图书自动分拣系统的应用

图书自动分拣系统的应用图书自动分拣系统的应用 2015/06/16 图书馆论坛杂志2015年第五期1图书分拣系统的种类、特点和工作原理1.1分拣设备工作原理自动分拣系统设备包括图书的条码或RFID(无线射频技术)识别系统、传输系统、分拣系统和楼层提升系统。原理是在每一册图书安装RFID电子标签或条形码作为图书的识别码，在图书进入图书自动分拣设备后，RFID电子标签中的图书分类信息被设备上的RFID天线读取，然后经过系统判断将图书传送到相应分类的分拣口进行归类，并输送到指定的楼层(地方)。1.2自动分拣系统选取原则选择图书自动分拣系统(设备)时，必须结合所在图书馆的实际条件，充分发挥分拣系统的优势。总体来说有以下原则：(1)根据借还图书的数量，确定分拣设备速度；(2)根据图书馆场地的大小来确定使用直线分拣还是环形分拣方式；(3)根据服务楼层的高低来选择水平、垂直还是混合型分拣方式；(4)根据经费及自动化的程度，选择半自动还是全自动的系统。如果分拣数量不大，要求不高，可以选择简单、费用不高的分拣系统(设备)；反之，则须选择效率较高的分拣设备。2广州图书馆图书自动分拣系统建设分析2.1背景广图总建筑面积10万平方米，其中地下面积为3.75万平方米，地面面积为6.25万平方米；地面高度为50米，地下二层，每层高7米，地上北楼十层，南楼八层，层高4.9米，南北二楼通过连廊相连。在平面布局上，北楼首层至八楼为读者借阅区，九楼的西面为读者阅读区，东面为采编中心。南楼首层为阅读体验区，二至四层为青少年借阅区，五楼为电子信息区，六楼为多媒体阅读区，七、八楼为个性化阅览区。考虑到地上用地面积较紧张，首层只设立还书的投入口，在首层与负一层分拣间之间设置一个图书下传装置，预留井道尺寸为2.5m1.95m(长宽)。图书自动分拣设备间设在负一层，长约为20m，宽约为10m。图书经分拣后，垂直分拣设备由负一层提升到各个楼层，提升高度约51米。经过前期调研，目前国内外厂家都难以实现一次性提升到这个高度且造价昂贵，为此，在设计之初，将垂直输送井道分为二段，第一段在负一层至四层，第二段在四层至九层，各预留一个尺寸为2.5m1.4m(长宽)的井道，第四层为两个井道的转换层。2.2分拣输送方式的选择确定分拣输送方式是制定方案的前提，需要根据分拣量，并结合机器参数进行选择。根据新馆的建筑特点和布局，有两个方案可供选择。方案一：图书一册册地从还书设备终端经过提升设备和自动分拣设备直接输送到各楼层。方案二：图书先一册册地从还书设备终端进入平面自动分拣系统，经分拣后，批量放置图书箱中，然后通过垂直输送系统将图书箱运送到各楼层。方案一的投入费用少，但分拣效率低，不能满足新馆对分拣量的需求。方案二可以很好地满足新馆对分拣量的需求，但投资费用比方案一高。由于楼层高、开放借阅程度高，预计供读者开放借阅的图书将接近300万册/年，因此分拣效率需大于等于3000册/小时。新馆定位是区域性的中心馆，将来还要承担起广州地区图书通借通还物流的需要，通过综合对比，选取了方案二。