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关键词:物联网;制造业;物流业;实时联动
中图分类号:F273.7 文献标识码:A
Abstract: At present, China is in the accelerating transition to a post-industrial phase. How to make modern manufacturing and modern logistics industry achieve win-win and joint development is a serious problem currently. With the application of IOT technology in the field of manufacturing and logistics, for the problem of combination of the traditional manufacturing processes and logistics processes in independent mode, this paper uses innovative IOT technologies and systems to build a manufacturing-logistics joint smart collaborative services platform based on IOT and demonstrates the effectiveness of the“manufacturing-logistics”real-time joint system.
Key words: the internet of things(IOT); manufacturing industry; logistics industry; real-time joint
0 引 言
现代制造业的发展需要现代物流业的支撑,现代物流业的发展也要以现代制造业的发展为基础。目前我国正处于加速向工业化后期过渡的阶段,如何使现代制造业与现代物流业实现联动式共赢发展,是当前亟待解决的问题。制造业与物流业联动是制造业与物流业互相深度介入对方企业的管理、组织、计划、运作、控制等过程,共同追求资源集约化经营与企业整体优化的协同合作方式。制造业与物流业联动本质上是社会分工专业化的体现,即制造业与物流业各自专注于自身核心竞争力的培养与发展,最终实现“两业”联动双赢。
在传统的制造流程与物流流程独立运作的模式下,由于信息沟通的局限,制造与物流的业务逻辑在横向上缺乏关联,诸多环节上造成了计划可行性差,运作效率低下等问题。然而,当物流过程与制造过程各个环节实现横向联动,以上的问题将得到全面改观。物联网技术已成为制造物流产业联动的重要推动力。“物联网”的产生为建设面向制造―物流联动的智能协同服务平台带来了良好的契机。然而,当面向生产制造与物流服务互相深度介入、实现全面联动的这一新需求时,目前的物联网设备、技术和系统平台的发展仍无法满足其需要,这已成为制约制造业和物流业快速联动发展的重要障碍。
本文以“物联网”概念和相关技术的发展、普及应用为契机,以推动制造业与物流业在管理、组织、计划、运作、控制等过程的深度融合,并实现资源集约化经营与企业整体优化的协同合作为最终目的,提出了一套“制造―物流联动”协同决策服务信息架构。并在数据采集、信息整合、服务封装以及上层决策等多个层级开发了一系列物联网关键技术和系统平台,实现制造环节与物流环节的全面多维动态联动。
1 文献综述
1.1 “制造―物流联动”发展现状。从2005年始,国内研究者纷纷就本地区制造业与物流业联动发展现状开展深入的研究,并针对实际问题提出联动发展的对策及建议[1-2];同时,运用计量经济学的灰色关联模型,得出福建省制造业与物流业的协调发展正处于协调与不协调的临界状态的结论[3];应用灰色关联理论对广东省制造业与物流业的关系进行定量分析,得出广东制造业与物流业没有实现有效联动的事实,进而提出促进广东“两业”联动发展的一些建议[4];从产业集群演化的角度分析制造业集群与物流产业的关系,并证实了长三角制造业集聚与物流业发展的耦合关系[5];也有一些学者运用投入产出法,对中国物流业对制造业的关联波及效应进行分析[6]。