СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СОРТИРОВОЧНОЙ УСТАНОВКОЙ С УКЛАДКОЙ ШТУЧНЫХ ГРУЗОВ В КОНТЕЙНЕРЫ
METHOD OF CONTROL OVER SORTER PLANT WITH PLACING CARGO PIECES IN CONTAINER

Изобретение относится к области складского хозяйства, почтовой связи и может быть использовано в установках для сортировки штучных грузов, по форме близких к параллелепипеду, примерно одинаковой высоты, например посылок, в которых грузы из накопителей автоматически перегружаются в контейнеры, паллеты или тележки.
Известны следующие способы контроля количества штучных грузов в накопителях сортировочных установок:
1) с помощью датчиков поступления грузов и заполнения накопителя, установленных на входе в накопитель и ограничивающих заполнение накопителя по объему поступивших в него грузов (Ланда В.И., Буланов Э.А., Израилит Л.А. Установки для сортировки почты. - М.: Связь, 1977. - 176 с.; Гиль Г.К., Горохов В.В., Мацнев В.Н. и др. Почтовая связь: Справочник. - М.: Связь, 1978. - 440 с.; Барсук И.В., Гиль Г.К., Воскресенский А.Л. и др. Организация автоматизированной обработки почтовых отправлений в крупных узлах связи. - М.: Радио и связь, 1985. - 208 с.);
2) программный способ, при котором предметы после считывания адреса на входе сортировочной установки направляются в свой накопитель до тех пор, пока число направленных в накопитель предметов не превысит значения заданной константы (Барсук И.В., Гиль Г.К., Демин A.M. и др. Автоматизация обработки письменной корреспонденции. - М.: Радио и связь, 1987. - 360 с.);
3) с помощью устройства взвешивания грузов, расположенного на входе сортировочной установки, ограничивающего посредством устройства управления поступление грузов в адресный накопитель предельным значением массы накапливаемых в нем грузов (SU 1769983, 1992).
Наиболее близким по функциональному признаку (прототипом предлагаемого изобретения) является способ укладки штучных грузов в контейнер (Патент RU 2377174, 2009), согласно которому при автоматической или ручной укладке грузов в контейнеры грузы предварительно размещают в загрузочном устройстве, емкость которого по числу грузов выбирается равной или несколько превышающей емкость контейнера. При поступлении груза в загрузочное устройство фиксируют последовательность поступления грузов в загрузочное устройство, измеряют длину, ширину, высоту и массу груза. Информация о месте расположения каждого груза с его параметрами в загрузочном устройстве сохраняется в системе управления устройства укладки. В системе управления устройства укладки также зафиксирована информация о габаритных размерах и грузоподъемности контейнера. По окончании процесса накапливания (заполнения загрузочного устройства или прекращения подачи в него грузов) системой управления устройства укладки на основе введенной информации о параметрах грузов и хранящейся информации о параметрах контейнера строится компьютерная модель размещения накопленных грузов в контейнере, после чего в рассчитанной последовательности грузы автоматически извлекаются из загрузочного устройства и в соответствии с компьютерной моделью размещения укладываются в контейнер.
