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物聯網超越了互聯網形成了人與物之間、物與物之間更加全面的互聯和互通。隨著信息化技術的發展, 將物聯網技術應用到現代物流業中支持國內商業發展的重要性越發凸顯。[1]電子商務飛速發展所代表的中國新經濟, 急待構建更大規模、更高效率、更為完善的智能型網絡和社會化智能物流基礎設施。2013年馬云退而不休, 中國智能物流網絡 (China Smart Logistic Network, 簡稱CSN) 成為阿里巴巴龐大商業帝國的下一核心。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、社會化智能倉儲設施網絡, 實現24小時送貨必達。

RFID是一種自動化的識別技術, 首先它利用了射頻信號通過交變磁場或電磁場實現穿過物品的外包裝與標簽間, 進行非接觸式的雙向通信, 明顯優于以激光方式被動讀取信息的傳統條形碼識別技術。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、可反復使用、能加密數據、讀取范圍廣等特點。RFID技術這些顯著的優勢, 被普遍認為在不遠的將來會最終取代現在還廣泛應用的條形碼, 成為實現物品自動化識別的有效手段。DHL和UPS這些跨國專業物流公司都已在其物流中心用RFID技術取代了條形碼掃描, 在其包裹的分揀和定位中使用該自動識別技術。

RFID技術在現代物流業中應用的優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技術的集成應用將會促進供應鏈環節中許多需要人工操作的單元實現自動化作業。在物資中轉的物流倉儲環節中利用RFID技術能夠實時準確了解商品的庫存信息, 實現自動化的存貨、取貨操作, 完成準時出貨;在物流運輸環節中利用RFID和GPS的集成實現貨物的實時跟蹤, 特別針對有時限、溫度、防震等特殊要求的物品貼上RFID標簽, 在倉儲及運輸過程中監測時間、溫度、震動等其他參數保證物資完好;在商品銷售端使用RFID標簽直接跟蹤產品的銷售業績, 及時統計各種商品的需求量, 為進一步指導生產提供更全面及時的產品銷售數據記錄和分析, 提高產品快速適應市場的能力;物品貼上RFID標簽可以實現產品流通中的溯源, 保證產品特別是食品、藥品這些關系民生的重要物資的安全性。

RFID閱讀器主要負責的是與電子標簽的無線雙向通信, 將讀取的標簽信息傳到計算機數據中心, 接收來自數據中心的控制指令并進行相應控制和管理。電子標簽與閱讀器之間數據傳輸的發射和接收還需要天線, 電子標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功率會影響數據的現場傳輸效果。RFID技術在物流智能倉儲中應用的原理如圖1所示:

圖1 RFID的基本工作原理   下載原圖

WSN無線傳感器網絡技術能夠實時采集、監測、感知物理環境中的各種傳感器的數據信息, 并將數據傳輸到中心服務器處理, 以獲得更全面的融合后的信息。流行的無線網絡技術有WiFi、藍牙、紅外和ZigBee, 用以實現網內的動態數據交換。其中WiFi是無線寬帶網絡范疇的, 其定位目標是取代網絡中的有線設備, 但缺點在一旦接入點AP (Access Point) 失效, 整個網絡將無法工作。[2]藍牙、紅外還有ZigBee技術是無線低速網絡范疇的, 是為了適應物聯網中能力較低節點的低速率、低功耗、低通信半徑、低運算能力的節點采用的通信協議, 具體特點及差異見表1。

802.15.4/ZigBee是近年來興起的介于藍牙 (BlueTooth) 和紅外技術的近距離無線連接的組網技術, 是一種簡單、低速、功耗低、質優價廉的無線網絡技術標準。基于Zigbee協議的無線傳感器網絡應用在智能化樓宇、庫房倉儲自動化等現實案例中的數據傳輸, 具有組網簡單、操作可靠、方便嵌入、價格便宜等優點。根據物流倉儲智能化具體要求, 采用ZigBee技術的無線組網形式最適合倉儲環境所需。綜合表內特點分析, 物流倉儲智能化建設中采用ZigBee協議組網簡單, 靈活, 實現成本低, 擴展維護費用低。ZigBee組網中所有節點是獨立工作的, 其中某節點若出現故障, 能通過另外的節點來傳輸數據, 并可任意地將新的RFID閱讀器擴展到該網絡中。[3]

表1 無線低速網絡協議比較     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站。小、微物流企業信息化程度普遍較低, 特別在倉儲環節中基本都還依賴于人工對物資出入庫進行信息采集的工作, 倉儲物資的庫存信息無法實現可視化的網絡查詢, 更談不上對倉儲物資進行有效組織、優化配置。在智能型的倉儲單元中, 不僅僅是實現自動采集物資信息, 還要與網絡相連, 隨時把采集后的倉儲物資信息通過網絡傳輸到數據中心, 進行實時可視化的數據調整和指揮。具備自動感知、能自適應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鍵環節。

