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隨著家電企業現代化進程的加快, 對于產品生產和流通環節的監管要求也越來越高。以中國家電企業的領軍者美的集團為例, 為了縮短產品生產周期, 實施有效的供應鏈管理顯得尤為重要。供應鏈管理的核心內容是其與環境的交互能力。從美的集團多年的銷售經驗可以知道, 與環境和產品的交互范圍越廣, 交互速度越快, 越能對供應鏈實施有效的監管。目前, 中國家電企業規模增長迅速, 出現了越來越多的跨國公司, 供應鏈的范圍越來越大。鑒于此, 美的集團想建立全球性的供應鏈信息監管平臺, 以幫助企業及時查看產品流通狀態, 追溯產品流通信息, 有效提高企業生產效率, 加強對產品生產和流通環節上的各合作企業信息控制, 提升自己的綜合競爭力。

供應鏈監管平臺主要依托于先進的無線傳感器網絡 (WSN) 和無線射頻識別技術 (RFID) 來實現。前者實現對實時數據的采集, 后者負責將采集到的數據發回到服務器。數據經過互聯網到達世界各地, 實現產品的EPC互聯, 形成一個統一格式的物聯網信息結構系統。用戶想要了解產品的特性, 就需要進行EPC信息檢索, 獲得產品當前和過去的運行狀態。美的集團正是看到基于物聯網技術監管平臺的優越性, 才進行了企業長久性戰略規劃。

為了更好地實現美的生產基地與銷售環節信息流通和互通功能, 可以組建更高效率的網絡結構體系。如何有效地將環境傳感器網絡和家電產品信息自動識別網絡結合到一起, 形成一個功能強大的RFSN網絡, 是組網時需要考慮的問題。其具體層次包括:物理層、數據鏈路層、網絡層及傳輸層、應用層等。各個層次需要實現的功能見表1。

美的家電產品物流監管平臺的網絡結構體系如圖1所示, 傳感器網絡、匯聚節點網絡、網關和服務器等網絡結構都是通過I E E E802.15.4網絡架構相聯系的。傳感器匯聚點位置一般處于負責區域內的中心位置, 它負責將傳感器讀取的數據匯聚上傳, 通過無線發送給網關, 最后上傳至服務器, 利用數據庫應用, 實現整個網絡的實時監控。

供應鏈監管平臺使用的無線網絡協議是IEEE 802.15.4, 此協議定義了PHY層和數據鏈路層MAC層。PHY層用來接受無線射頻發射器發射的信號, 同時可以對信號進行有效控制, 而MAC層是為了用戶訪問提供接口。這種網絡搭建協議從結構上來看共有三種特征, 分別是:簇狀結構類型、網格狀結構類型和星狀結構類型。它的網絡協議可以實現兩個物理層的接入, 分別是基于有線網絡的868/915MHz物理層和基于無線網絡的2.4 GHz物理層, 這種網絡協議使得網絡具有更大的使用范圍, 應用更加廣泛。

表1 RFSN網絡層次及功能     下載原表

基于美的集團實際情況所構建的物聯網供應鏈平臺使用的無線通信技術是Zig Bee技術, 此技術的特點是:近距離、低功耗、低成本和低速率等。這種通信技術主要用于近距離的不同設備之間進行數據間歇性無線傳輸。Zig Bee技術與IEEE 802.15.4協議共同作用, 實現數據在傳感器之間以及服務器之間的傳輸。

美的集團生產的空調、冰箱、洗衣機等產品信息標準化采用的是EPC架構。此架構是目前全球范圍內的通用架構, 是關于供應鏈管理體系中的一項重要研究成果, 構建出一個統一的編碼和統一產品信息系統。由于EPC是全球性架構, 可以實現美的集團在全球范圍內的供應鏈管理、統一維護及查看。統一標準的電子產品代碼, 通過標準化網絡, 使美的集團旗下的各個生產企業實時掌握產品流通和存儲狀態, 實現所有產品的統一調配和監管, 提高美的公司的運營效率。

與普通的互聯網技術不同的是, EPC技術不僅能夠實現產品的信息傳遞, 還能通過傳感器對產品所在區域的環境進行實時監測, 并將數據上傳。

大量環境感知傳感器組成一個產品測控網絡 (WSN) , 此網絡能夠根據環境特點, 自主的實現對環境的智能測量、智能交互。它通過布置在環境中的大量微小傳感器, 獲得環境相關數據, 再將數據傳到相應的計算機上進行處理。