Недостаток прототипа заключается в том, что в процессе сортировки грузов по адресным накопителям сортировочной установки компьютерная модель размещения грузов в контейнере не участвует в определении фактора заполнения адресного накопителя. В результате при использовании этого способа для перегрузки штучных грузов из адресных накопителей сортировочной установки в контейнеры в процессе сортировки грузов по адресным накопителям не учитываются ограничения на вместимость и грузоподъемность контейнера, поэтому в адресном накопителе сортировочной установки, а также в загрузочном устройстве устройства укладки штучных грузов в контейнеры после заполнения контейнера могут оказаться грузы, которые не поместились в контейнере из-за ограничений по вместимости и/или грузоподъемности контейнера. После завершения заполнения контейнера не поместившиеся в контейнере грузы потребуется выгружать из адресного накопителя сортировочной установки и/или загрузочного устройства укладки грузов в контейнеры вручную, чтобы затем снова подать на сортировку или укладку в другой контейнер, что может вызвать непроизводительные простои устройства укладки штучных грузов в контейнер, снизить производительность сортировочной установки, увеличить трудоемкость обработки рассортированных грузов. Кроме того, например, при установлении некоторого предельного числа грузов в адресном накопителе сортировочной установки применение указанного способа может приводить к недогрузке контейнера.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение производительности автоматического устройства укладки штучных грузов в контейнеры и сортировочной установки за счет ликвидации потерь от ручных манипуляций с грузами, не поместившимися в контейнер и оставшимися в накопителе сортировочной установки и/или загрузочном устройстве устройства укладки, а также максимизация использования полезного объема контейнера при соблюдении ограничений на его вместимость и грузоподъемность.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что для каждого адресного накопителя сортировочной установки момент заполнения контейнера с помощью компьютерной модели определяется при каждом поступлении очередного груза в сортировочную установку.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ управления сортировочной установкой с укладкой штучных грузов, по форме близких к параллелепипеду, имеющих одинаковую высоту, в контейнеры, включающей конвейер передвижения грузов, адресные накопители, справочные накопители, средства перегрузки грузов из конвейера передвижения грузов в адресные и справочные накопители и средства перегрузки грузов из адресных накопителей в контейнеры, содержащий последовательность этапов: определение габаритных размеров, массы и адресных реквизитов очередного штучного груза, поступившего в сортировочную установку для направления по конвейеру передвижения грузов к средству перегрузки грузов из конвейера в адресный накопитель, анализ определенных выше габаритных размеров и массы очередного штучного груза с построением компьютерной модели укладки штучных грузов в контейнер, перегрузка указанного штучного груза с конвейера передвижения грузов в адресный накопитель при соответствии адресных реквизитов груза и адресного накопителя и перегрузка грузов из адресного накопителя в загружаемый контейнер. Кроме того (далее следуют отличительные признаки изобретения), если на этапе анализа габаритных размеров и массы очередного штучного груза, имеющего заданные адресные реквизиты, обнаруживают, что указанный штучный груз не может быть размещен в загружаемом контейнере по причине завершения заполнения контейнера при построении компьютерной модели, то на этапе перегрузки штучного груза с конвейера передвижения грузов в адресный накопитель средство перегрузки грузов из конвейера передвижения грузов в адресный накопитель не включают.
Кроме того, в предлагаемом способе управления сортировочной установкой с укладкой штучных грузов в контейнеры построение компьютерной модели укладки штучных грузов в контейнер производят каждый раз с поступлением в сортировочную установку очередного адресованного в накопитель штучного груза с учетом уже находящихся в этом накопителе грузов, начиная с первого поступившего в данный накопитель груза.
Предлагаемое изобретение реализуется в сортировочной установке с укладкой штучных грузов в контейнеры, устройство которой поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена блок-схема линии сортировки штучных грузов с автоматической укладкой грузов в контейнеры с системой управления,
на фиг.2 представлена структурная схема расчетного блока,
на фиг.3-11 представлен пример определения плана размещения грузов в контейнере при принятии решения о направлении поступившего в сортировочную установку груза в адресный накопитель.
На указанных чертежах приняты следующие обозначения.
На фиг.1 (двойными линиями на схеме показаны направления перемещения грузов, одинарными - сигналов управления):
1 - загрузочное устройство сортировочной установки,
2 - конвейер передвижения грузов,
3 - перегрузочные устройства (сбрасыватели) для перегрузки грузов в адресные накопители,
4 - адресные накопители,
5 - перегрузочные устройства (сбрасыватели) для перегрузки грузов в справочные накопители,
6 - справочные накопители,
7 - устройства автоматической укладки штучных грузов в контейнеры,
8 - контейнеры,
9 - система управления (СУ),
10 - измерительный комплекс (ИК),
11 - опознающее устройство (ОУ),
12 - программный блок (ПБ),
13 - расчетный блок (РБ),
14 - блок управления (БУ).
На фиг.2:
10 - измерительный комплекс (ИК),
12 - программный блок (ПБ),
13 - расчетный блок (РБ),
14 - блок управления (БУ),
15-1, 15-2, …, 15-N - набор блоков расчета планов размещения грузов в контейнере для каждого адресного накопителя сортировочной установки (БРП-1, БРП-2 … БРП-N, где N - число адресных накопителей сортировочной установки),
16 - запоминающее устройство (ЗУ),
17 - блок измерения площади груза (БИП),
18 - блок расчета коэффициента формы груза (БРФ),
19 - блок ранжирования грузов (БР),
20 - блок моделирования укладки грузов в контейнер (БМ).
