智能物流托盤的研究和應用分析

黃歡 畢晨靜

摘 ?要：隨著2020年初新冠肺炎疫情的爆發(fā)，物流運輸面臨前所未有的挑戰(zhàn)，而托盤是物流搬運中最基本的設備之一，其智能化、信息化水平直接影響著物流操作的效率，進而影響物流管理成本。因此，文章基于物聯(lián)網技術，設計了一款智能物流托盤，簡要分析、闡述了該托盤的設計結構及應用功能，對物流運輸中的人員、車輛和貨物進行定位和監(jiān)控，這在一定程度上保障了人員、車輛、貨物的安全性，不但提高了物流效率，而且節(jié)省了物流企業(yè)管理成本。

關鍵詞：物聯(lián)網;智能物流托盤;物流效率

中圖分類號：TP277 ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）14-0154-04

Abstract： With the outbreak of the COVID-19 epidemic in early 2020， the logistics transportation is facing unprecedented challenges. Pallet is one of the most basic equipment in logistics handling， it，s intelligence and informatization level directly affect the efficiency of logistics operation， and then affect the cost of logistics management. Therefore， based on the internet of things technology， this paper designs an intelligent logistics pallet， briefly analyzes and expounds the design structure and application functions of the pallet， locates and monitors personnel， vehicles and goods in logistics transportation， this ensures the safety of personnel， vehicles and goods to a certain extent， it not only improves the logistics efficiency， but also saves the management cost of logistics enterprises.

Keywords： internet of things; intelligent logistics pallet; logistics efficiency

0 ?引 ?言

2020年初，一場突如其來的新冠肺炎疫情，給物流業(yè)的發(fā)展帶來了從未有過的挑戰(zhàn)。人們對物流的依賴程度遠比預計的還要深。國內對物流業(yè)的關注度越來越高，但隨之而來的問題也越來越明顯。我國物流系統(tǒng)效率低、成本高，并且數字化和標準化程度較低。托盤是物流搬運中最基本的設備之一，托盤運輸已成為全球公認的多式聯(lián)運方式之一。我國托盤保有量和年均產量均以較高的速度增長，市場發(fā)展前景優(yōu)越。隨著國家十四五規(guī)劃政策的出臺，托盤市場規(guī)模從2014年的212.5億元增長至2020年的548.5億元，年復合增長率高達14.5%。預計到2023年托盤的市場規(guī)模將達到829億元，且未來五年將以12.8%的增長率持續(xù)增長[1]。2019年我國智慧物流市場規(guī)模增長至4 872億元，增幅達19.55%。預計到2025年，我國智慧物流市場規(guī)模將突破萬億元。智能物流托盤作為新一代的智慧物流市場支柱，將全面連接物流資源，推動物流及托盤的“智能化”和“在線化”發(fā)展，創(chuàng)造萬億以上的市場經濟效益[2]。

托盤正在經歷著從自用到共享、從傳統(tǒng)的無序混亂狀態(tài)到標準數字信息化管理的深刻變革，這對提高物流操作效率、降低物流管理成本等有著非常重要的影響。因此，物流行業(yè)中托盤的選用和信息技術水平在整個物流環(huán)節(jié)中起著非常重要的作用。隨著倉儲行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工托盤作業(yè)模式和數據采集模式已經難以滿足現代化倉儲智能管理的需求。目前物流行業(yè)在托盤存儲和托盤運輸中，還未實現對托盤中貨物運輸過程的的實時監(jiān)控，貨物運輸過程無法實時查看托盤中貨物的真實狀態(tài)，而只能查看貨物的運輸軌跡。

基于此，為改變當前物流行業(yè)中托盤及托盤貨物依然依靠人力的低效率管理模式，實現對托盤及其承載貨物的實時在線管理，避免上下游重復投資、資源閑置，本文結合方藍石家莊教育科技有限公司研發(fā)設計的智能物流托盤，以在途監(jiān)管軟件為平臺，以途中監(jiān)管為目標，對物流運輸中的人員、車輛和貨物進行定位和監(jiān)控，實現了貨品全程運輸至倉庫堆放狀況的實時監(jiān)測，并在出現異常時及時報警。通過對物流托盤的跟蹤管理，可以幫助企業(yè)構建物流最小顆粒的可視化，實現從“跟車”到“跟托”的貨物跟蹤升級，對貨物流通領域的發(fā)展發(fā)揮至關重要的作用[3]。

