1 引言

　　分揀系統(tǒng)的主要任務(wù)是把要分揀的物品按照業(yè)務(wù)品種、郵件種類或地址等信息進(jìn)行分離，使同種類或同目的地址的郵件進(jìn)入同一存儲(chǔ)位置。自動(dòng)分揀設(shè)備中的郵件信息識(shí)別方式對(duì)設(shè)備的工作效率、業(yè)務(wù)流程的復(fù)雜程度、運(yùn)營(yíng)成本和業(yè)務(wù)的柔性拓展具有重要意義。目前世界上的自動(dòng)分揀系統(tǒng)普遍采用二維條碼和三維條碼為郵件特征信息的載體，通過(guò)對(duì)條碼的識(shí)別獲取郵件相關(guān)信息 。以條碼作為信息載體的郵件分揀作業(yè)流程復(fù)雜，需逐件掃描才能進(jìn)行郵件信息獲取，因此工作效率低。射頻識(shí)別技術(shù)(下文簡(jiǎn)稱RFID)是上個(gè)世紀(jì)末出現(xiàn)的新型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它將大規(guī)模集成電路與無(wú)線通訊技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)信息的快速、非接觸式識(shí)別。相對(duì)于條形碼技術(shù)，利用RFID設(shè)備可實(shí)現(xiàn)信息的非接觸、可擦寫(xiě)、遠(yuǎn)距離的識(shí)別，且信息交換容量大，可實(shí)現(xiàn)集中讀寫(xiě)，一次進(jìn)行多個(gè)單體信息識(shí)別 。鑒于自身的特點(diǎn)，RFID技術(shù)在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用 。

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的大中城市的郵件投遞數(shù)量也在急劇增長(zhǎng)，在我國(guó)的多個(gè)大型郵件處理中心中，普遍存在生產(chǎn)效率低下的現(xiàn)狀，對(duì)采用技術(shù)創(chuàng)新提高生產(chǎn)效率有著迫切的需求。本文根據(jù)RFID技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)目前郵政業(yè)務(wù)的實(shí)際，設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的郵件自動(dòng)分揀的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)流程以郵件投遞為起點(diǎn)，以郵件在處理中心的封發(fā)并形成總包郵袋為終點(diǎn)，既包括郵件配送的各個(gè)工藝流程的設(shè)計(jì)，也包括與郵件業(yè)務(wù)處理相關(guān)的設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以RFID技術(shù)應(yīng)用和設(shè)備更新為前提，以優(yōu)化流程為手段，目的是提高業(yè)務(wù)處理的效率。

2 收寄環(huán)節(jié)流程設(shè)計(jì)

　　收寄環(huán)節(jié)完成郵件實(shí)物的匯集，并形成郵件的最初信息記錄。在收寄局窗口需要配置RFID讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽，收寄過(guò)程中每一個(gè)郵件粘貼唯一的一支電子標(biāo)簽，讀寫(xiě)器讀出標(biāo)簽的號(hào)碼送入計(jì)算機(jī)，由操作者填入郵件種類、重量、日期、時(shí)間、投遞局、寄達(dá)局等信息作為郵件的記錄的不同字段，從而形成關(guān)于一個(gè)郵件的完整的原始記錄，該記錄送入郵政網(wǎng)絡(luò)，作為信息查詢和自動(dòng)分揀的依據(jù)。在收寄環(huán)節(jié)，需根據(jù)業(yè)務(wù)量情況，準(zhǔn)備數(shù)量較多的電子標(biāo)簽。RFID讀寫(xiě)器需要使用單一讀寫(xiě)方式，即每次只讀取需要的電子標(biāo)簽。

　　在收寄環(huán)節(jié)，還要根據(jù)業(yè)務(wù)情況，按照頻次裝袋，形成總包，因此需要在總包的原帶牌位置加裝一條記錄總包全信息的電子標(biāo)簽，并生成與該電子標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)的郵件全部信息，并將此總包信息入網(wǎng)，送入郵件處理中心和郵局信息中心。總包袋牌的標(biāo)簽需采用可讀寫(xiě)式，使之能將生成的總包信息寫(xiě)入標(biāo)簽。收寄環(huán)節(jié)必須使用單一讀寫(xiě)方式，采用低頻近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。

