Автоматизация обработки посылок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизация обработки посылок



Содержание

Введение

1. Проблемы комплексной автоматизации обработки посылок

2. Способ загрузки контейнеров посылками с помощью погрузочных роботов

3. Конструкция и технические характеристики роботизированного комплекса выгрузки

4. Технические характеристики и эффективность комплекса

5. Проблема укладки штучных грузов в контейнер

6. Алгоритм укладки штучных грузов в контейнер

7. Выбор числа типоразмеров посылочной тары

Заключение

Список литературы



Введение

Связь является одной из важнейших составляющих экономики. Основное ее назначение - наиболее полное и высококачественное удовлетворение потребностей в услугах связи населения, экономики и обороны страны с учетом постоянно растущих потребностей общества.

Почтовая связь - наиболее массовый и доступный вид связи, представляющий собой единый производственно технологический комплекс технических и транспортных средств, обеспечивающий прием, обработку, перевозку, доставку почтовых отправлений и осуществляющий переводы денежных средств.

Актуальность проблемы. Почтовая связь России, благодаря разветвленной сети учреждений связи, а их более 42000 единиц, большому разнообразию предоставляемых услуг и доступности пользования ими, является наиболее распространенным и массовым средством связи, действующим на территории Российской Федерации.

Вопросами разработки теоретических основ Почты России занимаются ученые и коллективы специалистов многих стран, в том числе и России. Следует отметить, что в теории почтовой связи и ее практических приложениях накоплен определенный материал, который служит обоснованием того, что почта во всем мире, включая и Россию, занимает одно из основных мест в системе информационного обеспечения общества. Среди ученых, занимающихся теоретическими проблемами почтовой связи, нельзя не отметить такие имена как И.А. Мамзелев, С.М. Хлытчиев, В.А. Мицкевич, В.М.Лившиц, В.П. Соколов и ряд других российских ученых и зарубежных специалистов.

Однако развитие теории Почты России продолжается и будет продолжаться в связи с появлением качественно новых задач, технических средств почтовой связи и технологического оборудования.



Целями дипломной работы является:

1. Выявить проблему медленной работы в посылкосортировочных центрах;

2. Посмотреть на примере как происходит обработка и загрузка посылок в контейнеры.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

* рассмотреть данные рисунки для общего представления работы в послылкосортировочных центрах;

* изучить описание сортировочного цента центра;

*изучить функционирование работы в контейнерах на основе создания методических работ.

Объектом исследования являются: системы почтовой связи, включающие в свой состав производственные системы (отделения, узлы, автоматизированные сортировочные центры и другие предприятия связи) и их подсистемы (автоматическое и автоматизированное технологическое оборудование, системы контроля и диагностики и др.), микро- и макрологистические системы, автоматизированные информационно-управляющие системы, почтовые посылки и технологии их обработки.

Предметом исследования являются: структура, функции, процессы и эффективность функционирования многоуровневых иерархических пространственно-распределенных неавтоматизированных и автоматизированных посылкосортировочных центров.

автоматизация посылка погрузочный контейнер



1. Проблемы комплексной автоматизации обработки посылок

Одной из нерешенных проблем комплексной автоматизации обработки посылок в объектах почтовой связи (не только в России, но и за рубежом) остается создание автоматизированного устройства выгрузки посылок из контейнера. применение такого устройства позволит ликвидировать ручной труд на одной из самых тяжелых операций производственного процесса обработки посылок, когда работнику нужно поднять, перенести и уложить из контейнера на транспортер до 360 кг груза поэтому разработка и внедрение автоматического устройства выгрузки посылок из контейнера для почтовой отрасли является весьма актуальной задачей.

Выгрузка посылок из контейнера в автоматизированном сортировочном центре наибольшая активность в разработке способов и устройств механизированной и автоматизированной выгрузки из контейнера штучных грузов, близких по форме к параллелепипеду.

Наблюдалась в 1980--1990-х годах, когда было предложено значительное количество технических решений контейнеров с устройствами механизированной выгрузки штучных грузов, устройств отделения и захвата штучных грузов в контейнере, способов автоматизации выгрузки штучных грузов из контейнера.

На практике используется устройство автоматической разгрузки контейнеров в котором ввод контейнеров в разгрузочное устройство и вывод порожних контейнеров осуществляются наклонными участками трассы буксировочного конвейера. в разгрузочном устройстве контейнер автоматически наклоняется, и посылки выгружаются на приемный склиз, с которого поступают на отводящий транспортер. После этого контейнер возвращается в вертикальное положение, транспортируется вниз на уровень пола и продолжает движение по трассе буксировочного конвейера. из-за того что выгрузка посылок осуществляется навалом, не гарантируются целостность перевязей и оболочки посылок, сохранность вложения, а также не обеспечивается упорядоченность потока и разделение посылок, что требует при автоматизации последующей обработки посылок (опознавание, сортировка) включения в линию дополнительного устройства разделения посылок.

Устройства для послойного отделения грузов, находящихся в штабеле, контейнере, на паллете, и их перекладки на транспортер, в штабель, паллету используют в различных сочетаниях: приводные ремни, приводные ремни и ролики с шероховатой поверхностью, клиновидная плоскость, ролики с шероховатой поверхностью и приводные ремни. применять эти устройства для выгрузки посылок из контейнера невозможно, так как велика вероятность повреждения упаковки посылки (перевязи, печатей и т.п.).

Общим недостатком известных способов опорожнения контейнеров является то, что ни один из них не позволяет производить поочередную выгрузку посылок, поэтому при транспортировании посылок конвейером от мест разгрузки контейнеров к сортировочным установкам требуются устройства разделения посылок. Сдерживающим фактором при создании и использовании таких устройств является их низкая (по сравнению с ручным способом) производительность. кроме того, установка в каждом контейнере дополнительного устройства усложняет конструкцию и увеличивает стоимость контейнера, снижает полезный объем.

