楊慧敏

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

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已成為國家發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，推動著社會經(jīng)濟各行業(yè)的快速發(fā)展，隨著其快速發(fā)展，新型信息設備越發(fā)廣泛地滲透進整個物流活動中特別是接觸物聯(lián)網(wǎng)最早、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成應用程度較高、應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)市場的開放，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)有10 萬人以上的人才缺口，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)的物流實訓，是人才培養(yǎng)的途徑，也是培養(yǎng)優(yōu)秀人才的方法。實踐教學是教學體系的重要組成部分，建立符合人才市場需求的實訓實驗室已成為物流專業(yè)建設的重要任務[3]。

在物聯(lián)網(wǎng)時代，通過嵌入短距離的移動收發(fā)器等先進技術(shù)，人類在信息與通信世界里將達到嶄新的高度，將任何時間任何地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物、物與物之間的溝通連接［4］。物聯(lián)網(wǎng)不僅能夠帶動物流信息化的發(fā)展、優(yōu)化物流管理的流程，而且能實現(xiàn)物流全過程的實時監(jiān)控和實時決策，提升物流效率降低物流成本，除此之外對現(xiàn)代物流經(jīng)營模式也能產(chǎn)生重要影響[5]。因而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于物流實驗室，必將促使物流實驗室的功能最大化，能夠模擬解決許多物流行業(yè)的真實問題，學生對物流產(chǎn)業(yè)流程的實際運作能力、管理能力、拓展能力、分析解決實際問題的能力都會得到極大的提高，獨立科研能力也會得到很大發(fā)展。抓住物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展時機，構(gòu)建抓住物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展時機，構(gòu)建智慧物流服務體系，是提高我國物流業(yè)技術(shù)水平、促進現(xiàn)代物流發(fā)展的重要契機[6-9]?？梢姡ㄔO基于物聯(lián)網(wǎng)的虛擬物流實驗教學中心勢在必行。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實訓教學中心建設的目標和意義

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實訓教學中心建設的意義

2.1.1 建立完整的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流中應用的課程體系。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到物流實驗實訓中，注重開展以實驗、項目開發(fā)為主，包括基本的感知層（傳感層與物聯(lián)層），到網(wǎng)絡層，再到應用層；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)的應用，實現(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鏈中，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)實訓室課程體系—基于物聯(lián)網(wǎng)的林產(chǎn)品供應鏈實訓。

2.1.2 提高學生能力。實訓環(huán)節(jié)的教學工作是本科教育教學體系的重要環(huán)節(jié)，是一個極好的人才培養(yǎng)途徑。有利于理論與實踐相結(jié)合、教學工作更具有科學性、有利于學生創(chuàng)造性思維和能力的培養(yǎng)。提升學生學習興趣以及參與積極性，優(yōu)化教學效果。教師可以鼓勵學生進行小小的嘗試，諸如，利用手機來監(jiān)控實驗室濕度和溫度變化，對實驗室的設備進行遠程監(jiān)控，讓學生在不斷體驗中感受到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先進性。

2.1.3 確定特色物流研究方向。抓住機遇，以智能物流及物聯(lián)網(wǎng)在林業(yè)中應用為目標方向，提煉出林產(chǎn)品供應鏈質(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)出使用價值，使實驗室適用于教學并能為科研所用。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)物流實訓教學中心建設的目標

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢和物流工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂計劃，建設基于物聯(lián)網(wǎng)的虛擬物流實訓教學中心的目標如下：

2.2.1 支持面向基礎(chǔ)性教學的實驗。加深學生對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其在物流行業(yè)的應用基礎(chǔ)理論知識的了解。盡量使用通用、先進的物流技術(shù)工具，真實反映物流管理與規(guī)劃過程，并注重網(wǎng)絡技術(shù)、多媒體技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、自動識別技術(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)手段的綜合應用，為學生提供一個先進、實用，并具有一定新穎性、趣味性的實用教學平臺[10,11]。

2.2.2 支持面向行業(yè)的綜合應用性的實驗。我國很多高校以特定的行業(yè)為主要服務對象，在長期的辦學過程中形成了一定的專業(yè)優(yōu)勢和特色。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)要解決的重要問題[13]。東北林業(yè)大學經(jīng)過多年辦學實踐，形成了緊貼區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展，服務于“林區(qū)經(jīng)濟”的辦學特色。根據(jù)智能物流及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和我校以林業(yè)為特色的特點，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，規(guī)劃和建設具有行業(yè)應用背景的物聯(lián)網(wǎng)場景和實驗項目的林產(chǎn)品質(zhì)量追溯實驗室，激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)其對物聯(lián)網(wǎng)在物流行業(yè)的應用設計和管理的綜合能力。

