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        LoRa技術(shù)在汽車零部件物流中的應(yīng)用*

        2021-09-10 03:34:02余建波
        精密制造與自動(dòng)化 2021年3期
        關(guān)鍵詞:出入庫(kù)盤(pán)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)

        徐 俊 余建波

        (同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804)

        在“工業(yè)4.0”及中國(guó)制造 2025大背景下,現(xiàn)有的傳統(tǒng)汽車零部件入廠物流正面臨著巨大的變革。而物聯(lián)網(wǎng)作為萬(wàn)物互聯(lián)的新型技術(shù)正在蓬勃興起,其支持物聯(lián)終端與云端的信息互聯(lián)互通,通過(guò)數(shù)據(jù)采集與智能決策分析改善供應(yīng)鏈的整體效率[1-3]。

        鄭建國(guó)提出了 NB-IoT技術(shù)在出入庫(kù)自動(dòng)識(shí)別及優(yōu)化倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中的應(yīng)用,在研究中介紹了在出入庫(kù)的物流窗口安裝自動(dòng)讀取設(shè)備,通過(guò)硬件及軟件的結(jié)合自動(dòng)生成產(chǎn)品的出入庫(kù)清單,并對(duì)貨物進(jìn)行自動(dòng)的分類指引貨物搬運(yùn)到指定的倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)位[4]。通過(guò)自動(dòng)獲取物品的數(shù)量、位置信息,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定期自動(dòng)的盤(pán)點(diǎn)優(yōu)化庫(kù)存,實(shí)現(xiàn)合理的庫(kù)存控制[5]。石國(guó)慶的研究中介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在貨物出貨過(guò)程中的應(yīng)用案例,貨物的出庫(kù)信息被自動(dòng)掃描記錄,并結(jié)合貨物的發(fā)貨地址及物品分類對(duì)貨物的出貨信息進(jìn)行校驗(yàn),確保貨物的出庫(kù)準(zhǔn)確性[6]。劉嫻的研究中介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可采集到大量可靠的數(shù)據(jù),提供了有力的技術(shù)手段[7]。

        通過(guò)對(duì)當(dāng)前傳統(tǒng)汽車物流運(yùn)作的系統(tǒng)性分析,發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)獲取的及時(shí)性相對(duì)薄弱,零件及料箱管理效率普遍較低。結(jié)合以上行業(yè)業(yè)務(wù)痛點(diǎn),結(jié)合最新的IoT低功耗廣域網(wǎng)技術(shù),優(yōu)化汽車零部件入廠物流業(yè)務(wù)流程,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與汽車物流業(yè)務(wù)流程相結(jié)合,提升供應(yīng)鏈管理的透明度與準(zhǔn)確度。

        1 IoT技術(shù)

        1.1 IoT技術(shù)

        物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)最近幾年在各行各業(yè)發(fā)展迅速。IoT技術(shù)包括:RFID、GPS、激光掃描等技術(shù),已在快遞物流的多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用,通過(guò)在商品上粘貼二維碼標(biāo)簽和射頻標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)貨物的信息自動(dòng)識(shí)別、讀取、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等。

        隨著低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的成熟與發(fā)展,LoRa、NB-IoT等有源通訊技術(shù)在工業(yè)級(jí)物流行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展。本文基于LoRa技術(shù)在汽車物流供應(yīng)鏈中的應(yīng)用,LoRa硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

        圖1 LoRa硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

        具體技術(shù),在循環(huán)包裝上安裝帶有LoRa功能的傳感器,在零部件供應(yīng)商、物流卡車、整車主機(jī)廠內(nèi)布置LoRa網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)布置圖如圖2所示。采集數(shù)據(jù)后通過(guò)采集點(diǎn)的LoRa無(wú)線通信技術(shù)將信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)中,并通過(guò)4G及以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀oT大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

        圖2 LoRa網(wǎng)關(guān)布置圖

        1.2 LoRa技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

        LoRa聚焦于低功耗覆蓋廣的應(yīng)用場(chǎng)景,具有覆蓋廣、連接多、成本相對(duì)低、功耗少、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)。LoRa通訊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

        (1)大連接,接入能力增強(qiáng)。LoRa網(wǎng)絡(luò)支持大量的終端接入,每個(gè)網(wǎng)關(guān)可支持6000個(gè)終端的鏈接,小包化的傳輸模式優(yōu)化了空口信令開(kāi)銷,減少無(wú)線資源占用,支持更多用戶。

        (2)低功耗,低成本設(shè)計(jì)。在終端側(cè),5Wh的電池可供終端使用10年,低帶寬、低功耗和低速率給LoRa網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)低成本優(yōu)勢(shì)。

        (3)安全性較高。組建私有的LoRa網(wǎng)絡(luò),避免將數(shù)據(jù)傳至公用網(wǎng)絡(luò),避免敏感數(shù)據(jù)的流出。

        (4)使用成本低。LoRa工作在1GHz以下的頻段(中國(guó)主要使用470-518MHz),無(wú)需申請(qǐng)即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),故在應(yīng)用時(shí)不需要額外支付通訊費(fèi)用。

