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南京理工大學紫金學院
畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者:
學 號：
系：
機械工程系
專 業(yè):
機械工程及自動化
題 目:
接插件自動檢測上料機構設計
副教授
指導者：
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
評閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術職務)
2010 年 3 月
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
本文介紹了自動檢測上料的概念、發(fā)展狀況及其組成，氣動技術的應用，PLC控制的特點及國內(nèi)外的發(fā)展狀況。本文對接插件自動上料裝置進行了總體方案設計，針對一臺可用于檢測接插件的系統(tǒng)，設計其自動檢測上料的機械部分。對其進行了詳細的機械設計、傳動系統(tǒng)設計、檢測系統(tǒng)設計以及控制系統(tǒng)設計。設計部分包括：上料機構設計；運料機構設計；機構運動學分析；誤差分析；節(jié)拍分析；動力計算；控制系統(tǒng)；驅動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)等。確定了上料機械的上料機構、運料機構等的具體尺寸，并對輸送和控制部分進行了選擇，整個動作的完成是通過電機驅動同步帶，氣缸推動工件的，并利用PLC進行了編程控制。
關鍵詞 自動上料 檢測 節(jié)拍
畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要
Title The design of Automatic detection of the feeding mechanism
Abstract
This article introduced machinist's concept, the development condition and the composition briefly, air operated technical application, PLC control characteristic and domestic and foreign development condition. This article has carried on the overall concept design to the tire valve automatic high-quality goods installment, in view of one available in grinding tire valve numerical control engine bed, designs its automatic high-quality goods system manipulator. Has carried on the detailed machine design, the transmission system design as well as the control system design to it. The design part includes: High-quality goods organization design; Suspends the material organization design; Organization kinematic analysis; Error analysis; Power computation; Control system; Actuation system; Execution system and so on. Had determined high-quality goods manipulator's high-quality goods organization, pendulum material organization and so on concrete size, and has carried on the choice to the sensor and the control section, entire movement completion is actuates through the air cylinder, and has carried on the programming control using PLC.