Рассматриваются вопросы автоматизации выгрузки посылок из контейнера. приводится конструкция и обосновывается целесообразность проведения работ по созданию и внедрению роботизированного комплекса выгрузки посылок из контейнера. Таким образом, задачи автоматизации загрузки и разгрузки почтовых контейнеров оказываются тесно связаны. Очевидно, что обоих случаях должен применяться один и тот же робот. Манипулятор, обеспечивающий доступ к любому месту внутреннего объема кузова контейнера перед внедрением автоматизированных устройств загрузки и опорожнения контейнеров в автоматизированных сортировочных центрах (АСЦ) в отрасли почтовой связи должны быть решены вопросы стандартизации размеров посылочной тары, допускающих послойную укладку посылок в контейнеры.

Рис 1.Комплекс выгрузки.

2. Способ загрузки контейнеров посылками с помощью погрузочных роботов

Проблема создания автоматизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры была обозначена еще в 80-х годах прошлого века. Системы автоматизированной обработки посылок (САОП) в Советском Союзе было принято решение об использовании такого комплекса в качестве оконечного устройства комплекса сортировки и накапливания посылок (КСНП).

Попытка создания такого устройства на основе конструктивных схем пакетоформирующих машин и погрузочных автоматов закончилась неудачей ввиду громоздкости и сложности конструкции и низким по сравнению с ручным способом загрузки коэффициентом объемного заполнения контейнера.

Однако, уже тогда финской фирмой «Rosenlew» был предложен способ загрузки контейнеров посылками с помощью погрузочных роботов, имитирующих процесс ручной загрузки, в котором посылки при поступлении на загрузку опознаются, ориентируются, определяются ихразмеры и размещаются на стеллажах; в запоминающем устройстве ЭВМ запоминают размеры посылок, затем ЭВМ на основе программы определяет последовательность загрузки контейнера для оптимальной укладки грузов и подает команды загрузочному роботу, который берет со стеллажей соответствующую посылку и помещает ее в контейнер по траектории, задаваемой ЭВМ. Недостатки этого способа заключаются в том, что, во-первых, осуществление роботом последовательных операций взятия посылки со стеллажа и последующего размещения ее в контейнере увеличивает цикл операции, производимой роботом, в результате чего снижается производительность системы, во-вторых, усложняется конструкция и увеличивается длина и количество звеньев робота, в третьих, при измерении характеристик посылок не учитывается ее масса, вследствие чего невозможно обеспечить при загрузке соблюдение ограничения на грузоподъемность контейнера, а также, по возможности, минимизировать высоту центра тяжести загруженного контейнера.

В настоящее время в складском хозяйстве за рубежом и в России акцент смещается в сторону полной автоматизации склада с использованием транспортных и роботизированных систем, включающих роботы-укладчики грузов (на поддоны, в коробки, в контейнеры), роботы-погрузчики и роботы-штабелеры. Не минует эта тенденция и почтовую отрасль, являющуюся крупнейшим логистическим оператором.

3. Конструкция и технические характеристики роботизированного комплекса выгрузки

Посылок из контейнера комплекс (рис. а) состоит из вертикальной образной станины, к вертикальным частям (1, 2) которой с внутренних сторон неподвижно крепятся симметрично друг другу левый (4) и правый (5) винтовые спуски с шириной поверхности, большей диагонали в плане посылки с максимально допустимыми размерами в плане. верхние кромки спусков расположены на уровне середины высоты кузова контейнера, а нижние -- над бортовыми ограждениями отводящего транспортера (7). посередине внутренней стороны горизонтальной части станины (3) к ней крепится робот-манипулятор (6), осуществляющий поиск и захват посылки в контейнере (8), перемещение ее по оптимальной траектории и сброс на поверхность одного из спусков или на отводящий транспортер, направляющий посылки к сортировочной установке. плоскость симметрии отводящего транспортера перпендикулярна плоскости станины, в которой лежат вертикальные и горизонтальная ее части. Разгружаемый контейнер (8) имеет открывающиеся на 180° или 270° двери и размещается на напольной части места установки для разгрузки так, что открытая сторона обращена к станине. напольная часть места установки для разгрузки контейнера со стороны дверей имеет выступ(13), чтобы дно контейнера было наклонено на угол 2--5° к горизонту для предотвращения выпадения посылок во время выгрузки. для фиксации контейнера на месте разгрузки имеются два упора (14), служащих для блокировки колес и предотвращения перемещения контейнера в направлениях, параллельных плоскости станины. для предотвращения смещения или опрокидывания контейнера в направлении, перпендикулярном плоскости станины, имеется упор (15), прикрепляемый к полу с помощью штырей, вставляемых через отверстия упора в соответствующие отверстия в полу. Симметрично закрепленные на внешних сторонах вертикальных частей станины рамки (9) служат для размещения двух рядов фотодатчиков (10, 11)

Комплекс состоит из транспортера подачи посылок 1; измерительного комплекса 2 для определению реквизитов, габаритных размеров и массы посылок; загрузочного транспортера 3; правой 4 и левой 5 приводных шлюзовых дверок, расположенных в проеме бортового ограждения загрузочного транспортера 3 с возможностью поворота в положение поперек ленты загрузочного транспортера; правого 6 и левого 7 приводных цепных пластинчатых элеваторов-накопителей посылок. Комплекс содержит также выводной транспортер 8; толкатели 9 и 10, обеспечивающие перемещение посылки с пластины соответствующего элеватора-накопителя на выводной транспортер 8; направляющие салазки 11, в которых фиксируется порожний контейнер 12 с открытыми дверьми перед загрузкой; робот-манипулятор 13, обладающий «техническим зрением», осуществляющий взятие посылки с выводного транспортера 8 и перемещение ее в контейнер 12 с последующей послойной укладкой в заданное положение, накопитель «справка» 14, в который направляются загрузочным транспортером 3 посылки с неопознанными реквизитами и размерами, выходящими за допустимые пределы для возможности осуществления автоматической загрузки, а также оператором, вручную перемещающим посылку с выводного транспортера 8 при невозможности по той или иной причине ее захвата роботом-манипулятором 13, например, посылки в мягкой упаковке.



