物流信息技術(shù)綜合實驗平臺設(shè)計

張桂濤，胡勁松，田炳麗，賀 華

ZHANG Gui-tao1,HU Jin-song1,TIAN Bing-li2,HE Hua1

（1.青島大學(xué) 國際商學(xué)院，山東 青島 266071；2.青島潛艇學(xué)院，山東 青島 266000）

(1.School of International Business,Qingdao University,Qingdao 266071,China;2.Qingdao Institute of Submarine,Qingdao 266000,China)

0 引言

培養(yǎng)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力，是高等教育提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要內(nèi)容和迫切要求[1]。高等學(xué)校物流實驗室建設(shè)要利用有限的資金，優(yōu)化資源配置，滿足日益增多的教學(xué)實驗需要，提高實驗教學(xué)水平[2]，同時為學(xué)生的創(chuàng)新性實驗和研究性學(xué)習(xí)提供保證。目前，實驗室往往忽視各個實驗系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和綜合應(yīng)用，實驗類型和實驗方式單一[3-4]，各院校實驗室建設(shè)的側(cè)重點不一、層次不齊，有許多需要完善的地方[5-7]。物流管理專業(yè)與工業(yè)工程專業(yè)雖在管理和經(jīng)濟(jì)方面?zhèn)戎攸c不同，而在實驗教學(xué)方面有許多共同點。由此，高校物流實驗教學(xué)與實驗室建設(shè)引起了相關(guān)學(xué)者的重視[8-12]。其中，李靜等[8]對物流信息技術(shù)實驗平臺進(jìn)行了設(shè)計，然而其設(shè)計的功能簡單，已不適應(yīng)現(xiàn)代物流專業(yè)和工業(yè)工程專業(yè)教學(xué)的發(fā)展需要。

隨著物流管理專業(yè)和工業(yè)工程專業(yè)教學(xué)與實驗水平的不斷提高，同時經(jīng)過近幾年山東省的投入和青島大學(xué)文科實訓(xùn)中心的成立，青島大學(xué)目前已經(jīng)有較為系統(tǒng)的物流管理相關(guān)的實驗體系，其中最主要的模塊包括原材料供應(yīng)系統(tǒng)、生產(chǎn)加工系統(tǒng)、自動化立體倉儲／自動化分揀、電子標(biāo)簽撿貨系統(tǒng)、電子看板系統(tǒng)、條碼技術(shù)/POS系統(tǒng)、無線視頻識別（RFID）、物流仿真（Flexsim）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、供應(yīng)鏈管理的整套軟件等。為了有效整合現(xiàn)有的實驗資源，提高學(xué)生實驗的效果和實驗的實用性，在實驗室構(gòu)建了專用的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，將實驗室和實驗室的相關(guān)設(shè)備也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)慕M合，取得的效果非常明顯，師生對于系統(tǒng)的評價也很高。然而高校實驗室建設(shè)仍有許多需要完善的地方。針對青島大學(xué)的現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈管理實驗室而言，主要體現(xiàn)在現(xiàn)在關(guān)注的重點還是如何提高學(xué)生在某項實驗的實踐動手能力和操作能力上，因而對實驗設(shè)備和資源總體利用不夠充分。并且物流管理專業(yè)學(xué)生在相應(yīng)課程的對應(yīng)實驗中，更多地進(jìn)行的是參觀性、驗證性實驗，這對現(xiàn)有的實驗資源而言是一種較大的浪費(fèi)，對學(xué)生能力的培養(yǎng)也是一種制約。

本研究是在青島大學(xué)國家文科實訓(xùn)中心的現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈管理實驗室的基礎(chǔ)上，主要面向物流管理專業(yè)和工業(yè)工程專業(yè)綜合性的物流信息技術(shù)實驗體系建設(shè)，增加物流信息技術(shù)實驗的系統(tǒng)性和趣味性，通過各子系統(tǒng)間的信息共享，讓學(xué)生在該實驗平臺上運(yùn)用學(xué)過的知識實現(xiàn)相應(yīng)的實驗，在教師指導(dǎo)下，各分組學(xué)生協(xié)調(diào)工作，并主動參與實驗內(nèi)容設(shè)計和實驗創(chuàng)新。