目前我国在各环节中的“两业”联动存在以下问题:生产上游产品研发及设计的“两业”联动,涉及到物流基础设施的应用,我国物流业竞争市场规范化较差,管理水平和信息化程度相对较低;中游产品制造中与上下游企业之间信息不畅通,政策落实不到位,在物料需求、生产控制及销售控制上,制造业和物流业信息集成及信息共享不畅通等;生产下游中,产品从下生产线开始,经过包装、装卸搬运、储存、流通加工、运输、配送,直至最后送到用户手中的整个产品实体流动过程中,通过通讯及计算机技术、管理软件以及各种新思想和新方法来实现物流信息的共享、跟踪及JIT(准时制)物流是当前面临的重要任务之一。
1.2 物联网技术在制造及物流行业的应用。从当前技术发展和应用前景来看,物联网在工业领域的应用主要集中在以下几个方面:(1)制造业供应链管理。如空中客车通过在供应链体系中应用传感网络技术,构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。(2)生产过程工艺优化。如钢铁企业应用各种传感器和通信网络,在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度实时监控,提高产品质量,优化生产流程。(3)生产车间智能制造。具体包括:柔性生产和流程可视。(4)产品全生命周期监控。具体包括:单品管理、全程监控、绿色环保。
物流业是很早就应用物联网的行业之一。概括起来,目前相对成熟的应用主要在如下三大领域:(1)产品的智能可追溯的网络系统。如食品的可追溯系统、药品的可追溯系统等等。(2)物流过程的可视化智能管理网络系统。如基于GPS卫星导航定位技术、RFID技术、传感技术等多种技术,在物流过程中可实时实现车辆定位、运输物品监控,在线调度与配送可视化与管理系统。(3)智能化的企业物流配送中心。
根据对制造和物流行业相关物联网设备的国内外发展趋势的分析可以得到以下几点结论:(1)RFID技术是物品自动识别领域的必然趋势。(2)多维制造加工和仓储环境信息的监控已成为制造和物流行业提升生产控制能力、服务质量的新需求,多传感器和传感器网络技术成为实现该项任务的基础技术。
2 面向制造―物流联动的物联网智能协同服务平台框架
本文提出的面向制造―物流联动的物联网智能协同服务平台框架如图1所示,包括四个联动层:最下层为设备联动层,用于制造流程及物流过程中的多维实时信息的采集;信息联动层把实时采集的信息进行统一整合,通过处理后形成标准的信息流;服务联动层通过标准的信息流输入,采用一系列的智能体,提供各种服务;最高层决策联动层包括一系列的决策应用系统,为制造过程和物流流程提供相应的指导,以此形成四层相互联动、统一优化资源的物联网驱动的绿色服务模式。
2.1 物联网驱动的制造―物流联动服务模式。物联网驱动的制造―物流联动服务模式主要包括纵向和横向联动服务模式,所谓横向联动,即在整个物联网过程的两个阶段:制造阶段和物流阶段,通过联动的方式优化其交叉资源,利用智能物联网感知设备把两个阶段无缝连接起来,形成相互融合和动态交互的横向联动模式;纵向联动即在物联网信息传递与使用的过程中的相互联动过程,该过程包括感知、处理、整合、应用几个层面,分别对应于四个联动层,因而形成上下层级之间的动态交互,最终达到纵横联动模式。该模式将以资源利用最优化为前提,以绿色化为目标,避免资源特别是各阶段、各层级紧缺资源的浪费,最终达到可持续性发展。
2.2 物联网驱动的制造―物流联动关键使能设备。本文的物联网驱动的制造―物流联动关键使能设备包括两类:一是多维RFID主动标签,另外是制造和物流信息统一集成网关。
(1)多维RFID主动标签。实现制造―物流联动环境下的RFID标签设备及实时数据可视化;针对特定制造―物流联动应用的GPS信息和3G视频模组及实时信息获取;针对制造―物流联动敏感环境(如保鲜食品仓,易碎物品仓)的多传感器智能主动式RFID标签设备及实时信息获取。(2)制造和物流信息网关。制造―物流联动信息集成网关包括制造信息网关和物流信息网关。这两类网关的主要任务是对所部署的传感器,数据采集设备提供标准化数据获取和传输接口,实现异构信息系统之间的平滑信息交换和整合。它们都提供一套数据获取、处理和交换的标准化接口,其功能主要包括:数据源标准化定义,实现对多样化数据源元素归一化描述,如数据提供源唯一地址描述,数据结构,数据查询条件的标准化描述;数据标准化处理,提供一种异构数据标准化转换的技术,将数据通过统一标准的描述格式返回给数据请求方;数据交换接口标准化,实现异构信息系统之间数据获取,更新和存储的通用方法和调用接口。
