原标题：民航货运安检系统研究与应用
广告 | 点击查看
摘要：常规的安检系统受限于安检机速度、人工判图速度等因素，安检效率、跟踪准确率、自动化程度一直没有较大的提升。民航货运安检系统要求对各种包裹的跟踪、颗粒机剔除绝对准确，同时在异常自动倒带工况下，仍需保证包裹图片、条码、路向信息的准确绑定与交互。针对民航安检系统的控制难点，本文从工艺布局、控制流程、接口交互、仿真验证等几个方面进行剖析和阐述，研发了一套民颗粒机航货运安检系统，系统采用高速自动分配逻辑、变速控制、高速剔除、高速合流等方式，实现安检效率的极大提升，同时通过系统仿真进行流量模拟，保证系统稳定可靠运行。
关键词：动态跟踪策略、倒带跟踪、流量控制、实时颗粒机监测、仿真系统
作者：张广会 梁政宇 武慧勇 刘玉绒
广东信源物流设备有限公司
一
民航货运安检系统现状
随着当前电子商务的飞速发展，人们的购物便利性大幅提升，带来了物流行业迅速扩张。传统的汽车输送、铁路输送，颗粒机时效较长，已不能满足人们的需求，因此各大物流公司迅速布局航空货运。近年来以顺丰为代表的航空物流发展迅猛，但庞大的快件基数给航空安全带来了巨大的挑战，每一件快件都需要保证100%安全且满足时效要求[1]颗粒机。
传统的民航货运安检系统，通过人工摆件、单线作业，自动化程度较低、安检异常风险较高，同时安检判图效率无法满足目前货运的时效要求[2]；只能通过增加安检机数量、增加判图人员这种高成本方式进行系统扩展来提颗粒机升时效，带来的是人工劳动强度大、成本大幅提升，以及系统布局不合理，灵活性差等缺点[3]。
为解决这一难题，需要从系统布局、控制系统、安检流程等方面进行改进和优化。本文针对安检控制系统进行深入研究，利用现颗粒机场总线、动态跟踪策略、安检分层系统等实现高安全、高效率的民航货运安检控制系统。同时开发仿真系统，在设备进厂前进行工艺、控制流程的全面仿真，及时排查风险，同时反馈工艺进行优化改进。
二
民航安检流程
民航安检颗粒机的工艺流程如图1所示，包括网点收寄装车转运、机场卸车、矩阵分拣/分拣机分拣（陆侧）、安检、矩阵分拣/分拣机分拣（空侧）等。
1.网点收寄装车转运：快件收寄后，通过三级、二级快递中转场进行转运；将需要进行颗粒机航空转运的包裹，送往机场陆侧卸车；由于货运机场也是一个大的快递处理中心，不仅仅处理航空件，对于在机场辐射范围内的不需要航空转运的陆到陆快件，仍将送至机场进行陆到陆的分拣作业。
2.机场卸车：卸车一般采用颗粒机多条卸车线，二合一散件流+单件分离的方式，或者单件流二合一的方式，效率可达5000~6000件/小时。
3.矩阵分拣/分拣机分拣（陆侧）：快件卸车后，通过扫描、摆轮分拣、分拣机二次细分等环节，实现快件的颗粒机陆侧输送、空侧输送的分离。
4.安检：需要进入空侧装机的快件，从陆侧分拣机高速（2.7m/s）导出后降至1.5m/s，控制系统接收分拣机的包裹信息数据，同时与WCS系统进行交互，获取安检所需要信息（存图颗粒机地址、重量、体积等信息）；包裹到达安检机时降速至0.4m/s，然后再提速至1.5m/s进行剔除判断，整个过程需要保证全程跟踪。在进入安检机前，控制系统需要与同屏比对系统进行交互，发送包裹信息，接收包裹颗粒机判图结果，然后再次与WCS系统进行交互，获得包裹的最终分拣格口。对于需要开检的包裹通过摆轮等分拣设备剔除至离线查验区，通过人工开检后，二次上线。对于安检通过的包裹，再次合流后，进入空侧矩阵系统或分拣机颗粒机。
5.矩阵分拣/分拣机分拣（空侧）：通过空侧分拣机进行细分，将包裹分到不同的航空打版箱，然后上机转运。
本文重点研究安检系统，涉及到与陆侧分拣机的包裹收发与信息交互、WCS的信息交互、包裹的降速跟踪、同颗粒机屏比对系统的交互、安检机的交互、剔除摆轮的对接等。
图1 民航安检的工艺流程示意
三
安检系统
1.系统布局设计
常规安检系统单线作业，受限于安检机速度，效率无法提升。为应对这一问题，采用高速分流+多线安检+高颗粒机速合流的模式，提升上货效率，保证安检整体效率，系统自动化程度显著提升。系统布局示意图，如图2所示。
