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智能物流讲义
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智能物流讲义
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第17章智能物流
17．1物流的起源和发展
物流，英文为“Logistics”，起源于希腊文“Logistikos”，是运筹、计算的意思。
物流的起源可以回溯到早期的人类社会。
伴随着社会经济的发展，物品的交换和运输行为也日益增多。
特别是专业化生产和商业的出现，造成生产和消费的分离，为了将生产和消费在空间上连接起来，产品的运输，存储，或者说产品的流通成为社会中不可或缺的重要一环。
这种商品的运输、储存以及与此相联系的包装、装卸等物资实物流动即形成物流。
美国物流管理协会（CouncilofLogisticsManagement）对物流的定义是“物流是以满足顾客需要为目的，．从物品的源点到最终消费点，为有效的物品流通和存储，服务及相关信息而进行企划、执行与控制的过程。
”
在中国历史上，与物流相对应的概念是后勤。
关于后勤的意义，我们的祖先早就用“兵马未动，粮草先行”这样的话高度概括。
无数经典军事战役的结果都是由后勤决定的，甚至有些军事行动就是围绕着后勤展开的。
从漫漫蜀道上的木牛流马，到淮海平原上的百万独轮车，整个战争的历史都在述说着后勤的重要性。
近代物流的正规化发展也开始于军事。
拿破仑时代著名的军事学大师A．H．若米尼在总结法军征俄失败的经验教训时，认为后勤实际上是战争准备、保障战略和战术使用的科学，也是军队移动的应用艺术，并在其伟大的军事学著作（（战争艺术概论》中最先使用“后勤”的概念（法语为Logistique）。
既然后勤和运筹、计算一直以来都息息相关，那么可以肯定的一点是，物流必然需要有力的计算模式支撑，这个计算模式，在可以预见的将来，就是物联网。
物联网本身的发展跟物流行业有着密不可分的渊源。
首先，物联网的概念脱胎于物流行业。
在20世纪，运输行业对有效的货物运输、装卸、搬运、储藏的需要催生物流业，因此有物流即运输的说法。
但随着二战后世界经济的发展，物流学的研究也逐渐地由零散到系统，由无序到有序。
简单来讲，现代物流的发展经历了四个阶段：
粗放型物流一系统化物流一电子化物流一物联化（智能）物流。
其中，粗放型物流属于现代物流的雏形阶段，系统化物流是现代物流的发展阶段，而电子化物流是现代物流的成熟阶段。
而现代物流的未来和希望是物联化物流，即智能物流。
在物联网技术的支持下，现代物流正面临着翻天覆地的变化。
下面简单的回顾一下现代物流的产生和发展，并介绍现代的电子化物流的特点。
另外，通过三个具体的系统探讨智能物流的发展和趋势，最后将讨论智能物流面临的问题和挑战，以及物联网将引导未来物流走向何方。
17．1．1粗放型物流
粗放型物流的黄金时期是20世纪50～70年代。
二战后，世界经济迅速复苏，以美国为代表的发达资本主义国家进入了经济发展的黄金时期。
以制造业为核心的经济发展模式给西方等发达资本主义国家带来大量的财富，刺激消费大规模增长。
大量生产、大量消费成为这个时代的标志。
随着大量产品进入市场，大型百货商店和超级市场如雨后春笋一般的出现，如家乐福（成立于1959年）和沃尔玛（成立于1962年）。
在大规模生产和消费的初始阶段，由于经济的快速增长，市场需求旺盛，企业的重心放在生产上，对流通领域中的物流关注度不高，普遍认为产量最大化会导致利润最大化，因此造成大量库存。
美国销售企业在60年代，备货日期达到30天。
同时，企业中的物流活动分散，各部门缺乏必要的配合。
比如，销售部门只负责销售的数量和库存，运输部分负责管理商品的运送，分散式管理造成物流成本高，效率低下。
这一时期，专业型的物流企业很少，大部分企业都是自成体系，没有行业协作和大物流的意识。
