4. Анализ эффективности применения электронного кодировщика в автоматизированной линии обработки письменной корреспонденции
В задачах оптимизации структуры автоматизированной системы обрабатки письменной корреспонденции существенное значение рядом с выбором способов передачи почтовых отправлений между машинами и устройствами имеет выбор способа введения адресных признаков в управляющее устройство АЛСМ [5, 10,].
С развитием средств цифровой и вычислительной техники систем ввода и обработки визуальной информации фирмы разработчики поштообрабатывающих машин для расширения их функциональных возможностей освоили устройства ввода адресных признаков, которые совмещают в себе преимущества автоматического считывания рукописного почтового индекса и машинописных шрифтов, ручной и автоматической кодировки, которые в разных за функциональной полнотой модификациях получили название электронного кодировщика [2, 5, 7, 8, 9, 10,].
Эффективность (целесообразность) применения электронных кодировщиков ограничивается низким удельным весом корреспонденции с машинописным адресом, который при разных причинах для разных стран может составлять 5 ... 80 и больше процентов [5, 10]. Поэтому внедрение автоматизированной обрабатки письменной корреспонденции на начальных этапах осуществлялось по двумя направлениями: в странах западной Европы – на основе применения кодировщика для автоматического введения машинописного адреса в АЛСМ из большей частицы ПВ и применение систем непосредственного или видеокодировка для относительно незначительной части почтовых отправлений (ПО) в процессе сортировки; в СНГ и Японии – на основе устройств автоматического считывания и распознавания рукописных цифр почтового индекса (ЦЧУ), которые наносятся отправителем, потому что часть ПО машинописным адресом составляла 3% [5].
Значительное повышение эффективности электронного кодировщика (ЭК) достигается путем применения в его составе ЦЧУ за счет исключения последнего из состава АПСМ, который обеспечивает возможность применения сложного ЦЧУ для однократного считывания адресных признаков со следующей их кодировкой и применения простых кодочитающих устройств (КЧУ) на следующих этапах сортировки ПО.
С учетом очевидности того, что применение кодировщика без ЦЧУ для введения рукописного почтового индекса не может обеспечить эффективность применения АПСМ в условиях низкого удельного веса корреспонденции с машинописным адресом через близкие значения производительности операторов рабочих мест ручной сортировки и ручной кодировки, преимущества применения ЦЧУ в составе кодировщика обусловлены рядом взаимообусловленных факторов и могут бить реализованы на соответствующем интервале значений их проявления [5, 10].
К таким факторам в первую очередь относится структура почтовой нагрузки в узле, количество АПСМ, которые используются в стране и узле, соотношение общей производительности ЭК и АПСМ. При применении ЦЧУ в составе ЭК (для всех АПСМ) корреспонденция, которая поступает на обработку в узел разделяется на два потока: предварительно закодированная корреспонденция с удельным весом к, для непосредственной загрузки в n АПСМ оборудованных КЧУ; некодированная корреспонденция с удельным весом 1 – к для сортировки (кодировки) которой необходимо m кодировщиков с производительностью, которая равняется или в n раз превышает производительность АПСМ. Соотношение между n и m определяется структурой почтовой нагрузки к и отношением производительности ЭК и АПСМ п в виде [5]
, (4.1)
где выражение в квадратных скобках определяется, как целая часть числа.
Очевидно, что для эффективного применения ЦЧУ в составе ЭК суммарные капитальные расходы Кэк на такие универсальные кодировщики должны быть меньше капитальных расходов Кцчу применения ЦЧП в составе АЛСМ, то есть должно удовлетворяться неравенство
Кэк < Кцчу (4.2)
где Кэк сумма капитальных затрат на узлы ЭК (накопитель-питатель, сепаратор, Кшчу (шрифточитальное устройство), ЦЧУ, КПУ, буферный накопитель) и затрат на узлы устройства ввода кодируемых признаков в АЛСМ (накопитель-питатель, сепаратор, КЧУ) с учетом значений m, n; Кцчу сумма затрат на узлы устройства вода адресных признаков в АПСМ при применении ЦЧУ (накопитель-питатель, сепаратор, ЦЧУ) с учетом количества АПСМ n.