2.3 物联网驱动的制造―物流联动协同服务平台信息架构。物联网驱动的制造―物流联动协同服务平台信息架构主要包括以下几层:(1)设备联动层。设备联动层通过把制造和物流流程的数据进行感知采集,在制造流程当中,通过多种类的传感器,如生产线信息终端设备、手持式RFID终端、固定式RFID设备等把制造流程中各结点的信息如生产进度、车间在制品和成品等统一采集;在物流流程中,采用多维主动RFID标签、3G视频、GPS和RFID仓储管理硬件等设备把物流过程的环境信息、配送信息和仓储信息等统一整合,为制造―物流联动提供基础的数据支持。(2)信息联动层。信息联动层把设备联动层的信息进行统一管理,这一层主要包括两个信息网关,制造信息网关针对制造流程的感知信息进行统一的管理,物流信息网关对物流过程中的感知信息进行集中整合,两个网关之间相互实时交互针对两个阶段的资源进行统一管理,信息联动层的网关主要包括四个主要使能模块,分别是:①智能网关异构硬件管理模块:对接入物联网的硬件设备进行统一的管理,包括硬件MAC地址分配、物联网唯一标识管理、注册管理等;②基于ISA95的异构信息标准化模块:对异构感知设备获取的信息进行标准化处理,包括数据字段定义、数据格式描述、数据表达、语义分析、谓词诠释等;③层级化复杂事件处理模块:对海量事件进行分层动态处理,其中包括事件分类操作、事件组合管理、事件响应决策等;④动态工作流定义配置模块:针对制造―物流联动机制下的动态工作流管理,提供自定义和可重配的方法,其中包括流程结点定义、结点互联操作、流程配置服务和流程优化等。(3)服务联动层。服务联动层通过一系列的智能体对象,把信息联动层提交的数据进行处理,然后为决策联动层提供支持服务,该层主要的智能体包括:①实时制造资源智能体:把制造过程中的资源封装成智能体(Smart Object Agent),为制造流程提供资源配置、优化、协调和整合,以实现制造过程中制造资源的闭合管理;②实时WIP(work in product)智能体:制造过程中的在制品通过智能化封装后成为WIP智能体,为在实时在制品库存预测及管理、WIP优化等;③实时仓储资源智能体:仓储资源通过智能化封装后成为实时仓储资源智能体,这些智能体为制造和物流环节提供各种资源的实时信息服务;④实时车辆资源智能体:车辆资源通过多种传感器及智能化技术封装成车辆资源智能体,对物流的承载主体进行统一规划、合理调度、优化路径、实时监控等综合;⑤实时在途品智能体:物流过程中的在途品通过封装后成为在途品智能体,通过感知技术可以实时获得在途品的温度、湿度、气压等承载环境信息,以及在途品数量、状态等信息。(4)决策联动层。决策联动层通过服务层中各种智能体提供的服务信息,为一系列的系统提供支持,其中包括以下几个系统:传统制造应用系统(MES)、传统物流应用系统、JIT型实时对线配送系统、智能化WIP管理系统和智能化物流配送系统。其中传统制造应用系统(MES)、传统物流应用系统为企业现有系统,本文的决策联动层主要包括以下三个系统:①JIT型实时对线配送系统:制造―物流联动机制下的物联网,以控制原料库存、减低在制品存量,实现精细化JIT型生产为目的绿色管理模式,为各个生产厂商的基于生产节拍的原材料需求信息,以及所需物料的实时仓储位置信息进行智能规划、综合越库、转运以及直接配送等。②智能化WIP管理系统:在对制造―物流联动环境下的在制品进行最优化管理的前提下,控制各制造流程阶段的WIP数量,综合考虑物流成本、仓储成本等约束,在物流调度、路径规划、生产协同的基础上得到最优的组织方式,以达到绿色化的制造过程WIP管理。③智能化物流配送系统:在对原材料进行协同采购的前提下,利用实时动态化物流资源信息(包括仓储位置,载具,车辆等资源的信息),对多种类、多批次的整个物流过程进行规划、决策以及执行监管。
3 系统演示
3.1 生产联动物流。该情况为最经典的生产物流联动过程,核心决策环节为生产车间子系统:由生产车间的实时生产流程拉动配送和仓储环节提供生产物流服务,常见于生产计划的调整余地较小、调整成本偏高、或调整难度大,而物流资源(例如配送车辆和仓储空间)较为充足而具有较大调整空间的生产企业中。针对该情况,开发了基于RFID的智能生产线实时管理系统,其运作情况如图2所示。
