《物流工程》智慧物流系统

1第十一章智慧物流系统2第一节智慧物流的产生一、智慧物流的起源31．粗放型物流粗放型物流的黄金时期是20世纪50—70年代。第二次世界大战后，世界经济迅速复苏，以美国为代表的发达资本主义国家进入了经济发展的黄金时期。以制造业为核心的经济发展模式给西方等发达资本主义国家带来大量的财富，刺激消费大规模增长，大量生产、大量消费成为这个时代的标志。随着大量产品进入市场，大型百货商店和超级市场如雨后春笋一般出现。在大规模生产和消费的初始阶段，由于经济的快速增长，市场需求旺盛，企业的重心放在生产上，对流通领域中的物流关注度不高，普遍认为产量最大化会导致利润最大化，因此造成大量库存。粗放型物流时期的特点是专业型物流企业很少，大部分企业都是自成体系，没有行业协作和大物流的意识，而盲目扩张生产很快便不能维持下去，迫使企业放弃原来的大规模生产消费型经营模式，寻找更适合的物流经营模式，如降低成本等。一、智慧物流的起源42．系统化物流系统化物流得益于企业对物流行业重要性的认识，以及新技术和新模式的出现。在这一时期，企业已经把物流作为一门综合性的科学来看待，同时，企业的经营决策和发展战略也开始注重物流的成本和效益。这一时期的物流行业关注削减库存以降低运营成本，并引入了物流总成本的概念。新型物流技术的应用也迎合了这股潮流，如实时生产系统（JustinTime，JIT）和集装箱运输等。另外，新兴物流业务的出现也丰富了物流行业的服务模式。这些新兴的思想、技术、服务成为物流行业变革的契机和动力。值得一提的是，尽管这个时期信息技术革命尚在襁褓之中，但计算机辅助管理、模拟仿真系统、线性规划技术等开始被大量运用到物流系统中。系统化物流时期的特点是新技术和新模式的出现，企业对物流的理解从简单分散的运输、保管、库存管理等具体功能，上升到原料采购到产品销售整个过程的统一管理，开始在物流成本和效益方面做文章。一、智慧物流的起源53．电子化物流电子化物流时期的特点主要包括三点：①电子化物流需要借助互联网来开展业务运作；②电子化物流体系以满足客户对物流服务的需求为导向，让客户通过互联网参与物流运作过程，以更好地实现以客户为中心的物流服务发展目标；③电子化物流注重追求供应链整体的物流效果，供应链合作伙伴之间通过互联网建立起密切的业务联系，共同为提高供应链物流的效率和效益以及降低物流运作的总体成本和时间而努力，强调共存共荣、互惠互利、同舟共济。一、智慧物流的起源64．智能物流智能物流时期的物流运营呈现精准化、智能化、协同化的特点。精准化物流要求成本最小化和零浪费；物流系统需要智能化地采集实时信息，并利用物联网进行系统处理，为最终用户提供优质的信息和咨询服务，为物流企业提供最佳策略支持；协同化，是利用物联网平台协助，实现物流企业上下游之间的无缝连接。一、智慧物流的起源75．智慧物流智慧物流是利用集成智能化技术，使物流系统能模仿人的智能，具有思维、感知、学习、推理判断和自行解决物流中的某些问题的能力。它包含了智能运输、智能仓储、智能配送、智能包装、智能装卸及智能信息的获取、加工和处理等多项基本活动，为供方提供最大化利润，为需方提供最佳服务，同时也应消耗最少的自然资源和社会资源，最大限度地保护生态环境，从而形成完备的智慧社会物流管理体系。在这之后，许多专家学者也提出了自己对智慧物流的见解。智慧物流时期的特点是智能化、一体化、柔性化、社会化。智慧物流的时代已经到来并且还在继续，随着技术的不断进步和应用的成熟，智慧物流将更加完善。二、智慧物流的产生8物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WorldSummitontheInformationSociety,WSIS）上，国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU)发布了《互联网报告2005：物联网》一文，正式提出了物联网的概念。