1 創(chuàng)新性實驗平臺硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于資金投入和規(guī)劃等原因，目前各個學(xué)校多數(shù)的實驗室建設(shè)獨自進(jìn)行，無法形成整體和規(guī)模優(yōu)勢，而且學(xué)生在與指導(dǎo)老師設(shè)計和開發(fā)創(chuàng)新性實驗的同時，也可能會因不同設(shè)備在不同實驗室或?qū)嶒炇要毩⑹褂迷O(shè)備，而影響學(xué)生的創(chuàng)新性思維，特別是對于物流管理專業(yè)的學(xué)生，需要更好地運(yùn)用現(xiàn)有設(shè)備并進(jìn)行系統(tǒng)集成設(shè)計。為此應(yīng)整合現(xiàn)有資源，構(gòu)建綜合創(chuàng)新實驗平臺，為學(xué)生提供更好的實驗環(huán)境。為了適應(yīng)學(xué)校整體建設(shè)和滿足創(chuàng)新實驗的需求，我們建立的實驗室信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建于青島大學(xué)校園專用網(wǎng)，主控局域網(wǎng)通過交換機(jī)與原材料供應(yīng)系統(tǒng)、生產(chǎn)加工系統(tǒng)、自動化立體倉儲／自動化分揀、電子標(biāo)簽撿貨系統(tǒng)、電子看板系統(tǒng)、條碼技術(shù)/POS系統(tǒng)、無線視頻識別（RFID）、物流仿真（Flexsim）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、供應(yīng)鏈管理的整套軟件等模塊的局域網(wǎng)相連。實現(xiàn)信息傳輸和共享、辦公自動化、異地操作等工作和信息服務(wù)。

主控局域網(wǎng)可以為綜合實驗系統(tǒng)提供信息查詢和記錄、辦公自動化等重要的服務(wù)功能,為日常的實驗工作提供了條件，是整個系統(tǒng)的重要組成部分。

整個實驗室信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各類服務(wù)器有多臺,包括Domino服務(wù)器、WEB服務(wù)器等，及100臺左右的工作站，分布在各個實驗室。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際結(jié)構(gòu)，綜合考慮全網(wǎng)絡(luò)的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)各個環(huán)節(jié)的實際要求，將相關(guān)軟件結(jié)構(gòu)分布于不同節(jié)點，搭建物流信息技術(shù)綜合創(chuàng)新實驗平臺。該綜合實驗平臺的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

2 創(chuàng)新性實驗平臺軟件接口設(shè)計

考慮到物流管理專業(yè)和工業(yè)工程專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的特點，為便于學(xué)生實驗前的設(shè)計，同時降低實驗過程中的難度，本研究設(shè)計了一些接口模塊，能夠讓學(xué)生自己較容易地實現(xiàn)相對于硬件透明的系統(tǒng)開發(fā)平臺，同時也鼓勵學(xué)生做各個子系統(tǒng)的接口部分軟件開發(fā)。為進(jìn)一步增加系統(tǒng)的兼容性，本研究選擇Java平臺作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，結(jié)合實驗室的硬件條件共開發(fā)了10個接口，每個接口都有多個對應(yīng)于該子系統(tǒng)的功能方法可以調(diào)用，所有的接口都布置在一臺服務(wù)器上，通過調(diào)用這些接口，可以實現(xiàn)對所有實驗系統(tǒng)的調(diào)用，因此可以實現(xiàn)系統(tǒng)的平臺功能。具體的接口包括如下10個：

public class StockB

{倉儲系統(tǒng)類，內(nèi)部定義多種方法可以設(shè)定自動立體倉庫控制器參數(shù)，由控制器控制堆垛機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)。}

public class ManufactureB

{生產(chǎn)系統(tǒng)類，內(nèi)部定義了多個生產(chǎn)線和其中多個工位控制方法，讀取RFID標(biāo)簽信息方法，與看板和平板電腦相匹配。}

public class PosB

{POS系統(tǒng)類，主要用于調(diào)用POS機(jī)供應(yīng)商提供的前后臺軟件的接口，設(shè)定POS系統(tǒng)的前后臺網(wǎng)絡(luò)連接，以及與條碼打印機(jī)和掃描器的網(wǎng)絡(luò)連接。}