1 ?智能物流托盤系統(tǒng)架構設計

智能物流托盤基于物聯(lián)網技術，采用集成NB-IOT多模通信模組，內置GPS/BD定位功能技術。針對不同企業(yè)的定制化需求，智能托盤的傳感器組件加裝振動、加速度感應、稱重感應、溫濕度感應等傳感器組件，利用安裝在物流托盤內部的“智慧物流芯片”終端，實現對物流托盤的定位，結合RFID識別技術，可實現對托盤上裝載貨物精準識別的目的，并且通過在線網絡，將托盤上裝載貨物的狀態(tài)實時上傳到數據管理終端，實現物流過程中對貨物狀態(tài)的可視化管理[4]。

1.1 ?智能物流托盤結構

智能物流托盤主要包括托盤本體（1）、信息檢測模塊（2）、定位模塊（3）、路線監(jiān)測模塊（4）、主控模塊（5）、警報模塊（6）、無線通信模塊（7）及電源模塊（8）。

托盤本體（1）整體為長方體，托盤中部預留有一塊安裝倉，用于安裝壓力傳感器2011以及主控模塊、定位模塊、路線監(jiān)測模塊、無線通信模塊，上述模塊可以集成在一塊線路板上，線路板安裝在中心位置的壓力傳感器下方。其中，可配置多個壓力傳感器2011，多個壓力傳感器2011設于托盤本體上表面的中心以及靠近邊緣的四角位置;托盤本體一側的外壁上還設有顯示屏（9），與主控模塊電連接;托盤本體一側的外壁上還設有操控面板（10），與主控模塊電連接;托盤本體一側的外壁上還設有充電接口（11），與可充電電池電連接，如圖1所示。

信息檢測模塊（2）設于托盤本體（1）的上表面，定位模塊（3）、路線監(jiān)測模塊（4）、主控模塊（5）、無線通信模塊（7）以及電源模塊（8）均封裝于托盤本體（1）的內部，警報模塊（6）設于托盤本體一側的壁上;定位模塊（3）與路線監(jiān)測模塊（4）電連接，信息檢測模塊（2）、路線監(jiān)測模塊（4）、警報模塊（6）、無線通信模塊（7）以及電源模塊（8）均與主控模塊（5）電連接[4]。

1.2 ?智能物流托盤各模塊功能連接

智能物流托盤上的7大模塊，即信息檢測模塊（2）、定位模塊（3）、路線監(jiān)測模塊（4）、主控模塊（5）、警報模塊（6）、無線通信模塊（7）及電源模塊（8），它們位于托盤主體上，通過電路實現功能連接，其具體電連接關系及形式如圖2所示。

信息檢測模塊（2）：包括數據采集單元201和數據處理單元202，數據采集單元201用于采集托盤本體的自身參數及環(huán)境參數數據，采集的范圍包括托盤本體及其承載的托盤貨物實時狀態(tài);數據處理單元202用于分別將自身參數及環(huán)境參數數據與預先設定的對應閾值進行比對分析，提取異常參數數據，并將自身參數及環(huán)境參數數據及異常參數數據發(fā)送至主控模塊。

定位模塊（3）：用于實時獲取托盤本體的位置信息，并將位置信息發(fā)送至路線監(jiān)測模塊;可以采用GPS定位器或北斗定位器，具體可以根據需要合理選擇。

路線監(jiān)測模塊（4）：用于根據預設的路線數據以及位置信息對托盤本體的運輸路線進行監(jiān)測，在運輸路線偏離預設的路線數據時，生成偏航預警信號，并將位置信息和偏航預警信號發(fā)送至主控模塊。