射频识别技术（RFID）、传感器技术将是其中的关键技术。2008年年底，IBM首席执行官（CEO）彭明盛在物联网概念的基础上，首次抛出“智慧地球”这一概念。2009年2月24日，IBM中国公司在北京发布了“智慧地球”战略，通过将下一代IT技术应用在各行各业中，以应对经济危机、能源危机、环境恶化，从而打造一个“智慧地球”。2009年物联网热潮席卷全球，在此背景下，许多学者探讨了物联网在物流领域的应用，再一次掀起了智能物流的研究热潮。在发表的诸多学术论文中，有的学者沿用了“智能物流”这个术语，而有的学者则使用了“智慧物流”这个新术语。三、智慧物流产生的必然性91．供应链发展的要求供应链是由许多具有不同功能的节点企业构成的网链，每个节点都要实现特定的功能，这些业务实体负责完成从原材料的订购到产品生产，再将产品运送到最终客户手中。这个过程包含了物流、资金流和信息流的流动，横跨不同的企业和区域。在供应链竞争环境中，供应链参与方之间由过去单纯的竞争关系转变为既竞争又合作的联盟伙伴关系。因此，建立成员企业之间的紧密合作对于提升供应链整体竞争力尤为重要。而物流是连接供应链内各个主体的最重要桥梁，是供应链活动的主要内容，因此供应链成员企业之间的紧密合作离不开物流信息的共享与可视化。通过引入智能物流，应用信息技术、智能技术及系统集成技术，一方面可以大大提高供应链各成员企业之间信息的共享性、可视性，另一方面也为信息处理提供了新的解决方案，可以提高供应链决策的科学水平和效率。三、智慧物流产生的必然性102．电子商务发展的要求电子商务的发展带来了巨大的物流需求，同时也对物流企业提出了新的要求，如能够及时、准确进行物流信息的获取和传递，为客户提供实时的货物和订单状态信息，对订单进行及时、准确的处理，对运输车辆进行实时优化调度，准确预测货物的销售，优化库存，对供应商进行优化选择等。并且，随着电子商务的不断发展，其对物流的要求将会越来越高。而要满足这些要求，实现电子商务的高效运转，高效、畅通、智能化的物流系统是必不可少的。三、智慧物流产生的必然性113．我国现实国情的要求一方面，由于物流产业在国民经济中的基础作用，物流信息化已成为我国信息化战略的重要内容。另一方面，我国传统物流产业走的是一条物质和能量高投入、高消耗的路。三、智慧物流产生的必然性124．物流自身发展的内在要求任何事物发展都有其内在的规律性，都是从简单向复杂、从低级向高级螺旋上升的过程。物流的发展也不例外，经历了由简单的静态储存物流、储运物流向复杂的一体化物流、供应链物流、电子物流的发展过程，物流信息化则经历了由简单粗放型、计算机简单应用型向信息管理系统化、整体化发展的过程。物流智能化是物流的信息化和自动化的高级形态。随着全球经济一体化和知识经济时代的来临，现代物流所面临的问题日趋复杂，外界环境的不确定性程度越来越高，简单的信息化和自动化将越来越不能适应这些要求，因此需要发展具有解决复杂问题能力的智慧物流系统，以有效地解决这些问题。可以说，智慧物流是物流发展的必然产物。三、智慧物流产生的必然性135．智慧物流是智慧地球的重要组成部分随着“智慧地球”概念的提出，物联网的应用也深入到各行各业，形成了垂直产业链，包括智慧电网、智慧交通、智慧物流、智慧工业、智慧农业、智慧安防、智慧医疗、智慧环保、智慧家居等。其中，物流业是最早接触物联网的行业之一，也是最早应用物联网技术，实现物流作业智能化、网络化和自动化的行业。智慧物流供应链标志着信息化在整合网络和管控流程中进入了一个动态、实时进行选择和控制的管理新阶段。三、智慧物流产生的必然性146.