Keywords auto anticipate check rhythm
南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
學 號：
專 業(yè)：
機械工程及自動化
設計(論文)題目：
接插件自動檢測上料機構設計
指 導 教 師:
2010 年 3 月 18 日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
摘要：自動化生產(chǎn)的產(chǎn)品常常是成批大量的，在生產(chǎn)過程中要把工件按一定的節(jié)拍和方位送到工作位置。文中針對各種小型柱、套、蓋、片等物料的自動上料，如型號為RJ45的接插件，設計完成了上料站總體結構、氣動控制系統(tǒng)原理圖、PLC控制程序。具有一定的實用價值。
關鍵詞：PLC；自動上料站；設計
在自動化生產(chǎn)線上，工件按一定的節(jié)拍和方位送到工作位置，經(jīng)過加工，裝配或包裝后再取下。如果工件的供送和取下采用手工操作，不僅體力勞動繁重，而且生產(chǎn)效率也不可能提高。本文介紹的自動化生產(chǎn)線設備上料站系統(tǒng)，是在電機驅動下通過皮帶傳動使摩擦盤式料斗轉動，轉盤上工件在離心力的作用下進入下料槽，在前面工件進入料槽的同時，后面工件陸續(xù)進入料槽，于是實現(xiàn)連續(xù)供料。 工件必須按要求停放在規(guī)定位置，等待搬運站機械手取走工件，于是這里采用了氣動裝置運送工件。即在工件進入上料裝置后，氣動推至指定位置，當料被取走后，上料裝置復位，等待下一工件進入，如此往復循環(huán)完成上料。本動作過程中，工件檢測通過光電傳感器來實現(xiàn)，位置的控制是依靠行程開關，整個系統(tǒng)由PLC控制。這種上料裝置不儀生產(chǎn)率高，且通用性廣，適用于各種的接插件例如RJ45等零件的自動上料。
為了檢測這些產(chǎn)品或者檢測生產(chǎn)這些產(chǎn)品的設備，那么急需設計出成本較低，測量精度相對較高，測量速度較快的測量裝置。如此才可以滿足快速發(fā)展的自動化生產(chǎn)線對測量技術的更高要求。國外西歐美日等國家在這方面已經(jīng)有了長足的發(fā)展，各種檢測設備已投入市場。但是此類設備成本昂貴，且是針對某一檢測范圍的各種零件的檢測。自動化的迅速進展，廣大用戶要求快速測量工件的整體形狀精度，這已成為該領域近期的發(fā)展趨勢。所以，高價購買的國外檢測設備實屬浪費。而我國在檢測技術上已達到國際先進水平，只是沒有將先進的技術轉化為生產(chǎn)力。為解決我國中小企業(yè)在檢測方面遇到的問題，設計了檢測精度、效率都較高的自動檢測裝置。
目前，我國散狀原料的上料系統(tǒng)多采用人工目測上料量及手工操作方式，作業(yè)條件差、勞動強度大、生產(chǎn)效率和設備利用率低，生產(chǎn)過程的可靠性、穩(wěn)定性和精確性都較差，這與許多企業(yè)已實現(xiàn)的后段工序生產(chǎn)過程自動化狀況極不適應．因此應用微機技術
對上料系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制是極為重要的。據(jù)資料介紹，德國、日本等工業(yè)發(fā)達國家已率
先研制出微機控制的沖量式流量計，并廣泛應用于冶金、礦山等行業(yè)．
自動檢測上料系統(tǒng)模塊化技術是制造業(yè)由傳統(tǒng)的單一品種大批量加工模式向多品種、中小批量方式發(fā)展的關鍵技術之一。該項技術研究開創(chuàng)了一種模塊化、組合化的自動檢測系統(tǒng), 即將整個系統(tǒng)分為幾個獨立而又互相關聯(lián)的模塊, 各個模塊具有自身的運動精度和位置精度, 它可縮短自動檢測系統(tǒng)研制周期及降低設計成本, 及時為企業(yè)提供所需的自動檢測設備。該項目以檢測難度大、檢測項目多、檢測精度要求高、檢測批量大等為特點, 以油泵油嘴行業(yè)的三大精密偶件檢測為代表, 進行了應用研究。自動檢測系統(tǒng)由自動上料定位系統(tǒng), 全自動分選下料系統(tǒng)等五個部分組成, 被測工件從上料測量直至下料, 皆通過高精度的機械及定位系統(tǒng)準確地傳送到指定位置。并在測量工位上全自動測量系統(tǒng)又通過二次定位結構, 保證了測量系統(tǒng)的定位精度, 同時為根據(jù)需求更換測量模塊提供了極大方便。
自動上料模塊、下料分選模塊的主要技術指標:
(1) 定位精度: ±0. 1mm
