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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(guó)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(guó)新經(jīng)濟(jì), 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(huì)化智能物流基礎(chǔ)設(shè)施。2013年馬云退而不休, 中國(guó)智能物流網(wǎng)絡(luò) (China Smart Logistic Network, 簡(jiǎn)稱(chēng)CSN) 成為阿里巴巴龐大商業(yè)帝國(guó)的下一核心。CSN體系將通過(guò)自營(yíng)及合作等多種模式, 形成在全國(guó)范圍內(nèi)基于八個(gè)核心智能倉(cāng)儲(chǔ)中心的開(kāi)放、共享、社會(huì)化智能倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò), 實(shí)現(xiàn)24小時(shí)送貨必達(dá)。

RFID是一種自動(dòng)化的識(shí)別技術(shù), 首先它利用了射頻信號(hào)通過(guò)交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)穿過(guò)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(dòng)讀取信息的傳統(tǒng)條形碼識(shí)別技術(shù)。其次, RFID識(shí)別的是非常具體的單個(gè)物品, 不像條形碼只能識(shí)別一類(lèi)物品, RFID最大化滿足了對(duì)物品識(shí)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(diǎn)。RFID技術(shù)這些顯著的優(yōu)勢(shì), 被普遍認(rèn)為在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)最終取代現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用的條形碼, 成為實(shí)現(xiàn)物品自動(dòng)化識(shí)別的有效手段。DHL和UPS這些跨國(guó)專(zhuān)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(dòng)識(shí)別技術(shù)。

RFID技術(shù)在現(xiàn)代物流業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)在于能在很大程度上減少物流操作員檢測(cè)物資信息的人工成本, 并降低物流管理中信息采集的錯(cuò)誤率。RFID技術(shù)的集成應(yīng)用將會(huì)促進(jìn)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中許多需要人工操作的單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。在物資中轉(zhuǎn)的物流倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)中利用RFID技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確了解商品的庫(kù)存信息, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的存貨、取貨操作, 完成準(zhǔn)時(shí)出貨;在物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)中利用RFID和GPS的集成實(shí)現(xiàn)貨物的實(shí)時(shí)跟蹤, 特別針對(duì)有時(shí)限、溫度、防震等特殊要求的物品貼上RFID標(biāo)簽, 在倉(cāng)儲(chǔ)及運(yùn)輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)時(shí)間、溫度、震動(dòng)等其他參數(shù)保證物資完好;在商品銷(xiāo)售端使用RFID標(biāo)簽直接跟蹤產(chǎn)品的銷(xiāo)售業(yè)績(jī), 及時(shí)統(tǒng)計(jì)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(shí)的產(chǎn)品銷(xiāo)售數(shù)據(jù)記錄和分析, 提高產(chǎn)品快速適應(yīng)市場(chǎng)的能力;物品貼上RFID標(biāo)簽可以實(shí)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(wú)線雙向通信, 將讀取的標(biāo)簽信息傳到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心, 接收來(lái)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(duì)位置及系統(tǒng)功率會(huì)影響數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)傳輸效果。RFID技術(shù)在物流智能倉(cāng)儲(chǔ)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集、監(jiān)測(cè)、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(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有WiFi、藍(lán)牙、紅外和ZigBee, 用以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。其中WiFi是無(wú)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(diǎn)在一旦接入點(diǎn)AP (Access Point) 失效, 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法工作。[2]藍(lán)牙、紅外還有ZigBee技術(shù)是無(wú)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(diǎn)的低速率、低功耗、低通信半徑、低運(yùn)算能力的節(jié)點(diǎn)采用的通信協(xié)議, 具體特點(diǎn)及差異見(jiàn)表1。