В соответствии с (4.2) условие эффективности применения ЦЧУ с расширенными функциональными возможностями для считывания машинописного адреса (шрифточитальним устройством ШЧУ) в составе ЭК с представлением через коэффициент kэо эффективности отделения ЦЧП от АПСМ имеет вид
kэо n = (Кцчу – Кшчу) n / Кэк ) > m (4.3)
где Кцчу. Кшчу, Кэк капитальные расходы на единицу соответствующих устройств .
При выходных данных капитальных расходов для узлов Кэк, Кцчу. на период внедрения АПСМ типа МАП-1, МАП-У с ЦЧУ для распознавания рукописных нормализованных цифр согласно [5] kэо = 0,54, а условие (4.3) эффективности применения ЦЧУ в составе ЭК имеет вид
0,54n > m. (4.4)
Удельный вес кодируемой корреспонденции к определяется структурой нагрузки в узле и количеством АПСМ в сети почтовой связи, поэтому существует интервал изменения значений к, что удовлетворяют условию эффективности применения ЦЧП в составе ЭК. Количество пк ПК, которая подлежит кодировке в узле определяется при условии, что часть кз кодируемой (заранее) ПК, которая поступает в узел из других узлов равна части ПК, которая обрабатывается всеми АПСМ в виде [4, 5]
пк = 1 – к = 1 – [(1 – 0 + (kсн + ма) кз)/(2 – 0 +kсн + ма )] (4.5)
где kсн коэффициент, который характеризует структуру нагрузки и определяется как отношение суммы входной и транзитной нагрузки к исходящей; ма удельный вес корреспонденции (исходящей) с машинописным адресом; 0 – часть корреспонденции выделенной на общей сортировке (согласно [5] 0 = 60%, 1 kсн 3).
Гипотетическое значение части предварительно кодируемой ПК кз, что поступает в узел из других узлов, находится в пределах 0 kсн 1 и определяется количеством узлов, в которых применяются АПСМ совместимо из ЭК. Область практически существенного изменения величины к определяется частью выражения (4.5), ограниченной квадратными скобками, путем подстановки значений кз, км, 0, kсн и согласно [5] составляет 0,16 kсн 0,54 (без учета км, потому что часть письменной корреспонденции с машинописным адресом составляла 1%). Следовательно область эффективного применения ЭК с производительностью, которая равняется производительности АПСМ достаточно ограниченна и только при производительности ЭК, что больше в два раза производительности АПСМ и применении последних в 50% процентах узлов ПС является целесообразным применение ЦЧУ в составе ЭК [5].
Анализ выражений (3), (4), (5) свидетельствует, что применение в ЭК ЦЧУ повышает коэффициент эффективности отделения ЦЧУ от АПСМ и обеспечивает эффективное применение ЭК при уменьшении количества АПСМ в узле. При ожидании значительного роста удельного веса корреспонденции с машинописным адресом ма уменьшается удельный вес корреспонденции к, что подлежит кодировке с применением ЦЧУ. Это позволяет вместе с применением одного-двух мест ручной кодировки снизить требования к надежности ЦЧУ за счет увеличения допустимого число отказов от распознавания и получить дополнительный выигрыш относительно быстродействия и капитальных затрат на ЦЧУ.
5. Тенденции развития конструктивных и компоновочных решений почтообрабатывающих машин и автоматизированных линий
Решение задач эффективного внедрения средств автоматизации технологических процессов почтовой связи требует анализа функциональной структуры, тенденций развития и специфики применения почтообрабатывающих машин (ПОМ), прежде всего таких ведущих стран в области техники почтовой связи как Великобритания, Германия, Италия, США, Франция и Япония на уровне технологических, конструктивных и компоновочных решений, а также функций управления с учетом структуры почтовой нагрузки и сети почтовой связи [1, 3, 4, 5, 16].
В общем технологическом процессе (ТП) обработки письменной корреспонденции, относительно компоновки средств его автоматизации и системного анализа уровня автоматизации и технико-экономических показателей автоматизированных линий (АЛ) выделяют группы технологических операций и соответствующее им оборудование: предварительная обработка (разборка, лицовка-штемпелевание, кодирование), сортировка (предварительная, общая, детальная), формирование постпакетов (ящиков) и их сортировка (по почтовым мешкам – направлениям перевозок) и транспортировка к местам накапливания и/или отправления [1]. Эффективность функционирования автоматизированного технологического процесса в условиях «жесткого» финансирования в первую очередь характеризуется величиной чистой прибыли Пч на одного рабочего из числа операторов и технического персонала Nр, и в свою очередь определяется уровнем автоматизации выполнения производственных функций последовательности технологических операций. Поэтому, как критерий оптимизации, выбирается максимум отношения Пч/Nр, при условии обеспечения показателей качества обслуживания потребителей услуг почтовой связи, в первую очередь – контрольных сроков обработки почтовых отправлений и установленных требований их сохранности [2].