        2 IoT技術(shù)在汽車物流中的應(yīng)用

        系統(tǒng)解決方案的架構(gòu)圖如圖3所示。

        圖3 系統(tǒng)解決方案的架構(gòu)圖

        2.1 存儲(chǔ)環(huán)節(jié)

        LoRa技術(shù)在汽車物流存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的應(yīng)用如下:

        1)出入庫(kù)自動(dòng)識(shí)別

        在貨物的包裝上的安裝LoRa終端采集器,通過(guò)在倉(cāng)庫(kù)中安裝的LoRa網(wǎng)關(guān),當(dāng)LoRa網(wǎng)關(guān)獲取到貨物包裝上的終端采集器進(jìn)入網(wǎng)關(guān)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi),自動(dòng)形成貨物的貨物接收?qǐng)?bào)告,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理入庫(kù)的目的。

        2)貨物的實(shí)時(shí)自動(dòng)化盤(pán)點(diǎn)

        通過(guò)實(shí)時(shí)采集倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的LoRa終端的數(shù)據(jù),可以自動(dòng)獲取物品的數(shù)量、位置信息,進(jìn)行自動(dòng)化盤(pán)點(diǎn)貨物,控制庫(kù)存的合理性,避免破庫(kù)存的Min及Max值,保證生產(chǎn)的安全性,提高倉(cāng)儲(chǔ)效率,降低庫(kù)存的擠壓導(dǎo)致的面積浪費(fèi)。IoT大數(shù)據(jù)平臺(tái)下發(fā)指令讀取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)關(guān)接入的零件及包裝數(shù)據(jù),目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)關(guān)將實(shí)時(shí)的終端接入數(shù)據(jù)反饋給IoT大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

        2.2 運(yùn)輸環(huán)節(jié)

        1)運(yùn)輸監(jiān)控

        通過(guò)安裝在運(yùn)輸卡車廂內(nèi)LoRa網(wǎng)關(guān)與零件貨物包裝上的LoRa終端的信息傳輸,可實(shí)時(shí)對(duì)貨物在運(yùn)輸過(guò)程中的位置進(jìn)行跟蹤,方便企業(yè)跟蹤貨物運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。通過(guò)數(shù)據(jù)貨物的運(yùn)輸位置監(jiān)控,優(yōu)化運(yùn)輸路線;通過(guò)卡車路線裝載貨物的數(shù)量統(tǒng)計(jì),可記錄卡車內(nèi)的貨物裝載率,通過(guò)車輛的資源投入,降低運(yùn)輸?shù)能嚧渭斑\(yùn)輸費(fèi)用。

        2)環(huán)境監(jiān)控

        在LoRa終端中植入加速度及振動(dòng)傳感器,追蹤卡車運(yùn)輸?shù)乃俣?、剎車情況、是否貨物發(fā)生過(guò)傾翻,通過(guò)后臺(tái)管理人員的及時(shí)介入,來(lái)確保貨物的完好性,為記錄駕駛行為及貨物受損索賠提供有力的數(shù)據(jù)支持。同時(shí),通過(guò)數(shù)據(jù)的監(jiān)控可得知不同運(yùn)輸線路的實(shí)時(shí)路況,針對(duì)不同的路況可以指定不同的包裝方案,降低包裝防護(hù)實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的節(jié)省。

        針對(duì)運(yùn)輸過(guò)程中有控制溫濕度要求的零件,在終端中植入溫濕度傳感器,一旦存儲(chǔ)環(huán)境的溫濕度超過(guò)物品要求設(shè)定的閾值,系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)上報(bào)一條數(shù)據(jù)給到監(jiān)控人員,收到指令后監(jiān)控人員會(huì)立即采取有效措施盡快解決問(wèn)題。

        2.3 包裝管理

        1)包裝監(jiān)控跟蹤

        LoRa終端在脫離網(wǎng)關(guān)后,若長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有記錄新的網(wǎng)關(guān),LoRa終端將處于失聯(lián)的狀態(tài)。通過(guò)監(jiān)控每個(gè)供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的包裝器具出入庫(kù)情況,以及 LoRa終端的失聯(lián)情況,便可得知包裝在哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了丟失,數(shù)據(jù)管理中心會(huì)自動(dòng)生成提示信息發(fā)送給此環(huán)節(jié)的管理人員。

        2)包裝滯留時(shí)間監(jiān)控

        料箱在供應(yīng)鏈的某一節(jié)點(diǎn)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),稱為呆滯料箱。通過(guò)監(jiān)控料箱在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的滯留時(shí)間,精準(zhǔn)地找出停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的包裝型號(hào),減少包裝的投入,提高料箱的使用周轉(zhuǎn)率,降低包裝投入數(shù)量。

        3)包裝器具智能調(diào)配

        監(jiān)控各家零部件供應(yīng)商處的空料箱數(shù)量,對(duì)于出現(xiàn)料箱數(shù)量低于設(shè)定庫(kù)存Min值的情況,系統(tǒng)主動(dòng)的報(bào)警給包裝器具管理人員,管理人員通過(guò)包裝調(diào)配保證供應(yīng)鏈的生產(chǎn)安全性。