这种盲目扩张、大干快上的生产方式很快就玩不转了。
70年代的两次石油危机严重地打击了世界经济。
由于石油价格从l973年2美元一桶飙升至1140美元，运输成本直线上扬。
物价上涨造成的消费力萎缩，迫使企业放弃原来的大规模生产消费型经营模式，转而从降低企业成本上做文章。
从20世纪70年代末N80年代初，世界经济出现国际化趋势，企业对物流的理解从简单分散的运输、保管、库存管理等具体功能，上升到原料采购到产品销售整个过程的统一管理。
物流行业也逐渐从分散、粗放式的管理进入到了系统管理的时代。
17．1．2系统化物流
系统化物流得益于企业对物流行业重要性的认识，以及新技术和新模式的出现。
这一时期，企业已经把物流作为一门综合性的科学来看待，系统工程学、市场运筹学、市政工程学、会计学等学科的专家开始关注物流并试图用自己领域的知识来研究物流的规律。
同时，企业的经营决策和发展战略也开始注重物流的成本和效益。
不同于粗放型物流单纯提高产量的模式，这一时期的物流行业关注削减库存以降低运营成本，并引入了物流总成本的概念。
新型物流技术的应用也迎合这股潮流，如实时生产系统（JustInTime，JIT）和集装箱运输等。
另外，新兴物流业务的出现也丰富了物流行业的服务模式。
比如，航空快递服务在70年代早期出现，Fedex的创始人FredSmith在1973年开始使用89小型飞机经营航空快递业务。
这些新兴的思想、技术、服务成为物流行业变革的契机和动力。
值得一提的是，尽管这个时候信息技术革命尚在襁褓之中，但物流行业里已经开始闪耀信息技术的火花，计算机辅助管理、模拟仿真系统、线性规划技术等开始大量运用到物流系统中。
17.2现代物流
计算机技术的出现及大规模应用，将物流行业带人了现代物流时期。
信息技术开始为物流行业助力，并成为持续推动物流行业飞速发展的最关键动力。
现代物流的第一个阶段称之为电子物流。
在这个阶段里，最为典型的两项信息化技术是条码和EDl。
下面以这两项技术为例，简述电子化物流的现状和特点。
17．2．1电子化物流
使用条码进行电子化物流的一个典型例子是联合包裹服务公司（UPS），其使用的条形码如图l7．1所示。
UPS在位于美国肯塔基州路易斯威尔建有大型的航空物流中转中心“世界港”，UPS在“世界港”里使用电子标签这种物联设备提高系统的处理速度，带来的效益是明显的。
“世界港”的营运面积达到40万平方米，相当于80个美式橄榄球场地大小，拥有44个航站近机位，其中有17000多条传送带，货物的平均移动速度是5m／s。
而该中心业务量也很惊人，每天平均超过一百万件，业务高峰时一天可以达到250万件。
大量高速移动的货物，在长达数公里的纵横交错的传送带上做到互相贯通而不产生丝毫错误，全靠以条形码标签配合计算机系统进行高精度的控制。
据统计，一份快件在10min内即可被输送到目标包裹箱，然后被迅速传送到停在外面的货机上。
需要指出的是，UPS不单纯使用一维条形码，还使用称为Maxicode的二维条形码系统。
这种二维码一英寸见方，可存储93字节的数据，包含每件货品的标准运送资
料和详细递送路线信息。
二维码和一维码互为补充，极大降低了差错率。
17．2．2EDI
从20世纪中期电子技术出现后，人们一直在追求使用这种技术实现更快捷，更方便的通信。
电报、电话、传真相继被广泛地运用到商业中，它们最初只是为了辅助纸质为主的贸易手段，大量的商业活动还是需要通过纸质文件来完成。
计算机和网络的出现，真正让商业进入了电子化时代。
电子数据交换（EDI），作为最初的电子化商业时代的代表性技术，开启了电子商务的先河。
EDl于20世纪60年代末期出现在美国。
在当时，不同公司之间进行贸易的时候，需要交互大量的信息，比如报价、产品信息、用户需求、合同等。
而格式的不统一，给贸易带来了大量工作负担。
例如，从A公司的计算机系统中产生的文件发送到B公司，不得不重新输入一次，才能在B公司的计算机系统中处理。
