物聯(lián)網(wǎng)中的智能物流倉儲系統(tǒng)研究

    引言

　　物流是商品流通供應(yīng)鏈中非常重要的環(huán)節(jié)，在國民經(jīng)濟中占據(jù)重要地位，而倉儲是現(xiàn)代物流的核心環(huán)節(jié)。在倉儲管理活動過程中會產(chǎn)生大量的倉儲信息，這種信息常伴隨著倉庫訂貨、貨物入庫、貨物管理和貨物出庫的發(fā)生而產(chǎn)生，一般具有數(shù)據(jù)操作頻繁、數(shù)據(jù)量大和信息內(nèi)容復(fù)雜等特點。高效合理的倉儲能夠?qū)ω浳镞M(jìn)行有效的控制和管理。如何降低存貨投資，加強存貨控制與監(jiān)管，提高空間、人員和設(shè)備的使用率以及縮短入庫、出庫流程和查貨時間等是企業(yè)降低成本和提高自身競爭力的關(guān)鍵。

　　倉儲的發(fā)展經(jīng)歷了人工和機械化倉儲、自動化倉儲和智能化倉儲三個發(fā)展階段。信息技術(shù)已成為倉儲技術(shù)的重要支柱，自動化倉儲與信息采集決策系統(tǒng)的結(jié)合以及無線射頻技術(shù)的運用使倉儲朝著智能化的方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)IOT(InternetOfthings)的提出為智能倉儲系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向，它將貨物與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)系，使所有的物品都能被遠(yuǎn)程感知和控制。因此，研究物聯(lián)網(wǎng)化的智能倉儲系統(tǒng)具有十分重要的意義。

　　1 物聯(lián)網(wǎng)

　　物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年被提出的，物聯(lián)網(wǎng)是連接物品的網(wǎng)絡(luò)，其定義是:通過射頻識別RFID(radiOfrequencyidentificatiOn)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。討論物聯(lián)網(wǎng)時，常常提到M2M的概念，M2M可以解釋成為人到人(mantOman)、人到機器(mantOmachine)、機器到機器(machinetOmachine)。

　　1.1 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系

　　物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在物流倉儲、假冒產(chǎn)品的防范、智能樓宇、路燈管理、智能電表和城市自來水網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施以及醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。但由于現(xiàn)階段關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的研究和應(yīng)用仍處于初級階段，所以對于物聯(lián)網(wǎng)沒有統(tǒng)一的規(guī)范，而要深入研究物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，必須首先研究物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)和應(yīng)用實例。

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個廣泛認(rèn)同的體系結(jié)構(gòu)，也沒有一個統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，現(xiàn)最具代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是歐美支持的電子產(chǎn)品代碼EPC(electrOnicprOductcOde)GlObal物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和日本的Ubiqui??tOusID(UID)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。按照物聯(lián)網(wǎng)定義基本應(yīng)用功能要求，可以把其描述為如圖1所示的體系結(jié)構(gòu)。

　　 



 

　　圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)的感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)關(guān)之前的傳感器網(wǎng)絡(luò)和智能終端;網(wǎng)絡(luò)層建立在現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，通過各種接入設(shè)備與移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相連，它還包括信息存儲、查詢和網(wǎng)絡(luò)管理功能;物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。

　　1.2 基于EPC的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

　　目前，物聯(lián)網(wǎng)IOT的應(yīng)用多數(shù)是基于射頻識別RFID的電子產(chǎn)品代碼EPC網(wǎng)絡(luò)。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它的工作原理是:使用射頻電磁波，在閱讀器和被分類跟蹤的移動物品(物品上附著有RFID標(biāo)簽)之間，通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的。EPC物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要組件包括:

　　EPC標(biāo)簽，EPC是一種全球范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)定義的產(chǎn)品數(shù)字標(biāo)識，存貯在標(biāo)簽中;

　　電子標(biāo)簽閱讀器，它是一種采用射頻識別技術(shù)閱讀電子標(biāo)簽內(nèi)存儲的信息并傳遞給物流倉儲管理信息系統(tǒng)的裝置;

　　EPC中間件，這是一組具有特殊屬性的程序模塊或服務(wù)，用戶可以根據(jù)某種應(yīng)用需求定制和集成EPC中間件中的不同功能部件，其中最重要的部件是應(yīng)用層事件ALE(applicatiOnlayerevents)，它用于處理應(yīng)用層相關(guān)的事件;

　　EPC信息服務(wù)包括兩個功能，一是存儲EPC中間件處理的信息，二是查詢相關(guān)的信息;

　　對象名字服務(wù)ONS(Objectsnameservice)，類似于域名服務(wù)器，其中的信息可用于指向某個存放EPC中間件信息的服務(wù)器。EPC物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　 



