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物聯(lián)網(wǎng)超越了互聯(lián)網(wǎng)形成了人與物之間、物與物之間更加全面的互聯(lián)和互通。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展, 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代物流業(yè)中支持國內(nèi)商業(yè)發(fā)展的重要性越發(fā)凸顯。[1]電子商務(wù)飛速發(fā)展所代表的中國新經(jīng)濟, 急待構(gòu)建更大規(guī)模、更高效率、更為完善的智能型網(wǎng)絡(luò)和社會化智能物流基礎(chǔ)設(shè)施。2013年馬云退而不休, 中國智能物流網(wǎng)絡(luò) (China Smart Logistic Network, 簡稱CSN) 成為阿里巴巴龐大商業(yè)帝國的下一核心。CSN體系將通過自營及合作等多種模式, 形成在全國范圍內(nèi)基于八個核心智能倉儲中心的開放、共享、社會化智能倉儲設(shè)施網(wǎng)絡(luò), 實現(xiàn)24小時送貨必達(dá)。

RFID是一種自動化的識別技術(shù), 首先它利用了射頻信號通過交變磁場或電磁場實現(xiàn)穿過物品的外包裝與標(biāo)簽間, 進(jìn)行非接觸式的雙向通信, 明顯優(yōu)于以激光方式被動讀取信息的傳統(tǒng)條形碼識別技術(shù)。其次, RFID識別的是非常具體的單個物品, 不像條形碼只能識別一類物品, RFID最大化滿足了對物品識別的精確性要求, 給每件物品上了“二代身份證”。此外, RFID還具有耐高溫、防水、防磁、可反復(fù)使用、能加密數(shù)據(jù)、讀取范圍廣等特點。RFID技術(shù)這些顯著的優(yōu)勢, 被普遍認(rèn)為在不遠(yuǎn)的將來會最終取代現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用的條形碼, 成為實現(xiàn)物品自動化識別的有效手段。DHL和UPS這些跨國專業(yè)物流公司都已在其物流中心用RFID技術(shù)取代了條形碼掃描, 在其包裹的分揀和定位中使用該自動識別技術(shù)。

RFID技術(shù)在現(xiàn)代物流業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢在于能在很大程度上減少物流操作員檢測物資信息的人工成本, 并降低物流管理中信息采集的錯誤率。RFID技術(shù)的集成應(yīng)用將會促進(jìn)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中許多需要人工操作的單元實現(xiàn)自動化作業(yè)。在物資中轉(zhuǎn)的物流倉儲環(huán)節(jié)中利用RFID技術(shù)能夠?qū)崟r準(zhǔn)確了解商品的庫存信息, 實現(xiàn)自動化的存貨、取貨操作, 完成準(zhǔn)時出貨;在物流運輸環(huán)節(jié)中利用RFID和GPS的集成實現(xiàn)貨物的實時跟蹤, 特別針對有時限、溫度、防震等特殊要求的物品貼上RFID標(biāo)簽, 在倉儲及運輸過程中監(jiān)測時間、溫度、震動等其他參數(shù)保證物資完好;在商品銷售端使用RFID標(biāo)簽直接跟蹤產(chǎn)品的銷售業(yè)績, 及時統(tǒng)計各種商品的需求量, 為進(jìn)一步指導(dǎo)生產(chǎn)提供更全面及時的產(chǎn)品銷售數(shù)據(jù)記錄和分析, 提高產(chǎn)品快速適應(yīng)市場的能力;物品貼上RFID標(biāo)簽可以實現(xiàn)產(chǎn)品流通中的溯源, 保證產(chǎn)品特別是食品、藥品這些關(guān)系民生的重要物資的安全性。

RFID閱讀器主要負(fù)責(zé)的是與電子標(biāo)簽的無線雙向通信, 將讀取的標(biāo)簽信息傳到計算機數(shù)據(jù)中心, 接收來自數(shù)據(jù)中心的控制指令并進(jìn)行相應(yīng)控制和管理。電子標(biāo)簽與閱讀器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射和接收還需要天線, 電子標(biāo)簽的天線與閱讀器的天線有差別, 天線的形狀和相對位置及系統(tǒng)功率會影響數(shù)據(jù)的現(xiàn)場傳輸效果。RFID技術(shù)在物流智能倉儲中應(yīng)用的原理如圖1所示:

圖1 RFID的基本工作原理   下載原圖

WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)崟r采集、監(jiān)測、感知物理環(huán)境中的各種傳感器的數(shù)據(jù)信息, 并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器處理, 以獲得更全面的融合后的信息。流行的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有WiFi、藍(lán)牙、紅外和ZigBee, 用以實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的動態(tài)數(shù)據(jù)交換。其中WiFi是無線寬帶網(wǎng)絡(luò)范疇的, 其定位目標(biāo)是取代網(wǎng)絡(luò)中的有線設(shè)備, 但缺點在一旦接入點AP (Access Point) 失效, 整個網(wǎng)絡(luò)將無法工作。[2]藍(lán)牙、紅外還有ZigBee技術(shù)是無線低速網(wǎng)絡(luò)范疇的, 是為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中能力較低節(jié)點的低速率、低功耗、低通信半徑、低運算能力的節(jié)點采用的通信協(xié)議, 具體特點及差異見表1。