物联网等技术在物流行业应用的产物近年来，物联网、移动通信、云计算、大数据等先进信息技术及人工智能技术得到了迅猛发展，人们不断将这些技术应用于物流领域，开发了许多智慧物流应用产品。智慧物流是物联网等先进技术在物流领域应用所带来的必然产物。15第二节智慧物流系统的结构与智能机理一、智慧物流系统的结构16智慧物流系统的结构一、智慧物流系统的结构171．感知层感知层是智慧物流系统的“神经末梢”，通过RFID、条码识别货物、托盘、集装箱及运输车辆的身份，通过传感器采集温度、湿度等环境信息，通过车载终端及OBD采集车辆的位置、车况信息，通过视频采集仓库、道路、闸口、车辆的动态图像信息。这些数据通过信息网络传递给信息处理与应用系统。一、智慧物流系统的结构182．网络层网络层用于连接智慧物流系统的“神经末梢”与“神经中枢”，并实现多个“神经中枢”之间的交互。智慧物流离不开通信基础网络的支撑。通信基础网络由互联网、电信网络和广播电视网络所组成，即3G，它主要解决的是文字、语音、图像、视频等信息传递的问题。以互联网为例，它解决的是一个基本的通信通道问题，只要符合其通信标准，就可以传递文字、图像、视频、语音，但其对所传递的信息内容没有要求，没有标准。可以使用通信基础网络实现感知层数据向应用层信息处理应用系统的传递。然而，对于物流行业许多应用信息系统而言，需要进行业务信息的传递和交换，以开展业务往来。如果直接通过通信基础网络进行信息的交换，其成本高、效率低，并且难以解决一些一、智慧物流系统的结构192．网络层网络层用于连接智慧物流系统的“神经末梢”与“神经中枢”，并实现多个“神经中枢”之间的交互。智慧物流离不开通信基础网络的支撑。通信基础网络由互联网、电信网络和广播电视网络所组成，即3G，它主要解决的是文字、语音、图像、视频等信息传递的问题。然而，对于物流行业许多应用信息系统而言，需要进行业务信息的传递和交换，以开展业务往来。如果直接通过通信基础网络进行信息的交换，其成本高、效率低，并且难以解决一些跨部门、跨行业的信息交换与整合需求。这时，就须建立专门的智慧物流信息网络，以实现应用信息系统之间的业务信息传递和交换。该网络建立在互联网等通信网络的基础之上，针对各种业务制定相应的信息交换标准，规范所交换的信息内容。应用信息系统接入该信息网络后，可以实现与其他应用信息系统之间的信息传递与交换，即智慧物流信息网络主要用于实现“神经中枢”之间的信息交换。一、智慧物流系统的结构203．应用层应用层是智慧物流系统的“神经中枢”。物流信息处理与应用系统通过获取感知层的物流动态数据，以及通过智慧物流信息网络与其他物流信息处理与应用系统之间互联互通，实现物流作业、物流管理与控制、物流决策支持三个功能。（1）物流作业：通过物流感知，实现物流自动化作业，如自动化立体仓库的货物自动分拣、仓库自动通风等。（2）物流管理与控制：通过物流感知，以及与其他信息应用系统之间的互联，实现物流的可视化跟踪与预警，实现物流全过程的有效管控。（3）物流决策支持：通过数据的集聚，建立数据中心，运用大数据处理技术，对物流进行优化、预测、诊断、评价、分类、聚类、影响分析、关联规则分析、回归分析等，为物流运营提供决策支持。二、智慧物流系统的智能机理211．智能获取智能获取技术主要有条码技术、传感器技术、射频识别技术、卫星定位技术（GPS、北斗）、视频技术、图像识别技术、文字识别技术、语音识别技术、机器人视觉技术等。这些技术目前已在智慧物流系统中得到广泛应用。智能获取技术能够使物流从被动走向主动，实现物流过程中的主动获取信息，主动监控车辆与货物，主动分析信息，使商品从源头开始被实时跟踪与管理，实现信息流快于实物流。二、智慧物流系统的智能机理222．智能传递智能传递技术应用于企业内部、外部的数据传递。智慧物流的发展趋势是实现整个供应链管理的一体化、柔性化，这离不开数据的交换与传递。