圖書自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用

圖書自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用圖書自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用 2015/06/16 圖書館論壇雜志2015年第五期1圖書分揀系統(tǒng)的種類、特點(diǎn)和工作原理1.1分揀設(shè)備工作原理自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)備包括圖書的條碼或RFID(無線射頻技術(shù))識(shí)別系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)和樓層提升系統(tǒng)。原理是在每一冊(cè)圖書安裝RFID電子標(biāo)簽或條形碼作為圖書的識(shí)別碼，在圖書進(jìn)入圖書自動(dòng)分揀設(shè)備后，RFID電子標(biāo)簽中的圖書分類信息被設(shè)備上的RFID天線讀取，然后經(jīng)過系統(tǒng)判斷將圖書傳送到相應(yīng)分類的分揀口進(jìn)行歸類，并輸送到指定的樓層(地方)。1.2自動(dòng)分揀系統(tǒng)選取原則選擇圖書自動(dòng)分揀系統(tǒng)(設(shè)備)時(shí)，必須結(jié)合所在圖書館的實(shí)際條件，充分發(fā)揮分揀系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)?？傮w來說有以下原則：(1)根據(jù)借還圖書的數(shù)量，確定分揀設(shè)備速度；(2)根據(jù)圖書館場(chǎng)地的大小來確定使用直線分揀還是環(huán)形分揀方式；(3)根據(jù)服務(wù)樓層的高低來選擇水平、垂直還是混合型分揀方式；(4)根據(jù)經(jīng)費(fèi)及自動(dòng)化的程度，選擇半自動(dòng)還是全自動(dòng)的系統(tǒng)。如果分揀數(shù)量不大，要求不高，可以選擇簡(jiǎn)單、費(fèi)用不高的分揀系統(tǒng)(設(shè)備)；反之，則須選擇效率較高的分揀設(shè)備。2廣州圖書館圖書自動(dòng)分揀系統(tǒng)建設(shè)分析2.1背景廣圖總建筑面積10萬平方米，其中地下面積為3.75萬平方米，地面面積為6.25萬平方米；地面高度為50米，地下二層，每層高7米，地上北樓十層，南樓八層，層高4.9米，南北二樓通過連廊相連。在平面布局上，北樓首層至八樓為讀者借閱區(qū)，九樓的西面為讀者閱讀區(qū)，東面為采編中心。南樓首層為閱讀體驗(yàn)區(qū)，二至四層為青少年借閱區(qū)，五樓為電子信息區(qū)，六樓為多媒體閱讀區(qū)，七、八樓為個(gè)性化閱覽區(qū)?？紤]到地上用地面積較緊張，首層只設(shè)立還書的投入口，在首層與負(fù)一層分揀間之間設(shè)置一個(gè)圖書下傳裝置，預(yù)留井道尺寸為2.5m1.95m(長(zhǎng)寬)。圖書自動(dòng)分揀設(shè)備間設(shè)在負(fù)一層，長(zhǎng)約為20m，寬約為10m。圖書經(jīng)分揀后，垂直分揀設(shè)備由負(fù)一層提升到各個(gè)樓層，提升高度約51米。經(jīng)過前期調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)外廠家都難以實(shí)現(xiàn)一次性提升到這個(gè)高度且造價(jià)昂貴，為此，在設(shè)計(jì)之初，將垂直輸送井道分為二段，第一段在負(fù)一層至四層，第二段在四層至九層，各預(yù)留一個(gè)尺寸為2.5m1.4m(長(zhǎng)寬)的井道，第四層為兩個(gè)井道的轉(zhuǎn)換層。2.2分揀輸送方式的選擇確定分揀輸送方式是制定方案的前提，需要根據(jù)分揀量，并結(jié)合機(jī)器參數(shù)進(jìn)行選擇。根據(jù)新館的建筑特點(diǎn)和布局，有兩個(gè)方案可供選擇。方案一：圖書一冊(cè)冊(cè)地從還書設(shè)備終端經(jīng)過提升設(shè)備和自動(dòng)分揀設(shè)備直接輸送到各樓層。