public class IotB

針對絲黑穗病而言，如果要妥善加以防控則需要將農(nóng)作物種子拌于粉銹寧（25%）的藥劑中，確保摻入5%左右的藥劑來完成相應(yīng)的拌種處理。在某些情形下，技術(shù)人員如果察覺到黑穗病表現(xiàn)為蔓延趨向，那么針對整個植株都要予以拔除處理，最好能夠就地焚燒。及時察覺并且妥善處理黑穗病的舉措有助于防控黑穗病的后期擴(kuò)散。

{物聯(lián)網(wǎng)類，主要用于定義接收GPS/GIS信號、RFID讀寫信號、視頻和紅外信號的方法，利用A JXP技術(shù)實現(xiàn)在Java平臺上的地圖處理系統(tǒng)。}

public class AsortingB

{分揀系統(tǒng)類，定義自動分揀和分揀橋的控制方法。}

public class RawmaterialB

{原材料管理系統(tǒng)類，主要定義原材料和半成品的管理方法和相關(guān)出入庫管理方法，定義讀取低頻RFID標(biāo)簽的方法。}

public class ElightB

{電子標(biāo)簽揀貨系統(tǒng)類，主要定義控制摘取式和播種式操作流程的方法。}

public class RfidB

{無線射頻識別系統(tǒng)類,內(nèi)部定義的方法包括讀標(biāo)簽、寫標(biāo)簽兩個主要功能，以及對于系統(tǒng)操作錯誤率檢測的方法。}

public class SupplychianB

{供應(yīng)鏈管理軟件類，在一臺服務(wù)器上運(yùn)行供應(yīng)鏈管理軟件，定義與其他模塊的信息方法。}

public class FlexsimB

{物流仿真軟件類，在一臺服務(wù)器上運(yùn)行Flexsim仿真軟件，定義與其他模塊的信息交換方法。}

靈活調(diào)用以上10個接口，學(xué)生可以在實驗局域網(wǎng)中實現(xiàn)對多種硬件的透明化操作控制，并根據(jù)所作實驗的要求，輕松構(gòu)建自己設(shè)計的物流實驗平臺，提高綜合處理能力和實踐能力。同時在實際應(yīng)用過程中，還需要學(xué)生維護(hù)和管理各個接口，以完善各個接口的功能，還可以滿足學(xué)生在一些實驗過程中因為興趣而提出特殊需要的某些功能。由于接口開發(fā)和維護(hù)要求開發(fā)人員對多種硬件的控制程序尤其是PLC有一定的理解，所以目前主要是采用實驗指導(dǎo)教師為主導(dǎo)，部分專門培養(yǎng)的學(xué)生參與的模式，而大多數(shù)學(xué)生的創(chuàng)新性實驗中都沒有涉及這一領(lǐng)域。因此，如何在物流管理專業(yè)和工業(yè)工程專業(yè)加強(qiáng)學(xué)生在硬件方面的能力也是以后要研究的重點問題之一。