圖1 網絡結構體系示意圖   下載原圖

應用于家電產品中的自動識別技術采用的是無線射頻技術。以美的空調為例, 當空調上唯一的數字標簽到達系統的可檢測范圍內后, 閱讀器可以讀取相關信息, 這種非接觸式的自動識別技術可以快速準確地獲得產品信息, 實現產品的自動識別。

利用傳感器系統和無線產品自動識別系統, 可以對產品信息和產品所在位置的環境信息進行快速實時獲取, 這些信息再通過網絡協議和傳輸技術協議上傳至物聯網信息管理客戶端, 以便用戶查看、管理、操作。

傳感器網絡及無線電子產品信息的有效融合使得美的集團所生產的家電產品及產品環境能夠有機融合到一起, 同時實現對家電本身和家電所在環境的實時監控, 監測數據通過構建好的網絡上傳至服務器, 再經過應用軟件對數據進行處理、顯示。

中間構件體系主要包括設備管理系統、事件處理系統和服務器接口系統。三個系統體系從下往上依次傳播, 如圖2所示。設備管理系統位于整個結構體系的最底層, 能夠直接同聚集器互通;事件處理系統產生并對事件進行處理, 然后再將數據上傳至服務器;服務器接口系統是數據的應用環節。

圖2 中間構件體系示意圖   下載原圖

中間構件體系的每一個子系統又包含多個不同的模塊, 這些模塊相互配合構成整個中間構件體系, 表2展示了每個系統不同的模塊構成。

從圖3中可以看出, 系統不但可以連接產品信息和環境信息, 還能夠將網絡上的硬件、中間構件體系、企業應用程序結合到一起, 可以將產品的生產、流通、儲存等環節整合到一個物聯網系統平臺內, 能夠為企業決策和改革提供有效的技術支持。并且此系統的上下端接口都具有較強的開放性, 可以根據要求隨時增加和減少端口, 開放性較好。

表2 中間構件體系各子系統的模塊構成     下載原表

系統的平臺體系搭建主要包括信息采集系統、EPC系統、信息處理系統、服務接口等。除數據采集系統采用的是RFSN網絡構架外, 其余系統均采用的是軟件操作管理, 具體的結構體系如圖3所示。

圖3 平臺體系構架意圖   下載原圖

以美的集團旗下空調產品的存儲管理為例, 對這個系統平臺的運作程序進行分析。當企業需要隨時查看產品所儲存的環境情況時 (例如濕度、溫度、電磁等) , 具體的運行過程是:

(1) 唐山遠洋城美的空調蘇寧銷售專柜進貨部首先訪問系統平臺軟件, 根據3匹小云變頻柜機的[EPCK F R-7 2 L W/B P 2 D N 1 Y-PA403 (A3) ]碼, 提交查看此空調的位置和環境要求, EPC管理系統根據數據庫內的信息, 獲取空調所在倉庫的位置信息 (EPCIS) , 然后EPCIS再向ALE中間構件管理系統發送數據請求。

(2) 中間件對EPC請求的信息進行檢索, 通過RFID獲取產品數據, 從RFSN得到空調環境數據, 查詢空調位置, 激活PAN ID對應的RFSN區域, 將請求轉換為數據包, 向服務代理器提交服務請求。

(3) 服務器在收到請求包以后, 隨即向各個傳感器匯聚節點發送測量指令, 傳感器匯聚點隨后通過無線網絡向傳感器進行廣播, 傳感器根據廣播指令判斷自己是否需要提供服務, 如果需要提供服務, 則執行廣播指令。

(4) 傳感器將測量到的環境數據按照原來的路線返回, 先將數據發送到數據匯聚點, 然后傳回到中間服務器, 中間件再對數據進行處理, 將測試信息回復給ALE, 再通過EPC系統回饋給唐山遠洋城美的空調蘇寧銷售專柜進貨部, 完成指令。

利用物聯網技術搭建家電企業物流供應鏈監管平臺, 將家電電子信息代碼技術與環境傳感器組網技術結合到一起, 再通過互聯網及EPC系統, 使家電企業建立一個全球統一監管平臺, 隨時查詢家電產品的實時和歷史位置及環境信息, 而通用性接口則為平臺的擴展提供了更大的便利。