Рис. а. Схема роботизированного комплекса загрузки посылок

4. Технические характеристики и эффективность комплекса

За счет возможности стартстопного независимого, одновременного и реверсивного движения обоих элеваторов-накопителей минимизируется время доставки выбранной посылки к месту захвата рукой робота-манипулятора, обеспечивая тем самым производительность укладки близкую к теоретически максимальной.

Использование на финальной стадии загрузки посылок в контейнер робота-манипулятора, имеющего 6 подвижных звеньев и 6 низших кинематических пар (степеней свободы) делает рассмотренный комплекс максимально универсальным: позволяет осуществлять укладку посылок не только в контейнер с открывающимися боковыми дверями и жесткой верхней крышей, но и в контейнер с откидывающейся верхней крышей, а также на поддоны и в тележки. Таким образом, процесс разгрузки накопителей сортировочной установки может быть полностью автоматизирован.

Технические характеристики и эффективность комплекса

Расчетные технические характеристики комплекса имеют следующие значения Минимальные габариты обрабатываемых посылок, мм 200 200 *200

Высота посылок, мм 200, 400

Максимальные габариты обрабатываемых посылок, мм 500 400 400

Ширина ленты загрузочного транспортера, мм 650

Скорость ленты загрузочного транспортера, м/с 1,32

Число пластин в элеваторе-накопителе, шт. 20

Размер пластины элеватора-накопителя, мм 700 800

Производительность укладки посылок в контейнер роботом-манипулятором, посылок/ч 470 6

Коэффициент объемного заполнения контейнера, не менее, % 80

Пропускная способность комплекса (при среднем числе

укладываемых в контейнер посылок равном 36), контейнеров/ч 10

Потребляемая мощность, кВт 9,45

Конструкция устройства загрузки и предварительного накапливания посылок перед укладкой в контейнер может быть выполнена из типовых элементов конструкций известных установок для сортировки посылок. Для перемещения посылок из загрузочного транспортера в элеватор-накопитель может быть использована шлюзовая дверка типа ДШ-650М-III, П, соответственно правого и левого исполнения, с параметрами: ширина сбрасывающего ремня, мм 175; межцентровое расстояние шкивов сбрасывающего ремня, мм - 880 - 940; скорость сбрасывающего ремня, м/с 1,65; масса, кг 29,5 ; время перемещения шлюзовой дверки из одного положения в другое, с 5…10 . Использование активного сбрасывателя по сравнению с пассивным обеспечивает меньшее время перегрузки и тем самым более высокую производительность устройства в целом.

На реальность достижения рассчитанных характеристик роботизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры указывают значения показателей эксплуатируемой финской системы PalletCell на базе

робота Кавасаки FD5. Полученное значение производительности автоматической укладки посылок в контейнеры соответствует или несколько превышает значения, приводимые в некоторых источниках (430…450 посылок/ч) что косвенно указывает на достижение области теоретического предела увеличения производительности. При норме выработки при укладке посылок в контейнеры вручную Нр = 200 посылок/ч использование роботизированного комплекса позволяет увеличить производительность труда на этой операции более чем в 2,3 раза.

В рассматриваемом комплексе должны быть использованы новейшие достижения в области точной механики, оптики, электроники, программирования, поэтому стоимость комплекса и его разработки будет достаточно высокой. В связи с этим необходимо оценить, покроет ли эффект от повышения производительности труда на операции укладки посылок в контейнеры при внедрении комплекса затраты на его разработку и эксплуатацию. Эффективность использования комплекса оценивалась для варианта его включения в состав автоматизированной линии сортировки посылок в качестве оконечного устройства. Расчет эффективности осуществлялся в предположении, что разработанный комплекс используется в крупном сортировочном центре совместно с пространственным сортировочным конвейером КПСМ. Одним из преимуществ этого типа сортировочной установки является большое число накопителей, позволяющее осуществлять сортировку посылок за один этап.

Расчет производился при следующих исходных данных: производительность КПСМ, посылок/ч - 1100; количество накопителей КПСМ, ед. - 200, в том числе адресных - 198, справочных - 2; вместимость одного накопителя КПСМ, посылок - 35 40; время работы оборудования в сутки, ч - 10; минимальное количество посылок, от которого целесообразно составлять прямые группы, ед. - 33; частота отправки посылок из сортировочного центра, раз - 2. При этих условиях стационарный режим работы КПСМ начинается через 1,8 ч после начала работы, а для обеспечения непрерывной работы КПСМ достаточно трех загрузочных комплексов. В этом случае потери производительности из-за занятости комплексов автоматической загрузки посылок в контейнеры будут сравнительно малы и в незначительной степени зависеть от дальнейшего увеличения количества комплексов. При этом отпадает необходимость наличия резервных накопителей в сортировочной установке, в которые осуществляется направление посылок накопителей, заблокированных на 8 время ожидания разгрузки и укладки посылок в контейнеры. Расчетные показатели экономической эффективности использования комплекса (в ценах 2011 года).

