物联网技术在现代物流领域的应用

物联网技术在现代物流领域的应用

0物流工程实验室现代物流是快速发展的一门学科。自20世纪80年代,我国系统地引入现代物流理论开始,现代物流作为“第三利润源泉”,在国民经济中的地位和影响已经得到确立和充分体现。现代物流的发展首先在于专业人才的培养,近10年来,我国高校物流专业建设从无到有,从少到多,目前,全国共有273所高校开办了物流专业,物流专业在校本科生和专科生约33万人。由于物流专业是一个实践性要求很高的专业,许多本科和高职院校完成了第一代物流实验室建设,相继建立起了物流工程实验室。其特点在于,各院校根据自身的专业背景,面向现代工业生产、仓储、配送等实际专业建设需求,普遍装备了全自动堆垛机、电子标签、机器人、流利链自动传输线、AGV自动导引车辆等实验设备。这些物流工程实验室为物流专业学生的学习和创新科研提供了一个直观的、可操作的实验平台,取得了良好的教学效果。近年来,信息技术的快速发展,新型信息设备越发广泛地渗透进整个物流活动中,使得我国传统的物流活动在管理理念、组织方式、业务流程等方面发生了巨大的变化。今后一段时期内,我国对后信息时代物联网关键技术的攻关部署,将推动供应链网络更高层次的整合。物流行业的发展也推动了高校物流专业的建设和发展,为了培养能够适应下一代信息技术革命的新型物流专业人才,整合现有物流教学、科研资源,引入新型信息技术,构建现代物流信息技术实验室,必将成为国内各院校第二代物流实验室建设的方向。1大改造的物流系统以PC机为代表的信息技术革命带来了以工业自动化、数据库应用、网络信息化、办公自动化为特征的物流业大改造。而近年来,后PC时代信息技术得到快速发展。(1)无源卡的类型随着技术的不断进步和成本下降,RFID射频标签技术得到了越来越广泛的应用。传统的低频RFID的工作频率有125kHz、225kHz以及13.56MHz,一般都为无源卡,虽然成本低,但是标签内保存数据量少、阅读距离较短,典型阅读距离只有10cm。近年来,超高频RFID的典型工作频率则可达915MHz、2.45GHz以及5.8GHz,而且一般都为有源卡,虽然成本较高,但是存储数据量大、阅读距离较远,可达几十米,大大扩展了RFID技术的应用领域。(2)无线网络技术在生产无线传感技术将温度、湿度等传感器采集的数据通过无线网络传输至数据处理终端,是近年来兴起的热门技术。通过传感器和无线网络技术的融合,具有组网灵活、成本低、传输数据实时等优点。例如冷链运输,采集温度的传感器和GPRS通信模块结合起来,可以将远在千里之外的车厢温度数据实时传输至监控中心。(3)ps的自动化程度、操作、温度和时间GPS全球定位系统一直以来广泛应用于车辆导航、货物定位跟踪等领域,随着GPS技术的不断改进,自动化程度更高,操作更“傻瓜化”,获取成本更低,普及范围更广。GPS结合GIS地理信息系统,在车辆线路分析、最短路径分析、设施定位、网络物流模型、分配集合模型等物流分析、供应链管理中得到了广泛的应用。(4)d室内定位技术由于GPS定位的精度为10m级,无法应用于仓储、堆场等室内定位应用领域,近年来,LBS(LocationBasedService)定位服务广泛应用了室内定位技术。室内定位技术要求的定位精度较高,一般需要达到10cm级,目前可采用超宽带UWB(Ultra-wideBand)技术、RFID技术、ZigBee无线网络技术、超声测距技术等实现高精度的3D室内定位。室内定位服务可以应用于仓储货物的物理定位和逻辑定位,完善异种货物的混合存储;流水线货物的运动轨迹分析,以便优化流水线时序和路径;室内搬运叉车、人员的定位跟踪,以便设计出入库顺序和路径,避免撞车和路径死锁等等。