 

　　圖2 EPC 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　2 智能物流倉儲系統(tǒng)

　　智能物流倉儲系統(tǒng)不僅要能夠進(jìn)行入庫管理、出庫管理、庫內(nèi)移動、盤點管理、調(diào)撥管理、退換貨管理和報表分析，還要能夠監(jiān)測貨物的位置偏移和周圍環(huán)境的溫度、濕度，對庫房進(jìn)行視頻監(jiān)控和火災(zāi)報警等。智能物流倉儲系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。軟件部分主要為倉儲管理系統(tǒng)，它按照物流倉儲的業(yè)務(wù)要求，對信息、資源、行為、物品和人員等進(jìn)行管理和調(diào)配，使它們高效合理地運轉(zhuǎn)，并使整個系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)相對接;硬件部分主要是支撐倉儲管理系統(tǒng)的各種硬件設(shè)備和各種工具等。

　　智能物流倉儲系統(tǒng)將貨物的信息發(fā)布到物聯(lián)網(wǎng)中。在整個物聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)，不管是貨物信息查詢、貨物訂購，還是貨物流通都可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控。智能倉儲系統(tǒng)中貨物的處理步驟如下。

　　入庫流程，首先利用RFID技術(shù)對入庫貨物的電子標(biāo)簽身份進(jìn)行驗證，并將貨物的信息傳送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行貨物登記，計算出上架倉位和分配路線，然后向叉車發(fā)送上架指令，對貨物進(jìn)行跟蹤和定位，以確保貨物存放到正確的倉位。

　　庫存管理，對庫存貨物進(jìn)行內(nèi)部操作處理，主要包括貨物指引與到位檢查、貨位自動識別和數(shù)量自動校驗、分配庫區(qū)是否正確、退貨處理、掉換處理、包裝處理和報廢處理等功能。

　　出庫流程，首先領(lǐng)貨人員向倉庫信息系統(tǒng)提交出庫申請，智能倉儲管理系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級查詢貨物的信息和倉位，然后向叉車發(fā)出調(diào)度指令，叉車到達(dá)倉位核對貨物信息無誤后，開始轉(zhuǎn)運貨物。在這之間的每個操作單元，閱讀器貨物信息都將被及時地發(fā)送回數(shù)據(jù)管理中心，以及時判斷每個環(huán)節(jié)的操作是否準(zhǔn)確無誤。

　　3 智能倉儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究

　　3.1 WSN與EPC結(jié)合的可行性分析

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(wirelesssensOrnetwOrk)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給管理中心。

　　目前，對于物聯(lián)網(wǎng)的研究尚未深入，對物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)內(nèi)涵也缺乏專業(yè)的研究，一些專業(yè)或非專業(yè)的報道通常會把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN和物聯(lián)網(wǎng)IOT相混淆，在我國通常把物聯(lián)網(wǎng)叫做傳感網(wǎng)，但它并不等同于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議上看，IOT與WSN完全不同;從目標(biāo)特征上看，IOT是檢測和聯(lián)網(wǎng)已知的物品，而WSN是探測感知未知物或其參數(shù)信息。但兩者又密不可分，RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，物聯(lián)網(wǎng)中的RFID模塊可以集成傳感器技術(shù)或與WSN相結(jié)合互補，從而獲取物品在物流過程中所經(jīng)歷的溫度和濕度等環(huán)境參數(shù)，它還可以通過WSN進(jìn)行RFID閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸，弱化WSN的傳感功能;而在WSN的一些外延應(yīng)用中，也可以把RFID協(xié)議作為無線通信協(xié)議之一，或者探測已知物體的屬性。

　　目前，已有基于EPC的智能倉儲管理系統(tǒng)和基于WSN(如ZigBee技術(shù))的物流倉儲管理系統(tǒng)的示范案例，但是距離真正達(dá)到&智能化?的要求還很遠(yuǎn)。對基于EPC的智能倉儲管理系統(tǒng)，像叉車和手持設(shè)備等移動式閱讀器來說，還要搭建專門的無線傳輸網(wǎng)路;而對于基于WSN(如ZigBee技術(shù))的倉儲管理系統(tǒng)，由于節(jié)點成本比EPC標(biāo)簽高，且節(jié)點體積還沒有真正實現(xiàn)微型化，從而使其無法像標(biāo)簽一樣貼在表面，對物品的移動有很大的影響。

　　基于EPC的智能倉儲系統(tǒng)可以和WSN相結(jié)合，結(jié)合后的系統(tǒng)利用WSN進(jìn)行EPC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，并對倉庫環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，如溫度、濕度和光線的檢測以及無線視頻監(jiān)控等。WSN是對EPC系統(tǒng)的有效補充，從而使整個倉儲系統(tǒng)向真正的智能化方向發(fā)展。