В отличие от сложности определения себестоимости обработки одного почтового отправления в общем технологическом процессе почтовой связи с учетом перевозок и доставки, определение себестоимости обработки одного почтового отправления на отдельных механизированных и автоматизированных операциях, например, применения письмосортировочной машины (ПСМ) при известной ее стоимости и условиях эксплуатации являются достаточно прозрачным. Это позволяет выполнять сравнительный анализ эффективности внедрения как отдельных ПОМ так и выполненных на основе их компоновки АЛ по приведенному выше критерию максимума чистой прибыли на одного рабочего и сроков окупаемости, путем расчетов годовой производительности, эксплуатационных расходов, себестоимости и цены обработки одного почтового отправления, дохода и чистой прибыли [2, 4].
Сортировка самого массового вида почтовых отправлений – письменной корреспонденции(ПК), ее разборка, лицовка-штемпелевание являются наиболее трудоемкими операциями, поэтому на всех этапах развития ПОМ, вместе с совершенствованием ПСМ, значительное внимание уделялось автоматическим машинам разборки писем (МРП) и лицовочно-штемпелевальным машинам (ЛШМ), а также компоновке их в комплексы предварительной обработки (КПО), примером, чего является комплекс NS – A серии фирмы NEC (Япония), поставленный в десятки стран мира. Как конструктивные особенности современных комплексов предварительной обработки ПК следует отметить надание преимуществ одними фирмами эффективному и относительно простому по конструкции, но громоздкому и деталеемкому барабанному формирователю потока писем (ФПП) с увеличением впоследствии числа его граней, например, «Elliot» (Великобретания), NEC и «Simens» (Германия), а другими – более упрощенным, в том числе за сет отказа от наиболее эффективного, но сложного в эксплуатации вакуумного ФПП, например, конструкциям ФПП на основе экстракционного вала с упругими скребками или конвейера-формирователя с накладками [5, 16]. Подтверждением тенденций упрощения сложных решений «конструктивной романтики» ПОМ, характерных началу второй половины 20-го века, к яркими примерами которой наряду с вакуумным ФПП, можно отнести разработку компактных роторной ЛШМ и универсальной роторной ПСМ типа МАП-У с технической производительностью 40000 писем/час (СССР) [16], является отказ от кольцевой компоновки накопителей в ПСМ, затрудняющей решение проблем их автоматической разгрузки (например, фирм «Simens» и «Vickers-Arstrong» (Великобритания)), в пользу линейных многоярусных ТРС на основе конвейерных носителей в виде парных лент, в связи с существенным преодолением проблематичности их таких эксплуатационных характеристик, как срок службы и высокая стоимость из-за необходимости изготовления из дорогостоящих антистатических материалов, а также устойчивость к изменениям влажности воздуха и ПК[3, 5, 16].
Как функциональные особенности современных КПО следует отметить применение в их составе систем (мест) ручного видеокодирования и электронного кодировщика, а также транспортно-распределительной системы (ТРС) для предварительной сортировки. Количество мест ручного видеокодирования в КПО различных фирм может колебаться в значительной степени – от единиц до нескольких десятков, например, 5 – в АЛ фирмы «Elsag» (Италия), 6 – в АЛ фирмы NEC, 10 – в АЛ фирмы «Toshiba» (Япония) при двух АЛСМ и 66 – в АЛ фирмы NEC при шести ПСМ, в зависимости от необходимой производительности АЛ и надежности кодирования адресных признаков ПК, при приемлемой сложности (стоимости) устройства их распознавания в электронном кодировщике [5, 9, 16]. С введением кодирования ПК все большее применение находят полуавтоматические ПСМ предварительной сортировки с относительно небольшими значениями производительности и количества накопителей, которое с учетом применения автоматических ПСМ обусловлено следующими основными факторами:
– возможность реализации россосредоточенного принципа обработки ПК, и управления в общем ТП для повышения эффективности функционирования автоматизированных сортировочных центров путем выравнивания их нагрузки и сокращения этапов сортировки для высокостоимостных автоматических ПСМ и как следствие, снижение их необходимого общего количества в сети почтовой связи (в основе такого подхода лежит меньшая критичность к эффективности применения периферийных относительно низкостоимостных полуавтоматических ПСМ в условиях неравномерности почтовой нагрузки и занятости технического персонала)[2, 10];
– возможность более эффективного применения полуавтоматических ПСМ для сортировки входящей кодированной ПК в автоматическом режиме высокой производительности 30 000 писем/час и более.