На фиг.3-11 (штриховыми линиями обозначены расчетные линии, ограничивающие незаполненные участки для размещения груза при очередной итерации): №1, №2, №3 - укладываемые грузы трех различных типоразмеров.
г
г
г
г
Сортировочная установка с автоматической укладкой штучных грузов в контейнеры (фиг.1), в которой реализуется предлагаемый способ управления, содержит загрузочное устройство 1, которым грузы загружаются в сортировочную установку, конвейер передвижения грузов 2, которым грузы транспортируются к накопителям, перегрузочные устройства (сбрасыватели) 3 и 5 для перегрузки грузов соответственно в адресные 4 или справочные 6 накопители установки, устройства автоматической укладки штучных грузов в контейнеры 7, посредством которых грузы перегружаются из накопителей 4 в контейнеры 8; управление сортировочной установкой осуществляется системой управления (СУ) 9, которая включает измерительный комплекс (ИК) 10, где измеряются габаритные размеры груза (длина l, ширина m, высота h) и масса (g), фиксируется последовательность номеров поступления грузов в сортировочную установку, опознающее устройство (ОУ) 11, где считываются и опознаются адресные реквизиты груза, программный блок (ПБ) 12, в котором информация о считанных и опознанных адресных реквизитах грузов (например, почтовых индексах места назначения посылок) группируется в соответствии с заданной программой сортировки по номерам/адресам накопителей сортировочной установки (адресных накопителей), расчетный блок (РБ) 13, в котором на основе текущей информации о габаритных размерах, массе и порядковом номере груза, поступающего в сортировочную установку, и заложенных констант габаритных размеров контейнера (длина L, ширина М, высота FT) и его грузоподъемности (G) рассчитываются планы размещения уже находящихся в адресном накопителе 4 грузов и поступающего в этот накопитель груза в контейнере с целью недопущения попадания в накопитель 4 грузов, которые не могут впоследствии быть уложены в контейнер, или превышения массы накопленных грузов грузоподъемности контейнера, блок управления (БУ) 14, в котором вырабатываются команды исполнительным механизмам на включение и выключение загрузочного устройства 1 и конвейера передвижения грузов 2 с пульта оператора, тактированную загрузку грузов из загрузочного устройства 1 в конвейер передвижения грузов 2, включение в соответствующий момент времени перегрузочных устройств (сбрасывателей) 3 и 5, автоматическую загрузку и накапливание грузов в накопителях 4 и 6, блокировку полностью заполненных или разгружаемых накопителей, автоматическую перегрузку грузов из адресных накопителей 4 в устройство автоматической укладки штучных грузов в контейнеры 7, аварийную сигнализацию и остановку движущихся элементов линии, в свою очередь, расчетный блок (РБ) 13 (фиг.2) состоит из набора блоков расчета планов размещения грузов в контейнере для каждого адресного накопителя сортировочной установки (БРП-1, БРП-2, …, БРП-N) 15-1, 15-2, …, 15-N, где N - число адресных накопителей сортировочной установки, причем входы БРП являются входами РБ, а выходы БРП - выходами РБ, кроме того, каждый БРП содержит (фиг.2) запоминающее устройство (ЗУ) 16, блок измерения площади груза (БИП) 17, блок расчета коэффициента формы груза (БРФ) 18, блок ранжирования грузов (БР) 19, блок моделирования укладки грузов в контейнер (БМ) 20.
Способ осуществляют следующим образом.
Если адресные реквизиты поступившего в сортировочную установку груза ОУ 11 не опознаны, то с одного выхода ОУ 11 поступает сигнал в БУ 14 о направлении этого груза в справочный накопитель 6, если адресные реквизиты груза опознаны ОУ 11, то с его второго выхода поступает сигнал в ПБ 12 для определения номера/адреса накопителя 4, в который направляется груз, после чего сигнал из ПБ 12 с выхода, соответствующего номеру/адресу этого накопителя, поступает на вход РБ 13 (ЗУ 16 БРП) с тем же номером.
Одновременно из ИК 10 на этот же вход приходят измерительные сигналы о габаритных размерах, массе и порядковом номере этого груза (фиг.2).