这种重复输人浪费了大量资源，影响了效率。
人们于是开始寻求统一商业企业的计算机数据格式，可以从不同的企业专有数据库中提取信息，翻译成标准格式传输并自动交换，这就是EDl的初衷。
由于EDl可以提供一套统一的标准进行数据交互和处理，减少了纸张票据，因此，人们也形象地称EDl为“无纸贸易”模式。
相应的EDl标准也开始陆续制定。
美国国家标准局制定了Xl2的标准，用于美国国内EDl系统。
1987年联合国主持制定了国际标准——UN／EDIFACT（UN／EDIForAdministration、CommerceandTransportationUN／EDIFACT）。
1997年，Xl2被吸收到UN／EDIFACT。
EDl的标准制定了，格式统一了，但最关键的是需要一个有效、可靠、覆盖范围大的网络来支持具体的系统运行。
这个网络就是互联网。
由于互联网的出现，EDl的优势得以充分发挥。
EDl的应用范围可以覆盖物流的各主要环节，如在线订货，库存管理、发送货管理、报关、支付等，如图l7．2所示。
下面通过一个典型的物流实例来描述EDl化的物流的处理模式。
为方便理解，在这个例子中，加上了条形码技术的应用介绍。
1）供应者（如生产厂家）在接到订货后制定货物运送计划，并把货物清单及发货安排等信息转化为EDl数据，发送给物流企业和接收者（如零售商）。
这样做的好处是物流企业可以预先编制车辆调配计划，接收者可以提前安排或调整自己的销售计划。
2）供应者依据具体的合同要求和货物生产计划生产出产品后，经过分拣配货，根据每批产品的具体信息形成条形码，把打印出的条形码贴在产品（或包装）上，同时把每批运送产品的品种、数量、包装等信息通过EDl发送给物流企业和接收者。
在具体的处理流程上，可以在关键的处理环节使用手持式条码扫描设备，或者在物品输送带上安装固定式条形码扫描器对条码标签进行识别。
物品条形码上的信息经条形码读取设备读取后，可迅速正确地进行录入、登记或核对。
3）物流企业从供应者处接收货物，利用条形码扫描仪读取产品的条形码，并与先前收到的产品数据进行核对，确认运送的货物信息正确。
在之后的物流企业运输过程，以及在物流企业的物流配送中心对产品的整理、集装、存储、分发等过程中，物流企业可以通过EDl系统产生数据，一则方便自身的快速处理，二则可以转发给供应者和接收者方便对产品进行跟踪管理。
在将产品运送至接收者之时，还要通过EDl将产品的批次，数量等具体信息发送给接收者，用于产品接收和运费结算。
4）接收者收到产品后，利用条形码扫描仪（如图l7．3所示的固定或者移动式设备）读取产品条码，并与先前从供应者和物流企业收到的具体产品信息进行核对确认。
然后利用EDl系统向供应者和物流企业发送收货确认信息，同时可以利用EDl系统进行结算。
（a）固定式（b）手持式
电子化物流的优点是显而易见的。
有了标准化EDl的信息格式和处理方法，配合以条形码等技术，物流企业可以提高效率、减少差错率，降低成本。
同时，条形码技术还可以应用自动控制的部分环节，比如仓储和运输系统可以使用条形码更精确地控制储位的指派与货品的拣取。
EDl和条形码的配合，也初步让企业做到了对物流流程进行实时的数据收集、显示和控制。
17．2．3现代物流面临的问题
现代物流行业虽然已经初步的实现了电子化，但也存在着无法逾越的困难。
尤其是最近二十年来，新的物流服务，比如第三（四）方物流，精益物流等模式的不断出现，客观上要求现有的信息技术可以提供更加智能，更加互联，更加精准的支持和服务。
而现有的电子物流平台，无论是已经普及的条码技术，还是已经大量运用的EDl技术，都无法满足这种需要。
具体的冲突和矛盾表现在以下几个方面。
1．互联互通不充分
物流系统的互联互通是多层面的。
首先，电子化物流系统中缺乏必要的标准支持。
使用EDl的好处是显而易见的，但随之而来的标准之争却从没有停息过。
比如条码的标准化就是困扰物流配送的一个最大难题。