主控模塊（5）：用于根據異常參數數據和/或偏航預警信號，向警報模塊發(fā)出預警指令，還用于將接收到的所有數據發(fā)送至無線通信模塊?？梢圆捎脝纹瑱C或可編程邏輯控制器，主要實現指令生成、數據收發(fā)、數據運算等功能。

警報模塊（6）：可采用聲光報警器，通過聲音或報警燈顏色的不同對報警信號進行區(qū)分，接收預警指令，發(fā)出預警信號，實現多種預警功能。

無線通信模塊（7）：用于將接收到的數據實時上報。

1.3 ?智能物流托盤管理系統(tǒng)

智能物流托盤管理系統(tǒng)，包括智能監(jiān)管終端I以及至少一個智能物流托盤II。智能監(jiān)管終端與智能物流托盤通信連接，智能物流托盤將檢測到的現場數據實時上報至智能監(jiān)管終端，并接收智能監(jiān)管終端下發(fā)的遠程操控指令，執(zhí)行檢測任務。

具體而言，該系統(tǒng)主要是通過智能監(jiān)管終端實現對智能物流托盤的遠程操控、遠程數據接收功能，一個智能監(jiān)管終端可以控制一個甚至同時控制多個智能物流托盤，這在很大程度上提高了托盤管理工作的效率。其中，智能監(jiān)管終端I可以是智能手機、平板電腦或臺式計算機中的任何一種，其他可以實現遠程數據收發(fā)、操控指令輸入和顯示功能的智能設備也可以作為智能監(jiān)管終端，如圖3所示。

2 ?智能物流托盤應用功能

智能物流托盤通過上述7大模塊與智能監(jiān)管終端電連接，結合內置GPS/BD定位功能技術，實現對貨物運輸過程中狀態(tài)的全程監(jiān)測，并將采集到的真實數據實時共享，方便用戶隨時掌握貨物在途狀態(tài)，這可以在很大程度上保障安全性并提高效率。智能物流托盤的具體功能包括以下五項：

（1）信息實時監(jiān)測。該智能物流托盤能夠對自身及環(huán)境信息進行實時監(jiān)測，檢測自身受到的壓力、自身角度以及周圍溫度信息，能夠在壓力、溫度超標，角度偏離設定閾值等異常情況出現時及時發(fā)出警報以提示異常狀態(tài)，這可以在很大程度上避免因超負荷或超溫工作而對托盤造成損傷，能夠根據自身角度獲知上方貨物的碼放狀態(tài)，在角度偏離時，說明貨物有可能出現歪斜或碼放不對稱的問題，從而可避免貨物倒塌的風險和損失[5]。

（2）路線監(jiān)測。該智能物流托盤具有路線監(jiān)測功能，能夠避免因路線偏離而降低運輸效率的問題，定位模塊的設置也能夠避免托盤丟失的問題，整個托盤結構設計合理，且功能更加完善、智能，更適合推廣應用。

（3）實時定位追蹤溯源。利用安裝在物流托盤內部的“智慧物流芯片”終端，可實現對物流托盤的定位，結合RFID識別技術，可實現對托盤上裝載貨物精準識別的目的，并且可通過在線網絡，實時更新位置信息，輕松掌握物流動態(tài)。

（4）數據主動傳輸?？芍鲃訉ω浳镞M行掃描并上傳數據，將貨物信息與托盤綁定在一起。

（5）優(yōu)化供應鏈。在途監(jiān)管系統(tǒng)可以與企業(yè)園區(qū)卡口硬件端、企業(yè)內部管理ERP系統(tǒng)實現無縫對接，各個部分的數據相互傳遞，各個環(huán)節(jié)自動聯(lián)動，從整體提升其物流信息化水平[6]。

3 ?應用及效用

下面是智能物流托盤管理系統(tǒng)具體操作步驟及其效用：

（1）登錄。在登錄界面中輸入用戶名和密碼，其中初次登入系統(tǒng)的用戶名和密碼由系統(tǒng)管理員進行分配。點擊“登錄”按鈕，系統(tǒng)驗證通過后，進入系統(tǒng)主頁。