802.15.4/ZigBee是近年來興起的介于藍(lán)牙 (BlueTooth) 和紅外技術(shù)的近距離無線連接的組網(wǎng)技術(shù), 是一種簡單、低速、功耗低、質(zhì)優(yōu)價廉的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?；赯igbee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在智能化樓宇、庫房倉儲自動化等現(xiàn)實案例中的數(shù)據(jù)傳輸, 具有組網(wǎng)簡單、操作可靠、方便嵌入、價格便宜等優(yōu)點。根據(jù)物流倉儲智能化具體要求, 采用ZigBee技術(shù)的無線組網(wǎng)形式最適合倉儲環(huán)境所需。綜合表內(nèi)特點分析, 物流倉儲智能化建設(shè)中采用ZigBee協(xié)議組網(wǎng)簡單, 靈活, 實現(xiàn)成本低, 擴展維護(hù)費用低。ZigBee組網(wǎng)中所有節(jié)點是獨立工作的, 其中某節(jié)點若出現(xiàn)故障, 能通過另外的節(jié)點來傳輸數(shù)據(jù), 并可任意地將新的RFID閱讀器擴展到該網(wǎng)絡(luò)中。[3]

表1 無線低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較     下載原表

在物流活動的整體流程中, 倉庫是物資從源頭到目的地順利流通的中轉(zhuǎn)站。小、微物流企業(yè)信息化程度普遍較低, 特別在倉儲環(huán)節(jié)中基本都還依賴于人工對物資出入庫進(jìn)行信息采集的工作, 倉儲物資的庫存信息無法實現(xiàn)可視化的網(wǎng)絡(luò)查詢, 更談不上對倉儲物資進(jìn)行有效組織、優(yōu)化配置。在智能型的倉儲單元中, 不僅僅是實現(xiàn)自動采集物資信息, 還要與網(wǎng)絡(luò)相連, 隨時把采集后的倉儲物資信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心, 進(jìn)行實時可視化的數(shù)據(jù)調(diào)整和指揮。具備自動感知、能自適應(yīng)并與外界平滑交互的智能化倉儲單元是提高物流整體操作智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

目前, 物流產(chǎn)業(yè)鏈中的倉儲單元依賴于人工釆集物資信息下的“人找貨”模式, 不僅效率低下, 而且出錯頻繁, 貨物損耗大。在國家提倡提高國民工資水平背景下, 加之通貨膨脹, 勞動力成本的急劇增加已經(jīng)成為物流業(yè)迅速發(fā)展的瓶頸。

非接觸式的RFID識別技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集, 有助于加強物流企業(yè)中倉儲環(huán)節(jié)的信息化, 提高物資出入庫及物資查詢盤點的工作效率。將RFID芯片嵌入叉車托盤或者直接貼在貨物上, 作為物聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點, 實現(xiàn)對倉儲物資的自動識別、追蹤、管理, 構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)框架下的智能型物流倉儲單元。[4]另外, 使用RFID技術(shù)的手持終端可以同時對多個目標(biāo)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的掃描讀取物資信息, 而傳統(tǒng)條形碼只能逐個貨物進(jìn)行人工近距離讀取, 效率太低。

通常的物流管理信息系統(tǒng), 采用的是內(nèi)部局域網(wǎng)技術(shù), 并預(yù)留下與外網(wǎng)、無線網(wǎng)擴展的接口。在以物資倉儲為對象的物流信息系統(tǒng)局域網(wǎng)中, 較常采用現(xiàn)場總線技術(shù)、無線網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)庫區(qū)的組網(wǎng)建設(shè)。在物資倉儲這種需要高度防火措施的環(huán)境下, 采用無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)形式會比現(xiàn)場總線的明線組網(wǎng)形式更加安全可靠。

在無線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下將自動采集來的物資信息發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 得到物資庫存的最優(yōu)化配置, 有效組織物流活動, 目的在于增加物流企業(yè)利益的同時提高物流企業(yè)的核心競爭力。[5]

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物流倉儲智能化系統(tǒng)構(gòu)架圖   下載原圖

設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并具備推廣意義的物流倉儲智能化解決方案的基本構(gòu)架圖, 如圖2所示。首先, 將RFID電子標(biāo)簽嵌入到倉儲的物資中;在RFID閱讀器幫助下讀取物資信息, 進(jìn)行物資的自動識別工作;各種傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)信息采集后, 選取基于802.15.4/ZigBee協(xié)議搭建無線網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心;處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD可視化終端界面實現(xiàn)倉儲智能指示。經(jīng)由嵌入式網(wǎng)關(guān)將無線網(wǎng)卡、GPRS通信模塊相連實現(xiàn)用戶與智能倉儲中心間信息交互的的移動訪問, 攝像頭、可視化端在嵌入式網(wǎng)關(guān)的接口下實現(xiàn)倉儲中心的安防、監(jiān)控及可視化指示功能。