条码标准化的问题一是标准多，互相之间很难兼容，本来应该统一的标准不统一；二是标准的发展严重滞后于经济的发展速度，有很多编码标准分类不明确，不但不能起到提高效率的作用，反而影响了物品的流通速度，增加了系统的处理负担；三是规范的标准没有普及，很多应用中对条形码的使用自行其是，造成人为的“标准”壁垒。
标准的不统一造成的后果相当严重，让EDl本来的美好设想难以迅速实现。
另外，异构性也是造成电子化物流效率难以提高的一个主要原因，包括设备的异构和网络的异构。
物流系统中各种设备庞杂，电子化或信息化程度不一，现有的计算机系统不能将这些设备集成在一个高效的物流系统中，造成处理瓶颈多，很多处理环节互相掣肘，无法发挥系统的最大效率。
同时，很多信息虽然采集到计算机系统中，却没有被充分地利用，原因就是信息在电子化物流系统中没有充分的交流和共享，造成很大的资源浪费。
‘
2．感知不及时、不彻底
现代物流行业要求能够不问断地监控和管理物流的各个环节和过程，同时能实时掌握物品的状态和信息，并对各种事件作出及时和准确的反映。
而电子化物流的技术手段无法满足这种需求。
举例来说，使用条码只能保证在诸如人口等某些环节和位置对物品进行识别，而一旦物体离开了这些环节，比如入库后，就无法自动实现对物体的定位和跟踪。
图17．4展示了典型的邮政处理中心的邮包存放方式。
当需要从已入库的邮包中挑出特定的物品或包裹时，必须人工扫描附近的所有条码，既费时费力，也不能保证成功率。
此外，目前的电子化物流对信息的采集手段单一。
条形码仅能反映物品在系统中预设的对应信息，不能报告物品的实时状态。
一个物品发生了损坏，如果条码没有受到破坏，很可能直到最后顾客那里才能发现。
另外，像食品行业中的物流过程需要对温度、湿度、压强、光照等多样性的信息进行采集，并能够实时作出相应的调控。
这些需求是电子化物流已有的手段和技术无法实现的。
3．缺少智慧型计算支持与服务
电子化物流虽然采用了很多大型的商业软件，用于提高物流系统处理的智能化处理水平，但智能化应用的程度很低，大多数物流软件的智能化功能局限在成本控制、资源调配和决策支持上，尚不能综合利用各种智能化设备满足用户各种定制化、个性化的需求。
同时，电子化物流的协同性不足，大多数企业的系统各自为政，不能发挥合作的优势。
人们需要更大的智慧，能够整合整个物流行业的资源，更加精细和动态地管理物流生产活动，提高资源利用率和生产力水平。
17．3智能物流
随着物联网的出现，物流行业也迎来了新的发展契机。
物联网的概念，首先就是在物流行业叫响的。
为了克服电子化物流的缺点，现代物流系统希望利用信息生成设备，如无线射频识别设备、传感器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。
17．3．1智能物流的特点
智能物流的发展呈现精准化，智能化、协同化的特点。
精准化来源于建筑行业的精益建造理念。
精益建造的目的是通过精准的策划、设计和供应，利用全过程的产品控制和信息反馈，最小化资源浪费、最大化利润价值的建造管理方法。
精准化物流的要求是成本最小化和零浪费。
具体来讲，在未来的智能物流系统中，由于物联化智能信息处理系统和智能设备的普遍运用，物流企业的管理者希望实现采购、入库、出库、调拨、装配、运输等环节的精确管理，将库存、运输、制造等成本降至最低，同时把各环节可能产生的浪费减至零。
除了实现减少成本和降低浪费的基本目标之外，未来物流系统需要智能化地采集实时信息，并用用物联网进行系统处理，为最终用户提供优质的信息和咨询服务，为物流企业提供最佳策略支持。
需要说明的是，物联网为智能物流的智能处理提供了多层面的支持，除了利用已有的ERP等商业软件进行集成式的规划、管理和决策支持之外，未来的智能物流更应该注重利用物联设备和网络本身进行更多的智能化服务。
可以设想，未来的物联设备不应该只提供标示和信息采集的功能，同时也能承担更为广泛的处理功能。