智慧物流系统的智能传递技术主要体现在通信基础网络和智慧物流信息网络两个方面。通信基础网络的智能传递技术主要是智能网技术、智能化网络管理与控制技术及智能网络信息搜索技术等智能通信技术，采用智能Agent技术及计算智能技术（如神经网络、遗传算法、蚁群算法等）以进行网络的优化管理与实时控制，如QoS路由优化等。在SOA架构技术环境下，智慧物流信息网络的智能传递技术主要是基于WebService的物流信息服务搜索与发现技术、物流信息服务组合技术、消息中间件技术等。二、智慧物流系统的智能机理233．智能处理智慧物流系统的智能化水平在很大程度上取决于它代替或部分代替人进行决策的能力。而智能处理技术是智能物流系统进行“决策”的核心技术，即通过对大数据进行分析与处理，建立优化、预测、评价、诊断、数据挖掘模型，为企业和政府的物流决策提供支持。这方面的技术主要有系统优化、系统预测、系统诊断、大数据技术、专家系统、数据挖掘、智能决策支持系统、计算智能技术、智能体技术等。二、智慧物流系统的智能机理244．智能利用智能利用主要体现在以下两个方面：1）智慧物流系统是一个人机系统。人是智慧物流系统的重要组成部分，在智能处理的基础上，物流管理人员基于决策支持信息，作用于物流系统，体现的是人的智能。2）物流自动控制。智能控制技术是将智能理论应用于控制技术而不断发展起来的一种新型控制技术，它主要用来解决那些用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。这些控制问题通常具有复杂性、随机性、模糊性等特点，利用数学方法难以精确描述。25第三节智慧物流系统架构一、智慧物流系统的物理架构26智慧物流系统的物理架构一、智慧物流系统的物理架构271．RFID的识读系统该系统由电子标签、天线、远距离识读设备、数据交换系统组成。硬件系统设置在货物通行的地方，当货物通过时，识读设备接收货物电子标签发出的信号，对货物电子标签和数据交换系统进行更新和改写。一、智慧物流系统的物理架构282．RFID、GPS、GIS货物跟踪系统该系统由RFID、GPS、GIS和监控系统组成。GPS能够对在途货物进行定位，GIS通过遥感技术实现对路径的规划，并将数据传输至监控系统，对在途货物实现实时跟踪定位。三种技术结合构建智能交通物流网络的原理是：GIS能够对识读器获得的道路标签的编码信息进行处理，并与电子地图信息库中的具体位置点对照，实现物理位置和电子地图上的显示点之间的对应；GPS在卫星能够覆盖的地区定位简单、经济实惠，可以实现对大多数路面的定位，但是在卫星的盲区，如高楼密集区、立交桥、高架桥、大型地下停车场等区域可以采用RFID进行定位，在这些地区先进行道路标签的铺设。实现的方法就是将车载终端进行简单改造，将GPS终端和阅读器集成在一起，实现城市道路交通的全程全目标监控。系统构建时要考虑在公共交通繁忙和重要的网络中，能不能进行射频标签的铺设，这应该是政府行为，并且具有导向性，不可能单独由交通管理部门（简称交管部门）和道路使用部门完成。一、智慧物流系统的物理架构293．仓储管理子系统仓储管理子系统负责货物的出/入库，货物盘点，供应商管理库存，货区、货位管理及订单管理。此部分使用到的硬件技术有RFID、条码、无线传感、立体仓库、AGV等，软件技术有仓储管理信息系统、订货系统、POS系统等。系统应具备如下功能：（1）订单管理。（2）入库管理。（3）出库管理。（4）库存管理。（5）查询与统计。（6）仓储数据交换。二、智慧物流系统的业务架构30传统物流业务体系架构二、智慧物流系统的业务架构31基于物联网的智慧物流业务体系架构二、智慧物流系统的业务架构321．物流感知层射频识别（RFID）技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术为感知层的关键技术。