2.2.3 支持面向?qū)W?？蒲许椖康拈_放性平臺?；谖锫?lián)網(wǎng)的物流實驗教學系統(tǒng)設計以教學為主，由于物聯(lián)網(wǎng)融合了多種技術(shù)，多學科的交叉融合和影響，使得新的技術(shù)創(chuàng)新成為可能。基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實驗室將構(gòu)建射頻識別，無線傳感網(wǎng)，通信網(wǎng)絡，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，為學?？蒲腥藛T提供一個開放的環(huán)境平臺支撐，并為開展具體的物流行業(yè)應用及交叉學科的教學研究提供技術(shù)支持。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的物流實訓教學中心總體規(guī)劃與部署

整個實訓室總體規(guī)劃為：物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實訓室、物聯(lián)網(wǎng)在物流中典型應用實訓室和行業(yè)綜合應用實訓室三部分。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)實訓室

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實訓室包括傳感器感應模塊、RFID實訓模塊、嵌入式網(wǎng)絡實驗模塊，由30套物聯(lián)網(wǎng)多網(wǎng)技術(shù)實驗箱和RFID 綜合試驗箱組成。以物聯(lián)網(wǎng)教學設計平臺為主，是集RFID 技術(shù)、ZigBee 技術(shù)、WIFI 技術(shù)和藍牙技術(shù)的教學、實驗、通訊、應用于一體的高級平臺，通過了解物聯(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)的應用，并進行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的獨立開發(fā)。能夠展示RFID系統(tǒng)基本運作原理，完成無線傳感器網(wǎng)絡的組建,實現(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)學科的課程和實驗，同時配合創(chuàng)新模塊，也可開展相關(guān)創(chuàng)新項目研究。

圖1 實訓中心建設方案

3.2 典型應用實訓室

中心實訓室主要包括以下模塊：

3.2.1 RFID智能立體倉庫區(qū)。自動化立體倉庫主要由立庫貨架、巷道堆垛機、出入庫輸送機、控制計算機、狀態(tài)檢測器、信息輸入設備等部分組成。使用RFID 無限射頻識別技術(shù)，在倉庫的每個托盤中安置RFID標簽。通過RF手持和RIFD讀寫設備，進入/出庫和盤點作業(yè)。貨架之間留有巷道，一般入庫和出庫布置在巷道的某一端，有時也由巷道的兩端入庫和出庫，堆垛機可采用有軌和無軌方式?？砷_展整托、整件貨物的入庫、盤點、出庫作業(yè)。

3.2.2 自動分揀配送設備區(qū)。此區(qū)域主要由智能機器人、自動分揀線、AGV小車、RFID閱讀器等設備組成，結(jié)合配送管理軟件來完成物流實驗室的配送模擬作業(yè)。把貨物放在智能分揀線上，通過RFID閱讀器掃描物品，傳感器等設備，實現(xiàn)貨物跟據(jù)不同的客戶進行分揀到不同的分揀口。

3.2.3 智慧生產(chǎn)區(qū)。倉儲發(fā)生變動時，該信息會自動傳送至供應商和生產(chǎn)商處。生產(chǎn)廠家從而預先獲得客戶需求信息，安排生產(chǎn)活動，實現(xiàn)拉動式的發(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 運輸監(jiān)控區(qū)。物流公司倉管員上級主管可通過視頻監(jiān)控管理倉庫。貨物數(shù)量監(jiān)控、運輸環(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。

智能物流實訓中心綜合RFID，WiFi，GPS/GIS 和WSN等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設計了智能物流應用場景，智能物流系統(tǒng)模擬智能倉庫管理、智能分揀管理和運輸監(jiān)控的完整物流流程。

3.3 林產(chǎn)品質(zhì)量追溯實訓室

林產(chǎn)品質(zhì)量追溯實訓室，運用物聯(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)”是一個能夠連接生產(chǎn)、檢驗、監(jiān)管和消費各個環(huán)節(jié)，讓學生了解符合衛(wèi)生安全的生產(chǎn)和流通過程，提高消費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、消費等供應鏈環(huán)節(jié)消費者關(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，一旦發(fā)現(xiàn)問題，能夠根據(jù)溯源進行有效的控制和召回，從源頭上保障消費者的合法權(quán)益。業(yè)務流程如圖3所示。