(2) 下料分組數(shù): ≤30 組
(3) 效率: 每件≤6 秒
(4) 無劃傷、碰傷、偶件無分離
模塊化自動檢測系統(tǒng)適用于小型零件或偶件的自動檢測分選, 工件或偶件的尺寸范圍在30×30×80mm 以內(nèi)可直接應用, 有些做少許改動也能適用。應用自動檢測模塊化技術, 研制的小尺寸精密零件及偶件全自動檢測與分選設備, 發(fā)揮了機、電、氣、光與計算機一體化的優(yōu)越性, 設計起點高, 智能化程度高, 使得多種幾何量參數(shù)或多種綜合性能參數(shù)能同時自動進行高精度測量并自動分選, 該項技術屬國內(nèi)領先水平。并可推廣到汽車、軸承、壓縮機、液壓、氣動等行業(yè)應用。
參考文獻：1 尚久浩. 自動機械設計[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，2003(5)
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14 章兼源．微機控制技術．21世紀高職高專規(guī)劃教材．電子工業(yè)出版社
15 林茂．料斗式電磁振動供料器的理論分析及實驗研究 [J] ．機械工程師，1994，(3)
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
設計方案：
1 總體結構裝配設計
總體結構主要由機架、轉盤、傳動系統(tǒng)、電氣控制等組成。上料依靠轉盤轉動在摩擦力的作用下，工件作離心運動，完成送料過程 ，根據(jù)此設計轉盤的直徑，表面摩擦系數(shù)等，考慮到出料不能太快，而料又能正常送出，將轉盤設計成中間高、邊緣低，這樣同時依靠重力的分力作用，就能很好的完成送料，而又使出料速度合適。
2 機械部分結構設計
機械部分主要是一轉盤機構，為保證工件在離心力的作用下能夠順利進入上料槽，設計轉盤為中間突、周圍凹的結構，坡度為5°，其工作受力分析如圖1所示。
G為工件重力； F0為摩擦力；F1、F2分別為重力的分力； Fa為向心力；m為工件質(zhì)量；r為工件所在位置的回轉半徑；n為轉盤轉速；f為摩擦系數(shù)，F(xiàn)為工件的下滑力。
當F>0時，工件才可以滑落下來。
由上圖可知，下料條件由摩擦因數(shù)、轉速和下料點離圓心位置所決定。
3 氣動控制系統(tǒng)設計
3．1 氣缸設計
因為系統(tǒng)承受負載不大，而且行程也不長，本裝置選用輕巧型CG1系列雙作用氣缸，缸徑為20mm，結構簡單，行程可以根據(jù)需要選擇。采用氣緩沖，缸筒為無桿缸蓋壓成一體，缸筒與桿蓋為螺紋連接，缸筒、缸蓋和活塞都采用鋁合金，軸向尺寸短，重量比其它系列氣缸輕10％一50％。
3．2 氣缸控制部分
氣缸的運動通過磁鐵換向閥控制，根據(jù)不同指令控制活塞推出或者拉升，具體控制流程為：行程開關Sl觸發(fā)傳感器1發(fā)出指令使閥的YV1端得電工作，氣缸上升→撞到行程開關S2傳感器2工作→發(fā)出指令使閥的YV2端得電工作，氣缸下降。氣動控制原理如圖2所示。
4 電氣控制系統(tǒng)設計
4．1 變頻器部分
(1)變頻器的選用
設計中采用的電機由于轉速過高，不利于上料控制，而變頻器作為現(xiàn)在工控領域的重要組成部分，已充分運用于電機的控制中。隨著微電子技術的高速發(fā)展，變頻技術已越來越成熟。對于本套上料站裝置，考慮到實用性及價格，采用了丹佛斯VLT2900系列中的VLT2905，功率為0．5kW。
(2)變頻器的連線，參數(shù)設置
變頻器端子連線圖如圖3。
4．2 PLC的選型
目前， 市場上PLC的品牌型號多種多樣，價格各異。作為整個系統(tǒng)的主控核
心，必須選擇性能穩(wěn)定的PLC。這里選擇了目前工業(yè)控制領域較為普遍使用的三菱控制器。型號為：FX2N一16MR。
(1) I/O圖及分配表
按下啟動按鈕SB2，上料站開始工作。采用光電傳感器進行感應并發(fā)出相關指令，閥體直接控制氣缸，而對上料過程進行控制。急停按鈕可終止任何操作，所有影響閥體的輸出被復位。
(2)程序設計
根據(jù)控制系統(tǒng)工藝過程要求，設計梯形圖程序如圖4。
4．3 運行調(diào)試
本上料站以PLC為控制核心，自動完成上料動作。由變頻器控制電機的轉矩和速度，通過變頻器參數(shù)設置等，都是可調(diào)的。因此，根據(jù)不同的上料要求，可以做出相應的調(diào)整，使得這套系統(tǒng)的使用范圍更為廣泛。
