- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
基于RFID技术的邮件分拣模式设计
录入：edatop.com 点击：
1 引言
分拣系统的主要任务是把要分拣的物品按照业务品种、邮件种类或地址等信息进行分离，使同种类或同目的地址的邮件进入同一存储位置。自动分拣设备中的邮件信息识别方式对设备的工作效率、业务流程的复杂程度、运营成本和业务的柔性拓展具有重要意义。目前世界上的自动分拣系统普遍采用二维条码和三维条码为邮件特征信息的载体，通过对条码的识别获取邮件相关信息 。以条码作为信息载体的邮件分拣作业流程复杂，需逐件扫描才能进行邮件信息获取，因此工作效率低。射频识别技术(下文简称RFID)是上个世纪末出现的新型自动识别技术，它将大规模集成电路与无线通讯技术相结合，实现了存储信息的快速、非接触式识别。相对于条形码技术，利用RFID设备可实现信息的非接触、可擦写、远距离的识别，且信息交换容量大，可实现集中读写，一次进行多个单体信息识别 。鉴于自身的特点，RFID技术在现代物流系统中被广泛应用 。
随着经济的发展，我国的大中城市的邮件投递数量也在急剧增长，在我国的多个大型邮件处理中心中，普遍存在生产效率低下的现状，对采用技术创新提高生产效率有着迫切的需求。本文根据RFID技术的特点，结合我国目前邮政业务的实际，设计了基于RFID技术的邮件自动分拣的信息系统。系统流程以邮件投递为起点，以邮件在处理中心的封发并形成总包邮袋为终点，既包括邮件配送的各个工艺流程的设计，也包括与邮件业务处理相关的设备结构设计。系统以RFID技术应用和设备更新为前提，以优化流程为手段，目的是提高业务处理的效率。
2 收寄环节流程设计
收寄环节完成邮件实物的汇集，并形成邮件的最初信息记录。在收寄局窗口需要配置RFID读写器和电子标签，收寄过程中每一个邮件粘贴唯一的一支电子标签，读写器读出标签的号码送入计算机，由操作者填入邮件种类、重量、日期、时间、投递局、寄达局等信息作为邮件的记录的不同字段，从而形成关于一个邮件的完整的原始记录，该记录送入邮政网络，作为信息查询和自动分拣的依据。在收寄环节，需根据业务量情况，准备数量较多的电子标签。RFID读写器需要使用单一读写方式，即每次只读取需要的电子标签。
在收寄环节，还要根据业务情况，按照频次装袋，形成总包，因此需要在总包的原带牌位置加装一条记录总包全信息的电子标签，并生成与该电子标签相关联的邮件全部信息，并将此总包信息入网，送入邮件处理中心和邮局信息中心。总包袋牌的标签需采用可读写式，使之能将生成的总包信息写入标签。收寄环节必须使用单一读写方式，采用低频近距离射频识别系统。
3 总包交接
在使用条码技术的分拣设备中，由于条码必需逐一进行读取，因此效率低下。同时在读取条码的过程中操作者需要对邮袋进行搬运作业，对总包袋牌进行整理，才能进行逐个扫描，劳动强度大。同时，由于限于生产条件的影响，总包袋牌在传递过程中容易造成条码污染、损毁，导致无法识读，必须手工键入条码数字进行信息识读，因而效率低下。采用RFID技术进行总包交接，可以使流程变得简单，减轻工人的劳动强度并极大地提高工作效率。采用流水作业方案，在总包接收处的输送皮带机上方设置固定式RFID读写器，总包在皮带机上经过时，读写器自动读出袋牌标签所记录的信息，并在数据库中自动完成勾挑核对，并将结果传人中心生产作业系统中，与从收寄局上传的接收路单信息自动进行核对，并以清单形式进行保存。对核对结果不符的邮袋利用光电方式进行提示，以便进行人工干预。另外，还可以采用集中读写方式，在总包交接入口处放置一台读写器，在总包配送汽车到达读取位置后，一次读取车中的所有总包袋牌标签。但就目前的射频识别技术而言，由于总包的堆积以及金属邮件的影响，集中读写方式的识别率不高，因此仍然需要大量人工干预。比较而言，采用单一读取方式更为可靠。图1是总包交接处RFID阅读器的安装位置。