        3 系統(tǒng)測(cè)試比較與分析

        為了解決物流環(huán)節(jié)中目前低效的業(yè)務(wù)場(chǎng)景,布置了小范圍試點(diǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景,以檢驗(yàn)LoRa技術(shù)獲取數(shù)據(jù)的有效性及準(zhǔn)確性,通過(guò)采集物流各環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù),包括:貨物接收入庫(kù)數(shù)據(jù),盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)等。

        3.1 存儲(chǔ)環(huán)節(jié)

        1)貨物出入庫(kù)自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)比較

        經(jīng)過(guò)收集70 000個(gè)貨物的入庫(kù)數(shù)據(jù),測(cè)試比較結(jié)果如圖4所示。

        圖4 LoRa入庫(kù)自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)比較

        從圖4可以看出在第一個(gè)月測(cè)試樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率較低,經(jīng)過(guò)分析主要原因是算法的冗余數(shù)據(jù)導(dǎo)致了差異,調(diào)整了數(shù)據(jù)清洗的邏輯后出入庫(kù)的準(zhǔn)確率大幅度提升,后期數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率達(dá)到了99%以上,說(shuō)明LoRa技術(shù)在貨物出入庫(kù)中應(yīng)用具有較高的自動(dòng)讀取準(zhǔn)確率。

        2)貨物自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)

        收集了3 300個(gè)盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù),測(cè)試比較結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 LoRa盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)比較

        從數(shù)據(jù)可以看到, LoRa 技術(shù)在倉(cāng)庫(kù)盤(pán)點(diǎn)的應(yīng)用中具有較高的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率,平均準(zhǔn)確率達(dá)到了99.69%。

        3.2 運(yùn)輸環(huán)節(jié)

        通過(guò)比較五組卡車實(shí)際運(yùn)輸貨物箱數(shù)與 LoRa讀取箱數(shù),可以看到LoRa數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確率在90%以上,見(jiàn)表2。應(yīng)用LoRa技術(shù)可以較好地獲取卡車中裝載貨物的實(shí)際數(shù)量,為跟蹤貨物、計(jì)算卡車裝載率提供了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。

        表2 LoRa運(yùn)輸貨物數(shù)據(jù)比較

        3.3 包裝管理

        1)包裝監(jiān)控跟蹤

        通過(guò)IoT數(shù)據(jù)平臺(tái),可以實(shí)時(shí)獲取整個(gè)供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)上的包裝器具數(shù)量,見(jiàn)表3。

        表3 包裝數(shù)量分布情況

        同時(shí),LoRa可以記錄失聯(lián)終端的數(shù)據(jù),已確定終端失聯(lián)的位置,為確定包裝丟失地及丟失原因提供數(shù)據(jù)支撐,見(jiàn)表4。

        表4 終端失聯(lián)數(shù)據(jù)表

        2)包裝滯留時(shí)間監(jiān)控

        記錄終端接入網(wǎng)關(guān)的時(shí)間,可以獲取包裝在此網(wǎng)關(guān)的滯留時(shí)間,可以獲取呆滯的包裝數(shù)據(jù)為優(yōu)化包裝器具投入與管理提供分析數(shù)據(jù),見(jiàn)表5。

        表5 包裝滯留天數(shù)表

        4 結(jié)語(yǔ)

        根據(jù)測(cè)試結(jié)果,LoRa 無(wú)線技術(shù)在汽車零部件入廠物流中具有應(yīng)用價(jià)值,結(jié)合LoRa技術(shù)本身所具有的遠(yuǎn)距離、低功耗、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、低成本等特點(diǎn),并結(jié)合業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景可以實(shí)現(xiàn):

        (1)貨物自動(dòng)接收入賬,大幅度提高收貨入賬的效率與準(zhǔn)確率;

        (2)實(shí)時(shí)獲取相關(guān)區(qū)域的貨物/料箱數(shù)量,實(shí)現(xiàn)物料、料箱自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)的功能,大幅度提高了盤(pán)點(diǎn)的準(zhǔn)確性與及時(shí)性;

        (3)在途貨物的精準(zhǔn)化、透明化管控,采集貨物位置信息及環(huán)境數(shù)據(jù),為物流供應(yīng)鏈監(jiān)控提供高效、快速的管理工具;

        (4)包裝器具精準(zhǔn)化、透明化管理,精準(zhǔn)化管控包裝從生產(chǎn)、運(yùn)作周轉(zhuǎn)周期、退出報(bào)廢的全過(guò)程狀態(tài),實(shí)現(xiàn)包裝全生命周期管理。

        結(jié)合本文的研究,LoRa技術(shù)在汽車零部件入廠物流環(huán)節(jié)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值及廣闊的前景,為實(shí)現(xiàn)智能、敏捷、快速地綠色供應(yīng)商提供了高效的采集技術(shù),為業(yè)務(wù)流程的不斷深化改善提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

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