在大力发展物联网的背景下,室内定位技术将为传统的仓库、港口、堆场提供增值服务。(5)g接入及其他领域的应用现代物流广泛应用无线网络技术,近年来以Wi-Fi为代表的无线网络组网技术使得PC机、掌上电脑(PersonalDigitalAssistant,PDA)、手机等移动终端可以便捷地接入网络。同时3G网络的发展和普及,从另一个领域实现了无线网络的无处不在。这些廉价、易得的无线网络资源将越来越成为现代物流单据录入、数据传输,以及电子数据交换EDI等应用的技术基础。(6)功能定制在线应用各种终端设备是信息时代有别于个人电脑的另一大类网络接入设备,具有功能定制、安全性高、操作简便等优点。在现代物流领域,PDA手持终端、车载终端已广泛应用于数据录入、数据库查询、车辆调度等领域,为构建实时、便捷、高效的现代供应链信息网提供了接入手段。(7)智能设备中的应用随着业务复杂程度的提高,数据管理的要求也随之提高,就需要数据库技术的支持。有别于传统的桌面式数据库引擎,嵌入式数据库往往内嵌于手持设备等嵌入式系统中,其特点是存储容量受限、实时性能要求高、数据同步要求严格,针对不同的物流应用,往往需要定制。这些信息技术业已逐步应用到仓储、配送、捡货、冷链等现代物流的各个领域。和传统的信息技术相比,这些新型信息技术具有形式多样、数量庞大、信息量大、通信快捷、无处不在的特点,在物流配送、供应链管理中,对过程监控、无线通信、流程回溯等起到了技术支撑作用。2现代信息技术及物流领域的应用近年来,高校已建成的物流工程实验室、物流仿真实验室虽然在理念和技术上多有涉及信息技术,例如RFID技术、无线条码采集技术、GPS系统等,但是明显滞后于现代新型信息技术的发展,以及信息技术在物流领域应用的发展。因此,综合现代新型信息技术,找准实验室建设中心点和切入点,建设一个与时俱进、高起点、高标准的现代物流信息技术实验室显得很有意义。2.1信息自动跟踪的实现室内定位服务可以提供静止物体的定位和运动物体的跟踪。在物流业务运用中,不仅可以实现静态存储货物的定位,而且可以实现流水线运动货物的跟踪,以及人员、叉车、AGV自动导引车辆的运动跟踪。在信息技术层面,室内定位可以采用RFID技术实现逻辑定位,采用超宽带UBW技术实现高精度3D定位。因此以室内定位服务为切入点可以承载多种信息技术,实现多种业务需求。2.2辅助系统设备现有物流工程实验室已经建设有立体货架、传输线、AGV自动导引车辆、电子标签辅助捡货系统、无线条码采集、低频RFID射频标签系统等设备。由于物流工程实验室模拟真实的供应链配送场景,这些设备已初步确立了实验室总体框架,因此在此基础之上,搭建信息技术平台,技术上可行、资源上承前启后、形式上符合供应链现状。2.3实现了网络互联各终端设备通过Wi-Fi无线网络组成无线局域网,实现互联,既兼容现有物流工程实验室的网络系统,减少布线损失,又可以灵活接入各种无线设备,便于日后系统的扩展。2.4物流工程实验室的教学内容现代物流信息技术实验室的设计以教学为主,其主旨为引入新型信息技术,改建扩建物流工程实验室,使其能够紧跟现代信息技术及其现代物流的发展,丰富教学内容,扩展教学视野。同时,高校的教学和科研是分不开的,没有教师科研、学生创新科研,就无法更好地完成教学任务,因此实验室设计应兼顾科研的需求。3现代物流信息技术实验室建设现状现代物流信息技术实验室的总体结构框图如图1所示,我院现代物流信息技术实验室建设是一个累进的过程,近年来利用多个省级、部级实验室建设项目资金,在摸索中建设,在建设中摸索,围绕以下四部分逐步建设完善。3.1d定位的工作原理目前可供选择的技术主要包括:超宽带UWB技术、超声定位技术,以及无线传感器网络技术。