基于TRIZ理论设计的快递包裹自动扫描装置

马宁蔚 任培龙 何忠旭 刘鹏佩

摘 要：本文应用物质-场模型对包裹自动扫描设备进行分析，并通过技术矛盾、物理矛盾解决问题，实现对快递包裹上条码的360°扫描，无需人工摆放调整扫描方向，实现分拣全自动化。

关键词：快递包裹；自动扫描；TRIZ理论

中图分类号：TH691.5 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）14-0090-02

An Automatic Scanning Device for Irregular Express Courier

Design Based on TRIZ Theory

MA Ningwei REN Peilong HE Zhongxu LIU Pengpei

（Northeast Forestry University，Harbin Heilongjiang 150040）

Abstract： In this paper， the field model method was used to analyze the automatic scanning equipment system， and through the technical contradiction and physical contradiction to solve the problem， the 360° scanning express bar code was realized without the need to adjust the scanning direction manually， so as to realize the full automation of the sorting.

Keywords： express package；automatic scanning；TRIZ theory

1 问题描述

随着电子商务不断升温，快递业务量逐年增长，爆仓现象普遍。而快递公司在包裹分拣时大部分采用人工分拣，效率低、成本高。同时，快递扫描分拣工作枯燥，招工难度较大，导致快递企业发展缓慢。本文在现有研究的基础上参照相关国家标准，利用TRIZ理论分析目前快递包裹分拣的局限性，并根据TRIZ发明原理对快递包裹自动分拣进行创新设计。

2 物质-场分析

物质-场分析法是一种使用符号表达技术系统变换的建模技术。物质-场是用来表示同一技术系统中两个对象的交互作用的模型，交互作用的对象被称为“物质”（Substance），用S1和S2表示，交互作用的能量被称为“场”（Field），用F表示。將物质-场模型作为问题模型，对应的解决方案的模型是标准解法系统中的标准解[1]。

图1表示包裹对扫描装置扫描条码有阻碍作用的物-场模型。在有光环境下，扫描装置通电进行正常工作，包裹本身会遮挡装置对条码标签的扫描即为有害作用。因此，引入一个超系统中的物质得到方案1：将亚格力板放置在两传送带之间，板下放置扫描器，使条码在下方时的扫描得以实现。

除此之外，此物-场模型可控性不足，建立图2所示解决方案的物-场模型，应用标准解法，增加一个场，通过两种场的共同作用抵消有害作用，得到方案2：把条码改成RFID射频标签，射频阅读器识别标签信息。

3 运用TRIZ工具解决问题

TRIZ理论主要讨论工程领域的矛盾，包括技术矛盾和物理矛盾[2]。

3.1 采用技术矛盾、创新原理解决问题

在快递扫描作业，为实现对包裹的全方位扫描，需增加中间传动装置，但增加的装置使能耗增加。其矛盾在于增加推板和中间传动装置可以改变包裹的运动方向，同时在增加的传送带上设置同样的扫描装置，改变包裹运动方向后通过第二段扫描器即可将第一段传送未扫描区域进行扫描，但增加传动装置后，系统工作出错率提高且能耗增加。通过查询TRIZ理论提供的矛盾冲突解决矩阵，可得到解决该冲突所需的发明原理。

由发明原理No.1（分割原理）、No.15（动态化原理）启发可得到解决方案3：将扫描装置分解为两段相对运动的元件，独立进行前后、左右方向条形码的扫描。

3.2 采用物理矛盾、分析方法解决问题

3.2.1 确定物理矛盾。对于应用扫描器进行二维码扫描，笔者既希望使用多个扫描器进行多次多方位扫描得到准确的数据信息，又希望只使用一个扫描器快速录入，避免重复录入信息。扫描器个数多少构成了物理矛盾。

3.2.2 解决物理矛盾。采用条件分离方法，对矛盾双方不同的需求进行分离，即在不同条件满足不同需求。由此提出技术方案4：加装包裹数量检测装置，当包裹数量较多时，开启多个扫描器用于快递包裹二维码准确识别，当包裹数量较少时，开启单个扫描器工作。

利用时间分离原理进行分析，将矛盾的双方分隔在不同的时间段，分别进行处理，从而解决存在的冲突。由此提出技术方案5：使用单个扫描器，增加循环式传送带，对识别不清的包裹进行循环输送重新扫描识别信息。

利用整体与部分分离原理进行分析，将矛盾双方在不同层次上进行分离，即通过在不同层次上满足不同的需求来解决物理问题。由此提出技术方案6：将传统传送带的单个垂直扫描器改为前后双倾斜的两个扫描器，当前一个扫描器不能准确识别时自动开启后一扫描器，否则后一扫描器处于不工作状态，以此提高扫描二维码的角度和准确性。

再由帮助实现整体与部分分离的创新原理No.25（自服务原理）得到方案7：在两传送带上添加一个可自动旋转的圆盘，扫描器固定在圆盘上，使快递落到圆盘上被带动旋转360°，实现全方位扫描。

4 技术方案评价

为了实现“能够对不规则快递包裹进行自动扫描”，分别应用TRIZ理论技术矛盾和物理矛盾进行分析，应用创新原理、分离方法等工具寻求解决方案，得到7种概念方案。经方案评价得出最终解决方案由方案1、3、7的综合，设备设计如图3所示。

快递自动分拣扫描设备组成包括支撑结构、旋转圆盘、链传动推送板、扫描器及多种配件。快递由传送带传送到该装置时，扫描器可以扫到上下方向的条码，圆盘转动后可扫描左右方向的条码，实现对快递包裹条码的全方位扫描，并通过链传动推送板将包裹推送入分拣线，这既节省了人力，降低了分拣成本，又减小了自动分拣扫描只能扫描规则物体的局限性，同时使得分拣效率得以提升。

参考文献：

[1]曹喜营，柳军，冯海霞.TRIZ创新方法解决耐火材料热剥落问题[J].河南科技，2015（7）：147-151.

[2]梁洪力，王海燕.技术矛盾/物理矛盾的分析与确定——基于TOC消云图[J].工业技术经济，2018（3）：28-36.