系統(tǒng)供電前，檢查電路及儀器是否正常，確保一切正常安全的情況下啟動電源。保證有料供應的情況下，開始調(diào)試。首先，將變頻器輸出頻率調(diào)到OHZ ，然后慢慢增大，確定一個適合的上料速度，并將其鎖定。與此同時，將編好的程序輸入PLC內(nèi)，并讓其試運行，發(fā)現(xiàn)錯誤及時改正。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
指導教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日
中北大學2007屆本科畢業(yè)設計說明書
目錄
1 緒論…………………………………………………………………………………1
1.1 自動檢測上料現(xiàn)狀………………………………………………………………1
1.2 自動檢測上料的意義……………………………………………………………1
2 上料檢測機構的構造及其工藝分析………………………………………………2
2.1 被檢測元件的介紹………………………………………………………………2
2.2 上料檢測機構的構造……………………………………………………………4
2.3 工藝分析…………………………………………………………………………4
3 自動檢測上料機構設計方案………………………………………………………5
3.1 擬定設計方案……………………………………………………………………6
3.2 設計方案論證……………………………………………………………………8
4 主要零件的選擇及計算……………………………………………………………9
4.1 電機的選擇………………………………………………………………………9
4.2 同步帶傳動設計 ………………………………………………………………12
4.3 氣動控制系統(tǒng)設計 ……………………………………………………………18
4.4 氣動導軌的設計 ………………………………………………………………26
5 其它零件的選擇及計算 …………………………………………………………29
5.1 支架的選擇 ……………………………………………………………………29
5.2 流道的設計 ……………………………………………………………………30
5.3 護板的選用 ……………………………………………………………………30
6 總裝配體的設計 …………………………………………………………………30
6.1 總裝配圖 ………………………………………………………………………30
6.2 機構的安裝與調(diào)試 ……………………………………………………………32
結論 …………………………………………………………………………………33
致謝 …………………………………………………………………………………34
參考文獻 ……………………………………………………………………………35
第 I 頁 共 III 頁
南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院
畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯
系：
專 業(yè)： 機械工程及自動化
姓 名：
學 號：
(用外文寫)
外文出處：SEMI AUTOMATIC PREPARATION OF COLLECTION MAIL FOR FACER CANCELER
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導教師評語：
簽名：
年 月 日
注：請將該封面與附件裝訂成冊。
附件1：外文資料翻譯譯文
法國
半自動郵件收集分揀裝置
M. Didier Thieriot
La Poste
M. Laurent Baufreton
La Poste
摘要 郵件準備工作的最后步驟之一，主要仍是在法國進行手動操作。
進行的一項研究的不同數(shù)據(jù)表明自動化分揀顯示出較便宜，除了傳統(tǒng)的慢手工分揀設備中需要，也可以在主要排序中心中使用。其主要目的是參與并找出從中存在的問題，這也為了在今天籌備過程中，薄弱環(huán)節(jié)能在合作與分工的工作中所體現(xiàn)出來。
為了分離和堆棧郵件，法國郵政選擇了半自動裝置與NEC生產(chǎn)的剔除裝置結合使用，是一種取代手工分揀的機器。這種裝置名為'自動化分揀裝置'，是在位于裝置上游進行分揀與剔除。該系統(tǒng)幫助合作社自動剔除和堆棧上游的可分揀郵件。
這個介紹描述了本設備的職能和性能。
導言 上下文
在1998年，法國郵政收購了11家NEC裝置以準備成立從郵筒收集郵件的分揀中心。這些機器只有當C5尺寸的郵件通過時才會被收入否則就被剔除。