5. Проблема укладки штучных грузов в контейнер

Проблема укладки штучных грузов в контейнер существует с момента использования контейнеров для перевозки и временного хранения в них штучных грузов. Сущность проблемы для почтовой связи состоит в поиске алгоритма, обеспечивающего близкую к наибольшей плотность укладки штучных грузов, по форме близких к параллелепипеду, примерно одинаковой высоты, например посылок, ящиков с письменной корреспонденцией и др. в контейнер, лучшие условия устойчивости контейнера, соблюдение ограничения по грузоподъемности контейнера и выборе типоразмеров тары, обеспечивающих возможность и удобство использования технических средств на операции укладки и не ущемляющих при этом в значительной мере интересы пользователей от уменьшения числа типоразмеров. Особенную актуальность проблема приобрела в 80-х годах прошлого века, когда в передовых в промышленном отношении странах, в т.ч. и СССР, были созданы и эксплуатировались системы и комплексы автоматизированной обработки посылок. Однако, из-за отсутствия удачных теоретических и технических решений проблемы укладка штучных грузов в контейнер до настоящего времени осуществляется вручную.

6. Алгоритм укладки штучных грузов в контейнер

Алгоритмы, иначе правила загрузки штучных грузов в контейнер, используются при любом способе помещения грузов в контейнер. Человек интуитивно использует определенные правила для достижения более плотной укладки грузов, зачастую даже не формулируя их для себя. Показателем, характеризующим плотность укладки грузов, является коэффициент объемного заполнения контейнера К_v - отношение суммарного объема всех уложенных грузов V_г к полезному объему контейнера

К_v = V_г / V_к.(1)

Результаты исследований алгоритмов укладки посылок в контейнеры, проведенных во МТУСИ, показали, что при загрузке посылок навалом, беспорядочно, К_v = 0,5; при заполнении работником - К_v = 0,8; при формировании слоя посылок перед загрузкой в контейнер на ленте телескопического транспортера или мерной платформе с откладыванием в накопитель емкостью, равной половине емкости контейнера, посылок с размерами, превышающими оставшееся свободное место в загружаемом слое посылок до тех пор, пока не будет подобрана подходящая по размерам посылка, К_v = 0,75.

Алгоритм укладки грузов в контейнер решает две задачи: 1 - установление последовательности подачи грузов на укладку (очереди), 2 - определение последовательности манипуляций с грузом при укладке для выбора его конечного положения в свободном пространстве контейнера. В методом компьютерного численного имитационного моделирования с использованием объемных моделей роботизированного процесса загрузки (укладки) посылок в контейнер с учетом распределения габаритных размеров посылок, характерного для объектов почтовой связи России, исследовались два алгоритма, относящихся к решению первой задачи: очередность посылок, направляемых на погрузку, формировалась по критерию уменьшения их объема и по критерию увеличения объема. При моделировании загрузки использовался следующий принцип: очередная посылка размещается в первом же свободном объеме контейнера. Исследования показали, что при укладке посылок в порядке уменьшения их объема диапазон значений К_v составил 0,680,79 при среднем значении К_v = 0,72, а при укладке в порядке увеличения объема - соответственно 0,610,73 при среднем значении К_v = 0,68. Хотя исследованные алгоритмы загрузки априори не самые лучшие, по результатам компьютерного эксперимента можно сделать важный вывод, что последовательность загрузки посылок в порядке уменьшения объема эффективней, чем в порядке увеличения их объема.

Фирмой «Розенлеф» предложен способ загрузки контейнеров посылками с помощью погрузочных роботов, имитирующих процесс ручной загрузки. Посылки при поступлении на загрузку опознаются, ориентируются, определяются их размеры и размещаются на стеллажах. ЭВМ, запоминающая размеры посылок, вычисляет последовательность загрузки для оптимальной укладки (алгоритм автору не известен) и подает команды загрузочному роботу. Он берет со стеллажей соответствующую посылку и помещает ее в контейнер по траектории, задаваемой ЭВМ. Этот способ позволяет достигнуть наиболее плотной укладки (К_v 0,9), но обладает рядом недостатков: во-первых, осуществление роботом последовательных операций взятия посылки со стеллажа и последующего размещения ее в контейнере увеличивает цикл операции, производимой роботом, в результате чего снижается производительность, кроме того, усложняется конструкция робота, во-вторых, при измерении характеристик посылки не учитывается ее масса, вследствие чего невозможно обеспечить при загрузке соблюдение ограничения на грузоподъемность контейнера, а также, по возможности, минимизировать высоту центра тяжести загруженного контейнера.

Дальнейшее совершенствование алгоритма укладки при решении первой задачи связано с необходимостью учета массы укладываемых грузов с целью соблюдения ограничения на грузоподъемность и обеспечения лучших условий устойчивости контейнера (очевидно, что при определении очередности укладки грузов одинакового размера предпочтение следует отдать грузу, имеющему большую массу, для уменьшения высоты центра тяжести груженого контейнера). Для решения второй задачи при поиске наилучшего расположения груза в кузове контейнера представляется целесообразным учитывать фактор формы пространства, остающегося свободным после размещения в контейнере очередного груза. Наилучшим образом этот принцип может быть реализован при послойной укладке грузов в контейнер.

Суть послойной укладки состоит в следующем. Из группы грузов, поступивших на укладку, формируются подгруппы грузов, близкие по своим высотам. Из каждой подгруппы формируется «слой» грузов, занимающий площадь равную или несколько меньшую площади поперечного сечения контейнера. Принимается, что высота слоя равна высоте наиболее высокого груза в слое. Сформированные слои загружаются в контейнер, причем суммарная высота слоев не должна превышать высоты свободного пространства кузова контейнера. Алгоритмы заполнения слоев грузами аналогичны рассмотренным. Они оперируют и порядком поступления грузов и правилами размещения их в слое.