3 總包交接

　　在使用條碼技術(shù)的分揀設(shè)備中，由于條碼必需逐一進(jìn)行讀取，因此效率低下。同時(shí)在讀取條碼的過(guò)程中操作者需要對(duì)郵袋進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)，對(duì)總包袋牌進(jìn)行整理，才能進(jìn)行逐個(gè)掃描，勞動(dòng)強(qiáng)度大。同時(shí)，由于限于生產(chǎn)條件的影響，總包袋牌在傳遞過(guò)程中容易造成條碼污染、損毀，導(dǎo)致無(wú)法識(shí)讀，必須手工鍵入條碼數(shù)字進(jìn)行信息識(shí)讀，因而效率低下。采用RFID技術(shù)進(jìn)行總包交接，可以使流程變得簡(jiǎn)單，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度并極大地提高工作效率。采用流水作業(yè)方案，在總包接收處的輸送皮帶機(jī)上方設(shè)置固定式RFID讀寫(xiě)器，總包在皮帶機(jī)上經(jīng)過(guò)時(shí)，讀寫(xiě)器自動(dòng)讀出袋牌標(biāo)簽所記錄的信息，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)完成勾挑核對(duì)，并將結(jié)果傳人中心生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)中，與從收寄局上傳的接收路單信息自動(dòng)進(jìn)行核對(duì)，并以清單形式進(jìn)行保存。對(duì)核對(duì)結(jié)果不符的郵袋利用光電方式進(jìn)行提示，以便進(jìn)行人工干預(yù)。另外，還可以采用集中讀寫(xiě)方式，在總包交接入口處放置一臺(tái)讀寫(xiě)器，在總包配送汽車(chē)到達(dá)讀取位置后，一次讀取車(chē)中的所有總包袋牌標(biāo)簽。但就目前的射頻識(shí)別技術(shù)而言，由于總包的堆積以及金屬郵件的影響，集中讀寫(xiě)方式的識(shí)別率不高，因此仍然需要大量人工干預(yù)。比較而言，采用單一讀取方式更為可靠。圖1是總包交接處RFID閱讀器的安裝位置。

　　通過(guò)接收環(huán)節(jié)的總包可以進(jìn)入總包分揀系統(tǒng)進(jìn)行分揀處理，或者直接進(jìn)入開(kāi)拆環(huán)節(jié)。對(duì)于直接進(jìn)入開(kāi)拆環(huán)節(jié)的總包，在開(kāi)拆工序完成后，操作者需要將所開(kāi)拆的總包袋牌的電子標(biāo)簽回收，這樣做是為了標(biāo)簽的回收利用，降低成本。在總包交接環(huán)節(jié)，如果采用單一讀寫(xiě)方式，應(yīng)采用低頻近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)，以防止郵袋連續(xù)通過(guò)閱讀器的時(shí)候，郵袋信息的互相干擾。如果采用集中讀寫(xiě)方式，則應(yīng)選用高頻遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)，這樣使得讀寫(xiě)器的閱讀范圍廣泛，防止信息的丟失。但就目前的射頻識(shí)別系統(tǒng)的可靠性而言，不推薦使用集中讀寫(xiě)方式。因?yàn)闃?biāo)簽信息能否可靠讀取，與標(biāo)簽所處環(huán)境密切相關(guān) 。集中讀寫(xiě)的情況下，郵袋一般處于大量堆疊狀態(tài)，如果標(biāo)簽埋藏較深或者被金屬類郵件覆蓋，則標(biāo)簽信息往往無(wú)法讀出，郵袋信息丟失的幾率極大。此時(shí)需要人工重新核對(duì)，反而往往會(huì)使工作效率下降。

圖1 總包交接處的RFID讀寫(xiě)器位置

4 自動(dòng)分揀設(shè)備的結(jié)構(gòu)與信息處理

　　以條碼作為信息載體的自動(dòng)分揀系統(tǒng)，條碼識(shí)別設(shè)備一般安裝在環(huán)行通道位置。在自動(dòng)分揀處理過(guò)程中，只有郵件進(jìn)入運(yùn)載小車(chē)并且經(jīng)過(guò)條碼掃描設(shè)備時(shí)，條碼才能被識(shí)別，完成分揀。如果條碼出現(xiàn)污損而無(wú)法識(shí)讀，則無(wú)法分揀，但是此時(shí)郵件已經(jīng)進(jìn)入分揀通道，必須為此類郵件設(shè)置專用回收通道。進(jìn)入回收通道的郵件需由工人搬運(yùn)并采用手工重新分揀。無(wú)法識(shí)讀條碼信息郵件的增多，會(huì)使設(shè)備的工作效率大幅下降。而采用RFID方式進(jìn)行郵件信息識(shí)別，可使設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并穩(wěn)定設(shè)備的分揀效率。