目前，郵件從郵筒收集必須手動處理。此郵件是有帶字母，扁平，非加工信件組成。扁平和非加工信件約占8％左右。
手工操作的主要內(nèi)容是從大量郵件流中剔除扁平和厚厚的信件，然后堆放到處理信件的手工分揀設備中。此操作并不需要特別的設備，只需要一個大桌，一些小盤子。本裝置的缺點是它的低盈利性和低效率性，是一種非工業(yè)化進程的郵政自動化。
第15屆國際郵政自動化會議 1
法國
目標
法國郵政已開設一個專門的組織結構，努力改善在這個郵件的一部分程序的編制單位。他的目標是取得出線權，然后部署工作上層工業(yè)組織的11 NEC裝置。
功能描述 工藝
郵件功能界別的制備與NEC配備區(qū)機械化發(fā)展的主要特點如下：
? 郵件準備任務
? 工作領域的體制改革工業(yè)化
? 提高工作區(qū)的功能分析的工作效率
我們開展了對下列工作的流程研究（圖1）。
圖1
郵件制備流程
2 第15屆國際郵政自動化會議
法國
當人們開始考慮從各種形態(tài)的郵件中把它們按不同種類的分揀開時，就意味著技術解決方案的能力應付的所有情況都將是復雜和昂貴的。
對這些決定保留人工剔除的的人的理由是這種方式適應后箱郵件的特殊性，從而精心設計出一種舒適的座位工作站，以滿足這種需要。
機械化的主要是應用于堆疊功能，是一種簡單的技術解決方案的開發(fā)手段，以限制采購和維護費用。
技術說明
? 所需占地面積為自動化分揀裝置的2個輸入站：5m80 x 4m70（不包括手動部分）
? 電源供應：220V伏特 /十六安培
? 一剔除站吞吐量能達到8％的單位（不散裝）：14,000封/小時
? 吞吐量的堆疊模塊：30,000封/小時
? NEC公司的上游堆容量：2米（約1600封）
圖2
自動化分揀裝置
第15屆國際郵政自動化會議 3
法國
自動化分揀裝置在郵件中心的項目
自動化分揀裝置已安裝完畢，自2002年11月運營。它的結構是一個傾斜的郵件收集盤的上料機構。
有人指出，分流操作工能很快地適應于設備的操作和贊賞坐著工作的這種方式。上料控制，踏板以一英尺的長度，使他們能夠控制郵件流，因為它是到隔離帶才卸載。這是一個很寬的，緩慢移動帶，操作工有第二個腳踏，以避免任何溢出停止的可能性。機械化郵件的傳遞通過剔除站時沒有任何關于手動執(zhí)行部分的行動。
被剔除的扁平信件通過滾動傳送帶放在盤的前面。完整的信件被托盤推入收集機構，在其中一個輸送末尾是手動結構。然后替換他們?yōu)榭胀斜P。觸點能檢查出任何厚厚的對象或那些其中包含形態(tài)中能有被識別特點的對象。
機械化郵件是從一個傾斜的傳送帶，進入兩個分開的郵件流輸入站。然后通過一個小漏斗并隨機移動到一個傾斜帶上。這個傳送帶不再帶動在帶邊緣的那些信件。然后將它們堆積和儲存在一個2米的移動堆中，它提供了郵件的NEC裝置手動接駁。
安裝
自動化分揀裝置很容易安裝，因為它支持多種配置。因此，它可以適應樓宇的設計，輸入站和單位輸出可以定位，以適應現(xiàn)有的郵件流尺寸
自動化分揀裝置的噪音低于68分貝。它由240伏為16A的電源供電，不需要任何其他動力源。
項目管理 法國郵政建立了（圖3）與單個輸入站配備原型。之后，試驗的結果進令人鼓舞，設備是安裝在南特分揀中心，以測試在實際運作情況的各項職能與性能。自動化分揀機構系統(tǒng)進行的測試使用了真實的郵件。
該項目是在向幾個供應商，以及FIMEC公司選擇建造的第一臺自動化分揀裝置，在同行中達到領先水平。該設備安裝在南特分揀中心，兩個輸入剔除站，以驗證設計的工業(yè)生產(chǎn)。
在第一臺自動化分揀裝置被測試認證后，剩余的同類設備將會被陸續(xù)安裝。
4 第15屆國際郵政自動化會議
法國
圖3
自動化分揀裝置原型
第一次試驗表明，有一個堆棧的操作存在質(zhì)量缺陷。這一缺陷具體表現(xiàn)為信件流的增加。
法國郵政和FIMEC在性能和吞吐量上作出了修改，目標旨在提高堆棧的質(zhì)量。這些項目目前正在觀察，并將被FIMEC列入他們的系列產(chǎn)品中。而正確的運作程序驗證，將會在6月初展開。
第15屆國際郵政自動化會議 5
法國
儲蓄 我們建議比較郵件的2種盈利能力方面的準備，要根據(jù)單位和非比例加工信件的情況來確定。我們研究了從郵筒到大宗郵件流，這就是我們整齊地堆放在托盤上沒有郵件的郵件準備區(qū)的入口。
1．自動化收集分揀裝置帶剔除器：在2個剔除站單位成本的花銷上低于60 000歐元。
2．傳統(tǒng)的剔除裝置：在系列單位成本的剔除部分花銷估計為180000歐元
工作站設備的數(shù)目：
自動化分揀裝置工作站的數(shù)量
2 ：分類站
1 ：垃圾郵件上料及接駁模塊
1 ：堆垛機
2或3：拒絕郵件處理，按單位和非比例