（2） 進入系統(tǒng)主頁。該界面是軟件系統(tǒng)的主要操作界面，使用者可以在該區(qū)域進行軟件的操作與使用，如圖4所示。

（3）參數監(jiān)測。點擊系統(tǒng)主頁面中的參數監(jiān)測按鈕，可以對系統(tǒng)通過DPS信號采集到的點擊參數信息進行查看。用戶可以根據參數監(jiān)測的信息設置相應的報警閾值，當參數越界時系統(tǒng)會通過報警功能模塊進行報警，如圖5所示。

（4）IO控制。點擊系統(tǒng)主頁面中的IO控制功能按鈕，可以對信息采集點的第一個標記點進行標記操作，系統(tǒng)會根據信號處理的標記進行一個項目列表的顯示，隨時可以根據定位標記進行MARK點搜索區(qū)和伺服DSP信號處理，如圖6所示。

（5）伺服檢測。點擊系統(tǒng)主頁面中的伺服檢測按鈕，通過對設備的伺服信號的幅值進行檢測，并模擬輸出數據，對通過的批次和號碼一一進行檢測操作，點擊開始檢測按鈕進行伺服信號的檢測操作，如圖7所示。

（6）異常信號采集。點擊主頁面中的異常信號采集按鈕?？梢詫λ欧惓５臄祿M行采集，通過原始信號、濾波信號和頻譜分析來解析測試數據，同時用戶可以采集伺服異常的參數配置，如圖8所示。

（7）電力測試。點擊主頁面中的電力測試按鈕，電力的數據直接影響到伺服轉速，當電力達不到系統(tǒng)需求時，伺服轉速也達不到系統(tǒng)要求，導致系統(tǒng)不能正常運行。為保障電力正常供應，電力測試功能可以隨時根據電力數據進行數據查詢和模擬電力給量操作。

（8）報警管理。是在系統(tǒng)運行過程中對伺服實時監(jiān)測數據進行閾值分析，得到報警信息而產生的報警事件。用戶可以通過對系統(tǒng)報警信息的管理分析，有效地解決報警事件，維護系統(tǒng)穩(wěn)定運行，如圖9所示。

（9）退出系統(tǒng)。點擊退出系統(tǒng)按鈕，系統(tǒng)關閉。

4 ?結 ?論

本文基于目前物流行業(yè)尚未實現對托盤運輸過程的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，無法實時查看托盤承載貨物運輸狀態(tài)的境況，進而依托物聯(lián)網技術研究設計了一種智能物流托盤。該智能物流托盤由1個托盤本體和信息檢測模塊、定位模塊、路線監(jiān)測模塊、主控模塊、警報模塊、無線通信模塊、電源模塊等7大模塊組成，內置GPS/BD定位功能技術，實現了信息實時監(jiān)測、路線監(jiān)測、實時定位追蹤溯源、數據主動傳輸和供應鏈優(yōu)化等功能，在一定程度上保障了人員、車輛、貨物的安全性，提高了物流效率，節(jié)省了物流企業(yè)管理成本。與此同時，在今后的研究中，可以從該智能物流托盤的實際應用和市場前景等角度進行深入分析，從而進一步優(yōu)化智能物流托盤的設計方案。

參考文獻：

[1] 2021年托盤行業(yè)洞察報告 [EB/OL].（2021-03-02）.https：//wenku.baidu.com/view/0fe20ac27ed184254b35eefdc8d376eeafaa1790.html.

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[3] 劉大成.智慧物流將改變托盤產業(yè)生態(tài) [N/OL].經濟參考報，2018-08-21.http：//www.jjckb.cn/2018-08/21/c_137406651. htm？from=singlemessage.

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[6] 朱文和.基于物聯(lián)網技術實現供應鏈全過程的智能化物流配送服務 [J].物流技術，2010，29（13）：172-173.

作者簡介：黃歡（1989.07—），女，漢族，江西鷹潭人，講師，碩士，研究方向：物流工程;畢晨靜（2000.07—），女，漢族，河北保定人，本科在讀，研究方向：物流管理。