通过接收环节的总包可以进入总包分拣系统进行分拣处理，或者直接进入开拆环节。对于直接进入开拆环节的总包，在开拆工序完成后，操作者需要将所开拆的总包袋牌的电子标签回收，这样做是为了标签的回收利用，降低成本。在总包交接环节，如果采用单一读写方式，应采用低频近距离射频识别系统，以防止邮袋连续通过阅读器的时候，邮袋信息的互相干扰。如果采用集中读写方式，则应选用高频远距离射频识别系统，这样使得读写器的阅读范围广泛，防止信息的丢失。但就目前的射频识别系统的可靠性而言，不推荐使用集中读写方式。因为标签信息能否可靠读取，与标签所处环境密切相关 。集中读写的情况下，邮袋一般处于大量堆叠状态，如果标签埋藏较深或者被金属类邮件覆盖，则标签信息往往无法读出，邮袋信息丢失的几率极大。此时需要人工重新核对，反而往往会使工作效率下降。
4 自动分拣设备的结构与信息处理
以条码作为信息载体的自动分拣系统，条码识别设备一般安装在环行通道位置。在自动分拣处理过程中，只有邮件进入运载小车并且经过条码扫描设备时，条码才能被识别，完成分拣。如果条码出现污损而无法识读，则无法分拣，但是此时邮件已经进入分拣通道，必须为此类邮件设置专用回收通道。进入回收通道的邮件需由工人搬运并采用手工重新分拣。无法识读条码信息邮件的增多，会使设备的工作效率大幅下降。而采用RFID方式进行邮件信息识别，可使设备的结构简化并稳定设备的分拣效率。
4．1 供件系统设计原理
利用RFID方式在供件阶段对邮件进行信息识别，在每台供件台的邮件整理端设置一台RFID阅读器，采用单一读写方式，这样在供件过程中，邮件从皮带机经过阅读器的时候，阅读器识别电子标签号码，然后检索分拣系统数据库，获得邮件的目的滑槽号码，并为邮件分配运载小车。在此阶段如果邮件信息无法识读，则控制系统可发布提示信息并禁止此邮件进入分拣系统。这样可防止信息缺损邮件占用载物小车导致的分拣效率降低，还可减轻工人的劳动强度。图2是供件台处RFID阅读器的安装位置示意图。实际的系统每一台供件机配置一台阅读器，采用低频近距离射频系统，阅读器采用近距离读写模式，防止设备对邻近供件台上的邮件信息的误读。在供件系统上应用的射频识别系统，读写距离最好在1米的范围之内，因为高效供件时，两个相邻邮件的距离一般小于80cm。另外相邻供件台之间的距离也在150cm的范围之内甚至更短。另外RFID阅读器必须采取防干扰措施，防止对相邻邮件或相邻供件台邮件信息的误读同。
供件输送皮带可以分成多节，每节的运动独立控制。当邮件通过RFID阅读器工作区的时候，如果标签信息无法识别，则可以使邮件所在皮带停止运动或反转，将邮件退回手工处理，使其不占用运载小车。在以条码作为邮件信息载体的分拣设备中，条码识别设备一般安装在主通道上，当条码识别设备出现故障的条件下，整个分拣过程必须采用手工完成，因此，分拣效率会大大降低。而采用RFID模式，在每一供件台设置一台独立的读写设备，即使其中的某一台出现故障也不会对整个分拣过程产生大的影响。另外单一读写方式的阅读器成本低，与设备的硬件接口简单，因此更换和维护易行。
4．2 分拣控制过程信息处理
