基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物流實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心建設(shè)

楊慧敏

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，已成為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的快速發(fā)展，隨著其快速發(fā)展，新型信息設(shè)備越發(fā)廣泛地滲透進(jìn)整個(gè)物流活動(dòng)中特別是接觸物聯(lián)網(wǎng)最早、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成應(yīng)用程度較高、應(yīng)用范圍較為廣泛的物流領(lǐng)域[1-2]。

目前信息物流與智能物流方面的技術(shù)人才不足。隨著物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的開放，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有10 萬(wàn)人以上的人才缺口，而今后10年，每年將以20%增加。這就要求高校培養(yǎng)出來(lái)的物流專業(yè)人才是專業(yè)型的核心人才?；谖锫?lián)網(wǎng)的物流實(shí)訓(xùn)，是人才培養(yǎng)的途徑，也是培養(yǎng)優(yōu)秀人才的方法。實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)體系的重要組成部分，建立符合人才市場(chǎng)需求的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室已成為物流專業(yè)建設(shè)的重要任務(wù)[3]。

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，通過(guò)嵌入短距離的移動(dòng)收發(fā)器等先進(jìn)技術(shù)，人類在信息與通信世界里將達(dá)到嶄新的高度，將任何時(shí)間任何地點(diǎn)的人與人之間的溝通連接擴(kuò)展到人與物、物與物之間的溝通連接［4］。物聯(lián)網(wǎng)不僅能夠帶動(dòng)物流信息化的發(fā)展、優(yōu)化物流管理的流程，而且能實(shí)現(xiàn)物流全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)決策，提升物流效率降低物流成本，除此之外對(duì)現(xiàn)代物流經(jīng)營(yíng)模式也能產(chǎn)生重要影響[5]。因而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于物流實(shí)驗(yàn)室，必將促使物流實(shí)驗(yàn)室的功能最大化，能夠模擬解決許多物流行業(yè)的真實(shí)問(wèn)題，學(xué)生對(duì)物流產(chǎn)業(yè)流程的實(shí)際運(yùn)作能力、管理能力、拓展能力、分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力都會(huì)得到極大的提高，獨(dú)立科研能力也會(huì)得到很大發(fā)展。抓住物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展時(shí)機(jī)，構(gòu)建抓住物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展時(shí)機(jī)，構(gòu)建智慧物流服務(wù)體系，是提高我國(guó)物流業(yè)技術(shù)水平、促進(jìn)現(xiàn)代物流發(fā)展的重要契機(jī)[6-9]。可見，建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的虛擬物流實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心勢(shì)在必行。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心建設(shè)的目標(biāo)和意義

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心建設(shè)的意義

2.1.1 建立完整的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流中應(yīng)用的課程體系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到物流實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中，注重開展以實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目開發(fā)為主，包括基本的感知層（傳感層與物聯(lián)層），到網(wǎng)絡(luò)層，再到應(yīng)用層；從物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，到物聯(lián)網(wǎng)的管理，再到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)整體的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與管理。這些內(nèi)容融匯到物流的智能供應(yīng)鏈中，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室課程體系—基于物聯(lián)網(wǎng)的林產(chǎn)品供應(yīng)鏈實(shí)訓(xùn)。

2.1.2 提高學(xué)生能力。實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)工作是本科教育教學(xué)體系的重要環(huán)節(jié)，是一個(gè)極好的人才培養(yǎng)途徑。有利于理論與實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)工作更具有科學(xué)性、有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和能力的培養(yǎng)。提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及參與積極性，優(yōu)化教學(xué)效果。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小小的嘗試，諸如，利用手機(jī)來(lái)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室濕度和溫度變化，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，讓學(xué)生在不斷體驗(yàn)中感受到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進(jìn)性。

2.1.3 確定特色物流研究方向。抓住機(jī)遇，以智能物流及物聯(lián)網(wǎng)在林業(yè)中應(yīng)用為目標(biāo)方向，提煉出林產(chǎn)品供應(yīng)鏈質(zhì)量追溯為命題的科研方向，提高物流工程專業(yè)的科研能力，并在物流和林業(yè)結(jié)合方面體現(xiàn)出使用價(jià)值，使實(shí)驗(yàn)室適用于教學(xué)并能為科研所用。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)物流實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心建設(shè)的目標(biāo)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)和物流工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂計(jì)劃，建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的虛擬物流實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心的目標(biāo)如下：

