封裝分揀一體設備，設備采用分立式模塊式結構，便于安裝維護和使用。

（2）錯封和漏封率0.05%以下。

（3）稱重校驗誤差小于±1g。

（4）水平進料容量超過1 000封，以降低工人操作勞動強度。

（5）適應不規則物料分頁插封。

（6）大信封采用雙面膠封舌。

（7）雙熱轉印工業打印引擎的快遞標簽打印方式[1]。

設備大信封處理速度大于2 000封。工作效率是人工操作的10倍以上，人力減少90%以上。

1 設計與實現

為了實現郵件自動封裝、郵件分揀、業務管理信息控制。自動化系統在EMS郵件交掛號信函后收寄端環節的生產處理和生產管理如圖2所示。實現EMS處理銀行卡郵件自動供料、封裝、稱重、熱敏詳情單打印、自動分揀格口處理，時限卡廠與EMS掛號信交接后所有環節由工藝設備自動實現，提高整個作業流程的自動化和信息化處理能力。

圖2 信息流程圖

（1）自動封裝分揀設備一次性完成信封條碼讀取、抓取、插封、封裝、自動稱重、信息比對、打印收件人名址、粘貼收件人名址、按封發格口關系自動分揀、郵件自動上傳到EMS收寄系統的一個作業等動作。整個流程須按照指定的業務規則確保封裝內件與封裝信封表面粘貼的名址保持一一對應的關系。

（2）所有物料的進入模塊均滿足在正常生產狀態下連續添加物料而不導致中斷生產需求。

（3）信息讀取模塊采用非接觸式讀取c5信封上的條碼信息，并正確解析信息。

（4）信息讀入模塊信息讀取速度4 500條/h，信息讀取準確率100%。

（5）動態穩重模塊檢測封裝是否空卡或重復多卡錯誤，將不匹配郵件剔除入廢件收集箱，由人工校對處理。

（6）按照熱敏標簽的粘貼方式粘貼在信封的指定位置自動封裝分揀設備及其配套系統不得以任何形式復制、泄露證件和郵寄信息。

（7）系統的每一個環節都需要有有效的核查與糾錯功能或處理方案。一是要對每環節物料的物理缺損進行核查，要保證對每一個不合格的物料都能夠從生產系統中得到核查并剔除出來，并對這些物料有后續的處理方案；二是要確保封裝內容與名址100%匹配；三是設備要能夠自動甄別每一環節因糾錯所引起的數據和實物順序打亂的狀況，確保糾錯后的各環節實物與數據100%匹配。

（8）系統須對每一環節有監控和事后追溯功能，能確保在處理過程中和處理后對具體的每一個郵件、地址標簽和完整郵件的處理過程的任一環節可調取作業記錄。

（9）系統在物料進入模塊預留可添加模塊的接口功能。

（10）設備有安全保護設計，安全罩和設備門裝配有接觸開關，安全罩打開時，系統將暫停工作；設備是分立式設計，便于維修保養。

（11）設備及部件有吸音設計處理；設備配備噪聲吸收通風口，有利于熱空氣散發。

（12）通過每個分揀格口設計光電傳感計數器，實時統計和復核每個格口信封數目與總分揀信封數目，對比與系統數據是否一致，及時發現分揀過程的錯誤；格口設置滿格報警，提醒操作人員及時收集成品郵件。

（13）系統自動生成日志文件，包含所有在任務中發生的信件、事件等信息。

設備由掛號信及其他物料輸入站、大信封輸入站、插封模塊、封舌模塊、稱重校驗模塊、打印貼標模塊、廢料和分揀模塊等組成。采用分立式獨立模塊設計。圖3最右邊是大信封入料站，緊接著旁邊是4個掛號信及其他物料輸入站。

圖3 設備總體設計

（1）信封及物料輸入站

圖4為掛號信輸入站和大信封輸入站，采用水平入料方式，使物料容量從傳統垂直分頁結構[5]的300份增加到1 000份以上。減少了人工上料次數。

圖4 輸入站

（2）物料站（EMS信封插入）

為了提高插封速度，圖5所示的物料站的插封機構采用三工位輪換式送料插封。

圖5 物料站

圖6 封口模塊

（3）封口模塊

根據實際作業流程需要，圖6所示的封口機構沒有采用常見的涂膠水封口方式[6-7]，而是保留了雙面膠封口工藝。撕雙面膠設計如圖：

（4）稱重校驗模塊

圖7所示為稱重校驗模塊采用國產高精度動態稱重系統，精度達到±1 g。

（5）打印機模塊

圖8為打印模塊打印貼標采用雙引擎技術，既可以提高速度，又可以便于不停機上標簽材料。

（6）收容格口

10個收容格口（圖9），其中一個作為廢料收容倉，每個格口有光電計數器，統計每個格口分揀數量。保證分揀速度和分揀準確性。

（7）控制中心

控制中心上位機和PLC操作界面都采用可見即可得操作界面。包括配置、啟動/停止、連續/單步、貼標啟動、真空泵啟動、數據清零和自動供料等按鍵功能。

圖7 稱重校驗模塊

2 結論

作為國內首套大信封封裝分揀一體化設備，設備經過安裝、調試、測試，于2017年7月15日正式投入生產使用，累計運行超過4個月，用戶反映良好：

圖8 打印模塊

圖9 收容格口

（1）設備由1到2位工人操作，處理速度超過2 000份/h，按80%效率計算，超過12個人作業量。

（2）郵件的錯封和漏封率0.05%以下，破損率小于0.1%，達到設計目標要求。

（3）設備操作便利界面友好，需要人工干預或故障時，控制平臺在相對應的位置有提示，排除故障簡單，人工干預時間在秒級。

該相關技術已經取得專利保護。將在現有基礎上，進一步改進設計，做好行業內市場推廣。