在出入庫管理中使用適合短距離信息識別, 運用無線電波進(jìn)行操作和通信的被動式RFID標(biāo)簽來自動化采集貨物信息, 并確定入庫后的貨物的實際存儲位置。具體的入庫工作流程:

1. 供應(yīng)商首先把商品信息傳送至智能倉儲管理系統(tǒng)中;

2. 貨物放在托盤上, RFID天線讀取貨物數(shù)據(jù);

3. 將讀到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較, 無誤差或誤差在一定范圍內(nèi)則將入庫信息轉(zhuǎn)換成庫存信息, 若出現(xiàn)錯誤則出現(xiàn)錯誤提示, 工作人員將另行處理。

在出庫管理中使用RFID技術(shù)可以有效提高貨物的出庫效率和裝載的準(zhǔn)確性, 能有效解決下面的三個問題:

1.自動揀貨, 實現(xiàn)“貨找人”提高貨物的分揀效率;

2.正確實現(xiàn)出庫物資的信息采集;

3.準(zhǔn)確無誤的保證貨物裝載到正確的配送的運輸車輛上。

在倉庫管理系統(tǒng) (WMS) 中將物資狀態(tài)轉(zhuǎn)換成待出庫狀態(tài)后, RFID閱讀器自動會收取物資信息, 并在系統(tǒng)服務(wù)器中優(yōu)化出揀貨路線, 直接將最優(yōu)的揀貨線圖傳輸給工作人員, 實現(xiàn)待出庫物資的“貨找人”。分揀物資完畢出庫時, 通過出庫口通道處的RFID閱讀器, RFID標(biāo)簽上的貨物信息轉(zhuǎn)入WMS系統(tǒng)并與訂單比較無誤后順利出庫, 相應(yīng)的庫存量減少;若出現(xiàn)錯誤則由WMS輸出錯誤提示, 提醒工作人員禁止問題物資出庫[6]。

使用RFID技術(shù), 智能倉儲中心的員工接到盤點指令后, 攜帶閱讀器進(jìn)入庫區(qū)依次遍歷全部貨物信息, 同時將所有物資信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給主控服務(wù)器;盤點動作完成后, 主控系統(tǒng)將記錄執(zhí)行此次盤點任務(wù)的手持設(shè)備已經(jīng)離開庫區(qū), 將發(fā)送過來的全部貨品信息與主控計算機上的全部貨品內(nèi)容進(jìn)行比對, 并將結(jié)果告知管理人員, 大大提高了貨物倉儲的盤點效率。

特別是需要特殊倉儲環(huán)境的物資, 在RFID標(biāo)簽幫助下可以對需冷藏或保溫、保鮮的物資在各種傳感器裝備下的倉儲環(huán)境進(jìn)行可視化監(jiān)控, 實現(xiàn)無障礙溝通, 達(dá)到批次、貨位、和溫度管理的完美結(jié)合, 大大降低了倉儲物流成本, 提高了物流倉儲的安全性、可靠性及客戶的滿意度水平。

RFID技術(shù)實現(xiàn)了智能倉儲中物資電子數(shù)據(jù)的自動化讀取和導(dǎo)入, 及單據(jù)流、工作流、貨物流的三合為一的無縫全程可視化監(jiān)管。

在物流倉儲智能化的系統(tǒng)應(yīng)用中, 選擇液晶模塊將最終處理得到的智能型數(shù)據(jù)顯示出來, 方便指導(dǎo)一線的物流操作人員進(jìn)行實時操作。例如, 在貨物分揀時主控計算機傳來的最優(yōu)揀貨路徑就可以通過系統(tǒng)所選用的點陣LCD液晶顯示模塊, 來顯示貨物所在位置的最優(yōu)路徑數(shù)據(jù)信息。根據(jù)不同屏幕的背光強度, LCD液晶模塊消耗的功耗也有所差別。

攝像頭實時捕獲倉儲中心的畫面, 而后在USB接口將圖像數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)處理。智能倉儲中心的管理員既可以在顯示器上看到倉儲中心物資的畫面, 又可以通過PC遠(yuǎn)程訪問的方式來觀看和控制倉儲中心傳感器數(shù)據(jù), 從而改善倉儲環(huán)境。

智能倉儲中心通過檢測距離達(dá)7m、角度為100度的人體紅外感應(yīng)器模塊, 和輔助的攝像頭協(xié)作, 該節(jié)點模塊采集信息后向主控中心發(fā)送信號, 同時啟動聲光報警裝置實現(xiàn)智能倉儲中心的智能安防。

智能倉儲中心通過嵌入式網(wǎng)關(guān)加入Zigbee協(xié)議組建局域網(wǎng), 管理員可以通過PC訪問物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù), 通過操作界面遠(yuǎn)程控制各傳感器動作, 維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。GPRS通信模塊接入到網(wǎng)關(guān)中實現(xiàn)手機對智能倉儲中心數(shù)據(jù)的移動訪問, 了解物資在倉儲中心的數(shù)據(jù)信息, 并完成各種傳感器參數(shù)的設(shè)置。