　　利用WSN進(jìn)行EPC系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢如下:

　　減少了EPC閱讀器進(jìn)行有線傳輸?shù)牟季�成本和因布線帶來的作業(yè)干擾;?單一網(wǎng)絡(luò)就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，如果閱讀器使用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對于移動式閱讀器則還需要搭建專門的無線網(wǎng)絡(luò)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本;#WSN在環(huán)境監(jiān)控上具有無可比擬的優(yōu)勢，且應(yīng)用比較成熟;?現(xiàn)階段WSN節(jié)點的成本較低，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可靠性也得到很大提高。因此，從成本和應(yīng)用合理性上來看，EPC系統(tǒng)與WSN二者結(jié)合是可行的。

　　3.2 智能物流倉儲系統(tǒng)研究設(shè)計

　　在每一個作業(yè)流程中，閱讀器首先通過RFID技術(shù)讀取貨物的信息，然后作為WSN的節(jié)點把信息發(fā)送出去，經(jīng)WSN數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)管理中心，最后管理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)后發(fā)出調(diào)度指令。叉車車載閱讀器同時可作為WSN的中心節(jié)點，讀取電子標(biāo)簽中物品信息和接收環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)倉儲應(yīng)用管理、特定目標(biāo)監(jiān)控和環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控。WSN在系統(tǒng)中扮演的角色是數(shù)據(jù)傳輸，同時，它可對倉庫環(huán)境進(jìn)行檢測和監(jiān)控，還可以用于貨物定位。

　　物流倉儲中的RFID閱讀器分為移動式和固定式兩種。移動式RFID閱讀器主要安裝在手持終端上，適用于操作地點不固定的場合，使用方法類似于條碼閱讀器;固定式閱讀器主要安裝在進(jìn)出通道和操作臺上，適用于自動識別和跟蹤校驗。應(yīng)用在手持終端和叉車上的RFID移動式閱讀器需要與相關(guān)設(shè)備相結(jié)合，同時，還要架設(shè)覆蓋操作范圍的無線網(wǎng)絡(luò)，保證作業(yè)數(shù)據(jù)實時傳輸。RFID手持終端除了具有RFID閱讀器的全部功能外，還應(yīng)具有手持端倉儲業(yè)務(wù)操作系統(tǒng)和WSN節(jié)點的功能。

　　RFID智能叉車集成了RFID無線車載終端、讀寫器、WSN中心節(jié)點和車載終端業(yè)務(wù)操作系統(tǒng)等，它能自動查找工作任務(wù)中的貨位且具有警示報錯功能，對于各類業(yè)務(wù)操作可自動實時確認(rèn)，并能通過RFID系統(tǒng)對貨物狀態(tài)和目前所處地點等信息進(jìn)行管理，提供對現(xiàn)有倉庫庫存情況的各種查詢方式，如貨物查詢和貨位查詢等。

　　 



 

　　圖3　智能倉儲管理系統(tǒng)

　　根據(jù)圖2所示的EPCGlObal物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及WSN技術(shù)和倉儲管理活動流程，設(shè)計出如圖3所示的智能倉儲管理系統(tǒng)。

　　閱讀器和WSN節(jié)點相結(jié)合，不僅能夠發(fā)送閱讀器掃描的EPC標(biāo)簽信息，還可以傳送環(huán)境監(jiān)測信息。這種具有閱讀器功能的節(jié)點應(yīng)充當(dāng)WSN的中心節(jié)點。為了提高WSN的可靠性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成網(wǎng)狀的自組織網(wǎng)絡(luò)，避免某個中心節(jié)點故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)那闆r發(fā)生。當(dāng)然，對WSN中的多傳感多源信息進(jìn)行融合可以減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，這也是一個研究熱點。

　　4 結(jié)束語

　　本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)與智能物流倉儲系統(tǒng)，主要對基于EPCGlObal構(gòu)架的物聯(lián)網(wǎng)與其在智能物流倉儲管理系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析，并提出將EPC物聯(lián)網(wǎng)與WSN相結(jié)合的觀點，實現(xiàn)互補應(yīng)用;同時討論了RFID和WSN技術(shù)融合的可行性和倉儲管理應(yīng)用的優(yōu)勢以及業(yè)務(wù)方案的初步設(shè)計。通過分析和研究可以發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)對提高物流倉儲系統(tǒng)效率具有很大潛力。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景廣闊，它將為我們的生產(chǎn)生活帶來翻天覆地的變化，但是我們也應(yīng)該看到，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還處于初級階段，要完全達(dá)到智能物流倉儲管理系統(tǒng)的要求，還存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議、安全問題和終端等技術(shù)問題，還需要對其進(jìn)行開創(chuàng)性研究。