機械化郵件
吞吐量特點：
自動裝置操作
該瓦楞機吞吐量為每小時30,000信，總是比自動化分揀機構高;而后者是在從量的角度體現(xiàn)出來的薄弱環(huán)節(jié)。后者的吞吐量可達每小時2.5萬封。這吞吐量逐步呈下降趨勢，這取決于剔除操作工能力，以消除手工單位及非這些項目的比例上升機械化郵件等多方面因素。
6
手動剔除裝置工作站的數(shù)量
1或2 ：群發(fā)郵件上料，根據(jù)單位和非比例
機械化電子郵件
1 ：堆垛機
2或3 ：拒絕郵件處理，按單位和非比例機
械化郵件
手動裝置操作
手動吞吐量可達每小時30000封。這吞吐量遞減，這取決于對剔除的能力，以消除部分自動單位及非這些項目的比例上升機械化郵件等多方面因素。
第15屆國際郵政自動化會議
法國
圖4
扁平和非機動郵件的比例-吞吐量
盈利能力 自動化分揀裝置解決了很多問題諸如使單位和非比例加工電子郵件的數(shù)量圍繞10％的平均水平。它實際上比以前更好因為它比較輕，而且吞吐量也很不 錯。如果一個自動戳的維護費用還高那就沒有道理了。
自動剔除的選擇取決于單位和非比例的垃圾郵件流加工郵件這2種，在經(jīng)濟上合理時：
? 無論不可加工郵件的比例是高還是非常低的情況下：，手動的吞吐量更高，自動化分揀機構的吞吐量是有限的，是2.5萬封，最高/小時，
? 只有在非高加工郵件比例的情況下：，手動的吞吐量成為優(yōu)于自動化分揀機構。
第15屆國際郵政自動化會議 7
法國
圖5
扁平和非加工郵件的比例-盈利
結論 自動化分揀裝置是一個簡單的裝置。手動分離使所有非正常的個案進入信箱郵件流進行處理。該解決方案提供了高度自適應的靈活性，以旨在針對郵件流的變化：它是更有效的，因為它放在任何機械化操作上端。分流操作工能迅速掌握所需技能，這使得他們能夠在郵件生產(chǎn)單位多價情況情況下產(chǎn)生十分多樣的變化。
在修改方面的可能性來說，自動化分揀裝置配置使其能夠適應不同布局和使郵件流在不同的地點組織到一起。
修改可以使有關個例在分離分流站被直接剔除。
最后，適當?shù)耐顿Y成本表明也保證自動化分揀機構早期的盈利能力。
詞匯表
APEC
自動分揀裝置
CFC
手動剔除裝置
FC
剔除裝置
8 第15屆國際郵政自動化會議
附件2：外文原文
FRANCE
SEMI AUTOMATIC PREPARATION OF COLLECTION MAIL FOR FACER CANCELER
M. Didier Thieriot
La Poste
M. Laurent Baufreton
La Poste
Abstract Letter mail preparation is one of the last operations which is still done chiefly manually in France.
A study carried out on different scenarii of automation shows the need for less expensive, slower machines besides the traditional CFCs, that can be used in the major sorting centres. The main objective was to organise the tasks involved, which are today the weak link in the preparation process, where operatives work with large tables and rudimentary equipment.
To segregate and stack the mail, La Poste has chosen a semi-automatic device used in conjunction with the NEC Facer-Canceller (FC) machine. This device, named ‘APEC’, is located upstream of the facer-canceller-sorter machine.
The system helps the operatives to cull and stack the mail upstream of the automatic preparation of machinable mail.
This presentation describes the functions and performance of this equipment.