射频识别系统通常由电子标签和阅读器组成。电子标签内存有一定格式的标示物体信息的电子数据，是未来几年代替条码走进物联网时代的关键技术之一。RFID技术与互联网、通信等技术相结合，可实现全球范围内的物品跟踪与信息共享。但其在技术发展过程中也遇到了一些问题，主要是芯片成本问题，其他的如RFID防碰撞、防冲突、RFID天线研究、工作频率的选择及安全隐私等问题，都在一定程度上制约了该技术的发展。传感技术、计算机技术与通信技术被称为信息技术的三大支柱。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。二、智慧物流系统的业务架构332．核心业务层（1）智能运输。（2）自动仓储。（3）动态配送。（4）信息控制。34第四节智慧物流信息平台系统一、智慧物流信息平台设计原则与目标351．智慧物流信息平台设计原则智慧物流信息平台要遵循如下原则：（1）规范性。（2）先进性。（3）可扩展性。（4）开放性。（5）安全可靠性。（6）合作性。一、智慧物流信息平台设计原则与目标362．智慧物流信息平台设计目标智慧物流信息平台将智慧物流理念贯穿于整个平台的规划和运营中，通过大数据、云计算、物联网等新技术，建立开放、透明、共享的物流信息平台，为物流企业、电子商务企业、仓储企业、第三方第四方物流服务商、供应链服务商等各类企业提供一体化的物流服务解决方案，从而达到物流服务一体化、物流过程可视化、物流交易电子化、物流资源集成化、物流运作标准化、客户服务个性化的目标。（1）物流服务一体化。（2）物流过程可视化。（3）物流交易电子化。（4）物流资源集成化。（5）物流运作标准化。（6）客户服务个性化。二、智慧物流信息平台业务及功能体系设计371．智慧物流信息平台业务体系设计智慧物流信息平台从宏观物流、中观物流和微观物流三个角度出发，分别对智慧物流商物管理、智慧物流供应链管理、智慧物流业务综合管控三个层面的业务进行了详细设计。（1）智慧物流商物管理。（2）智慧物流供应链管理。（3）智慧物流业务综合管控。二、智慧物流信息平台业务及功能体系设计38智慧物流信息平台业务体系二、智慧物流信息平台业务及功能体系设计392．智慧物流信息平台功能体系设计智慧物流平台的功能体系二、智慧物流信息平台业务及功能体系设计402．智慧物流信息平台功能体系设计（1）智慧物流商物管理信息平台功能。1）商物品类管理。2）商物流量流向管理。3）商物供需管理。4）商物协同管理。二、智慧物流信息平台业务及功能体系设计412．智慧物流信息平台功能体系设计（2）智慧物流供应链管理信息平台功能。1）采购物流管理。2）生产物流管理。3）销售物流管理。4）一体化物流管理。二、智慧物流信息平台业务及功能体系设计422．智慧物流信息平台功能体系设计（3）智慧物流业务综合管控信息平台功能。1）自动仓储管理。2）动态配送管理。3）智能运输管理。4）物流过程控制管理。5）分析优化决策管理。6）货物信息发布管理。7）增值服务管理。43第五节智慧物流系统解决方案与应用一、智慧物流系统解决方案44仓储监控活动过程二、智慧物流系统应用451．产品智慧可追溯系统目前，产品智慧可追溯系统在食品、钢铁、农产品、医药、烟草等行业领域，在产品的追踪、识别、查询、信息采集与管理等方面发挥了巨大作用，强化了生产经营者的安全责任意识，为消费者提供尽可能全面的信息，已有很多成功应用。产品智慧可追溯系统可实现产品从原料、加工到成品运输等全过程的追溯，通过射频识别（RFID）技术，对标签卡实现了读/写内部数据信息的功能；通过无线电波将产品状态和定位信息实时传输到产品的智慧可追溯系统，使用户可以通过登录系统查找相应的产品安全追溯信息。食品安全生产管理者通过登录系统，能够在出现产品安全问题时迅速召回有害产品，防止问题产品的快