从收寄环节上传到分拣数据库中的完整的邮件信息记录必需包括下列字段：标签序列码、f3期、时间、邮件种类、邮件重量、收寄局、寄达局。字段可以采用文本的格式。在自动分拣设备的控制数据库中，需要建立分拣信息表。分拣信息表的记录主要包括下列字段：寄达局、分拣机滑槽号码、运输方式、信息处理标志。上述字段的格式一般采用文本格式。在分拣过程中还需要记录完整的分拣结果信息，因此必须建立分拣结果表。在分拣结果表中必须包括下列字段：序号、标签序列码、邮件种类、邮件重量、邮件体积、收寄局、寄达局、13期、时间、运输方式、总包类型、总包号码、信息处理方式，各个字段依然采用文本格式。
分拣过程信息处理过程为：识读器读取邮件电子标签号码N，检索分拣数据库中的标签号码为N的信息记录，获取邮件的寄达局代码P，然后检索控制数据库中寄达局代码为P的分拣机滑槽号码M。邮件被输送到C号小车后，通讯系统向C号小车发送卸件到M号滑槽的命令。C号小车到达M号滑槽后卸下邮件，同时系统向分拣结果表中插入邮件分拣结果记录。图3说明了分拣过程信息处理的流程。
4．3 分拣过程业务流程设计
分拣过程业务流程设计的目的是通过合理规划业务处理工艺过程，提高分拣过程的可靠性，提高邮件处理的效率。同条码识别方式相比，采用RFID方式进行信息识别后，分拣系统的业务流程可以得到简化。
在开拆环节，操作者打开总包后，RFID读写器以集中读写方式读取邮袋中的所有邮件，并通过检索数据库，进行邮件数量核对。若数量相符，则传送邮件进入分拣工位，如果数量不符，则系统提示具体的邮件缺失信息，操作者需逐一清点，并记录清点结果，然后邮件进入分拣环节。
在分拣工序的供件环节，操作者的任务是摆放邮件，尽量防止邮件上电子标签的遮挡或覆盖，以提高识读率。在封发环节，根据业务种类，主要进行复核装袋、回收标签、出单操作。复核装袋的方法是采用手持式无线RFID读写器重新校验滑槽中的每一个邮件分拣信息的准确性，防止偶然因素引起的分拣差错。在复合装袋校验信息完成后需要将邮件上的电子标签收回，以保证电子标签的循环利用。出单操作主要是进行路单的打印。路单内容与采用条码的方式基本相同。
5 分拣信息系统结构
邮件信息的生成地点是分散的，而邮件信息的使用与管理又是集中的，因此邮件信息的汇集与使用必须通过网络来实现。分拣信息网络系统网络节点包括国家邮政局网络入口节点、邮区中心局数据库、分拣系统数据库、分拣结果数据库、收寄局中间数据库和收寄局信息终端组成。其中分拣系统数据库和分拣结果数据库是为适应分拣设备的高效工作而设置的。邮件信息经过网络中的所有数据库，根据需要驻留在不同的网络节点上。收寄局信息终端利用RFID采集信息并生成相关邮件信息存入收寄局中间数据库。邮件信息通过收寄局中间数据库传入邮区中心局数据库。邮件处理中心将邮件信息从国家邮政网或邮区中心局数据库下载到分拣系统数据库或将出口邮件信息上传到国家邮政网。自动分拣设备利用下载的邮件信息进行分拣，分拣结果存入结果数据库。然后再将分拣结果信息上传至邮区中心局数据库。在采用RFID技术的条件下，各个环节的原始信息都由RFID系统生成，而RFID技术的自身特点为邮件的高效分拣奠定了基础。
6 结 论
(1)本文以RFID技术的应用为前提，首次将RFID技术应用于邮件自动分拣过程，设计了基于RFID技术的邮件分拣模式。从散件收寄开始直至出口总包生成的全流程中用RFID方式取代条码方式，可以使分拣作业效率提高，并减少手工操作环节，降低劳动强度。
(2)同采用条码的方式在环形通道识别条码相比，采用RFID技术，在供件台位置进行邮件信息识别，可以使各个供件台的工作互不影响，使设备的工作效率受信息识别设备的影响最小，提高设备的可靠性。
(3)同以条码为信息载体的分拣模式相比，采用RFID技术的分拣模式可以降低设备成本，并使分拣工艺流程得到简化。