2.3流程设计2.3.1科学设计图书分拣流程首先要确定图书分拣口的任务和数量，根据新馆的功能布局和业务情况，设置如下图书分拣入口：(1)读者的还书通过首层自助还书设备(自助投入)经输送系统将书刊送达负一层图书分拣间进行图书分拣(自动分拣设备)通过垂直输送系统直接到达指定楼层；(2)工作人员在首层总服务台(人工投入)通过输送系统将图书送达负一层图书分拣间进行图书分拣(自动分拣设备)通过垂直输送系统将书刊、音像资料等直接到达指定楼层；(3)工作人员在九层将加工好的书刊音像资料(人工投入)通过垂直输送系统直接送达指定楼层；(4)工作人员在各楼层将非本楼层的书刊音像资料(人工投入)通过垂直输送系统直接送达指定楼层，或将书刊资料通过自动分拣系统重新分拣后再送到指定楼层；(5)工作人员在负一层分拣间(人工投入)将书刊资料放进自动分拣设备内进行分拣，然后送至各指定楼层。2.3.2采用无人干预全智能化的管理要求自动分拣设备图书箱满箱时自动传输到垂直分拣机，然后直接输送到指定楼层；空箱时会自动进入到空缺位置进行补箱，实行全自动的无人干预管理。2.4分拣设备的选型原则：高效、智能、节能需求确定后，就进入选择设备的阶段，新馆对设备的选择原则是：尽可能选择占地面积小、噪音低、效率高；对分拣策略可灵活设置，方便对分拣口进行灵活调整；在图书磨损小和维修方便的基础上尽可能采用造价低的分拣设备。2.4.1采用自助式的投入口及投入模式设备有两个投入模式：第一种是由工作人员对已办理馆内人工还书业务的书籍进行投放，由于图书已办理还书手续，不需要经过还书系统设备就可以直接放入皮带输送设备；第二种是由读者通过带有RFID识别系统的自助还书设备投入口投放图书，图书由设备自动办理还书业务后，自动进入皮带输送设备。新馆在首层自助服务区设置了5个读者还书投入口，让读者自助还书。每个投入口的最大还书效率为600册/小时，5个投入口还书的最大效率达3000册/小时。另外在总服务台内设置一个图书投入口，用于投放从服务台人工归还的图书和馆外24小时归还的图书。自助投入模式主要是通过还书终端和皮带传输来实现。2.4.2采用节能式的投入口和传输系统选用螺旋式的传送装置，将图书从首层传送到负一层的自动分拣间，优点是设备可以采用渐进式管理，图书在传输线上一册一册地进行间断式的启动，待整条传输带装满图书时，才直接传送到自动分拣设备，并启动水平分拣设备进行分拣，这样可以最大限度地节省设备的运行成本。2.4.3选用全自动、智能式的水平分拣设备由于新馆自动分拣系统建设比土建建设滞后，图书分拣间和提升井道只是根据土建建设情况预留，而自动分拣系统的设备是非标准设计的。根据新馆的业务量和已建成的井道，在选择平面自动分拣设备时，由于受到场地的限制，只能选择唯一可行的直线型分拣，为让图书磨损最小，最终选择了交叉带式的分拣设备。该设备可处理图书的参数：最大尺寸：320mm210mm50mm(长宽厚)，最小尺寸：203mm140mm5mm(长宽厚)；图书重量：0.1kg2.5kg；输送光盘盒尺寸(存储多张光盘)最大为270mm145mm(长宽)，最小为195mm135mm(长宽)；机械效率7000册/小时；实际分拣效率5500册/小时。主要设备选好后，就要考虑物理分拣口的数量，根据场地的布置，最多只能设置32个分拣口。为节省人力资源，采用无人干预的全自动化操作，换箱时间一般只需要8秒钟左右，效率可达到400-600箱/小时左右。通过图书满箱自动搬运及分拣机的空箱自动补格和解锁，以实现分拣系统的无瓶颈、无人干预的全自动作业。2.4.4先进的低噪音垂直分拣设备垂直升运系统设备是目前多层传输效率最高的设备之一，广泛用于在多楼层及同一楼层多层面的传输中。其优点为占地面积小；在不同层面中被传输的物体可以同时“进”“出”“(升”“降”)，并且可连续、循环工作；每台最大处理效率为900箱/小时，故而在现代物流设备领域中有着较高地位。