г
г
г
г
г
г
фг
г
г
г
фг
Измерительные сигналы первого и второго выходов ЗУ 16 о длине груза l и ширине груза m передаются в БИП 17 и БРФ 18, об измеренной массе груза g и порядковом номере поступления груза в установку - из третьего выхода на третий вход БР 19, в БИП 17 производится определение площади груза S=l·m, а в БРФ 18 - коэффициента формы груза К=l/m, значения сформированных сигналов о параметрах S и К поступают из БИП 17 и БРФ 18 соответственно на первый и второй входы БР 19, при этом информация о параметрах ранее поступивших в этот накопитель грузов в БР 19 сохраняется.
г
г
фг
г
фг
г
фг
г
г
г
В БР 19 грузам присваиваются порядковые номера 1, 2, … в последовательности убывания значений S, при этом если два груза имеют одинаковое значение S, то меньший номер присваивается грузу с большим значением К, если грузы имеют одинаковые значения S и К, то меньший номер присваивается грузу с большей массой, если грузы имеют одинаковые значения S, К и массу, то для разрешения коллизии меньший номер присваивается грузу, раньше поступившему в накопитель. Сформированная таким образом последовательность подачи грузов на укладку обеспечивает при правильном расположении груза на плоскости максимальную плотность укладки и минимальную высоту центра тяжести груженого контейнера. Сформированная последовательность порядковых номеров грузов с размерами l, m и массой g с выхода БР 19 поступает на вход БМ 20, в котором производится определение расположения груза на плоскости формирования слоя и проверка соблюдения ограничений на грузоподъемность контейнера и количество укладываемых слоев.
г
г
г
г
г
г
г
В БМ 20 хранится измерительная информация о внутренних размерах кузова контейнера: длине L>l, ширине М>m, высоте H, большей, чем высота укладываемых грузов h, а также о допустимой суммарной массе грузов G, укладываемых в контейнер, на основе имеющейся измерительной информации и сигналов, поступивших из БР 19 в БМ 20, формируется оптимальный план размещения грузов в контейнере. Моделирование укладки грузов, представленных параллелепипедами одинаковой высоты h с размерами в плане l·m и массой g, осуществляется последовательно слоями, начиная с нижнего, заполнение каждого слоя в контейнере производится последовательно, начиная от одного из дальних, например правого, по отношению к боковым дверям углов контейнера в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем обязательным условием при моделировании укладки грузов внутри слоя является прилегание двух смежных сторон укладываемого груза или к внутренним стенкам кузова контейнера, или к стенке и стороне соседнего груза, или к сторонам соседних грузов со стороны угла, от которого начинается заполнение контейнера.
фс
Критерием определения положения груза на плоскости формирования слоя на каждом шаге укладки грузов служит минимум коэффициента формы пространства, остающегося свободным после размещения на плоскости данного груза К, формула для расчета которого имеет вид
i
к
з
н
фс
где i=1, 2, …, n - номер прямоугольника в остающемся после размещения укладываемого груза свободном пространстве при разбиении последнего на прямоугольники линиями, проходящими от ребер груза, не соприкасающихся со стенками кузова или соседними грузами, параллельно сторонам контейнера; l - длина i-го прямоугольника; n - число прямоугольников в остающемся свободном пространстве контейнера; S=L·М - площадь поперечного сечения кузова контейнера; S - площадь плоскости формирования слоя, занятая уложенными грузами; S - площадь плоскости формирования слоя, неудобная для загрузки, равная площади прямоугольника, прилегающего к выступу размещаемого груза со стороны, противоположной направлению загрузки, причем прямоугольники, образующиеся при разбиении свободного пространства линиями, проходящими вдоль продольной стороны контейнера, могут отличаться от прямоугольников, образующихся при разбиении свободного пространства контейнера линиями, проходящими вдоль поперечной стороны контейнера, поэтому могут оказаться различными значения К.
фс
Вследствие этого для каждого возможного варианта размещения груза на плоскости формирования слоя в контейнере определяют два значения К.
фс
Окончательно выбирается такой вариант размещения груза, при котором достигается минимум К.
После первой итерации размещения грузов на плоскости формирования слоя внутри слоя могут остаться незаполненные участки, которые необходимо проверить по очереди, начиная от участка с большей площадью, по рассмотренному способу на возможность укладки в них грузов из ранжированной последовательности, хранящейся в БР 19, за исключением уже уложенных грузов. Таким образом, достигается максимальная или близкая к максимальной плотность укладки грузов на поверхности формирования каждого слоя. Когда определяется, что ни один из оставшихся ранжированных грузов не может быть размещен на оставшемся незаполненном участке, начинается заполнение следующего, более высокого слоя.