有了智能物流，物流企业可以优化资源配置，业务流程，并为最终用户提供增值性物流服务，拓宽业务范围，最终实现利润最大化。
协同化，或者说一体化是未来物流的另一表现形式。
毫无疑问，物联网将是物流企业实现协同发展的最佳平台。
有了这个平台的协助，物流企业能够实现上下游企业之间的无缝连接，真正实现梦想了多年的资金流、物流、信息流的三流合一，那么电子商务、共同配送、全球化生产等这些让人憧憬的先进商业运营模式，也有望一一实现
当然，智能物流带来的好处远不止这些。
其他的一些特点，比如细粒度、实时陛、可靠性都已经体现在了智能物流的各种服务中。
17．3．2智能物流的应用
前文中已经对智能物流所涉及的具体技术，如RFID和传感器网络等进行了介绍。
本节将着重从具体的应用介绍智能物流的发展趋势。
1．EPC
在智能物流中，物体标示或者用户身份是最为重要的信息。
通俗地讲，一件商品在物流中，首先要解决一个“我是谁”的问题。
互联网的学者们也早有这种意识，比如新的IPv6协议理论上可以给地球上每一颗尘埃一个IP地址。
既然下一代物联网的信息平台核心网络将是互联网，那么，物联网中的每一个物体，成员的身份，是否也可以像IP地址那样，建立统一的数据格式、完整的解析架构、全面的覆盖地域呢?
这个看上去“造福全人类”而实际上牵扯巨大商业利益的工作让很多学者和组织趋之若鹜，孜孜以求。
其中最著名的的组织是EPCGlobal。
它定义并大力推广的电子产品码（ElectronicProductCode，EPC）①是物联网中有代表性的自动标示系统。
另一个是IS0及其标准系列ISol8000。
由于在前文中对EPC和IS0关于RFID的标准已有详述，本节将以EPC物流物联网架构为例，探讨智能物流中的识别和信息服务的模式发展。
EPC的前身是Auto-ID中心，由三所著名大学（美国的麻省理工学院、英国的剑桥大学、澳大利亚的阿得雷德大学）创建于1999年。
世界知名的企业，如可口可乐、吉列、宝洁、UPS、沃尔玛等也陆续参与了该中心的研究。
2003年10月31日，Auto-ID分拆为EPCGlobal和Auto-ID实验室。
EPCGlobal由欧洲物品编码协会（EAN）和美国统一编码协会（UCC）合资组建，开始负责具体的EPC物联网标准的制定及其推广，而Auto-ID实验室主要负责技术研究工作。
EPC的想法很宏伟，他们打算构建物流系统中的“互联网地址系统”。
简单说来，如果物流系统中所有的物体或电子设备都互联互通了，每个物体或电子设备都是一个节点，每一个节点有一个独立的标识。
同时，它们之间的信息交互采用统一的格式，不管在世界的哪个角落，任何公司都可以读取任何物体的标识，并可以解读或获取这个载体包含的信息。
承载物体标识和信息的载体则是RFID标签、传感器等低成本或嵌人式的设备。
这样，每一件产品可以在全球的范围内被识别、定位、追踪。
这种方式将把整个物流领域连成一个大网，称之为“EPC物联网”。
EPC的梦想是所有的物流企业都加入这个网络，并使用统一的格式交互信息。
有了这个EPC网络，全球的物流企业就有了一种有效的手段将物品流和信息流结合起来，并能实现全球化电子物流的“大同世界”。
2．可视化RFID系统RF—ITV
物流在军事上的作用通过后勤体系反映出来。
作为全世界最庞大的军事力量，美军一直不遗余力地进行后勤建设。
当海湾战争爆发时，美军发现，虽然美军的后勤保障水平已经独步全球，但要支撑现代化战争还是捉襟见肘。
美军后勤部门在海湾战争中运输了堆积如山的装备，但物资的管理一直是一个大问题，同时出现了在缺乏有效准确管理的情况下，成千上万的物资货柜由于货运单的遗失或损坏，不得不打开75％的集装箱以了解其中存放的物品（见图l7．5）。
许多补给物资甚至要重新订货。
另外，很多物资堆放地没有提供良好的管理系统和服务，不能发挥效用而被遗弃。
美军迫切需要一种可以追踪运输物资的有效后勤管理技术，称为在运物资可视化（In—TransitAssetVisibility）。