3.3.1 林產(chǎn)品種植過程模塊。種植可追溯構(gòu)建一個林產(chǎn)品生長的模擬環(huán)境，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在種植過程中的溫度、濕度、光輻射率、等自然環(huán)境信息，并通過無線傳感網(wǎng)將相關(guān)信息傳入系統(tǒng)的過程。對采收時間、地理位置、成熟度、主要經(jīng)濟指標等數(shù)據(jù)過程進行展示。

圖3 質(zhì)量追溯業(yè)務流程圖

3.3.2 林產(chǎn)品加工管理模塊。林產(chǎn)品采摘以后通過網(wǎng)絡技術(shù)將采集的信息傳遞給加工廠，同時將采摘的信息寫入RFID 標簽記錄采摘的時間、地點、生長周期、品質(zhì)等信息。采收加工管理模塊，對采收時間、地理位置、成熟度、主要經(jīng)濟指標、總產(chǎn)量、催熟保鮮手段等數(shù)據(jù)進行管理。對加工過程的加工工藝、生產(chǎn)環(huán)境、添加劑使用、分包的數(shù)據(jù)進行管理。

3.3.3 物流配送可追溯系統(tǒng)。車載RFID 標簽記錄了林產(chǎn)品種植，加工過程的信息，將相關(guān)的信息傳遞給配送中心，并將相關(guān)信息通過網(wǎng)絡傳遞到配送中心的保管，運輸?shù)倪^程。

在整個產(chǎn)業(yè)鏈中，物流倉儲活動會跟據(jù)實際情況，出現(xiàn)在不同的環(huán)節(jié)里。物流、配送管理模塊，對林產(chǎn)品的倉儲地點、時間、環(huán)境，運輸工具、路徑、包裝，訂單處理、預估，配送時間、區(qū)域進行展示。展示GPS，RFID，傳感器，無線移動網(wǎng)絡等技術(shù)在物流配送中的應用過程，讓學生體驗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在物流過程中的應用。

3.3.4 分銷零售。分銷零售主要展示消費者購買木耳后通過智能手機，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)加工過程，物流過程等信息。使用者也可以通過互聯(lián)網(wǎng)，上傳產(chǎn)品溯源編碼到溯源支撐平臺的數(shù)據(jù)查詢接口，溯源支撐平臺即可逆向回溯查詢出種植、產(chǎn)品加工和物流運輸?shù)娜魏苇h(huán)節(jié)的詳細信息。

4 實訓室建設成果

4.1 能夠開設的實驗課程增加

物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓臺主要服務于物流專業(yè)教學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驗載體。以及為物聯(lián)網(wǎng)無線組網(wǎng)實訓、物流實驗實訓、物流信息綜合實訓等實踐類課程提供真實的項目場境，有利于學生進行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的創(chuàng)新活動。

4.2 實驗室智能化程度增加

物聯(lián)網(wǎng)物流實驗室實現(xiàn)了硬軟件設施并重，軟件資源和硬件設施相互配合。在具體使用中還要不斷對硬軟件設施進行優(yōu)化提升，從而使實驗室始終處于設備先進、功能健全、管理完整、適應行業(yè)需求、符合現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展趨勢的良好狀態(tài)，確保學生得到最優(yōu)化的實踐訓練。

4.3 學生操作性增強

學生通過本實訓平臺，可以進行體驗性實訓、操作性實訓和設計性實訓等。學生通過體驗性實訓的學習，掌握林產(chǎn)品安全信息可追溯業(yè)務和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念性知識，了解各種典型的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務模型，了解和掌握物聯(lián)網(wǎng)各種設備管理維護和軟件開發(fā)技能，具備基本的物聯(lián)網(wǎng)應用模型分析、管理和開發(fā)技能，并能借助實訓平臺搭建來實現(xiàn)林產(chǎn)品安全信息可追溯模型。通過基礎(chǔ)教學部分實訓的學習，學生進入最后的設計性實訓的學習，設計性實訓重點培養(yǎng)學生運用所學的物聯(lián)網(wǎng)知識和技術(shù)實踐真實的技術(shù)活動，讓學生在物聯(lián)網(wǎng)設計過程中找到學習的樂趣。