г
Если в процессе моделирования укладки грузов в контейнер в БМ 20 число слоев превысит допустимое значение H/h или суммарная масса укладываемых грузов превысит заданную грузоподъемность контейнера G, то в БМ 20 вырабатывается сигнал о направлении поступившего в сортировочную установку груза в справочный накопитель 6, в противном случае в БМ 20 вырабатывается сигнал о направлении груза в соответствующий адресный накопитель 4, сигнал с выхода БМ 20 (соответствующего выхода РБ 13) поступает на соответствующий вход БУ 14.
При поступлении на вход БУ 14 сигнала о направлении груза в адресный накопитель 4 в БУ 14 вырабатываются команды на включение в соответствующий момент времени исполнительных механизмов (электродвигателей, электромагнитов) перегрузочного устройства 3 и накопителя 4 с заданным номером/адресом для приема поступившего груза (фиг.1).
При поступлении на вход БУ 14 сигнала о направлении груза в справочный накопитель 6 в БУ 14 вырабатываются команды на включение исполнительных механизмов (электродвигателей, электромагнитов) перегрузочного устройства 5 и справочного накопителя 6, блокировку срабатывания исполнительного механизма перегрузочного устройства 3 накопителя 4, в который был адресован груз, включение исполнительных механизмов данного адресного накопителя 4 и устройства автоматической укладки штучных грузов в контейнеры 7 для осуществления перегрузки грузов из накопителя 4 в контейнер 8 (фиг.1).
На фиг.3-11 в качестве примера изображены варианты размещения грузов в контейнере при принятии решения в БМ 20 о направлении поступившего в сортировочную установку груза в адресный или справочный накопитель. При этом принимается, что контейнер заполняется одним рядом грузов, и отсутствует ограничение на грузоподъемность контейнера.
На сортировку поступают грузы трех типоразмеров в плане (l×m): №1 (19×19), №2 (23×19), №3 (31×23). Размеры контейнера в плане (L×М) составляют 80×50. Грузы в один из адресных накопителей сортировочной установки поступают в последовательности: 1 - №2, 2 - №1, 3 - №1, 4 - №3, 5 - №2, 6 - №3, 7 - №2.
Возможные варианты размещения на плоскости формирования слоя в контейнере первого поступающего в накопитель груза показаны на фиг.3 и 4.
фс
Для выбора положения, в которое должен быть уложен груз, рассчитываются значения коэффициентов К
фс
фс11
и выбирается то положение груза, при котором значение К имеет минимальное значение. Минимальное значение имеет коэффициент К=1,18, поэтому при укладке в контейнер груз должен занять положение, показанное на фиг.3.
фс
Возможные варианты размещения в контейнере следующего поступающего в накопитель груза показаны на фиг.5 и 6. Значения коэффициентов К для этих вариантов размещения груза в контейнере составляют
фс11
Минимальное значение имеет коэффициент К=1,33, поэтому в контейнере груз должен занять положение, показанное на фиг.5.
Определение положения всех грузов, направляемых в данный накопитель, при укладке в контейнер и типа накопителя, в который следует направить очередной груз, показано в таблице.
На фиг.11 показано, что размещение в контейнере поступившего в сортировочную установку очередного (седьмого) груза с размерами в плане 23×19 в адрес данного накопителя не позволяет разместить уже находящийся в накопителе груз (третий) с размерами в плане 19×19, поэтому последний (седьмой) груз должен быть направлен в справочный накопитель, а данный адресный накопитель необходимо заблокировать на прием поступающих в него грузов и начать перегрузку находящихся в нем грузов 1-6 в контейнер.
Очевидно, что функции программного блока (ПБ 12), расчетного блока (РБ 13) и блока управления (БУ 14) может выполнять компьютер, соединенный соответствующими линиями связи с датчиками и устройствами управления исполнительными механизмами.
Таким образом, решена поставленная перед изобретением задача - увеличение производительности устройства укладки штучных грузов в контейнер и сортировочной установки за счет ликвидации потерь из-за необходимости применения ручного труда при извлечении из адресного накопителя сортировочной установки и/или устройства загрузки/устройства укладки штучных грузов в контейнер грузов, оставшихся в нем/них после заполнения контейнера, и максимизация использования полезного объема контейнера при соблюдении ограничений на его вместимость и грузоподъемность.