3.2 物流联动生产。该情况的核心决策环节为仓库子系统:由仓库实时状态(仓储空间的释放计划、客户成品需求/供应商供货节拍、及预设仓储策略等)拉动生产车间及物流车队进行生产与配送出/入库计划。此情况多见于珠三角及沿海发达地区,由于企业不断扩大生产规模,却无力扩大仓库面积而造成。针对该情况,开发了基于IOT的成品物流规划与管理系统,其运作情况如图3所示。
4 结论与展望
本文从制造―物流联动物联网背景入手,利用创新的物联网设备、技术和系统构建了面向制造―物流联动的物联网智能协同服务平台,并详细介绍了该平台的信息架构。具有以下三方面的特色:(1)面向制造―物流联动的物联网智能协同服务平台的服务模式。(2)物联网背景下制造―物流联动中的整合规划、合理利用和资源优化。(3)提出一套适用于制造―物流联动物联网下的关键使能设备。
本文以制造物流联动为切入点,将企业生产和仓储、物流流程在多环节紧密衔接,并集中应用物联网技术,通过“集中式共享、服务化运营”的策略在工业园区和大型集团集群企业中进行应用推广,个体企业应用物联网技术的种种弊端将被屏蔽和缓冲。
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一镜止千里,支流忽然迂。苍奁朿洪波,坐似冯夷躯。
战舰百万辈,浮宫三十余。平川盛丁宁,绝岛分储胥。
凤押半鹤膝,锦杠杂肥胡。香烟与杀气,浩浩随风驱。
弹射尽高鸟,杯觥醉潜鱼。山灵恐见鞭,水府愁为墟。
价值创造是任何商业模式的核心要素,它包括了为增加公司产品、服务的价值和提升客户购买意愿而采取的行动。在传统的制造型企业,创造价值意味着识别老客户的需求并制造出设计精良的产品。竞争很大程度上是不同产品特性之间的比较。当产品特性的创新终于到了一个不够明显的阶段,就开始了价格的竞争,产品也就该被淘汰了。在工业革命后的250年间,这种形式的商业活动在我们身边的大型电器零售超市及百货商场每天上演。
但是在一个互联网连接的时代,产品生产不再是一蹴而就的过程。通过线上更新,产品的新特性与新功能可以定期地被推送到消费者的产品上。对使用中产品的追踪能力使得及时响应客户需求成为可能。当然,现在物品间可以互联,则能够通过更有效的预测、流程优化及客户服务体验等方面提供新的分析及服务。各种各样的消费类产品及服务,从巢牌恒温器到飞利浦色调灯泡再到IFTTT网站服务,都为基于物联网的价值创造可能性提供了最好的注脚。
微软的用户体验设计合作伙伴负责人Albert Shum指出,“商业模式是关于创造价值体验的过程。通过物联网,你可以真正的看到消费者是如何看待体验的:当我路过一个商店,当我购买产品,当我使用产品,直至帮我解决用它还能做什么的问题,以及什么样的服务能够更新这种体验并赋予产品新的生命。”为针对互联体验的潜在影响形成设计者、技术人员及商务人士之间的对话机制,Albert在微软的团队最近了一个名为“互联:制造商们”的记录短片。
与价值创造类似,与云端的互联形成了关于价值获取的新的思维模式,即客户价值的货币化。在大多数制造型企业,价值获取就是简单地合理定价,以从零散的产品销售中获得最大化利润。有时,这也可以通过有创新性的方式进行,如吉列公司采用的著名的刀架与刀片定价模式。企业利用核心能力确保产品上市过程中利润最大化,并能够控制价值链的关键点,这些核心能力包括产品成本、专利及品牌实力。下面是改变你关于价值创造和价值获取思维模式的一些方式:
然而,在互联空间赚钱并不限于实体产品的销售,在产品售出后,通过增值服务、订阅服务、应用服务等形式产生的收入可以很容易的超越产品价格,额外的收益也就成为可能。在最近的一次对话中,OATV公司的负责人之一Renee DiResta指出:“可以产生经常性收益的东西对于风险投资者更有吸引力。否则,商业模式的成功与否将依赖于潜在客户的忠诚度及成为回头客的可能性。”
企业在价值链上的控制点范围借助物联网也有所扩展。因为个性化、信息增益形成的网络环境及更多产品加入平台形成的网络规模效应,客户可以被“锁定”。同样重要的是,企业在发展核心能力的时候更加强调发展伙伴关系的重要性上,而不是只强调内部能力建设,所以,对于长期成功来说,了解生态系统中的其他企业如何盈利的变得尤为重要。Spark公司(一个开源物联网平台)CEO Zach Supalla说,“在物联网时代,你不能再孤立地思考一个企业,市场的层次比传统产品要丰富而复杂。你需要考虑如何将产品市场化,以及产品如何帮助他人产生与汇聚价值。