Introduction Context
In the year 1998, La Poste bought 11 NEC Facer Cancellers to prepare the mail collected from post boxes in sorting centres. These machines require at the input a stack of mail whose maximum size is C5 format and from which the thick mail items have been removed.
Currently, the mail collected from post boxes must be processed manually. This mail is composed of letters, flats, and non-machinable letters. Flats and non-machinable letters are about 8% of the total.
The manual operations principally consist of culling the flats and thick letters from the bulk mail flow, and then stacking letters for FC processing. This operation requires no special equipment, only a large table and some trays. The disadvantages of the present organisation are its low profitability and the fact that it is a non-industrialised process.
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Objective
La Poste has started work on a dedicated organisational structure to improve procedures in this part of the mail preparation unit. he target is to qualify and then to deploy the industrial organisation of work upstream of the 11 NEC Facer Cancellers.
Functional description
Process
The main thrust of development for the mechanisation of the mail preparation area equipped with NEC FCs is the following:
? Industrialisation of the mail preparation tasks
? Restructuring of the work area
? Improving the productivity of the work area
The functional analysis which we carried out gave the following breakdown of the tasks (Figure 1).
Post box mail reception
Flats storage
Culling
letter flow stabilisation
Stacking
Special letter storage
Non-machinable mail storage
Machinable letter storage (when FC stops)
NEC FC Feeding
Figure 1
Mail Preparation Breakdown
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The number of separations to be carried out on the mail, together with the morphological variety of the mail, means that a technical solution capable of coping with all situations would be both complex and expensive.
For these reasons it was decided to retain manual culling for its adaptability to the peculiarities of post box mail, and a comfortable seated workstation was designed with particular care to meet this need.
Mechanisation has mainly been applied to the function of stacking, and was developed by means of simple technical solutions in order to limit the costs of procurement and maintenance.
Technical description
? Floor space required for an APEC with 2 input stations: 5m80 x 4m70 (not including the FC)
? Mains supply: 220Volts / 16 Amperes
? Throughput of one culling station with 8 % of flats (without bulk loading):
14,000 letters / hour
? Throughput of the stacking module: 30,000 letters / hour
? Capacity of stacker upstream of NEC FC: 2m (approximately 1,600 letters)
NEC FC
Stacking module
Stabilising module
Tray for special letters
Feeding station
Culling station
Flats reject
Figure 2
APEC Machine
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APEC project in mail centre
The APEC has been installed and operating since November 2002.
The hoppers are fed by tipping the contents of the mail collection trays.
It was noted that the segregation operatives quickly got used to the device and appreciated the seated work position. The feed control, by means of a foot pedal, allows them to control the mail stream as it is unloaded onto the segregation belt. This is a wide, slow-moving belt, and the operatives have the possibility of stopping it, with a second foot pedal, to avoid any overflow. The mechanised mail is conveyed through the culling station without any action on the part of the operative.
Flats are cleared at the front in trays placed on a rolling conveyor. The full trays are pushed by the operative and collected manually in a structure placed at one end of the conveyor. The operative then replaces them with empty trays. A tactile check allows any thick object or object containing morphological peculiarities to be identified.
Mechanised mail is tipped onto a belt which receives the mail stream of both segregation input stations. This flow is fed through a small hopper and falls randomly onto a moving inclined belt. The action of this belt stands all the letters on their longer edge. They are then stacked and stored in a 2-meter moving stacker, which offers up the mail to the feeder of the NEC FC.
Installation
The APEC is easy to install because it supports a variety of configurations. It can therefore be adapted to the layout of the premises and the input stations and the flats output can be positioned to fit in with the existing mail stream.
The noise level of the APEC is lower than 68 dBA. It is powered by 240V at
16A and does not require any other power source.
Project management
La Poste built a prototype (Figure 3) equipped with a single input station. Following the encouraging results of the trials carried out, the equipment was installed in the Nantes sorting centre to qualify the performance of each of the functions in real conditions of operation. The APEC system was tested using real mail items.