图2 民航安检的工艺流程示意
(1)高速扫描+分拣：为实现多路安检，需要在上游进行包裹的流量均分。包裹流颗粒机量均分可以通过多种方式实现，比如分拣机、摆轮。具体实现方式可以根据场地大小、安检场景（比如是否民航海关共用、是否区分普通快件和电商件等）确定。
(2)降速+安检+提速+剔除+合流：受限于安检机速度，一般颗粒机在0.2~0.4m/s之间，同时判断时间一般在10~30s波动，所以采用高速（流量分配）-低速（安检）-高速（合流导出）的布局方式，实现效率的最大化。
2.动态跟踪策略
安检系统的主要控制对象是输送设备以颗粒机及包裹，如何准确获得包裹的实时位置至关重要，本节主要讲述三节输送机间的包裹动态跟踪策略。
在输送系统的跟踪策略中，要考虑多种因素：
(1)设备方面主要有输送设备的启停斜坡曲线、启停响应、速度以及系统效率要颗粒机求等;
(2)包裹方面主要有包裹类型、尺寸、形态、重量等因素;
(3)系统上下游的运行工况，如上游进货频率、上游进货速度、安检人员判图速度、下游系统的流畅程度、系统实时降速再提速、是否有连锁启停等。
通过对颗粒机以上因素的分析，需要为每个包裹设定多个参数，主要包含包裹头部位置、长度、尾部位置、触发出口光电标志、误触发标志、滞后偏移标志、异常标志、包裹条码信息等；这些信息跟随包裹在系统中进行实时传送。
对于一般的颗粒机恒速跟踪系统，通过速度×时间的方式，进而锁定包裹位置，再配合一些校验程序，可以准确计算包裹位置，但对于民航安检控制系统不适用，这里涉及到降速、提速、积放、等待、判图等流程操作，对跟踪策略的要求极高，线颗粒机体速度配置如图3所示。
图3 典型安检线配置
图3所示为安检系统中的一段。包裹进入安检系统时，一般以高速1.5m/s导入，然后逐级降速至0.4m/s进行安检，再逐级提速至1.5m/s至下游摆轮分拣。这一过颗粒机程中，需要对包裹状态进行实时的动态跟踪，主要控制要点及控制流程如下：
a.安检跟踪:主要围绕包裹进行，所有的跟踪信息，都会在包裹结构体变量中体现，如表1所示。
表1 包裹跟踪信息结构体
b.降速/加速接口处颗粒机包裹位置跟踪：在包裹进入安检系统时，控制系统与WCS系统进行交互，获取包裹的条码、长宽高、重量等数据，同时通过光电传感器、输送机实时速度等方式计算包裹长度、包裹重心，并与获取的包裹信息进行校核，标记包颗粒机裹是否长边朝前，为后续跟踪计算做准备，同时，对于数据偏差较大的包裹，标记异常，在安检机后做剔除处理。
通过输送机码盘信号、光电信号、以及当前降速/加速的运行情况，实时计算每个包裹的位置信息。在包裹即将经颗粒机过变速接口时，检测接口处是否有足够的空白导入段，预测是否可以完全进入下游。如可以进入，则当包裹重心跃过接口时，将包裹信息传入下游设备，同时清空本机包裹信息；否则包裹等待，同时输送设备连锁停机。
c.安检颗粒机内部包裹位置跟踪：对于安检机一般都配置有多道铅帘，会影响包裹在内部的传输，因此对于较轻、较小包裹避免上线，同时要增加多种过滤、校验程序，降低铅帘造成包裹位移、跟踪异常等情况。安检机内部一般配置有两个入颗粒机口/出口光电传感器，通过入口光电，提前校准位置，减少第一道铅帘的影响，同时通过出口光电，再次确认跟踪位置，如在允许偏差范围内，则更新包裹位置信息，否则标记跟踪异常，通过下游剔除口进行摆出。
d.安检倒带颗粒机对跟踪的影响及应对：安检系统通常是分拣系统中的一个环节，下游异常、流量超负荷时，一般安检系统需要同步降效以及积放等待。为保证安检图片的准确性，在积放等待时会产生安检机倒带的情况，如处理不当，极易造成连颗粒机包、多次安检等情况。在安检的入口，需要实时计算安检线流量，以及安检下游系统的负荷情况。需要及时预测是否有停机等待的情况发生，提前清空安检机内部包裹，避免停机时安检机内部存有包裹。对于无法排空时，需要实颗粒机时计算安检机倒带时间，通过检测倒带时包裹触发入口/出口光电、安检机内存有包裹数量、是否触发安检员判图等方式，调整包裹跟踪位置、安检信息等，保证包裹跟踪的准确性。