802.15.4/ZigBee是近年來(lái)興起的介于藍(lán)牙 (BlueTooth) 和紅外技術(shù)的近距離無(wú)線連接的組網(wǎng)技術(shù), 是一種簡(jiǎn)單、低速、功耗低、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?；赯igbee協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在智能化樓宇、庫(kù)房倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化等現(xiàn)實(shí)案例中的數(shù)據(jù)傳輸, 具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、操作可靠、方便嵌入、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)物流倉(cāng)儲(chǔ)智能化具體要求, 采用ZigBee技術(shù)的無(wú)線組網(wǎng)形式最適合倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境所需。綜合表內(nèi)特點(diǎn)分析, 物流倉(cāng)儲(chǔ)智能化建設(shè)中采用ZigBee協(xié)議組網(wǎng)簡(jiǎn)單, 靈活, 實(shí)現(xiàn)成本低, 擴(kuò)展維護(hù)費(fèi)用低。ZigBee組網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立工作的, 其中某節(jié)點(diǎn)若出現(xiàn)故障, 能通過(guò)另外的節(jié)點(diǎn)來(lái)傳輸數(shù)據(jù), 并可任意地將新的RFID閱讀器擴(kuò)展到該網(wǎng)絡(luò)中。[3]

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

在物流活動(dòng)的整體流程中, 倉(cāng)庫(kù)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(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)中基本都還依賴(lài)于人工對(duì)物資出入庫(kù)進(jìn)行信息采集的工作, 倉(cāng)儲(chǔ)物資的庫(kù)存信息無(wú)法實(shí)現(xiàn)可視化的網(wǎng)絡(luò)查詢(xún), 更談不上對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物資進(jìn)行有效組織、優(yōu)化配置。在智能型的倉(cāng)儲(chǔ)單元中, 不僅僅是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集物資信息, 還要與網(wǎng)絡(luò)相連, 隨時(shí)把采集后的倉(cāng)儲(chǔ)物資信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心, 進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化的數(shù)據(jù)調(diào)整和指揮。具備自動(dòng)感知、能自適應(yīng)并與外界平滑交互的智能化倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)單元依賴(lài)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(cuò)頻繁, 貨物損耗大。在國(guó)家提倡提高國(guó)民工資水平背景下, 加之通貨膨脹, 勞動(dòng)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(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集, 有助于加強(qiáng)物流企業(yè)中倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的信息化, 提高物資出入庫(kù)及物資查詢(xún)盤(pán)點(diǎn)的工作效率。將RFID芯片嵌入叉車(chē)托盤(pán)或者直接貼在貨物上, 作為物聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物資的自動(dòng)識(shí)別、追蹤、管理, 構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)框架下的智能型物流倉(cāng)儲(chǔ)單元。[4]另外, 使用RFID技術(shù)的手持終端可以同時(shí)對(duì)多個(gè)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(gè)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(wú)線網(wǎng)擴(kuò)展的接口。在以物資倉(cāng)儲(chǔ)為對(duì)象的物流信息系統(tǒng)局域網(wǎng)中, 較常采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)的組網(wǎng)建設(shè)。在物資倉(cāng)儲(chǔ)這種需要高度防火措施的環(huán)境下, 采用無(wú)線局域網(wǎng)的組網(wǎng)形式會(huì)比現(xiàn)場(chǎng)總線的明線組網(wǎng)形式更加安全可靠。

在無(wú)線網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下將自動(dòng)采集來(lái)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(kù)存的最優(yōu)化配置, 有效組織物流活動(dòng), 目的在于增加物流企業(yè)利益的同時(shí)提高物流企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。[5]

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

設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并具備推廣意義的物流倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(dòng)識(shí)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(wú)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(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)智能指示。經(jīng)由嵌入式網(wǎng)關(guān)將無(wú)線網(wǎng)卡、GPRS通信模塊相連實(shí)現(xiàn)用戶與智能倉(cāng)儲(chǔ)中心間信息交互的的移動(dòng)訪問(wèn), 攝像頭、可視化端在嵌入式網(wǎng)關(guān)的接口下實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)中心的安防、監(jiān)控及可視化指示功能。

在出入庫(kù)管理中使用適合短距離信息識(shí)別, 運(yùn)用無(wú)線電波進(jìn)行操作和通信的被動(dòng)式RFID標(biāo)簽來(lái)自動(dòng)化采集貨物信息, 并確定入庫(kù)后的貨物的實(shí)際存儲(chǔ)位置。具體的入庫(kù)工作流程:

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

2. 貨物放在托盤(pán)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(kù)進(jìn)行比較, 無(wú)誤差或誤差在一定范圍內(nèi)則將入庫(kù)信息轉(zhuǎn)換成庫(kù)存信息, 若出現(xiàn)錯(cuò)誤則出現(xiàn)錯(cuò)誤提示, 工作人員將另行處理。