При послойной укладке грузов в контейнер требуется решить математическую задачу размещения в прямоугольнике заданного размера (поперечное сечение кузова контейнера) группы прямоугольников меньшего размера (сечение груза в плане) таким образом, чтобы при размещении оставалось как можно меньше свободного пространства. Прямоугольник может быть охарактеризован следующими величинами: длиной l (l 0); шириной m (m 0, m l); площадью S = l m; а также коэффициентом формы К_ф = l / m (1 К_ф , К_ф = 1 при l = m). Интуитивно представляется, что чем К_ф ближе к 1, тем пространство удобнее для заполнения прямоугольниками меньшей площади в силу большего числа имеющихся вариантов выбора. Поэтому при переборе и сравнении вариантов размещения грузов на плоскости предпочтение следует отдать такому положению груза, при котором коэффициент формы оставшегося свободным пространства К_фс был бы меньшим.

При поступлении грузов в загрузочное устройство измеряют площадь груза S_г = l_г m_г, коэффициент формы груза К_фг = l_г / m_г, где l_г и m_г соответственно длина и ширина груза, а также массу груза. Каждый из грузов ранжируют так, что поступившим в загрузочное устройство грузам присваиваются порядковые номера 1, 2, в порядке убывания значений S_г. Если два груза имеют одинаковое значение S_г, то меньший порядковый номер присваивается грузу с большим значением К_фг, если грузы имеют одинаковые значения S_г и К_фг, то меньший порядковый номер присваивается грузу с большей массой, если грузы имеют одинаковые значения S_г, К_фг и массу, то меньший порядковый номер присваивается грузу, раньше поступившему в загрузочное устройство. Непрерывно контролируют: L l_г, М m_г и Н h_г, где h_г - высота груза, L, М, Н - длина, ширина и высота кузова контейнера соответственно, а также допустимую суммарную массу грузов, укладываемых в контейнер.

Заполнение грузами каждого слоя производится последовательно, начиная от одного из дальних, например, правого, по отношению к загрузочному органу углов контейнера в двух взаимно перпендикулярных направлениях в ранжированной последовательности присвоенных грузам номеров. Обязательным условием при моделировании укладки грузов внутри слоя является прилегание двух смежных сторон укладываемого груза или к внутренним стенкам кузова, или к стенке и стороне соседнего груза, или к сторонам соседних грузов со стороны угла, от которого начинается заполнение контейнера.

Если после размещения груза мысленно провести линии от ребер груза, не соприкасающихся со стенками кузова или соседними грузами, параллельно сторонам контейнера, то оставшееся свободное пространство разобьется на прямоугольники, каждый из которых имеет свой коэффициент формы. Коэффициент формы свободного пространства, образующегося по мере заполнения плоскости формирования слоя грузами, может быть определен по формуле

, (2)

где i = 1, 2,, n - номер прямоугольника в остающемся после размещения укладываемого груза свободном пространстве; n - число прямоугольников в оставшемся свободным пространстве; К_фi и S_i - соответственно коэффициенты формы и площадь i-го прямоугольника в оставшемся свободным пространстве; S_с - площадь свободного пространства;

,(3)

где l_i и m_i - соответственно длина и ширина i-го прямоугольника.

Если размещению следующего груза может препятствовать выступ от размещения предыдущего, то площадь прямоугольника, прилегающего к этому выступу со стороны, противоположной направлению укладки, не включается в площадь свободного пространства.

С учетом (3), площади поперечного сечения кузова контейнера S_к, площади, занятой загруженными грузами S_з, и площади, неудобной для укладки S_н, формула (2) принимает вид

.(4)

Прямоугольники, образующиеся при разбиении свободного пространства линиями, проходящими вдоль продольной стороны контейнера, могут отличаться от прямоугольников, образующихся при разбиении свободного пространства линиями, проходящими вдоль поперечной стороны контейнера, поэтому могут оказаться различными и значения К_фс. Вследствие этого для каждого возможного варианта размещения груза на плоскости формирования слоя рассчитываются два значения К_фс. Окончательно выбирается такой вариант размещения груза, при котором достигается абсолютный минимум К_фс.

На рис. 1 в качестве примера изображены возможные варианты размещения на плоскости формирования слоя посылки № 2 после того, как было определено положение посылки № 1. Для выбора положения, в которое должна быть уложена посылка № 2, рассчитываются значения коэффициентов К_фс:

и выбирается то положение посылки, при котором значение К_фс имеет минимальное значение.

Для приведенных на рис. 1 соотношений размеров поперечного сечения кузова контейнера (плоскости формирования слоя) М = 0,667L и размещаемых посылок l_п1 = 0,417L;

m_п1 = 0,25L; l_п2 = 0,333L; m_п2 = 0,167L минимальное значение имеет коэффициент К_фс41 = 1,27, поэтому при укладке посылка №2 должна занять положение 4.

Другой условный пример иллюстрирует выбор решений при погрузке и ориентации укладываемых посылок на плоскость формирования слоя, в котором для простоты все посылки имеют одинаковые размеры. Пусть поперечное сечение кузова контейнера имеет размеры

L M = 120 80 = 9600 ед.², а размещаемые посылки l m = 35 25 = 875 ед².

Возможные варианты размещения посылки № 1 на первом шаге вычислений показаны на рис. 2.