3 創(chuàng)新研究性實驗的開發(fā)與設(shè)計

為鼓勵學(xué)生積極參與創(chuàng)新性實驗和研究性學(xué)習(xí)，我們設(shè)計了多個創(chuàng)新性實驗讓學(xué)生按照興趣自由選擇并結(jié)合成研究小組，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自我設(shè)計創(chuàng)新性實驗，主要包括如下幾個方面：（1）物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的供應(yīng)鏈流程再造。該實驗要求學(xué)生對于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下信息的傳遞和流動方式的改變，從而引起對供應(yīng)鏈流程的改進(jìn)這一問題有較為深刻的認(rèn)識，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上設(shè)計出新的供應(yīng)鏈流程，提高學(xué)生對信息技術(shù)改變供應(yīng)鏈運(yùn)作方式的認(rèn)識。（2）RFID技術(shù)對供應(yīng)鏈決策的影響。由于產(chǎn)品位置放錯和產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的由于偷盜等數(shù)量的減少而引起的庫存信息不準(zhǔn)確，從而產(chǎn)品不能及時銷售且不能滿足顧客需求。通過RFID技術(shù)的信息檢測的準(zhǔn)確性，消除這一弊端。該實驗的關(guān)鍵是測出RFID系統(tǒng)和條碼系統(tǒng)的信息準(zhǔn)確率之間的差異，從而通過模型確定供應(yīng)鏈可承受的最高標(biāo)簽成本，并可通過設(shè)計的實驗平臺確定RFID的數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確率，開展進(jìn)一步的研究。該實驗培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的其他學(xué)科如最優(yōu)化理論來解決實際問題的能力。（3）自動化立體倉庫流程改進(jìn)。自動化立體倉庫是一個使用頻繁而又耗時的復(fù)雜實時動態(tài)系統(tǒng)，要求對所出入庫貨物的信息以及庫存的盤點等常用操作所產(chǎn)生信息進(jìn)行及時的采集和傳遞，自動化立體倉庫才能夠有效的運(yùn)轉(zhuǎn)。該實驗通過方案設(shè)計以達(dá)到及時和方便地獲取和傳遞倉儲操作過程中產(chǎn)生的信息的目標(biāo)，進(jìn)而設(shè)計出新的操作流程，該實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和綜合處理問題的能力。（4）基于智能算法的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。該實驗要求學(xué)生能夠綜合啟發(fā)式智能算法、生產(chǎn)系統(tǒng)的各個工位（U型或S型布局）、工件的RFID標(biāo)簽等信息，對模擬自然狀態(tài)生產(chǎn)線中的產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤，研究最優(yōu)生產(chǎn)調(diào)度方案，提高學(xué)生對智能算法和解決實際問題相結(jié)合的綜合運(yùn)用能力。

其他實驗還包括基于POS系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、分揀系統(tǒng)、電子標(biāo)簽揀貨系統(tǒng)和原材料管理系統(tǒng)及其相互結(jié)合等實驗開發(fā)的內(nèi)容。為了鼓勵學(xué)生的參與積極性和自主創(chuàng)造性，還鼓勵學(xué)生自我組織、自擬題目的實驗。為了加強(qiáng)管理，專門制定了相關(guān)的實驗室開放條例，首先要了解學(xué)生目前的基礎(chǔ)知識和興趣特長，先找老師進(jìn)行專門輔導(dǎo)學(xué)生以避免盲目；然后學(xué)生進(jìn)行自主結(jié)合，形成小組參與實驗；實驗過程中，采用老師啟發(fā)和學(xué)生討論相結(jié)合的方式；對于實驗方案較為完善的小組，在實驗之前要有一個詳細(xì)的實驗計劃，主要由小組成員完成實驗；實驗方案不夠完善的小組則安排指導(dǎo)老師重點指導(dǎo)。

對于創(chuàng)新性實驗和研究性學(xué)習(xí)的開發(fā)，青島大學(xué)整體還處于快速發(fā)展階段，學(xué)校的支持力度不斷加大，因此如何讓現(xiàn)有的資源更好地發(fā)揮效用，為學(xué)生提供更好的實驗平臺并開發(fā)出更多的實驗項目將是以后的一個重點研究問題。

4 結(jié)束語

高等學(xué)校實驗是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和知識綜合運(yùn)用能力的關(guān)鍵一環(huán)，是實現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新、學(xué)科建設(shè)和社會服務(wù)的主要方式。根據(jù)物流管理專業(yè)和工業(yè)工程專業(yè)學(xué)科的發(fā)展，探討了物流信息技術(shù)創(chuàng)新實驗平臺的建設(shè)總體思路和相關(guān)創(chuàng)新實驗的開發(fā)。通過以上方案的成功實施，青島大學(xué)整個物流綜合實驗平臺實現(xiàn)了全方位無縫整合。在綜合運(yùn)用各個實驗室功能的基礎(chǔ)上，大幅度提高創(chuàng)新性實驗和研究型學(xué)習(xí)的能力，為青島大學(xué)教學(xué)與科研的發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)，對于促進(jìn)學(xué)校的相關(guān)學(xué)科建設(shè)和發(fā)展具有重要意義。

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