2、连接机顶盒。直接网线连接机顶盒和路由器;如果是AV线,只有一个插头的一端插入机顶盒。如果是高清线,直接插入HDMI接口就可以。
3、连接电视。如果是AV线,有红黄白三个插头的的对应颜色插入电视标注IN的一组。如果是高清线,插入电视HDMI任意接口。
4、打开电视和机顶盒电源。
5、机顶盒设置。用机顶盒遥控器,打开程序,打开设置。打开系统设置,打开网络设置,开启有线和无线功能。
6、有线设置。选择有线网络,设置IP地址和dns自动获取。保存。
7、无线设置。选择无线,确定,找到要连接的路由器,输入密码就可以。这个过程和手机大致相似。
苹果公司联合创始人斯蒂夫·沃兹尼亚克(SteveWozniak)在2015年世界经济论坛上警告说,物联网即将重蹈互联网曾经经历过的泡沫阶段(bubblephase)。IBM分管物联网部门的副社长PaulBrodie也提出“IoT市场处于典型的泡沫阶段,设备上存贮的大部分数据都是毫无用处”的言论。现在就谈论泡沫与否还为时尚早,但从上述两种概念中可以借鉴较为均衡的观点。对新技术过分地抱有幻想会是个问题,但对新形势无法适应也将是一个痛苦的教训。
全球知名咨询企业Gartner每年都会发表用户对某种技术的关注度统计结果[成熟度曲线(HypeCy-cle)],将每个技术的发展分为五个阶段,可以一目了然的看到该技术当前所处的发展阶段。一个新技术的出现往往伴随着学术界和媒体的关注,并进入创新触发(InnovationTrigger)阶段;随后将进入期待值爆棚的膨胀期望峰值(PeakofInflatedExpectation)阶段;随着对新技术的失望大于期待,就进入到幻灭期(ThroughofDisillusionment),大量的泡沫消失,各界的关注也随即降温。通过不断升级存活下来的技术,再次掀起启蒙阶段(SlopeofEnlighten-ment),并最终到达成长阶段(PlateauofProductivity),成为市场的主流。
一个新技术从面世到成功市场化并成功,需要的时间超乎想象。就像无人驾驶汽车现在已经可以在马路上行驶,但离真正商用并搭载乘客还需要很长路要走。如果把握不好进入市场的时机,将会面临很大的困难。物联网在2013年进入泡沫期后,在去年和今年处于它的发展顶点;可以预见,它也将进入漫长而黑暗的幻灭期,并最终到达泡沫崩溃的那一天。《跨越鸿沟》(CrossingtheChasm)一书的作者杰佛瑞·摩尔提出,创新产品如果要成功,就必须要克服断链子。一个新技术受到早期采用者(EarlyAdopter)的热捧,逐渐扩散到大众市场并形成主流,就必须跨越鸿沟(Chasm,指岩石或者冰块上的深沟)。数不清的新技术和新产品都在跨越鸿沟的时候消失殆尽。物联网是否能安全跨过这个死亡鸿沟,值得期待。
最近华尔街日报针对物联网相关智能设备的无序发展进行了抨击。它们写道,“如果想知道一个产品或者创业企业的水分有多大,只要确认它们的宣传资料中是否有‘世界第一个智能XX’这样的描述就可以。世界首个智能袜子、智能牙刷、水杯、刀叉、煎锅、放屁传感器等等,喜剧节目都拿智能硬件作为讽刺的素材”。言辞虽然有些过于偏激,但确实需要冷静思考,物联网的火热是否已经超出了消费者真正的需求。过度依赖于技术主导和供给为主的发展方式,将像过去曾经昙花一现的新技术那样,不可避免重蹈覆辙。甚至还有一些声音,认为物联网其实名不副实,只不过是把过时的IT技术,比如泛在技术、物物通信,换了一个说法而已。
被视为继承互联网、智能手机,引导第三次IT革命主流的物联网,时至今日消费者的反应还是冷静的异常。大多数人虽然感觉很新奇,但都没有觉得一定要有这个的必要性。一般的LED灯泡只需要30~40元,但用手机控制开关的智能灯泡却需要支付10倍以上的价格,你是否会坦然接受并购买?假设有一款智能冰箱,可以根据冰箱内的存货量,自动帮你预定鸡蛋和牛奶,你是否会把家里还可以用十年的老冰箱扔掉,换成新的智能冰箱?据美国咨询企业EndeavorPartners的可穿戴报告书显示,消费者佩戴Fitbit、Jawbone等时下流行的智能手环的时间并不是很长。