2.2.1 支持面向基礎(chǔ)性教學(xué)的實(shí)驗(yàn)。加深學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其在物流行業(yè)的應(yīng)用基礎(chǔ)理論知識(shí)的了解。盡量使用通用、先進(jìn)的物流技術(shù)工具，真實(shí)反映物流管理與規(guī)劃過(guò)程，并注重網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、數(shù)碼監(jiān)控技術(shù)、信息管理與決策技術(shù)等多種新技術(shù)手段的綜合應(yīng)用，為學(xué)生提供一個(gè)先進(jìn)、實(shí)用，并具有一定新穎性、趣味性的實(shí)用教學(xué)平臺(tái)[10,11]。

2.2.2 支持面向行業(yè)的綜合應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)。我國(guó)很多高校以特定的行業(yè)為主要服務(wù)對(duì)象，在長(zhǎng)期的辦學(xué)過(guò)程中形成了一定的專業(yè)優(yōu)勢(shì)和特色。如何辦好具有行業(yè)特色的物流管理專業(yè)、培養(yǎng)適應(yīng)行業(yè)需求的物流人才是這些高校中物流管理專業(yè)要解決的重要問(wèn)題[13]。東北林業(yè)大學(xué)經(jīng)過(guò)多年辦學(xué)實(shí)踐，形成了緊貼區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，服務(wù)于“林區(qū)經(jīng)濟(jì)”的辦學(xué)特色。根據(jù)智能物流及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和我校以林業(yè)為特色的特點(diǎn)，我校物流工程專業(yè)主要以培養(yǎng)“林產(chǎn)品物流管理人才”為目標(biāo)，規(guī)劃和建設(shè)具有行業(yè)應(yīng)用背景的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的林產(chǎn)品質(zhì)量追溯實(shí)驗(yàn)室，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)其對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在物流行業(yè)的應(yīng)用設(shè)計(jì)和管理的綜合能力。

2.2.3 支持面向?qū)W?？蒲许?xiàng)目的開放性平臺(tái)。基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以教學(xué)為主，由于物聯(lián)網(wǎng)融合了多種技術(shù)，多學(xué)科的交叉融合和影響，使得新的技術(shù)創(chuàng)新成為可能?；谖锫?lián)網(wǎng)的物流實(shí)驗(yàn)室將構(gòu)建射頻識(shí)別，無(wú)線傳感網(wǎng)，通信網(wǎng)絡(luò)，中間件技術(shù)及嵌入式技術(shù)等多種基礎(chǔ)技術(shù)的平臺(tái)，為學(xué)?？蒲腥藛T提供一個(gè)開放的環(huán)境平臺(tái)支撐，并為開展具體的物流行業(yè)應(yīng)用及交叉學(xué)科的教學(xué)研究提供技術(shù)支持。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心總體規(guī)劃與部署

整個(gè)實(shí)訓(xùn)室總體規(guī)劃為：物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室、物聯(lián)網(wǎng)在物流中典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)室和行業(yè)綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)室三部分?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室包括傳感器感應(yīng)模塊、RFID實(shí)訓(xùn)模塊、嵌入式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，由30套物聯(lián)網(wǎng)多網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱和RFID 綜合試驗(yàn)箱組成。以物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)平臺(tái)為主，是集RFID 技術(shù)、ZigBee 技術(shù)、WIFI 技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、通訊、應(yīng)用于一體的高級(jí)平臺(tái)，通過(guò)了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及原理，掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，并進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的獨(dú)立開發(fā)。能夠展示RFID系統(tǒng)基本運(yùn)作原理，完成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建,實(shí)現(xiàn)基于Linux和Android的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。完成物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)學(xué)科的課程和實(shí)驗(yàn)，同時(shí)配合創(chuàng)新模塊，也可開展相關(guān)創(chuàng)新項(xiàng)目研究。