При нахождении посылки в положении 1 К_фс1 может быть рассчитан для двух комбинаций фигур: К_фс11 для фигур a₁c₁d₁h₁ и h₁e₁f₁g₁ и К_фс12 - для фигур b₁c₁d₁e₁ и a₁b₁f₁g₁:

К_фс1 = min {К_фс11; К_фс12} = min {1,17; 2,48} = 1,17.



Рис. 1. Выбор размещения посылки № 2 после укладки посылки № 1: 1, 2, 3, 4 - возможные положения посылки № 2

Рис. 2. Выбор размещения посылки № 1: 1 - посылка находится в положении 1; 2 - посылка находится в положении 2



Рис. 3. Выбор размещения посылки № 2: 1, 2, 3, 4 - положения посылки

При нахождении посылки в положении 2 К_фс2 рассчитывается для комбинаций фигур a₂c₂d₂h₂ и h₂e₂f₂g₂ , а также b₂c₂d₂e₂ и a₂b₂f₂g₂:

К_фс2 = min {К_фс21; К_фс22} = min {1,27; 2,68} = 1,27.

К_фс1 К_фс2, поэтому на первом шаге посылка должна быть уложена на плоскость в положение 1.

Возможные варианты размещения посылки № 2 показаны на рис. 3. Всего возможны четыре варианта. Для каждого варианта определяется коэффициент формы пространства, остающегося свободным после укладки второй посылки.

min {К_фс1; К_фс2; К_фс3; К_фс4} = min {1,44; 1,08; 1,46; 1,38} = К_фс2 = 1,08, следовательно, на втором шаге посылка должна занять положение 2.

Последовательность результатов расчетов коэффициентов формы пространства, остающегося свободным после укладки очередной посылки, приведена в таблице 1.

Таблица 1 Определение положения посылок при укладке в контейнер

Номер посылки (шага вычислений)	Номер рисунка	Значения коэффициентов формы пространства, остающегося свободным после укладки очередной посылки	Положение посылки при укладке
		Кфс1	Кфс2	Кфс3	Кфс4
1	2	1,17	1,27	-	-	1
2	3	1,44	1,08	1,46	1,38	2
3	?	1,53	1,38	1,21	-	3
4	?	1,75	1,58	-	-	2
5	?	2,07	1,58	2,43	1,94	2
6	?	2,59	2,36	-	-	2
7	?	1,99	3,09	3,42	2,91	1
8	?	1,58	2,89	2,48	2,60	1
9	4	3,41	2,87	-	-	2

Финальные варианты размещения посылок на плоскости формирования слоя показаны на рис. 4 и 5, при этом вариант размещения посылки № 10 является единственно возможным.

Рис. 4. Выбор размещения посылки № 9: 1, 2 - положения посылки

Рис. 5. Окончательный вариант размещения посылок

Так как грузы имеют разные размеры в плане, то при моделировании неизбежны случаи образования внутри заполненного слоя замкнутых свободных пространств, наподобие изображенного на рис. 4 (1) между посылками 8, 6, 5 и 9. Поэтому по завершении первого цикла расчетов необходимо проанализировать оставшиеся внутренние свободные пространства в порядке убывания их площади с целью их возможного заполнения грузами меньшего размера из оставшихся в очереди на загрузку. Процедура продолжается до тех пор, пока в очереди не окажется грузов, размеры которых позволяют размещать их в оставшихся свободными пространствах. Результаты моделирования определяют порядок подачи на укладку реальных грузов и план их размещения на плоскости формирования слоя.

Сравнение результатов расчетов по рассмотренному алгоритму с точными методами, используемыми при оптимизации раскроя промышленных материалов, показывает, что рассмотренный принцип пошагового формирования слоя грузов приводит к оптимальному или, во всяком случае, близкому к оптимальному решению и может быть использован при послойной укладке грузов в контейнеры.

7. Выбор числа типоразмеров посылочной тары

На современном этапе развития технических средств почтовой связи для упаковки вложений посылок должна применяться такая тара, которая бы вписывалась в производственный процесс обработки посылок, взаимодействовала бы со всеми механизмами, используемыми в производственном процессе, отвечала бы требованиям обеспечения сохранности вложений, экономичности ее производства, а также удовлетворяла бы запросам населения. Многообразие габаритов посылочной тары удобно для отправителей и предприятий, изготавливающих ящики из отходов основного производства. Наличие значительного числа типоразмеров посылочной тары затрудняет механизацию и автоматизацию операций по погрузке, разгрузке и накапливанию посылок, сортировке, укладке в контейнеры. Поэтому для упрощения и удешевления средств механизации и автоматизации, повышения эффективности процессов контейнерных перевозок за счет лучшего использования объемов контейнеров целесообразно сократить число типоразмеров и обеспечить кратность размеров посылочной тары, не ущемив при этом интересов отправителей.

Трудность в постановке задачи нахождения оптимального числа типоразмеров посылочной тары заключается в невозможности стоимостного выражения производственных затрат почтового оператора в зависимости от заданного числа типоразмеров тары. Поэтому для решения поставленной задачи используется энтропийный подход.

Пусть наружные размеры ящиков и доля посылок, поступающих на обработку в этих ящиках, соответствуют данным табл. 2.

Таблица 2 Наружные размеры фанерных и комбинированных ящиков для посылок

Номер ящика	Наружные размеры, мм	Вместимость, V, дм3	Доля посылок с указанными размерами, d
	длина	ширина	высота
1	500	400	200	31,8	0,1998
2	400	330	200	20,0	0,2889
3	400	250	200	14,5	0,4416
4	330	200	200	8,9	0,0664
5	250	200	200	6,5	0,0023
6	200	165	200	3,8	0,0001
7	250	200	100	3,02	0,0008
8	200	165	100	1,81	0,00005
9	200	125	100	1,24	0,00005

Увеличение, числа типоразмеров ящика приводит к уменьшению среднего объема посылок где i - число типоразмеров ящиков, i = 1 ч 9; d_i - доля посылок, распределяемая по i-му числу типоразмеров ящиков.

