成都電子科技大學(xué)成都學(xué)院 / 孔昊

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在危化品供應(yīng)鏈中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

成都電子科技大學(xué)成都學(xué)院 / 孔昊

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)提升?；饭?yīng)鏈的安全水平具有重要意義。本文從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)角度，闡釋了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在?；饭?yīng)鏈中應(yīng)用層面的設(shè)計(jì)構(gòu)想，以期構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)、?；?、供應(yīng)鏈、應(yīng)用設(shè)計(jì)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加深，近年來中國擁有超過10萬家化工企業(yè)，生產(chǎn)著多達(dá)5萬種化學(xué)品，其中?；吩谏a(chǎn)、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、分銷和使用各環(huán)節(jié)的安全問題時(shí)常發(fā)生，暴露出我國危化品供應(yīng)鏈在預(yù)警機(jī)制、應(yīng)急響應(yīng)速度和政府部門監(jiān)管能力三方面仍有提升空間。

近些年，高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越成熟，且已開始在一些行業(yè)逐步應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的三大關(guān)鍵功能（實(shí)時(shí)可視化管理、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)信息共享），對(duì)?；饭?yīng)鏈存在的上述問題的改善，有著重要的應(yīng)用意義。

一、物聯(lián)網(wǎng)的概念及主要支撐框架

1.物聯(lián)網(wǎng)定義

在中國，目前物聯(lián)網(wǎng)最為大家普遍接受的定義是由中國移動(dòng)在其“物聯(lián)網(wǎng)白皮書”中給出的，即通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器、環(huán)境傳感器、圖像感知器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

2.物聯(lián)網(wǎng)主要架構(gòu)

不同背景的研究者會(huì)給出不同的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，但基本相似。它們之間的最大不同之處就在于架構(gòu)的層數(shù)。通常來說，物聯(lián)網(wǎng)的主要架構(gòu)由三層組成，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層，見圖1。

圖1的最下層是感知層，主要功能是識(shí)別、認(rèn)知和收集目標(biāo)的信息。它相當(dāng)于物理接觸層，由傳感器、智能芯片、射頻識(shí)別芯片等組成。以人體來比喻的話，感知層就像皮膚和五官，用于識(shí)別物體、收集信息、感知數(shù)據(jù)。感知層針對(duì)的范圍可以是單個(gè)物體，可以是特定區(qū)域內(nèi)的物體，也可以是特定行業(yè)內(nèi)不同地方的一組物體。

中間層是傳輸層，由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/4G）、固話網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)和封閉的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成。信息經(jīng)由感知層通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的數(shù)據(jù)，然后傳輸層接收、處理、再分配傳輸這些數(shù)據(jù)。可以將其簡(jiǎn)單地理解為人體的神經(jīng)系統(tǒng)。

頂層是應(yīng)用層，在這一層，人們可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做許多復(fù)雜的事情。對(duì)使用者有價(jià)值的信息經(jīng)過傳輸層的處理、再分配傳輸后，就需要通過應(yīng)用層來完成控制指令的生成和執(zhí)行。在感知層、傳輸層的支持下，應(yīng)用層能實(shí)現(xiàn)許多典型的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景設(shè)想，如智能交通、智能建筑、智能家居、智能物流、遠(yuǎn)程醫(yī)療、污染監(jiān)控等。這些應(yīng)用可以是行業(yè)內(nèi)或行業(yè)外，也可以跨行業(yè)；用戶可以是大眾，可以是企業(yè)，可以是組織，也可以是政府部門。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的主要架構(gòu)

二、物聯(lián)網(wǎng)在?；饭?yīng)鏈中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

僅使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有關(guān)設(shè)備，還不能被稱為應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因?yàn)槭占男畔o處傳輸和共享。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在危化品供應(yīng)鏈中的應(yīng)用目的，是通過有效整合各種資源，讓供應(yīng)鏈上的各方有效參與和及時(shí)溝通，形成一個(gè)新的服務(wù)和監(jiān)控系統(tǒng)。在應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的、信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的、兼容絕大部分企業(yè)和政府信息系統(tǒng)的公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先構(gòu)建。作為應(yīng)用設(shè)計(jì)的核心部分，該平臺(tái)能夠最大化地整合資源，支持有關(guān)各方作出決定，并實(shí)現(xiàn)可視化管理、遠(yuǎn)程控制操作，以及各方之間的信息共享。隨后，再圍繞公共服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)三個(gè)主要子系統(tǒng)，囊括供應(yīng)鏈上的主要參與方，如制造商、物流供應(yīng)商和銷售商。