圖1 實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)方案

3.2 典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)室

中心實(shí)訓(xùn)室主要包括以下模塊：

3.2.1 RFID智能立體倉(cāng)庫(kù)區(qū)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)主要由立庫(kù)貨架、巷道堆垛機(jī)、出入庫(kù)輸送機(jī)、控制計(jì)算機(jī)、狀態(tài)檢測(cè)器、信息輸入設(shè)備等部分組成。使用RFID 無(wú)限射頻識(shí)別技術(shù)，在倉(cāng)庫(kù)的每個(gè)托盤中安置RFID標(biāo)簽。通過(guò)RF手持和RIFD讀寫設(shè)備，進(jìn)入/出庫(kù)和盤點(diǎn)作業(yè)。貨架之間留有巷道，一般入庫(kù)和出庫(kù)布置在巷道的某一端，有時(shí)也由巷道的兩端入庫(kù)和出庫(kù)，堆垛機(jī)可采用有軌和無(wú)軌方式?？砷_展整托、整件貨物的入庫(kù)、盤點(diǎn)、出庫(kù)作業(yè)。

3.2.2 自動(dòng)分揀配送設(shè)備區(qū)。此區(qū)域主要由智能機(jī)器人、自動(dòng)分揀線、AGV小車、RFID閱讀器等設(shè)備組成，結(jié)合配送管理軟件來(lái)完成物流實(shí)驗(yàn)室的配送模擬作業(yè)。把貨物放在智能分揀線上，通過(guò)RFID閱讀器掃描物品，傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)貨物跟據(jù)不同的客戶進(jìn)行分揀到不同的分揀口。

3.2.3 智慧生產(chǎn)區(qū)。倉(cāng)儲(chǔ)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，該信息會(huì)自動(dòng)傳送至供應(yīng)商和生產(chǎn)商處。生產(chǎn)廠家從而預(yù)先獲得客戶需求信息，安排生產(chǎn)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)式的發(fā)展，智慧生產(chǎn)示意如圖2所示。

圖2 智慧生產(chǎn)示意圖

3.2.4 運(yùn)輸監(jiān)控區(qū)。物流公司倉(cāng)管員上級(jí)主管可通過(guò)視頻監(jiān)控管理倉(cāng)庫(kù)。貨物數(shù)量監(jiān)控、運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)控、車輛定位、車載數(shù)據(jù)顯示、3G數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控端數(shù)據(jù)顯示等功能。

智能物流實(shí)訓(xùn)中心綜合RFID，WiFi，GPS/GIS 和WSN等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了智能物流應(yīng)用場(chǎng)景，智能物流系統(tǒng)模擬智能倉(cāng)庫(kù)管理、智能分揀管理和運(yùn)輸監(jiān)控的完整物流流程。

3.3 林產(chǎn)品質(zhì)量追溯實(shí)訓(xùn)室

林產(chǎn)品質(zhì)量追溯實(shí)訓(xùn)室，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)手段，將林產(chǎn)品流通各環(huán)節(jié)加工及流通的信息相關(guān)聯(lián)，形成完整的信息追溯鏈?！傲之a(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)”是一個(gè)能夠連接生產(chǎn)、檢驗(yàn)、監(jiān)管和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解符合衛(wèi)生安全的生產(chǎn)和流通過(guò)程，提高消費(fèi)者放心程度的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)提取了生產(chǎn)、加工、流通、消費(fèi)等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)消費(fèi)者關(guān)心的公共追溯要素，建立了林產(chǎn)品安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能夠根據(jù)溯源進(jìn)行有效的控制和召回，從源頭上保障消費(fèi)者的合法權(quán)益。業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

3.3.1 林產(chǎn)品種植過(guò)程模塊。種植可追溯構(gòu)建一個(gè)林產(chǎn)品生長(zhǎng)的模擬環(huán)境，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在種植過(guò)程中的溫度、濕度、光輻射率、等自然環(huán)境信息，并通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)將相關(guān)信息傳入系統(tǒng)的過(guò)程。對(duì)采收時(shí)間、地理位置、成熟度、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等數(shù)據(jù)過(guò)程進(jìn)行展示。