Функция строится следующим образом:

1. Принять i = 9.

2. Вычислить V_i d_i,

3. Из множества V_i d_i определить минимальный элемент min{V_i d_i}, исключить соответствующий ему типоразмер из дальнейшего рассмотрения, а его долю прибавить к доле посылок, пересылаемых в ящике с ближайшей большей вместимостью.

4. Положить i = i - 1.

5. Если i 1, перейти к п. 2; если i = 1, закончить вычисления.

Для оценки разнообразия, вносимого большим числом типоразмеров ящика для посылок, удобно воспользоваться мерой неопределенности Н, называемой энтропией по аналогии с известным понятием термодинамики. При числе различных состояний объекта а мера разнообразия Н(а) выбрана таким образом, чтобы выполнялись следующие рациональные условия:

1) при единственном состоянии объекта разнообразие равно нулю, т. е. при а = 1 Н(1) = 0;

2) при двух возможных состояниях разнообразие равно единице, т.е. при а = 2 Н(2) = 1;

3) если число а состояний одного объекта больше числа b состояний другого, то и разнообразие у первого объекта должно быть выше, т.е. при а b Н(а) Н(b);

4) разнообразие двух объектов с числами состояний а и b является суммой их индивидуальных разнообразий, т. е. H(ab) = H(a) + H(b).

Условиям 1, 3, 4 удовлетворяет логарифмическая функция при любом основании логарифма, а всем четырем условиям одновременно - только логарифмическая функция при основании 2. Поэтому разнообразие принято оценивать логарифмом числа различных возможных состояний объекта. Если при этом за основание логарифма выбирается число 2, то измерение разнообразия осуществляется двоичными единицами. Такая двоичная единица носит название бит.

Если посылка имеет форму куба, то разнообразие ее размеров составляет log₂1 = 0, т. е. неопределенность в размерах исчезает полностью. Если объект а может находиться в одном из k различных состояний а₁, а₂ ,a_k с вероятностями р(а₁), р(а₂),,р(а_k), то разнообразие, или неопределенность объекта, оценивают средневзвешенной величиной логарифмов вероятностей (удельных весов), бит, различных состояний: Н(а) = - p(a₁) log₂p(a₁) - p(a₂) log₂p(a₂) - - p(a _k) log₂p(a_k).

Величина энтропии зависит от двух факторов: числа k состояний объекта и распределения их вероятностей. Энтропия тем выше, чем больше число k. При фиксированном k энтропия, бит, максимальна при равенстве всех вероятностей состояний Н(а) = - k^-1 log₂ k ^-1 - k ^-1 log₂ k ^-1 - k ^-1 log₂ k ^-1 = log₂ k. Это происходит потому, что при равных вероятностях состояний выбор объекта является наиболее проблематичным, неопределенным, труднее всего предсказуемым. Любое изменение в сторону неравенства вероятностей уменьшает неопределенность.

Устройства должны быть рассчитаны на обработку всех типоразмеров ящиков вне зависимости от удельного веса типоразмера в потоке, поэтому последнее выражение более подходит для оценки уровня сложности создаваемых машин. В этом случае = 9 = 3,17.

Так как ящики имеют форму параллелепипеда, то разнообразие размеров совокупности типоразмеров ящиков наряду с разнообразием типоразмеров ящика Н^я определяется также и разнообразием размеров (длины, ширины, высоты) собственно ящика Н^р. Если ящик имеет различные длину, ширину и высоту, то Н^р = log₂3 = 1,585 бит; если ящик имеет одинаковые, скажем, ширину и высоту, то Н^р = -3^-1 log₂3^-1 - 2 3^-1 log₂ 2 3^-1 = 3^-1 log₂3 + 2 3^-1 log₂ 3 - log₂2 == log₂3 - 2/3 = 0,918 бит. Таким образом определяется условная энтропия H^p для каждого i-го типоразмера ящика.

Чтобы определить условную энтропию размеров для совокупности типоразмеров, бит, необходимо суммировать условные энтропии каждого i-го типоразмера в соответствии с их удельными весами H^p = . Условная энтропия рассматриваемой системы типоразмеров на ящики для посылок составляет = 0,1998 1,585 + 0,2889 1,585 + 0,4416 1,585 + + 0,0664 0,918 + 0,0023 0,918+ 0,0001 0,918 + 0,0008 1,585 + 0,00005 1,585 + 0,00005 1,585 = 1,5391.

Для совокупности типоразмеров ящиков полная энтропия H^pя, бит, будет равна сумме энтропии Н^я, образующейся от разнообразия типоразмеров ящиков и условной энтропии Н^р, образующейся от разнообразия размеров в каждом типоразмере Н^ря = Н^я + Н^р. Таким образом, разнообразие размеров целиком системы типоразмеров ящиков для посылок составляет= 3,17 + 1,5391 = 4,709.

В качестве критерия выбора оптимального числа типоразмеров посылочной тары, примиряющего интересы пользователей и оператора почтовой связи, может служить минимальное значение суммы относительных отклонений от = 19,14 дм³ и Н^ря0 = 1,585 бит, при этом = 31,8 дм³, Н^ряmax = 4,709 бит. Результаты расчетов по формуле

приведенные в табл.3, показывают, что наименьшее значение критерия достигается при использовании первых трех типоразмеров тары. Поэтому целесообразно 4-й типоразмер ящика из совокупности исключить, а посылки, которые могут пересылаться в ящиках типоразмеров 5 - 9, обрабатывать порядком, предусматриваемым для бандеролей и пересылать их в мешках.