1.公共服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)構(gòu)想

公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)給企業(yè)提供一個(gè)內(nèi)部業(yè)務(wù)管理信息的存儲(chǔ)場(chǎng)所，而且能作為制造商、物流供應(yīng)商和銷售商之間包括信息流、文檔流和資金流的一個(gè)溝通場(chǎng)所，同時(shí)還能成為相關(guān)政府部門進(jìn)行監(jiān)管的窗口，以及相關(guān)個(gè)人獲取決策信息的中心。而要實(shí)現(xiàn)這些功能，公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)化格式數(shù)據(jù)的能力且兼容市場(chǎng)上主流的企業(yè)和政府系統(tǒng)，以便高效率地讓供應(yīng)鏈上各方數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)上傳、下載、輸出和輸入。

（1）公共服務(wù)平臺(tái)基本功能設(shè)計(jì)

首要基本功能是信息共享。信息的共享和透明程度會(huì)極大地影響供應(yīng)鏈管理的有效性和效率，尤其是?；饭?yīng)鏈，因?yàn)樗€包含政府部門的監(jiān)管工作和針對(duì)事故的響應(yīng)速度。該功能需要實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈上各方信息的快速上傳、下行以及簡(jiǎn)單及時(shí)的相互傳輸。

圖2 公共服務(wù)平臺(tái)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 公共服務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

第二個(gè)基本功能是信息分析和處理。伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，數(shù)十億計(jì)甚至更多的物體會(huì)參與連接并實(shí)時(shí)上傳信息，而當(dāng)前絕大部分的企業(yè)管理系統(tǒng)無法處理如此龐大的數(shù)據(jù)量。同時(shí)，由于危化品的性質(zhì)，也不能簡(jiǎn)單地收集信息再分享，而需要對(duì)信息進(jìn)行分析處理從而識(shí)別?；返膶?shí)時(shí)狀態(tài)，保證企業(yè)或政府能夠針對(duì)危險(xiǎn)情況做出有效的應(yīng)對(duì)。

（2）公共服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

公共服務(wù)平臺(tái)的邏輯和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖2、圖3。

2.制造商子系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想

公共服務(wù)平臺(tái)下的制造商子系統(tǒng)不同于普通制造企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，因?yàn)樗粌H要具備一般生產(chǎn)管理系統(tǒng)的功能，還要具備根據(jù)不同?；返木唧w要求對(duì)環(huán)境狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。比如，一些危化品接觸到水分會(huì)燃燒，那該系統(tǒng)就應(yīng)具備監(jiān)測(cè)生產(chǎn)環(huán)境實(shí)時(shí)濕度的能力。而這些信息的采集則可通過感知層的一些工具和設(shè)備，如RFID標(biāo)簽、嵌入式傳感器或紅外設(shè)備等進(jìn)行收集。然后不間斷地將信息通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、有線網(wǎng)傳輸至該子系統(tǒng)，再由該子系統(tǒng)將信息格式標(biāo)準(zhǔn)化后共享至公共服務(wù)平臺(tái)。

（1）制造商子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

制造商子系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖4。

（2）功能模塊設(shè)計(jì)

制造商子系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊包括企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）、訂單管理系統(tǒng)（OMS）和存貨管理系統(tǒng)（IMS），如圖5。換句話說，制造商子系統(tǒng)應(yīng)該兼容當(dāng)前主流的管理系統(tǒng)。ERP的主要功能是管理企業(yè)的物料、人力、財(cái)務(wù)和信息資源。OMS用以管理來自供應(yīng)鏈下游的訂單，除了可以幫助企業(yè)接收、審核訂單，安排生產(chǎn)計(jì)劃外，還能幫助企業(yè)關(guān)注?；返木唧w流向，防止被用于違法情況。IMS不僅具有一般存貨管理的功能，還應(yīng)具備環(huán)境監(jiān)測(cè)能力。因此，企業(yè)的監(jiān)控中心總能了解?；飞a(chǎn)和存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)情況，政府部門通過公共服務(wù)平臺(tái)的信息共享和查詢也能隨時(shí)隨地監(jiān)控到該企業(yè)的危化品生產(chǎn)和存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，而不用擔(dān)心頻繁地去企業(yè)實(shí)地檢查進(jìn)而干擾到企業(yè)生產(chǎn)。而當(dāng)任何環(huán)節(jié)開始出錯(cuò)，企業(yè)監(jiān)控中心和相關(guān)政府部門均可以從公共服務(wù)平臺(tái)接收到預(yù)警，這樣他們就可以做出迅速響應(yīng)。比如，傳感器監(jiān)測(cè)到不能接觸水分的危化品存儲(chǔ)區(qū)域濕度逐漸上升，而操作人員并未采取措施時(shí)，則經(jīng)由平臺(tái)對(duì)管理人員和相關(guān)政府部門發(fā)出預(yù)警，管理人員可遠(yuǎn)程啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，政府部門則可提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