垂直分拣设备采用叉式传送装置翻叉用气缸作为动力，由PLC输出端口直接驱动电磁阀；进出口采用电机带滚筒的传输，由固态继电器作为驱动元件；其提升装置采用四条精密滚子链，采用ABB的变频控制器为驱动。垂直分拣机可实现最大重量50kg的整箱图书输送，图书周转箱可在负一层分拣间至9楼的10个楼层之间的任意方向进行自动连续搬运，从而完成图书输送以及空箱调度。3图书分拣策略分析分拣设置的过程比较复杂，往往会遇到各种意想不到的事情。因此，要采用灵活多变的策略，以应对各种状况。3.1利用不固定的分拣口策略来扩充分拣口数量图书分拣从复杂程度上可分为简单分拣、复杂分拣。简单分拣只是对图书进行一次性的分拣，而且分拣口基本上是固定的。复杂分拣可以对图书进行多次分拣，分拣口是不固定的，可随机分配。考虑到场地小的因素，如果采用固定的分拣口，最多只能设32个，不能适应新馆的需求。因此，新馆选择了不固定的分拣口方式，当图书进入投入口时对图书进行分析，自动根据批量图书的分类计算结果得出此批图书的最佳分拣口配置，以达到最理想的分拣效果。3.2以投入相对较少的方式来确认分拣箱图书数量设置图书规格、厚度和重量不一，如果图书太轻，虽箱已满，却未能达到指定重量，那么箱子是不会自动进入垂直系统。如果按数量来计算，图书有重有轻，有大有小，会出现相同数量的图书有些箱子装满，而有些箱子装不满的情况。方案一是在设备内装置一个重量计算器，按重量来确定；方案二是按数量来确定。考虑到成本并经综合衡量后，最终选择按图书数量来设置参数。3.3以最少的运营成本来设定分拣区域或书架数量根据前面所述，理论上固定的32个分拣口可以扩充为无限多个，但图书或书架分拣数量是否科学合理，依然有待解决。因为分拣面积越小、书架数量越少，越有利于图书的上架，但如果每次每个分拣口只有1册图书，那要不要运送到指定楼层？如果不运送，会长期占用了分拣口的宝贵资源；如果运送又浪费电费和加速机械磨损，加大了运营成本。所以不能单纯从细分的角度来设置分拣口，只能根据实际使用情况进行灵活调整。4思考4.1设计工作应提前介入由于图书自动分拣系统是非标准产品，只能根据使用者的需求进行设计和建设，这样就要求使用者在土建建设时就要提前进行规划，尽早确定设备供应商，利用设备供应商提供的场地面积、井道尺寸和用电负荷等相关参数来安排相应的土建项目，以免将来因场地不合而要订造专门设备，从而令成本大增，严重者甚至难以实现。由于新馆是由南北两楼组成，北楼区域面积大，可供读者借阅图书多，而南楼区域面积较小，可供读者借阅的图书相对较少，在设计自动分拣方案时，曾考虑将南楼和24小时自助图书馆进行归一设计，但由于自动分拣设计介入时间太迟，如果采用该方案一来经费会增加更多，二来有些地方已经没有空间安装分拣设备，现在的解决办法只能是利用人力将该区域图书运送到目的地。4.2关注噪音对图书馆环境和空间的影响图书馆要为读者提供安静的阅读环境，对设备噪音的要求相对严格。因为图书自动分拣设备要大量采用皮带和滚轴甚至是气动的设置，而这些产品的价格相差较大，一些材料价格低的只需要几十元，而价格高的则要一百多元，低价材料的噪音比高价材料的噪音要高很多。4.3充分考虑系统的可扩充性随着图书馆业务的扩大，图书借阅量会相应增加，为适应不断增加的业务量，自动分拣设备在规划之初应为将来的发展留下可扩充的空间。因此，建议在投入口和分拣间的设计中预留空间，以满足日后不断增长的分拣需求。