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

1.自動(dòng)揀貨, 實(shí)現(xiàn)“貨找人”提高貨物的分揀效率;

2.正確實(shí)現(xiàn)出庫(kù)物資的信息采集;

3.準(zhǔn)確無(wú)誤的保證貨物裝載到正確的配送的運(yùn)輸車(chē)輛上。

在倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng) (WMS) 中將物資狀態(tài)轉(zhuǎn)換成待出庫(kù)狀態(tài)后, RFID閱讀器自動(dòng)會(huì)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(shí)現(xiàn)待出庫(kù)物資的“貨找人”。分揀物資完畢出庫(kù)時(shí), 通過(guò)出庫(kù)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(wú)誤后順利出庫(kù), 相應(yīng)的庫(kù)存量減少;若出現(xiàn)錯(cuò)誤則由WMS輸出錯(cuò)誤提示, 提醒工作人員禁止問(wèn)題物資出庫(kù)[6]。

使用RFID技術(shù), 智能倉(cāng)儲(chǔ)中心的員工接到盤(pán)點(diǎn)指令后, 攜帶閱讀器進(jìn)入庫(kù)區(qū)依次遍歷全部貨物信息, 同時(shí)將所有物資信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送給主控服務(wù)器;盤(pán)點(diǎn)動(dòng)作完成后, 主控系統(tǒng)將記錄執(zhí)行此次盤(pán)點(diǎn)任務(wù)的手持設(shè)備已經(jīng)離開(kāi)庫(kù)區(qū), 將發(fā)送過(guò)來(lái)的全部貨品信息與主控計(jì)算機(jī)上的全部貨品內(nèi)容進(jìn)行比對(duì), 并將結(jié)果告知管理人員, 大大提高了貨物倉(cāng)儲(chǔ)的盤(pán)點(diǎn)效率。

特別是需要特殊倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境的物資, 在RFID標(biāo)簽幫助下可以對(duì)需冷藏或保溫、保鮮的物資在各種傳感器裝備下的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行可視化監(jiān)控, 實(shí)現(xiàn)無(wú)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(cāng)儲(chǔ)物流成本, 提高了物流倉(cāng)儲(chǔ)的安全性、可靠性及客戶的滿意度水平。

RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能倉(cāng)儲(chǔ)中物資電子數(shù)據(jù)的自動(dòng)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(wú)縫全程可視化監(jiān)管。

在物流倉(cāng)儲(chǔ)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(lái), 方便指導(dǎo)一線的物流操作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。例如, 在貨物分揀時(shí)主控計(jì)算機(jī)傳來(lái)的最優(yōu)揀貨路徑就可以通過(guò)系統(tǒng)所選用的點(diǎn)陣LCD液晶顯示模塊, 來(lái)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(qiáng)度, LCD液晶模塊消耗的功耗也有所差別。

攝像頭實(shí)時(shí)捕獲倉(cāng)儲(chǔ)中心的畫(huà)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(cāng)儲(chǔ)中心的管理員既可以在顯示器上看到倉(cāng)儲(chǔ)中心物資的畫(huà)面, 又可以通過(guò)PC遠(yuǎn)程訪問(wèn)的方式來(lái)觀看和控制倉(cāng)儲(chǔ)中心傳感器數(shù)據(jù), 從而改善倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境。

智能倉(cāng)儲(chǔ)中心通過(guò)檢測(cè)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(diǎn)模塊采集信息后向主控中心發(fā)送信號(hào), 同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置實(shí)現(xiàn)智能倉(cāng)儲(chǔ)中心的智能安防。

智能倉(cāng)儲(chǔ)中心通過(guò)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(guò)PC訪問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù), 通過(guò)操作界面遠(yuǎn)程控制各傳感器動(dòng)作, 維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。GPRS通信模塊接入到網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)手機(jī)對(duì)智能倉(cāng)儲(chǔ)中心數(shù)據(jù)的移動(dòng)訪問(wèn), 了解物資在倉(cāng)儲(chǔ)中心的數(shù)據(jù)信息, 并完成各種傳感器參數(shù)的設(shè)置。