方案二：圖書先一冊(cè)冊(cè)地從還書設(shè)備終端進(jìn)入平面自動(dòng)分揀系統(tǒng)，經(jīng)分揀后，批量放置圖書箱中，然后通過垂直輸送系統(tǒng)將圖書箱運(yùn)送到各樓層。方案一的投入費(fèi)用少，但分揀效率低，不能滿足新館對(duì)分揀量的需求。方案二可以很好地滿足新館對(duì)分揀量的需求，但投資費(fèi)用比方案一高。由于樓層高、開放借閱程度高，預(yù)計(jì)供讀者開放借閱的圖書將接近300萬冊(cè)/年，因此分揀效率需大于等于3000冊(cè)/小時(shí)。新館定位是區(qū)域性的中心館，將來還要承擔(dān)起廣州地區(qū)圖書通借通還物流的需要，通過綜合對(duì)比，選取了方案二。2.3流程設(shè)計(jì)2.3.1科學(xué)設(shè)計(jì)圖書分揀流程首先要確定圖書分揀口的任務(wù)和數(shù)量，根據(jù)新館的功能布局和業(yè)務(wù)情況，設(shè)置如下圖書分揀入口：(1)讀者的還書通過首層自助還書設(shè)備(自助投入)經(jīng)輸送系統(tǒng)將書刊送達(dá)負(fù)一層圖書分揀間進(jìn)行圖書分揀(自動(dòng)分揀設(shè)備)通過垂直輸送系統(tǒng)直接到達(dá)指定樓層；(2)工作人員在首層總服務(wù)臺(tái)(人工投入)通過輸送系統(tǒng)將圖書送達(dá)負(fù)一層圖書分揀間進(jìn)行圖書分揀(自動(dòng)分揀設(shè)備)通過垂直輸送系統(tǒng)將書刊、音像資料等直接到達(dá)指定樓層；(3)工作人員在九層將加工好的書刊音像資料(人工投入)通過垂直輸送系統(tǒng)直接送達(dá)指定樓層；(4)工作人員在各樓層將非本樓層的書刊音像資料(人工投入)通過垂直輸送系統(tǒng)直接送達(dá)指定樓層，或?qū)Y料通過自動(dòng)分揀系統(tǒng)重新分揀后再送到指定樓層；(5)工作人員在負(fù)一層分揀間(人工投入)將書刊資料放進(jìn)自動(dòng)分揀設(shè)備內(nèi)進(jìn)行分揀，然后送至各指定樓層。2.3.2采用無人干預(yù)全智能化的管理要求自動(dòng)分揀設(shè)備圖書箱滿箱時(shí)自動(dòng)傳輸?shù)酱怪狈謷C(jī)，然后直接輸送到指定樓層；空箱時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到空缺位置進(jìn)行補(bǔ)箱，實(shí)行全自動(dòng)的無人干預(yù)管理。2.4分揀設(shè)備的選型原則：高效、智能、節(jié)能需求確定后，就進(jìn)入選擇設(shè)備的階段，新館對(duì)設(shè)備的選擇原則是：盡可能選擇占地面積小、噪音低、效率高；對(duì)分揀策略可靈活設(shè)置，方便對(duì)分揀口進(jìn)行靈活調(diào)整；在圖書磨損小和維修方便的基礎(chǔ)上盡可能采用造價(jià)低的分揀設(shè)備。2.4.1采用自助式的投入口及投入模式設(shè)備有兩個(gè)投入模式：第一種是由工作人員對(duì)已辦理館內(nèi)人工還書業(yè)務(wù)的書籍進(jìn)行投放，由于圖書已辦理還書手續(xù)，不需要經(jīng)過還書系統(tǒng)設(shè)備就可以直接放入皮帶輸送設(shè)備；第二種是由讀者通過帶有RFID識(shí)別系統(tǒng)的自助還書設(shè)備投入口投放圖書，圖書由設(shè)備自動(dòng)辦理還書業(yè)務(wù)后，自動(dòng)進(jìn)入皮帶輸送設(shè)備。新館在首層自助服務(wù)區(qū)設(shè)置了5個(gè)讀者還書投入口，讓讀者自助還書。每個(gè)投入口的最大還書效率為600冊(cè)/小時(shí)，5個(gè)投入口還書的最大效率達(dá)3000冊(cè)/小時(shí)。另外在總服務(wù)臺(tái)內(nèi)設(shè)置一個(gè)圖書投入口，用于投放從服務(wù)臺(tái)人工歸還的圖書和館外24小時(shí)歸還的圖書。自助投入模式主要是通過還書終端和皮帶傳輸來實(shí)現(xiàn)。