圖3 質(zhì)量追溯業(yè)務(wù)流程圖

3.3.2 林產(chǎn)品加工管理模塊。林產(chǎn)品采摘以后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將采集的信息傳遞給加工廠，同時(shí)將采摘的信息寫入RFID 標(biāo)簽記錄采摘的時(shí)間、地點(diǎn)、生長(zhǎng)周期、品質(zhì)等信息。采收加工管理模塊，對(duì)采收時(shí)間、地理位置、成熟度、主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、總產(chǎn)量、催熟保鮮手段等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。對(duì)加工過(guò)程的加工工藝、生產(chǎn)環(huán)境、添加劑使用、分包的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

3.3.3 物流配送可追溯系統(tǒng)。車載RFID 標(biāo)簽記錄了林產(chǎn)品種植，加工過(guò)程的信息，將相關(guān)的信息傳遞給配送中心，并將相關(guān)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到配送中心的保管，運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。

在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中，物流倉(cāng)儲(chǔ)活動(dòng)會(huì)跟據(jù)實(shí)際情況，出現(xiàn)在不同的環(huán)節(jié)里。物流、配送管理模塊，對(duì)林產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)地點(diǎn)、時(shí)間、環(huán)境，運(yùn)輸工具、路徑、包裝，訂單處理、預(yù)估，配送時(shí)間、區(qū)域進(jìn)行展示。展示GPS，RFID，傳感器，無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)在物流配送中的應(yīng)用過(guò)程，讓學(xué)生體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流過(guò)程中的應(yīng)用。

3.3.4 分銷零售。分銷零售主要展示消費(fèi)者購(gòu)買木耳后通過(guò)智能手機(jī)，超市觸摸屏，網(wǎng)上查詢等方式查詢木耳的原產(chǎn)地，生產(chǎn)加工過(guò)程，物流過(guò)程等信息。使用者也可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，上傳產(chǎn)品溯源編碼到溯源支撐平臺(tái)的數(shù)據(jù)查詢接口，溯源支撐平臺(tái)即可逆向回溯查詢出種植、產(chǎn)品加工和物流運(yùn)輸?shù)娜魏苇h(huán)節(jié)的詳細(xì)信息。

4 實(shí)訓(xùn)室建設(shè)成果

4.1 能夠開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程增加

物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)主要服務(wù)于物流專業(yè)教學(xué)的物流信息管理系統(tǒng)，可以為物聯(lián)網(wǎng)智能決策技術(shù)、物流信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、林產(chǎn)品物流與包裝等課程提供實(shí)驗(yàn)載體。以及為物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線組網(wǎng)實(shí)訓(xùn)、物流實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、物流信息綜合實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐類課程提供真實(shí)的項(xiàng)目場(chǎng)境，有利于學(xué)生進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新活動(dòng)。

4.2 實(shí)驗(yàn)室智能化程度增加

物聯(lián)網(wǎng)物流實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了硬軟件設(shè)施并重，軟件資源和硬件設(shè)施相互配合。在具體使用中還要不斷對(duì)硬軟件設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化提升，從而使實(shí)驗(yàn)室始終處于設(shè)備先進(jìn)、功能健全、管理完整、適應(yīng)行業(yè)需求、符合現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的良好狀態(tài)，確保學(xué)生得到最優(yōu)化的實(shí)踐訓(xùn)練。

4.3 學(xué)生操作性增強(qiáng)

學(xué)生通過(guò)本實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以進(jìn)行體驗(yàn)性實(shí)訓(xùn)、操作性實(shí)訓(xùn)和設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)等。學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)性實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)，掌握林產(chǎn)品安全信息可追溯業(yè)務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念性知識(shí)，了解各種典型的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型，了解和掌握物聯(lián)網(wǎng)各種設(shè)備管理維護(hù)和軟件開發(fā)技能，具備基本的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型分析、管理和開發(fā)技能，并能借助實(shí)訓(xùn)平臺(tái)搭建來(lái)實(shí)現(xiàn)林產(chǎn)品安全信息可追溯模型。通過(guò)基礎(chǔ)教學(xué)部分實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生進(jìn)入最后的設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)和技術(shù)實(shí)踐真實(shí)的技術(shù)活動(dòng)，讓學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中找到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。