(上海第二工业大学 电子与电气工程学院 王建军 李刚园)
分拣系统的主要任务是把要分拣的物品按照业务品种、邮件种类或地址等信息进行分离，使同种类或同目的地址的邮件进入同一存储位置。自动分拣设备中的邮件信息识别方式对设备的工作效率、业务流程的复杂程度、运营成本和业务的柔性拓展具有重要意义。目前世界上的自动分拣系统普遍采用二维条码和三维条码为邮件特征信息的载体，通过对条码的识别获取邮件相关信息 。以条码作为信息载体的邮件分拣作业流程复杂，需逐件扫描才能进行邮件信息获取，因此工作效率低。射频识别技术(下文简称RFID)是上个世纪末出现的新型自动识别技术，它将大规模集成电路与无线通讯技术相结合，实现了存储信息的快速、非接触式识别。相对于条形码技术，利用RFID设备可实现信息的非接触、可擦写、远距离的识别，且信息交换容量大，可实现集中读写，一次进行多个单体信息识别 。鉴于自身的特点，RFID技术在现代物流系统中被广泛应用 。
随着经济的发展，我国的大中城市的邮件投递数量也在急剧增长，在我国的多个大型邮件处理中心中，普遍存在生产效率低下的现状，对采用技术创新提高生产效率有着迫切的需求。本文根据RFID技术的特点，结合我国目前邮政业务的实际，设计了基于RFID技术的邮件自动分拣的信息系统。系统流程以邮件投递为起点，以邮件在处理中心的封发并形成总包邮袋为终点，既包括邮件配送的各个工艺流程的设计，也包括与邮件业务处理相关的设备结构设计。系统以RFID技术应用和设备更新为前提，以优化流程为手段，目的是提高业务处理的效率。
2 收寄环节流程设计
收寄环节完成邮件实物的汇集，并形成邮件的最初信息记录。在收寄局窗口需要配置RFID读写器和电子标签，收寄过程中每一个邮件粘贴唯一的一支电子标签，读写器读出标签的号码送入计算机，由操作者填入邮件种类、重量、日期、时间、投递局、寄达局等信息作为邮件的记录的不同字段，从而形成关于一个邮件的完整的原始记录，该记录送入邮政网络，作为信息查询和自动分拣的依据。在收寄环节，需根据业务量情况，准备数量较多的电子标签。RFID读写器需要使用单一读写方式，即每次只读取需要的电子标签。
在收寄环节，还要根据业务情况，按照频次装袋，形成总包，因此需要在总包的原带牌位置加装一条记录总包全信息的电子标签，并生成与该电子标签相关联的邮件全部信息，并将此总包信息入网，送入邮件处理中心和邮局信息中心。总包袋牌的标签需采用可读写式，使之能将生成的总包信息写入标签。收寄环节必须使用单一读写方式，采用低频近距离射频识别系统。
3 总包交接
在使用条码技术的分拣设备中，由于条码必需逐一进行读取，因此效率低下。同时在读取条码的过程中操作者需要对邮袋进行搬运作业，对总包袋牌进行整理，才能进行逐个扫描，劳动强度大。同时，由于限于生产条件的影响，总包袋牌在传递过程中容易造成条码污染、损毁，导致无法识读，必须手工键入条码数字进行信息识读，因而效率低下。采用RFID技术进行总包交接，可以使流程变得简单，减轻工人的劳动强度并极大地提高工作效率。采用流水作业方案，在总包接收处的输送皮带机上方设置固定式RFID读写器，总包在皮带机上经过时，读写器自动读出袋牌标签所记录的信息，并在数据库中自动完成勾挑核对，并将结果传人中心生产作业系统中，与从收寄局上传的接收路单信息自动进行核对，并以清单形式进行保存。对核对结果不符的邮袋利用光电方式进行提示，以便进行人工干预。另外，还可以采用集中读写方式，在总包交接入口处放置一台读写器，在总包配送汽车到达读取位置后，一次读取车中的所有总包袋牌标签。但就目前的射频识别技术而言，由于总包的堆积以及金属邮件的影响，集中读写方式的识别率不高，因此仍然需要大量人工干预。比较而言，采用单一读取方式更为可靠。图1是总包交接处RFID阅读器的安装位置。