4．1 供件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

　　利用RFID方式在供件階段對(duì)郵件進(jìn)行信息識(shí)別，在每臺(tái)供件臺(tái)的郵件整理端設(shè)置一臺(tái)RFID閱讀器，采用單一讀寫(xiě)方式，這樣在供件過(guò)程中，郵件從皮帶機(jī)經(jīng)過(guò)閱讀器的時(shí)候，閱讀器識(shí)別電子標(biāo)簽號(hào)碼，然后檢索分揀系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得郵件的目的滑槽號(hào)碼，并為郵件分配運(yùn)載小車(chē)。在此階段如果郵件信息無(wú)法識(shí)讀，則控制系統(tǒng)可發(fā)布提示信息并禁止此郵件進(jìn)入分揀系統(tǒng)。這樣可防止信息缺損郵件占用載物小車(chē)導(dǎo)致的分揀效率降低，還可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。圖2是供件臺(tái)處RFID閱讀器的安裝位置示意圖。實(shí)際的系統(tǒng)每一臺(tái)供件機(jī)配置一臺(tái)閱讀器，采用低頻近距離射頻系統(tǒng)，閱讀器采用近距離讀寫(xiě)模式，防止設(shè)備對(duì)鄰近供件臺(tái)上的郵件信息的誤讀。在供件系統(tǒng)上應(yīng)用的射頻識(shí)別系統(tǒng)，讀寫(xiě)距離最好在1米的范圍之內(nèi)，因?yàn)楦咝Ч┘r(shí)，兩個(gè)相鄰郵件的距離一般小于80cm。另外相鄰供件臺(tái)之間的距離也在150cm的范圍之內(nèi)甚至更短。另外RFID閱讀器必須采取防干擾措施，防止對(duì)相鄰郵件或相鄰供件臺(tái)郵件信息的誤讀同。

圖2 供件臺(tái)的RFID讀寫(xiě)器位置

　　供件輸送皮帶可以分成多節(jié)，每節(jié)的運(yùn)動(dòng)獨(dú)立控制。當(dāng)郵件通過(guò)RFID閱讀器工作區(qū)的時(shí)候，如果標(biāo)簽信息無(wú)法識(shí)別，則可以使郵件所在皮帶停止運(yùn)動(dòng)或反轉(zhuǎn)，將郵件退回手工處理，使其不占用運(yùn)載小車(chē)。在以條碼作為郵件信息載體的分揀設(shè)備中，條碼識(shí)別設(shè)備一般安裝在主通道上，當(dāng)條碼識(shí)別設(shè)備出現(xiàn)故障的條件下，整個(gè)分揀過(guò)程必須采用手工完成，因此，分揀效率會(huì)大大降低。而采用RFID模式，在每一供件臺(tái)設(shè)置一臺(tái)獨(dú)立的讀寫(xiě)設(shè)備，即使其中的某一臺(tái)出現(xiàn)故障也不會(huì)對(duì)整個(gè)分揀過(guò)程產(chǎn)生大的影響。另外單一讀寫(xiě)方式的閱讀器成本低，與設(shè)備的硬件接口簡(jiǎn)單，因此更換和維護(hù)易行。

4．2 分揀控制過(guò)程信息處理

　　從收寄環(huán)節(jié)上傳到分揀數(shù)據(jù)庫(kù)中的完整的郵件信息記錄必需包括下列字段：標(biāo)簽序列碼、f3期、時(shí)間、郵件種類、郵件重量、收寄局、寄達(dá)局。字段可以采用文本的格式。在自動(dòng)分揀設(shè)備的控制數(shù)據(jù)庫(kù)中，需要建立分揀信息表。分揀信息表的記錄主要包括下列字段：寄達(dá)局、分揀機(jī)滑槽號(hào)碼、運(yùn)輸方式、信息處理標(biāo)志。上述字段的格式一般采用文本格式。在分揀過(guò)程中還需要記錄完整的分揀結(jié)果信息，因此必須建立分揀結(jié)果表。在分揀結(jié)果表中必須包括下列字段：序號(hào)、標(biāo)簽序列碼、郵件種類、郵件重量、郵件體積、收寄局、寄達(dá)局、13期、時(shí)間、運(yùn)輸方式、總包類型、總包號(hào)碼、信息處理方式，各個(gè)字段依然采用文本格式。

圖3 供件系統(tǒng)信息處理流程

　　分揀過(guò)程信息處理過(guò)程為：識(shí)讀器讀取郵件電子標(biāo)簽號(hào)碼N，檢索分揀數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)簽號(hào)碼為N的信息記錄，獲取郵件的寄達(dá)局代碼P，然后檢索控制數(shù)據(jù)庫(kù)中寄達(dá)局代碼為P的分揀機(jī)滑槽號(hào)碼M。郵件被輸送到C號(hào)小車(chē)后，通訊系統(tǒng)向C號(hào)小車(chē)發(fā)送卸件到M號(hào)滑槽的命令。C號(hào)小車(chē)到達(dá)M號(hào)滑槽后卸下郵件，同時(shí)系統(tǒng)向分揀結(jié)果表中插入郵件分揀結(jié)果記錄。圖3說(shuō)明了分揀過(guò)程信息處理的流程。