3.信息交互
安检交互主要是指包裹进入安检颗粒机机前，以及出安检机后，控制系统与安检机、同屏比对系统之间的信息传输，涉及到状态交互以及信息交互。状态主要涉及到急停、启停、故障等硬件信号；信息涉及到包裹条码传送，判图结论的收发等，如图4所示。
图4 信颗粒机息交互
包裹在经过安检机内部时，实时跟踪包裹位置信息。在经过射线区域时，安检机内部光电触发，同时发送请码信号；控制系统接收到安检机请码信号后，输送系统发送该包裹的条码、重量、存图地址等相关信息至同屏比对颗粒机系统；由远程安检机房安检人员进行判图，同时回传判图结果。如果安检人员对该件包裹有疑问，会进行停机倒带重过光机；如果包裹异常，则发送改判信息至控制系统；控制系统收到相应指令后，控制剔除摆轮完成相应的剔除颗粒机动作，同时反馈剔除结果至同屏比对系统。
4.异常剔除
包裹经过安检机后，为避免下游异常、连锁停机时，包裹滞留光机内部的情况发生，需要提速输送，将包裹快速输送出去。在经过剔除机构时，判断是否收到安检结果。如颗粒机在判断时间范围内未收到安检结果，则包裹在剔除摆轮前停机等待；当等待时间超过设定值时，超时剔除，同时将安检结果、剔除结果实际上传至WCS系统。
四
系统仿真
为了全面排查系统风险，开发仿真控制系统，采用实体控颗粒机制器与仿真模型进行实时交互，验证主线与多条安检线体的分配逻辑、降速跟踪策略、倒带校验程序、分拣剔除程序、WCS交互等。
1.仿真系统的搭建：文章采用DEMO 3D软件搭建仿真平台，如图5所示，使用西门子颗粒机S7-1500系列PLC开发控制程序，使用C#语言开发同屏比对接口以及WCS接口，实现仿真平台-实物PLC-同屏比对接口-WCS接口的联调。
图5 仿真模型
2.采用多种仿真策略，验证主线流量分配逻辑。主颗粒机要有交叉循环分拣（依次逐个分拣至安检线）、瀑布式分配（同一条线连续分拣）、随机分拣等方式，验证通过哪种分拣方式能够最大程度发挥安检线的效率，同时优化线体积放启停、合流策略，保证跟踪的准确性，降低收容率颗粒机。
3.仿真结论：仿真环境下平均包裹尺寸500mm，主线速度2.0m/s，5条安检速度0.4m/s，线体降速-提速配置为：2.0m/s -1.8 m/s-1.5 m/s -1.2 m/s -0.9 m/颗粒机s -0.7 m/s-0.4 m/s（安检机）-0.7 m/s -0.9 m/s-1.2m/s -1.4 m/s -1.5m/s（剔除摆轮），针对主线交叉循环分拣、瀑布式分拣、随机分拣进行仿真测试，结颗粒机论如表2所示。
表2 仿真结论
通过系统仿真，实现速度的分配测试、工艺流程的优化处理、系统整体的流量平衡测试等功能，极大的减少系统调试周期，提早交付，同时可以通过仿真及时验证异常逻辑，离线排查和验证问题，颗粒机进行在线修复，最大限度降低对已投用系统的影响。
五
小结
项目运行后效果本文针对民航安检控制系统从系统布局、控制流程、接口交互等方面进行研究。深入挖掘系统中存在的风险点，并提出了针对性的解决方法。研究开发一颗粒机套面向民航货运的安检控制系统，实现包裹的快速输送、精准跟踪、数据实时交互、信息实时上传等功能。开发相应的异常处理机制，针对停机、安检机倒带等情况，进行深入剖析，研究开发动态跟踪策略，保证安检信息的准确颗粒机性。
参考文献:
[1]潘灿辉. 物流分拣技术发展趋势浅析[J].物流工程与管理,2019(41):99-105.
[2]郑伟,李嘉毅,田铮. 浅谈民航安检整体解决方案设计[J].民航管理,2019(08)颗粒机:78-80.
[3]邱建伟,许杰. SF桂林中转场快件分拣系统仿真与优化[J].物流科技,2019(10):21-25.
———— 物流技术与应用 ————
编辑、排版：罗丹返回搜狐，查看更多
责任编辑：
扫描二维码推送至手机访问。
版权声明：本文由木屑颗粒机_燃烧生物颗粒机那里有_生物质燃料颗粒机器设备发布，如需转载请注明出处。