The project was tendered to several suppliers, and the FIMEC company was chosen to build the first APEC ahead of series production. The device was installed in the Nantes sorting centre, with two input culling stations, in order to validate the design for industrial production.
The rest of the equipment will be installed after the validation of the first
APEC.
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Figure 3
Prototype APEC
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The first trials showed there was a quality deficiency in the creation of the stack. The origin of this defect was identified with the increase of the stream.
La Poste and FIMEC have made modifications to achieve the target performance in throughput and in the quality of the stack. These are currently under observation and will be included by FIMEC in their series production. The validation of the correct operational procedure will be carried out at the beginning of June.
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Savings We propose to compare the profitability of 2 types of mail preparation area, depending on the proportion of flats and non-machinable letters. We studied the bulk mail flow from post boxes, in which there is no mail neatly stacked in trays, at the entry point of the mail preparation area.
1. APEC device coupled with a Facer-Canceller: The unit cost in series production of one APEC with 2 culling stations is lower than 60,000 euros.
2. Culler-Facer-Canceller machine: The unit cost in series production of the culling section is estimated at 180,000 euros
.
Number of work stations on the equipment:
number of operatives for APEC + FC number of operatives for CFC
2 : segregation stations
1 : bulk mail feeding and feeder module
1 : stackers
2 or 3: rejected mail processing, according to the proportion of flats and non- mechanised mail
1 or 2: bulk mail feeding, according to the proportion of flats and non-mechanised mail
1 :stackers
2 or 3:rejected mail processing, according to
the proportion of flats and non-mechanised mail
Throughput characteristics:
APEC + FC CFC
The throughput of the Facer Canceller is
30,000 letters per hour, always higher than the APEC; APEC is the weak link in the system from the point of view of throughput.
The throughput of the APEC is up to 25,000 letters per hour. This throughput tends to decrease progressively, depending on the capacity of the culling operatives to eliminate manually the flats and non-mechanised mail as the proportion of these items rises.
The throughput of the CFC is up to 30,000 letters per hour. This throughput also decreases progressively, depending on the capacity of the culling section to eliminate automatically the flats and non-mechanised mail as the proportion of these items rises.
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Mechanised mail throughput
31000
letters per hours
29000
27000
25000
23000
21000
19000
17000
15000
0% 5% 10% 15% 20%
Flats and non-mechanised mail proportion
APEC_FC CFC
Figure 4
Proportion of Flats and Non-Mechanised Mail - Throughput
Profitability The APEC+FC solution is the more profitable when the proportion of flats and non-machinable mail is around an average of 10%. It is actually better because the culling operations are light, so the throughput is quite good. The high cost of an automatic culler is not justified.
The choice of automatic culling depends on the proportion of flats and non- machinable mail in the bulk mail flow and is financially justified when:
? either the proportion of non-machinable mail is very low: in this case, the throughput of the CFC is higher, the APEC’s throughput is limited by the simple technology to a maximum of 25,000 letters/hour,
? or the proportion of non-machinable mail is high: in this case, the throughput of the CFC becomes better than the APEC+FC.
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Profitability level
4.0
3.5
3.0
year
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
?
0% 5% 10% 15% 20%
Flats and non-mechanised mail proportion
APEC_FC CFC
Figure 5
Proportion of Flats and Non-Mechanised Mail – Profitability
Conclusion The APEC is a simple device. Manual segregation enables all atypical cases met in the letter-box mail flow to be processed. This solution offers a high degree of flexibility of adaptation to the variations in the mail stream: it is all the more effective since it is placed upstream of any mechanisation. The segregation operatives can rapidly master the skills required and this allows them to be polyvalent in a mail production unit where the tasks are very diversified.
The possibility of modifying the configuration of the APEC allows it to be adapted to the various layouts and the organisation of the mail stream at different sites.
Modifications can be made so that the flats separated at the segregation station are cancelled on-line.
Lastly, the moderate cost of investment and the high performances guarantee the early profitability of the APEC.
Glossary
APEC:
special equipment designed by La Poste to prepare the mail
CFC:
upstream of a Facer Canceller machine
Culler-Facer-Canceller machine
FC:
Facer-Canceller machine
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