目前, 物流產業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成為物流業迅速發展的瓶頸。

非接觸式的RFID識別技術實現數據的自動采集, 有助于加強物流企業中倉儲環節的信息化, 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, 作為物聯網的終端節點, 實現對倉儲物資的自動識別、追蹤、管理, 構成物聯網框架下的智能型物流倉儲單元。[4]另外, 使用RFID技術的手持終端可以同時對多個目標進行較遠距離的掃描讀取物資信息, 而傳統條形碼只能逐個貨物進行人工近距離讀取, 效率太低。

通常的物流管理信息系統, 采用的是內部局域網技術, 并預留下與外網、無線網擴展的接口。在以物資倉儲為對象的物流信息系統局域網中, 較常采用現場總線技術、無線網技術實現庫區的組網建設。在物資倉儲這種需要高度防火措施的環境下, 采用無線局域網的組網形式會比現場總線的明線組網形式更加安全可靠。

在無線網的網絡技術下將自動采集來的物資信息發送到服務器的數據中心中進行數據分析, 得到物資庫存的最優化配置, 有效組織物流活動, 目的在于增加物流企業利益的同時提高物流企業的核心競爭力。[5]

圖2 基于物聯網技術的物流倉儲智能化系統構架圖   下載原圖

設計基于物聯網技術并具備推廣意義的物流倉儲智能化解決方案的基本構架圖, 如圖2所示。首先, 將RFID電子標簽嵌入到倉儲的物資中;在RFID閱讀器幫助下讀取物資信息, 進行物資的自動識別工作;各種傳感器設備的數據信息采集后, 選取基于802.15.4/ZigBee協議搭建無線網絡將信息發送到服務器的數據中心;處理后的數據發送至LCD可視化終端界面實現倉儲智能指示。經由嵌入式網關將無線網卡、GPRS通信模塊相連實現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關的接口下實現倉儲中心的安防、監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, 運用無線電波進行操作和通信的被動式RFID標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. 供應商首先把商品信息傳送至智能倉儲管理系統中;

2. 貨物放在托盤上, RFID天線讀取貨物數據;

3. 將讀到的數據與數據庫進行比較, 無誤差或誤差在一定范圍內則將入庫信息轉換成庫存信息, 若出現錯誤則出現錯誤提示, 工作人員將另行處理。

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

1.自動揀貨, 實現“貨找人”提高貨物的分揀效率;

2.正確實現出庫物資的信息采集;

3.準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 (WMS) 中將物資狀態轉換成待出庫狀態后, RFID閱讀器自動會收取物資信息, 并在系統服務器中優化出揀貨路線, 直接將最優的揀貨線圖傳輸給工作人員, 實現待出庫物資的“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標簽上的貨物信息轉入WMS系統并與訂單比較無誤后順利出庫, 相應的庫存量減少;若出現錯誤則由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, 智能倉儲中心的員工接到盤點指令后, 攜帶閱讀器進入庫區依次遍歷全部貨物信息, 同時將所有物資信息通過無線網絡傳送給主控服務器;盤點動作完成后, 主控系統將記錄執行此次盤點任務的手持設備已經離開庫區, 將發送過來的全部貨品信息與主控計算機上的全部貨品內容進行比對, 并將結果告知管理人員, 大大提高了貨物倉儲的盤點效率。

特別是需要特殊倉儲環境的物資, 在RFID標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境進行可視化監控, 實現無障礙溝通, 達到批次、貨位、和溫度管理的完美結合, 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技術實現了智能倉儲中物資電子數據的自動化讀取和導入, 及單據流、工作流、貨物流的三合為一的無縫全程可視化監管。

在物流倉儲智能化的系統應用中, 選擇液晶模塊將最終處理得到的智能型數據顯示出來, 方便指導一線的物流操作人員進行實時操作。例如, 在貨物分揀時主控計算機傳來的最優揀貨路徑就可以通過系統所選用的點陣LCD液晶顯示模塊, 來顯示貨物所在位置的最優路徑數據信息。根據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接口將圖像數據傳輸給網關處理。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遠程訪問的方式來觀看和控制倉儲中心傳感器數據, 從而改善倉儲環境。

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

智能倉儲中心通過嵌入式網關加入Zigbee協議組建局域網, 管理員可以通過PC訪問物聯網數據, 通過操作界面遠程控制各傳感器動作, 維護系統穩定。GPRS通信模塊接入到網關中實現手機對智能倉儲中心數據的移動訪問, 了解物資在倉儲中心的數據信息, 并完成各種傳感器參數的設置。