通过接收环节的总包可以进入总包分拣系统进行分拣处理，或者直接进入开拆环节。对于直接进入开拆环节的总包，在开拆工序完成后，操作者需要将所开拆的总包袋牌的电子标签回收，这样做是为了标签的回收利用，降低成本。在总包交接环节，如果采用单一读写方式，应采用低频近距离射频识别系统，以防止邮袋连续通过阅读器的时候，邮袋信息的互相干扰。如果采用集中读写方式，则应选用高频远距离射频识别系统，这样使得读写器的阅读范围广泛，防止信息的丢失。但就目前的射频识别系统的可靠性而言，不推荐使用集中读写方式。因为标签信息能否可靠读取，与标签所处环境密切相关 。集中读写的情况下，邮袋一般处于大量堆叠状态，如果标签埋藏较深或者被金属类邮件覆盖，则标签信息往往无法读出，邮袋信息丢失的几率极大。此时需要人工重新核对，反而往往会使工作效率下降。
图1 总包交接处的RFID读写器位置
4 自动分拣设备的结构与信息处理
以条码作为信息载体的自动分拣系统，条码识别设备一般安装在环行通道位置。在自动分拣处理过程中，只有邮件进入运载小车并且经过条码扫描设备时，条码才能被识别，完成分拣。如果条码出现污损而无法识读，则无法分拣，但是此时邮件已经进入分拣通道，必须为此类邮件设置专用回收通道。进入回收通道的邮件需由工人搬运并采用手工重新分拣。无法识读条码信息邮件的增多，会使设备的工作效率大幅下降。而采用RFID方式进行邮件信息识别，可使设备的结构简化并稳定设备的分拣效率。
4．1 供件系统设计原理
利用RFID方式在供件阶段对邮件进行信息识别，在每台供件台的邮件整理端设置一台RFID阅读器，采用单一读写方式，这样在供件过程中，邮件从皮带机经过阅读器的时候，阅读器识别电子标签号码，然后检索分拣系统数据库，获得邮件的目的滑槽号码，并为邮件分配运载小车。在此阶段如果邮件信息无法识读，则控制系统可发布提示信息并禁止此邮件进入分拣系统。这样可防止信息缺损邮件占用载物小车导致的分拣效率降低，还可减轻工人的劳动强度。图2是供件台处RFID阅读器的安装位置示意图。实际的系统每一台供件机配置一台阅读器，采用低频近距离射频系统，阅读器采用近距离读写模式，防止设备对邻近供件台上的邮件信息的误读。在供件系统上应用的射频识别系统，读写距离最好在1米的范围之内，因为高效供件时，两个相邻邮件的距离一般小于80cm。另外相邻供件台之间的距离也在150cm的范围之内甚至更短。另外RFID阅读器必须采取防干扰措施，防止对相邻邮件或相邻供件台邮件信息的误读同。
图2 供件台的RFID读写器位置
供件输送皮带可以分成多节，每节的运动独立控制。当邮件通过RFID阅读器工作区的时候，如果标签信息无法识别，则可以使邮件所在皮带停止运动或反转，将邮件退回手工处理，使其不占用运载小车。在以条码作为邮件信息载体的分拣设备中，条码识别设备一般安装在主通道上，当条码识别设备出现故障的条件下，整个分拣过程必须采用手工完成，因此，分拣效率会大大降低。而采用RFID模式，在每一供件台设置一台独立的读写设备，即使其中的某一台出现故障也不会对整个分拣过程产生大的影响。另外单一读写方式的阅读器成本低，与设备的硬件接口简单，因此更换和维护易行。
4．2 分拣控制过程信息处理