4．3 分揀過(guò)程業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

　　分揀過(guò)程業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)合理規(guī)劃業(yè)務(wù)處理工藝過(guò)程，提高分揀過(guò)程的可靠性，提高郵件處理的效率。同條碼識(shí)別方式相比，采用RFID方式進(jìn)行信息識(shí)別后，分揀系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程可以得到簡(jiǎn)化。

　　在開(kāi)拆環(huán)節(jié)，操作者打開(kāi)總包后，RFID讀寫(xiě)器以集中讀寫(xiě)方式讀取郵袋中的所有郵件，并通過(guò)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行郵件數(shù)量核對(duì)。若數(shù)量相符，則傳送郵件進(jìn)入分揀工位，如果數(shù)量不符，則系統(tǒng)提示具體的郵件缺失信息，操作者需逐一清點(diǎn)，并記錄清點(diǎn)結(jié)果，然后郵件進(jìn)入分揀環(huán)節(jié)。

　　在分揀工序的供件環(huán)節(jié)，操作者的任務(wù)是擺放郵件，盡量防止郵件上電子標(biāo)簽的遮擋或覆蓋，以提高識(shí)讀率。在封發(fā)環(huán)節(jié)，根據(jù)業(yè)務(wù)種類，主要進(jìn)行復(fù)核裝袋、回收標(biāo)簽、出單操作。復(fù)核裝袋的方法是采用手持式無(wú)線RFID讀寫(xiě)器重新校驗(yàn)滑槽中的每一個(gè)郵件分揀信息的準(zhǔn)確性，防止偶然因素引起的分揀差錯(cuò)。在復(fù)合裝袋校驗(yàn)信息完成后需要將郵件上的電子標(biāo)簽收回，以保證電子標(biāo)簽的循環(huán)利用。出單操作主要是進(jìn)行路單的打印。路單內(nèi)容與采用條碼的方式基本相同。

5 分揀信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　郵件信息的生成地點(diǎn)是分散的，而郵件信息的使用與管理又是集中的，因此郵件信息的匯集與使用必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。分揀信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括國(guó)家郵政局網(wǎng)絡(luò)入口節(jié)點(diǎn)、郵區(qū)中心局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、分揀系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、分揀結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)、收寄局中間數(shù)據(jù)庫(kù)和收寄局信息終端組成。其中分揀系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和分揀結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)是為適應(yīng)分揀設(shè)備的高效工作而設(shè)置的。郵件信息經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)需要駐留在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。收寄局信息終端利用RFID采集信息并生成相關(guān)郵件信息存入收寄局中間數(shù)據(jù)庫(kù)。郵件信息通過(guò)收寄局中間數(shù)據(jù)庫(kù)傳入郵區(qū)中心局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。郵件處理中心將郵件信息從國(guó)家郵政網(wǎng)或郵區(qū)中心局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)下載到分揀系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)或?qū)⒊隹卩]件信息上傳到國(guó)家郵政網(wǎng)。自動(dòng)分揀設(shè)備利用下載的郵件信息進(jìn)行分揀，分揀結(jié)果存入結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。然后再將分揀結(jié)果信息上傳至郵區(qū)中心局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。在采用RFID技術(shù)的條件下，各個(gè)環(huán)節(jié)的原始信息都由RFID系統(tǒng)生成，而RFID技術(shù)的自身特點(diǎn)為郵件的高效分揀奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié) 論

　　(1)本文以RFID技術(shù)的應(yīng)用為前提，首次將RFID技術(shù)應(yīng)用于郵件自動(dòng)分揀過(guò)程，設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的郵件分揀模式。從散件收寄開(kāi)始直至出口總包生成的全流程中用RFID方式取代條碼方式，可以使分揀作業(yè)效率提高，并減少手工操作環(huán)節(jié)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　(2)同采用條碼的方式在環(huán)形通道識(shí)別條碼相比，采用RFID技術(shù)，在供件臺(tái)位置進(jìn)行郵件信息識(shí)別，可以使各個(gè)供件臺(tái)的工作互不影響，使設(shè)備的工作效率受信息識(shí)別設(shè)備的影響最小，提高設(shè)備的可靠性。

　　(3)同以條碼為信息載體的分揀模式相比，采用RFID技術(shù)的分揀模式可以降低設(shè)備成本，并使分揀工藝流程得到簡(jiǎn)化。

　　(上海第二工業(yè)大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院  王建軍  李剛園)