2.4.2采用節(jié)能式的投入口和傳輸系統(tǒng)選用螺旋式的傳送裝置，將圖書從首層傳送到負(fù)一層的自動(dòng)分揀間，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備可以采用漸進(jìn)式管理，圖書在傳輸線上一冊(cè)一冊(cè)地進(jìn)行間斷式的啟動(dòng)，待整條傳輸帶裝滿圖書時(shí)，才直接傳送到自動(dòng)分揀設(shè)備，并啟動(dòng)水平分揀設(shè)備進(jìn)行分揀，這樣可以最大限度地節(jié)省設(shè)備的運(yùn)行成本。2.4.3選用全自動(dòng)、智能式的水平分揀設(shè)備由于新館自動(dòng)分揀系統(tǒng)建設(shè)比土建建設(shè)滯后，圖書分揀間和提升井道只是根據(jù)土建建設(shè)情況預(yù)留，而自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)備是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。根據(jù)新館的業(yè)務(wù)量和已建成的井道，在選擇平面自動(dòng)分揀設(shè)備時(shí)，由于受到場(chǎng)地的限制，只能選擇唯一可行的直線型分揀，為讓圖書磨損最小，最終選擇了交叉帶式的分揀設(shè)備。該設(shè)備可處理圖書的參數(shù)：最大尺寸：320mm210mm50mm(長(zhǎng)寬厚)，最小尺寸：203mm140mm5mm(長(zhǎng)寬厚)；圖書重量：0.1kg2.5kg；輸送光盤盒尺寸(存儲(chǔ)多張光盤)最大為270mm145mm(長(zhǎng)寬)，最小為195mm135mm(長(zhǎng)寬)；機(jī)械效率7000冊(cè)/小時(shí)；實(shí)際分揀效率5500冊(cè)/小時(shí)。主要設(shè)備選好后，就要考慮物理分揀口的數(shù)量，根據(jù)場(chǎng)地的布置，最多只能設(shè)置32個(gè)分揀口。為節(jié)省人力資源，采用無人干預(yù)的全自動(dòng)化操作，換箱時(shí)間一般只需要8秒鐘左右，效率可達(dá)到400-600箱/小時(shí)左右。通過圖書滿箱自動(dòng)搬運(yùn)及分揀機(jī)的空箱自動(dòng)補(bǔ)格和解鎖，以實(shí)現(xiàn)分揀系統(tǒng)的無瓶頸、無人干預(yù)的全自動(dòng)作業(yè)。2.4.4先進(jìn)的低噪音垂直分揀設(shè)備垂直升運(yùn)系統(tǒng)設(shè)備是目前多層傳輸效率最高的設(shè)備之一，廣泛用于在多樓層及同一樓層多層面的傳輸中。其優(yōu)點(diǎn)為占地面積??；在不同層面中被傳輸?shù)奈矬w可以同時(shí)“進(jìn)”“出”“(升”“降”)，并且可連續(xù)、循環(huán)工作；每臺(tái)最大處理效率為900箱/小時(shí)，故而在現(xiàn)代物流設(shè)備領(lǐng)域中有著較高地位。垂直分揀設(shè)備采用叉式傳送裝置翻叉用氣缸作為動(dòng)力，由PLC輸出端口直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；進(jìn)出口采用電機(jī)帶滾筒的傳輸，由固態(tài)繼電器作為驅(qū)動(dòng)元件；其提升裝置采用四條精密滾子鏈，采用ABB的變頻控制器為驅(qū)動(dòng)。垂直分揀機(jī)可實(shí)現(xiàn)最大重量50kg的整箱圖書輸送，圖書周轉(zhuǎn)箱可在負(fù)一層分揀間至9樓的10個(gè)樓層之間的任意方向進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)搬運(yùn)，從而完成圖書輸送以及空箱調(diào)度。3圖書分揀策略分析分揀設(shè)置的過程比較復(fù)雜，往往會(huì)遇到各種意想不到的事情。因此，要采用靈活多變的策略，以應(yīng)對(duì)各種狀況。3.1利用不固定的分揀口策略來擴(kuò)充分揀口數(shù)量圖書分揀從復(fù)雜程度上可分為簡(jiǎn)單分揀、復(fù)雜分揀。簡(jiǎn)單分揀只是對(duì)圖書進(jìn)行一次性的分揀，而且分揀口基本上是固定的。復(fù)雜分揀可以對(duì)圖書進(jìn)行多次分揀，分揀口是不固定的，可隨機(jī)分配?？紤]到場(chǎng)地小的因素，如果采用固定的分揀口，最多只能設(shè)32個(gè)，不能適應(yīng)新館的需求。