就成本而言,无线传感器网络解决方案较低,超宽带UWB较高;而就定位精度而言,超宽带UWB较高,无线传感器网络较低;而就技术开放性而言,超声定位技术供应商少,技术较封闭,其他两项则都是开放的技术。3D定位的工作原理采用基于测距的方法,最常用的主要有信号到达时间(TOA/TDOA)、到达角度(AOA)、以及接收信号的信号强度(RSSI)的测距方法。理论上,通过测量四组安装在待测点信号发射器与固定的信号接收器之间的距离,就可以计算出待测点的空间坐标位置。根据待测点位置的区域变化不断切换测距信号接收器,就可以实现空间位置动态跟踪,如图2所示。3.2货位间距的调整如图3所示,选用2.4GHz高频有源RFID接收器立方(3×3×3),配套有源RFID射频标签单价适中,可以重复使用。根据货架距离,调节有源RFID接收器信号增益,使其接收距离介于一个货位间距和二个货位间距之间。当一个有源RFID射频标签进入RFID接收器阵列,由于只有最邻近的RFID接收器能够读到该标签信息,因此可以十分方便地确定该标签所在的立体空间区域位置,而这个区域位置恰好可以对应一个货位,以此实现逻辑定位的功能。3.3无线传感器网络的应用PDA手持终端可以和RFID模块、光电扫描器模块等配合使用,便于数据录入,安装相应的嵌入式操作系统,可以定制业务规则;安装相应的嵌入式数据库,可以实现数据的管理;通过无线通信,可以接入实验室无线局域网。可以选用带温度、湿度等传感器的RFID射频标签模块,直接采集温度、湿度等传感数据,以此模拟冷链运输的物流应用。为了便于实验教学和科研,也可以选用带有多传感器模块的ZigBee无线传感器网络实验开发箱。选用工业级车载终端,接入无线局域网,以此实现实验室内车辆的调度和控制逻辑。3.4gps阅读器的获得选用桌面式GPS原理实验平台,便于理解GPS原理。通过GPS信号转发器,将室外天线接收到的有效GPS信号滤波、放大、转发至室内。GPS接收器通过GPRS转发至移动电脑,利用GoogleEarth确定GPS接收器所在地理坐标。选用GIS开发系统,可以自己定制物流、配送相关的GPS应用。4实验教育计划4.1设计综合性实验指导学生认知新型信息技术及其设备,结合实验室实际应用案例,了解信息技术的特点、优缺点、获取成本、发展方向及其适用场合,为物流系统设计提供直观的实验条件。在此基础上,结合物流仓储、供应链配送具体业务逻辑,模块组合实验室各信息设备,以完成数据录入、信息跟踪、差错校验、数据传输、线路优化等设计综合性实验。近年来,我院面向物流专业本科、研究生开设物流信息技术必修实验课程,也为其他相关专业本科、研究生开设选修实验课程,取得了良好的教学效果。4.2鼓励学生自主学习和自主设计实验室课内实验都对外开放,方便非物流的相关专业有兴趣的学生进行选课。同时支持学生科研团队申请使用实验室及其设备,以完成具有一定设计思想的开放实验,这方面其它院校已有一些成功经验。在开放实验过程中,学生占主体地位,根据教师的实验要求和提示,以实现实验目的为导向,而不是以跟随教材、教师指导为导向,发挥学生自主学习、自主设计的主观积极性。在开放实验过程中,学生可以更改实验步骤和方案,鼓励学生在培养动手能力的同时,学会思考、归纳、综合的能力。因此开放实验教学因人而异,实验成绩可适当计入总分。4.3创新实验手段与实验小组的合作,有利于学生学生创新科研可以某一明确的科研主题,申请使用实验室设备,在科研进行期间,做好借用、使用、维护登记。创新科研是培养大学生创新实践能力的重要手段。目前,学生创新科研往往和国内外大学生学科竞赛相关联,学生根据竞赛的需要,组织团队,并根据自己的设计和想法,向实验室提出使用申请,在评估其可行性和合理性