– возможность применения полуавтоматических ПСМ в режиме видеокодирования и сортировки ПК.
Целевая функция оптимизации конкретной сети почтовой связи при применении разсосредоточенного принципа обработки ПК сводится к поиску соотношения количества автоматических ПСМ, полуавтоматических ПСМ, мест ручной сортировки, которое обеспечивает максимум прибыли на одного работающего[2]. При этом, обобщенная целевая функция оптимизации количества ПОМ на отдельной технологической операции АЛ обработки ПК определяется в виде условия
max Пч / Nр = max(Ким Пм Nм + Порм Nорм+ Пдрм Nдрм),
где Ким = Qсдн / Qм – коэффициент использования машин (Qссн – средняя суточная нагрузка (математическое ожилание), Qм – часть суточной нагрузки которая обрабатывается машинами); Пм, Порм, Пдрм – соответственно чистая прибыль обеспечиваемая одной из Nм машин, одним из основных Nорм робочих мест и одного из дополнительных Nдрм рабочих мест необходимых для обработки объемов ПК Qчнч – Qсдн или в Qгнн – (Qм + Qорм) при случаях пиковой нагрузки, в зависимости от приемлемой целесообразности использования ПОМ в условиях их неполной нагрузки.
Примерами применения КПО и ПСМ c линейной одноярусной ТРС и небольшим числом накопителей в автоматизированном технологическом процессе обработки являются: комплекс машин AEG – «Telefunken» – видеокодирование, считывание штрихового кода, предварительная сортировка по 64-м накопителям с производительностю 33000 писем/час.; комплекс машин NBC Mecanisation Postale (Франция) – видеокодирование и предварительная сортировка по 5-ти накопителями с производительностью 4400 писем/час. (машина PIAP), предварительная сортировка по 20-ти накопителям с производительностью 30000 писем/час. (машина MTS). Для КПО и ПСМ более позднего внедрения характерно расширение возможностей реализации гибких связей ПОМ в АЛ с применением буферных накопителей большой емкости, например в АЛ фирмы «Elsag» и электронного кодирования в сочетании с видеокодированием: ПСМ JETSTAR 550 и JETSTAR 3000 фирмы «Bell & Howell» (США) – считывание с возможностью электронного перекодирования штрихового кода и считывание до 100 шрифтов с электронным кодированием, соответственно, а так же сортировка по 16 …128-ми накопителям (возможность секционированного наращивания ТРС) с производительностю 18000 писем/час. и 36000 писем/час, соответственно; КПО NS – A серии фирмы NEC – разборка, лицовка-штемпелевание, видеокодирование, электронное кодирование, считывание штрихового кода, управление ТРС ПСМ предварительной сортировки до 128-ми накопителей с производительностью (комплекса) 30000 писем/час. [5, 9, 16].
К наиболее эффективным средствам повышения уровня автоматизации ТП оброботки ПК на данном этапе развития ПОМ и АЛ следует отнести: оптимизация числа электронных кодировщиков в сети почтовой связи с учетом количества ПСМ и соотношения ПК с машинописным и рукописным адресом (индексированной и неиндексированной ПК) а так же повышение надежности электронных кодировщиков при считывании адресных признаков ПО в условиях низкой контрастности изображений (в особенности рукописных символов) и фоновых помех; повышение профессиональной надежности операторов систем видеокодирования путем повышения эффективности профессионального отбора; расширение возможностей автоматизированных систем контроля и диагностики относительно показателей качества функционирования АЛ ОПК; применение в АЛ автоматизированных буферных накопителей большой емкости; передача ПК партиями с применением роботов, вместо технически сложно реализуемой и высоко затратной поштучной их передачи между отдельными ПОМ АЛ конвейерными носителями, а также применения роботов на операциях загрузки-разгрузки ПОМ, укладки ящиков и почтовых мешков с отсортированной ПК в контейнеры[3, 4, 5, 9, 15, 18].