Таблица 3 Выбор оптимального числа типоразмеров посылочной тары

Номер типоразмера ящика		Нря
1	31,80	1,585	1,0
2	22,95	2,585	0,621
3	19,54	3,170	0,539
4	19,16	3,539	0,627
5	19,15	3,861	0,730
6	19,14	4,124	0,813
7	19,14	4,346	0,884
8	19,14	4,539	0,946
9	19,14	4,709	1,0

Техническая реализация алгоритма укладки штучных грузов в контейнер и стандартизация посылочной тары, обеспечивающая кратность ее размеров, актуальны как при автоматическом, так и при ручном способе заполнения контейнера.



Заключение

В дипломной работе обеспечено развитие методологии и создание теоретических основ системного анализа, внедрение их в практику работы почтовой связи, в том числе:

1. На основе системного подхода изучены методологические принципы и методы построения моделей контейнеров с учетом их структуры, процессов и характеристик функционирования.

2. Осмотрены практические рекомендации и предложения, обеспечено их внедрение в практику работы отдельных систем почтовой связи или их использование для перспективных решений, позволяющие обосновать и повысить эффективность работы сортировочных центров.

3. До настоящего времени отсутствуют технические средства, которые можно было бы рекомендовать в качестве устройств автоматической загрузки посылок в контейнеры.

4. Результаты исследований указывают на целесообразность создания и использования роботизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры.

Применение такого комплекса позволит обеспечить безостановочную работу автоматизированной линии сортировки посылок, сэкономить резервные накопители сортировочной установки и ликвидировать ручной труд на одной из самых тяжелых операций производственного процесса обработки посылок, ведь при загрузке посылок в контейнер работнику приходится поднять, перекантовать и уложить в него до 360 кг груза. С учетом того, что в объектах почтовой связи на этой операции заняты в основном женщины, решение данной задачи для почтовой отрасли является весьма актуальной задачей и может дать не только экономический, но и значительный социальный эффект.

5. Ограничивающим условием при принятии решения о выделении средств на разработку комплекса может служить довольно значительная площадь, занимаемая устройством загрузки и предварительного накапливания посылок перед укладкой в контейнер. Однако без этого устройства невозможно обеспечить непрерывную работу сортировочной установки и оптимальную укладку посылок в контейнер (на поддон).



Список источников

1. Барсук И.В., Гиль Г.К., Воскресенский А.Л. и др. Организация автоматизированной обработки почтовых отправлений в крупных узлах связи. - М.: Радио и связь, 2008.

2. Михайлов С.Д., Кабалдин М.С., Педяш В.А., Карпова М.В. Устройство для перегрузки штучных грузов. Авторское свидетельство СССР № 1111963. Бюллетень изобретений и открытий. 2013. № 26.

3. Буланов Э.А., Третенко Ю.И. Подъемно-транспортные и по- грузочно-разгрузочные устройства почтовой связи: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб., доп. - М.: Радио и связь, 2012

4. Меламедов Б. Роботы идут // Логистика. 2008. № 3. С. 28 - 29.

5. Длуголенский С. Это он. Это он - робот-почтальон! // Почта России. 2009. № 7. С. 38 - 40.

6. Барсук И.В., Денисов В.М., Попова Е.С. Система загрузки штучных грузов в контейнер. Патент РФ № 2381166 // Бюллетень изо- бретений. 2010. № 4.

7. Барсук И.В. Теория, практика и технические средства почтовой логистики: Учебное пособие / Под ред. д.т.н., проф. А.В. Петракова. - .: РадиоСофт, 2010. - 424 с.

8. Барсук И.В. Система управления загрузочным устройством для укладки штучных грузов в контейнер. Патент РФ № 2364565 // Бюлле- тень изобретений. 2009. № 23.

9. Барсук И.В. Способ укладки штучных грузов в контейнер. Па- тент РФ № 2377174 // Бюллетень изобретений. 2009. № 36. 10

10. Барсук И.В. О проблеме укладки штучных грузов в контейнер // Почтовая связь. Техника и технологии. 2011. № 3. С. 12 - 17.

11. Барсук И.В. Расчет кинематических параметров роботизиро- ванного комплекса загрузки посылок в контейнеры // Электромагнитные волны и электронные системы. 2012. № 2. С. 74 - 78.

12. Гиль Г.К., Горохов В.В., Мацнев В.Н. и др. Почтовая связь: Справочник. - М.: Связь, 2013. - 440 с.

13. Верхова Г.В., Соколов В.П., Ястребов А.С. Технические сред- ства автоматизации почтовой связи: Учеб. пособие для вузов. - СПб: Политехника, 2009. - 344 с.

14. Проспект АО «Орфер», www.orfer.fi

15. Ведомственные нормы технологического проектирования. Часть 1 «Предприятия почтовой связи и Роспечати». ВНТП 311 - 92 Минсвязи РФ. - М.: Гипросвязь, 2012. - 74 с.

16. Барсук И.В. Об эффективности роботизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры // Логистика. 2012. № 1. С. 36 - 38.

17. Барсук И.В. О целесообразности разработки и создания робо- тизированного комплекса загрузки посылок в контейнеры // T-Comm. 2012. № 11. С. 11-14.

18. Барсук И.В. Определение необходимого числа роботизирован- ных комплексов загрузки посылок в контейнеры в автоматизированной линии сортировки посылок // Электромагнитные волны и электронные системы. 2012.

Размещено на Allbest.ru