因此，新館選擇了不固定的分揀口方式，當(dāng)圖書進(jìn)入投入口時(shí)對(duì)圖書進(jìn)行分析，自動(dòng)根據(jù)批量圖書的分類計(jì)算結(jié)果得出此批圖書的最佳分揀口配置，以達(dá)到最理想的分揀效果。3.2以投入相對(duì)較少的方式來確認(rèn)分揀箱圖書數(shù)量設(shè)置圖書規(guī)格、厚度和重量不一，如果圖書太輕，雖箱已滿，卻未能達(dá)到指定重量，那么箱子是不會(huì)自動(dòng)進(jìn)入垂直系統(tǒng)。如果按數(shù)量來計(jì)算，圖書有重有輕，有大有小，會(huì)出現(xiàn)相同數(shù)量的圖書有些箱子裝滿，而有些箱子裝不滿的情況。方案一是在設(shè)備內(nèi)裝置一個(gè)重量計(jì)算器，按重量來確定；方案二是按數(shù)量來確定?？紤]到成本并經(jīng)綜合衡量后，最終選擇按圖書數(shù)量來設(shè)置參數(shù)。3.3以最少的運(yùn)營(yíng)成本來設(shè)定分揀區(qū)域或書架數(shù)量根據(jù)前面所述，理論上固定的32個(gè)分揀口可以擴(kuò)充為無限多個(gè)，但圖書或書架分揀數(shù)量是否科學(xué)合理，依然有待解決。因?yàn)榉謷娣e越小、書架數(shù)量越少，越有利于圖書的上架，但如果每次每個(gè)分揀口只有1冊(cè)圖書，那要不要運(yùn)送到指定樓層？如果不運(yùn)送，會(huì)長(zhǎng)期占用了分揀口的寶貴資源；如果運(yùn)送又浪費(fèi)電費(fèi)和加速機(jī)械磨損，加大了運(yùn)營(yíng)成本。所以不能單純從細(xì)分的角度來設(shè)置分揀口，只能根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行靈活調(diào)整。4思考4.1設(shè)計(jì)工作應(yīng)提前介入由于圖書自動(dòng)分揀系統(tǒng)是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，只能根據(jù)使用者的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，這樣就要求使用者在土建建設(shè)時(shí)就要提前進(jìn)行規(guī)劃，盡早確定設(shè)備供應(yīng)商，利用設(shè)備供應(yīng)商提供的場(chǎng)地面積、井道尺寸和用電負(fù)荷等相關(guān)參數(shù)來安排相應(yīng)的土建項(xiàng)目，以免將來因場(chǎng)地不合而要訂造專門設(shè)備，從而令成本大增，嚴(yán)重者甚至難以實(shí)現(xiàn)。由于新館是由南北兩樓組成，北樓區(qū)域面積大，可供讀者借閱圖書多，而南樓區(qū)域面積較小，可供讀者借閱的圖書相對(duì)較少，在設(shè)計(jì)自動(dòng)分揀方案時(shí)，曾考慮將南樓和24小時(shí)自助圖書館進(jìn)行歸一設(shè)計(jì)，但由于自動(dòng)分揀設(shè)計(jì)介入時(shí)間太遲，如果采用該方案一來經(jīng)費(fèi)會(huì)增加更多，二來有些地方已經(jīng)沒有空間安裝分揀設(shè)備，現(xiàn)在的解決辦法只能是利用人力將該區(qū)域圖書運(yùn)送到目的地。4.2關(guān)注噪音對(duì)圖書館環(huán)境和空間的影響圖書館要為讀者提供安靜的閱讀環(huán)境，對(duì)設(shè)備噪音的要求相對(duì)嚴(yán)格。因?yàn)閳D書自動(dòng)分揀設(shè)備要大量采用皮帶和滾軸甚至是氣動(dòng)的設(shè)置，而這些產(chǎn)品的價(jià)格相差較大，一些材料價(jià)格低的只需要幾十元，而價(jià)格高的則要一百多元，低價(jià)材料的噪音比高價(jià)材料的噪音要高很多。4.3充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)充性隨著圖書館業(yè)務(wù)的擴(kuò)大，圖書借閱量會(huì)相應(yīng)增加，為適應(yīng)不斷增加的業(yè)務(wù)量，自動(dòng)分揀設(shè)備在規(guī)劃之初應(yīng)為將來的發(fā)展留下可擴(kuò)充的空間。因此，建議在投入口和分揀間的設(shè)計(jì)中預(yù)留空間，以滿足日后不斷增長(zhǎng)的分揀需求。