圖4 制造商子系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 制造商子系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊設(shè)計(jì)

制造商子系統(tǒng)的外部功能，主要包括三個(gè)模塊，即企業(yè)信息發(fā)布、外部信息接收和信息查詢，如圖6。通過這些功能模塊，制造商就可以及時(shí)地了解行業(yè)或合作伙伴的信息，或者發(fā)布自己的信息供平臺(tái)上其他使用者搜索和查詢，可以簡(jiǎn)單高效地與供應(yīng)鏈的上、下游企業(yè)（業(yè)務(wù)合作伙伴）及監(jiān)管部門進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通。

3.物流商子系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想

對(duì)物流商子系統(tǒng)而言，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控功能是非常重要的，特別是在運(yùn)輸和倉儲(chǔ)過程中。該子系統(tǒng)中，應(yīng)大量使用RFID技術(shù)、GPRS/GIS以及普通或嵌入式傳感器，以建立?；穼?shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制。這個(gè)機(jī)制由信息采集設(shè)備、車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控終端和遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)物流過程中?；返膶?shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)位置追蹤、安全預(yù)警、遠(yuǎn)程操控、信息查詢等。

（1）物流商子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

物流商子系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖7。

（2）內(nèi)部功能模塊設(shè)計(jì)

物流商子系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊，主要是由運(yùn)輸管理系統(tǒng)和倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)構(gòu)成，如圖8。運(yùn)輸管理系統(tǒng)的主要功能是管理物流業(yè)務(wù)，發(fā)送和接收相關(guān)文檔及管理車輛團(tuán)隊(duì)，如車輛的調(diào)度安排和在途的車輛管控。倉庫管理系統(tǒng)則類似于制造商子系統(tǒng)中的庫存管理系統(tǒng)。但是，物流商多以第三方物流提供商為主，意味著他們的倉庫可能存儲(chǔ)許多不同制造商的?；?。而不同的危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)相互反應(yīng)導(dǎo)致事故,為避免這種情況，倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)應(yīng)該具備分區(qū)管理和分區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)的功能。

圖6 制造商子系統(tǒng)外部功能模塊設(shè)計(jì)

圖7 物流商子系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖8 物流商子系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊設(shè)計(jì)

圖9 物流商子系統(tǒng)外部功能模塊設(shè)計(jì)

圖10 銷售商子系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

在運(yùn)輸管理系統(tǒng)中，物流供應(yīng)商可以通過GPRS/GIS獲取車輛實(shí)時(shí)位置信息，一旦偏離路線或者預(yù)測(cè)將經(jīng)過人群高密度地區(qū)，則啟動(dòng)安全預(yù)警提醒司機(jī)和管理人員；還可以通過傳感器知悉在途?；返膶?shí)時(shí)溫、濕度及壓力等狀態(tài)，以及通過無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙控車輛的某些功能，例如檢測(cè)到?；窚囟绕叨緳C(jī)并未注意，則遠(yuǎn)程遙控車輛降低空調(diào)溫度。這些實(shí)時(shí)信息同樣經(jīng)由該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后共享至公共服務(wù)平臺(tái)，供客戶實(shí)時(shí)查詢或相關(guān)政府部門隨時(shí)監(jiān)管。

而在倉庫管理系統(tǒng)中，除了能像制造商子系統(tǒng)中的庫存管理系統(tǒng)一樣對(duì)儲(chǔ)存環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警外，物流供應(yīng)商還可通過手持或固定的RFID讀取器，在倉儲(chǔ)過程中不間斷地收集來自不同制造商的產(chǎn)品信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至物流商子系統(tǒng)并共享至公共服務(wù)平臺(tái)。這將使得制造商和銷售商更容易、清晰地追蹤自己的產(chǎn)品。

物流商子系統(tǒng)的外部功能模塊，如圖9同制造商子系統(tǒng)的外部功能模塊一致：企業(yè)信息發(fā)布、外部信息接收和信息查詢。物流供應(yīng)商可通過這些功能模塊，及時(shí)地了解行業(yè)或合作伙伴的信息，收悉政府監(jiān)管部門的信息，或者發(fā)布自己的信息供平臺(tái)其他使用者搜索和查詢，可以簡(jiǎn)單高效地與供應(yīng)鏈的上、下游企業(yè)（業(yè)務(wù)合作伙伴）及監(jiān)管部門進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通。