这种可视化技术实现对后勤系统的有效管理十分重要。
首先，它可以较准确的定位物资的位置，减少货物堆积，保证货柜或集装箱能按件及时地送到用户手中，避免重复供应和浪费，提高后勤供应的效率和精度。
另外，物资可视化可以帮助指挥员进行战役决策，准确把握战争的态势。
不光在战时，和平状态下的物资可视化系统也有利于军队的合理供应，为后勤物资的采购和配给提供合理的方案。
美国国防部经过仔细筛选，最终确定了以RFID技术为主的物资可视化体系建设的思路。
并从海湾战争开始大力建造以RFID技术为主的“联合全资产可视化系统（JointTotalAssetVisibility，JTAV）”。
目前这个系统已经在全球部署，美军正利用这个系统进行现代化的军事后勤管理。
根据美国国防部以及在创建JTAV网络中发挥关键作用的供应商Savi的报告，从地域覆盖方面，JTAV是世界上最大的RFID网络。
它可以在40个国家的400个地点读取RFID信息，包括港口、军事基地及世界各地的铁路码头。
JTAV可以跟踪27万个货物集装箱，甚至可以通过卫星实时定位集装箱所在的船只。
RFID标签每小时都报告它们的信息，同时，JTAV也对它们进行追踪。
1996年，美国审计总署为美国国会提供的一份调查表明，如果美国国防部在沙漠风暴行动中使用基于RFID的JTAV系统，将会节省20亿美元的费用。
在1990年的海湾战争中，美军后勤系统为了保障前线的需要，运送了天文数字的物资，但其中也有大量资源浪费到了很多没有发挥效用的装备上。
而目前对RFID-JTAV的投资额只有2亿美元。
JTAV的一个主要特点是全球化的读写识别设备部署架构（GlobalInterrogatorInfrastructure）。
这个概念的新颖之处在于，以美国为首的北约成员之间不用担心国别和地域的不同，可以使用任何组织内部成员的RFID读写设备对标签进行有效的识别，并能把标签中存储的数据传递给标签所有者。
这将极大节省时间和资源。
JTAV主要使用Savi公司提供的主动式RFID标签（图17．7）。
在JTAV中，标签读写器通常部署在固定位置，如检查点上的门口。
当接受到标签发射的信号后，读写器将标签号和位置信息传给一颗美国国防部的卫星，再由卫星把信息传给位于马萨诸塞州坎布里奇的Volpe运输中心，送入数据库中。
美军用户都可以通过集装箱号或申请号查询供给物资和装备的运输情况。
与JTAV相似的是国际运输信息跟踪系统（InternationalTransportationInformationTrackin9，Intransit）。
这个系统也是利用RFID设备对物资进行可视化管理。
除了支持与JTAV相似的固定式部署模式外，Intransit还支持另外一种更为灵活的部署模式。
用户可以建立一个传感器网来传送运输工具上RFID读写器读出的标签数据，并自动传回数据库。
这种传感器网络可快速部署在野外，不受已有的信息系统网络结构的限制，对野战后勤补给特别有利。
同时这些传感器还可以提供货物运输中的位置和时间等信息，方便用户进行跟踪和监控。
RFID的成功可以从陆军装备司令部PamJ．Kern将军的声明中体现出来：
“没有其他系统能够提供如此必要的可见的细节层次。
RFID是联合作战部队陆战司令部（TheCoalitionForcesLandComponentCommand，CFLCC）用以识别关键的货物、对货物进行定位，并预测其到来的唯一工具。
事实证明，该技术在CFLCC的日常运转中有广泛的需求。
”
3．食品物流
食品的供应关系到老百姓的健康，与千家万户都息息相关。
不同于一般的物流应用，食品物流，特别是鲜活食品物流有其特殊性，一般来说，生鲜易腐农产品，比如蔬菜、水果、肉类、水产品等，需要在生产、储藏、运输、销售等
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