从收寄环节上传到分拣数据库中的完整的邮件信息记录必需包括下列字段：标签序列码、f3期、时间、邮件种类、邮件重量、收寄局、寄达局。字段可以采用文本的格式。在自动分拣设备的控制数据库中，需要建立分拣信息表。分拣信息表的记录主要包括下列字段：寄达局、分拣机滑槽号码、运输方式、信息处理标志。上述字段的格式一般采用文本格式。在分拣过程中还需要记录完整的分拣结果信息，因此必须建立分拣结果表。在分拣结果表中必须包括下列字段：序号、标签序列码、邮件种类、邮件重量、邮件体积、收寄局、寄达局、13期、时间、运输方式、总包类型、总包号码、信息处理方式，各个字段依然采用文本格式。
图3 供件系统信息处理流程
分拣过程信息处理过程为：识读器读取邮件电子标签号码N，检索分拣数据库中的标签号码为N的信息记录，获取邮件的寄达局代码P，然后检索控制数据库中寄达局代码为P的分拣机滑槽号码M。邮件被输送到C号小车后，通讯系统向C号小车发送卸件到M号滑槽的命令。C号小车到达M号滑槽后卸下邮件，同时系统向分拣结果表中插入邮件分拣结果记录。图3说明了分拣过程信息处理的流程。
4．3 分拣过程业务流程设计
分拣过程业务流程设计的目的是通过合理规划业务处理工艺过程，提高分拣过程的可靠性，提高邮件处理的效率。同条码识别方式相比，采用RFID方式进行信息识别后，分拣系统的业务流程可以得到简化。
在开拆环节，操作者打开总包后，RFID读写器以集中读写方式读取邮袋中的所有邮件，并通过检索数据库，进行邮件数量核对。若数量相符，则传送邮件进入分拣工位，如果数量不符，则系统提示具体的邮件缺失信息，操作者需逐一清点，并记录清点结果，然后邮件进入分拣环节。
在分拣工序的供件环节，操作者的任务是摆放邮件，尽量防止邮件上电子标签的遮挡或覆盖，以提高识读率。在封发环节，根据业务种类，主要进行复核装袋、回收标签、出单操作。复核装袋的方法是采用手持式无线RFID读写器重新校验滑槽中的每一个邮件分拣信息的准确性，防止偶然因素引起的分拣差错。在复合装袋校验信息完成后需要将邮件上的电子标签收回，以保证电子标签的循环利用。出单操作主要是进行路单的打印。路单内容与采用条码的方式基本相同。
5 分拣信息系统结构
邮件信息的生成地点是分散的，而邮件信息的使用与管理又是集中的，因此邮件信息的汇集与使用必须通过网络来实现。分拣信息网络系统网络节点包括国家邮政局网络入口节点、邮区中心局数据库、分拣系统数据库、分拣结果数据库、收寄局中间数据库和收寄局信息终端组成。其中分拣系统数据库和分拣结果数据库是为适应分拣设备的高效工作而设置的。邮件信息经过网络中的所有数据库，根据需要驻留在不同的网络节点上。收寄局信息终端利用RFID采集信息并生成相关邮件信息存入收寄局中间数据库。邮件信息通过收寄局中间数据库传入邮区中心局数据库。邮件处理中心将邮件信息从国家邮政网或邮区中心局数据库下载到分拣系统数据库或将出口邮件信息上传到国家邮政网。自动分拣设备利用下载的邮件信息进行分拣，分拣结果存入结果数据库。然后再将分拣结果信息上传至邮区中心局数据库。在采用RFID技术的条件下，各个环节的原始信息都由RFID系统生成，而RFID技术的自身特点为邮件的高效分拣奠定了基础。
6 结 论
(1)本文以RFID技术的应用为前提，首次将RFID技术应用于邮件自动分拣过程，设计了基于RFID技术的邮件分拣模式。从散件收寄开始直至出口总包生成的全流程中用RFID方式取代条码方式，可以使分拣作业效率提高，并减少手工操作环节，降低劳动强度。
(2)同采用条码的方式在环形通道识别条码相比，采用RFID技术，在供件台位置进行邮件信息识别，可以使各个供件台的工作互不影响，使设备的工作效率受信息识别设备的影响最小，提高设备的可靠性。
(3)同以条码为信息载体的分拣模式相比，采用RFID技术的分拣模式可以降低设备成本，并使分拣工艺流程得到简化。
(上海第二工业大学 电子与电气工程学院 王建军 李刚园)