4.銷售商子系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)想

在?；饭?yīng)鏈下游，有著許多大大小小的銷售商。他們是連接危化品和最終消費(fèi)者的橋梁。但是一般來說，在中國經(jīng)銷商通常會(huì)與第三方物流商進(jìn)行合作而不是擁有自己的倉庫。因此，對(duì)于?；窢顟B(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的工作可以交給物流供應(yīng)商，不用重復(fù)設(shè)計(jì)在該子系統(tǒng)中。但是，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的嵌入式傳感器、RFID標(biāo)簽和EPC代碼仍然需要被設(shè)計(jì)應(yīng)用，以加強(qiáng)對(duì)?；废M(fèi)流向的監(jiān)控、跟蹤及追溯。

（1）銷售商子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

銷售商子系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖10。

（2）內(nèi)部功能模塊設(shè)計(jì)

銷售商子系統(tǒng)包含兩個(gè)內(nèi)部功能模塊，即銷售管理系統(tǒng)、使用追蹤和廢棄回收管理系統(tǒng)，如圖11。銷售管理系統(tǒng)主要用于訂單管理、零售管理和日常管理。訂單管理的主要功能是在對(duì)日常業(yè)務(wù)和歷史需求分析的基礎(chǔ)上，制作和發(fā)送訂單給制造商，并保存歷史訂單。零售管理主要是初步收集和預(yù)處理來自于每一個(gè)銷售點(diǎn)的銷售信息，并傳輸它們至子系統(tǒng)供日常管理中的分析和統(tǒng)計(jì)。日常管理則是通過來自于零售管理和物流商庫存水平的信息，來支持訂單的制作。當(dāng)然，如果某些銷售公司擁有自己的倉庫，那庫存管理、環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警的功能，則將額外設(shè)計(jì)在銷售管理系統(tǒng)的日常管理功能中。

使用追蹤和廢棄回收管理系統(tǒng)主要用于跟蹤已銷售的危化品，以及管理使用后?；返淖匪?、回收工作。跟蹤已銷售的?；房杀ＷC其在正確的地點(diǎn)被使用于正當(dāng)?shù)纳a(chǎn)或經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，如監(jiān)測(cè)到任何違法、違規(guī)使用風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)將自動(dòng)通過平臺(tái)對(duì)管理人員和相關(guān)政府部門發(fā)出預(yù)警。而?；返陌踩珕栴}貫穿整個(gè)供應(yīng)鏈，從原材料到廢棄。經(jīng)銷商追溯、回收廢棄的?；穼⒋蟠鬁p少對(duì)環(huán)境的影響以及潛在的對(duì)周圍住民的傷害。

圖11 銷售商子系統(tǒng)內(nèi)部功能模塊設(shè)計(jì)

圖12 銷售商子系統(tǒng)外部功能模塊設(shè)計(jì)

銷售商子系統(tǒng)的外部功能模塊，如圖12。類似于制造商子系統(tǒng)和物流子系統(tǒng)，不過它多了一項(xiàng)功能模塊——政府部門的監(jiān)督。通過前三個(gè)功能模塊，銷售商也能及時(shí)地了解行業(yè)或合作伙伴的信息，或者發(fā)布自己的信息供平臺(tái)其他使用者搜索和查詢，可以簡(jiǎn)單高效地與供應(yīng)鏈的上、下游企業(yè)（業(yè)務(wù)合作伙伴）及監(jiān)管部門進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通。但是考慮到銷售商在整條?；饭?yīng)鏈上是連接危化品和最終消費(fèi)者的紐帶這個(gè)特殊地位，比起供應(yīng)鏈上的其他參與者，政府部門應(yīng)當(dāng)更加重視對(duì)銷售商的監(jiān)督。因此，單獨(dú)設(shè)計(jì)的監(jiān)控功能模塊，能讓政府部門更為直接地監(jiān)督危化品的銷售活動(dòng)，更容易對(duì)?；愤M(jìn)行跟蹤和追溯。

三、結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)提升?；饭?yīng)鏈的安全水平有重大意義。本文拋磚引玉提出了一個(gè)在?；饭?yīng)鏈上應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)構(gòu)想。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，供應(yīng)鏈上的各參與方將被集成在一個(gè)公共服務(wù)平臺(tái)上。圍繞這個(gè)平臺(tái)，三個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮兼容制造商、物流商和銷售商。通過平臺(tái)和子系統(tǒng)的功能，能夠?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于危化品供應(yīng)鏈，以提高安全水平和應(yīng)急響應(yīng)速度，解決供應(yīng)鏈上各方有限的溝通問題。