2.2　智慧物流系統的機理與架構

2.2.1　智慧物流系統的智能機理

智慧物流系統將物聯網、傳感網與現有的互聯網整合起來，通過智能獲取、智能傳遞、智能處理、智能利用實現對物流全過程的精細、動態、科學的管理，最終實現智慧化決策與運行的目標。

1．智能獲取

智能獲取技術主要有條形碼技術、傳感器技術、射頻識別技術、衛星定位技術、視頻技術、圖像識別技術、文字識別技術、語音識別技術、機器人視覺技術等，這些技術目前已在智慧物流系統中得到廣泛應用。智能獲取技術能夠使物流從被動走向主動，實現物流過程中的主動獲取信息，主動監控車輛與貨物，主動分析信息，使商品從源頭開始被實時跟蹤與管理，實現信息流快于實物流。

2．智能傳遞

智能傳遞技術用于實現企業內部、外部的數據傳遞功能。智慧物流的發展趨勢是實現整個供應鏈管理的一體化、柔性化，這離不開數據的交換與傳遞。智慧物流系統的智能傳遞技術主要包括通信基礎網絡、智慧物流信息網絡兩個方面。通信基礎網絡的智能傳遞技術主要是智能網技術、智能化網絡管理與控制技術及智能網絡信息搜索技術等智能通信技術，采用智能Agent技術及計算智能技術（如神經網絡、遺傳算法、蟻群算法等）進行網絡的優化管理與實時控制，如QoS路由優化等。在面向服務的架構（service-oriented architecture, SOA）技術環境下，智慧物流信息網絡的智能傳遞技術主要是基于Web Service的物流信息服務搜索與發現技術、物流信息服務組合技術、消息中間件技術等。

3．智能處理

智慧物流系統的智能化水平在很大程度上取決于它代替或部分代替人進行決策的能力。而智能處理技術是智能物流系統進行“決策”的核心技術。通過對大數據進行分析與處理，建立優化、預測、評價、診斷、數據挖掘模型，為企業和政府的物流決策提供支持。這方面的技術主要有系統優化、系統預測、系統診斷、大數據技術、專家系統、數據挖掘、智能決策支持系統、計算智能技術、智能體技術等。

4．智能利用

智能利用主要體現在兩個方面。①智慧物流系統是一個人機系統，人是智慧物流系統的重要組成部分，在智能處理的基礎上，物流管理人員基于決策支持信息，作用于物流系統，體現的是人的智能。②物流自動控制。智能控制技術是將智能理論應用于控制技術而不斷發展起來的一種新型控制技術，它主要用來解決那些用傳統的方法難以解決的復雜系統的控制問題，通常這些控制問題具有復雜性、隨機性、模糊性等特點，利用數學方法難以精確描述。智能控制技術目前主要有模糊控制技術、神經網絡控制技術、學習控制技術、專家控制技術等。目前，智能控制技術在智慧物流系統中的應用還比較少。Allen和Helferich的研究表明，人工智能在物流領域的105項應用中，只有5項與控制有關。雖然目前應用偏少，但隨著社會經濟的發展，物流系統中的控制問題，如物流作業領域中的物流設備的監控、自動搬運機器人、自動分揀機器人、自動化倉庫的計算機控制等將變得越來越復雜，并且這些問題解決得好壞將極大地影響系統的效率和反應速度。

2.2.2　智慧物流系統的技術架構

智慧物流系統是基于物聯網技術在物流業的應用而被提出的，根據物聯網技術架構，智慧物流系統也有三層技術架構，如圖2-1所示。

1．感知層

感知層是智慧物流系統的“神經末梢”，是智慧物流系統實現對貨物感知的基礎，是智慧物流的起點。其主要作用在于識別物體、采集信息。感知層通過多種感知技術實現對物品的感知，常用的感知技術有：條形碼自動識別技術、RFID感知技術、GPS移動感知技術、傳感器感知技術、紅外感知技術、語音感知技術、機器視覺感知技術、無線傳感網技術等。所有能夠用于物品感知的各類技術都可以在物流系統中得到應用，具體應用中需要平衡系統需求與技術成本等因素。

2．網絡層

網絡層是智慧物流的神經網絡與虛擬空間，主要由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、傳感網等組成，用于鏈接智慧物流系統的“神經末梢”與“神經中樞”，并實現多個“神經中樞”之間的信息交互。具體功能包括尋址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等，并利用大數據、云計算、人工智能等技術分析處理感知信息，產生決策指令，再通過感知通信技術向執行系統下達指令。

3．應用層

應用層是智慧物流系統的“神經中樞”，是用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它充分利用平臺層數據，與行業需求相結合，實現物流的智能應用，具有物流作業、物流管理與控制、物流決策支持三個功能。

（1）物流作業：通過物流感知，實現物流自動化作業，如自動化立體倉庫、貨物自動分揀、倉庫自動通風等。

（2）物流管理與控制：通過物流感知，以及與其他信息應用系統之間的互聯，實現物流的可視化跟蹤與預警，實現物流全過程的有效管控。

（3）物流決策支持：通過數據的集聚，建立數據中心，運用大數據處理技術，對物流進行優化、預測、診斷、評價、分類、聚類、影響分析、關聯規則分析、回歸分析等，為物流運營提供決策支持。

2.2.3　智慧物流系統的神經系統

智慧物流系統的神經系統自上而下體現在三個層面：智慧化平臺、數字化運營、智能化作業（圖2-2）。形象地說，如果把智慧物流看作“人”，智慧化平臺就是“大腦”，數字化運營就是“中樞”，智能化作業就是“四肢”?！按竽X”負責開放整合、共享協同，通過綜合市場關系、商業模式、技術創新等因素進行全局性的戰略規劃與決策，輸出行業解決方案，統籌協同各參與方；“中樞”負責串聯調度，依托云化的信息系統和智能算法，連接、調度各參與方進行分工協作；“四肢”負責作業執行，依托互聯互通、自主控制的智能設施設備，實現物流作業高效率、低成本。

1．智慧化平臺

隨著商品交易品類越來越多，物流交付時效要求越來越高，物流服務范圍越來越廣，物流網絡布局及供應鏈上下游的協同面臨巨大挑戰，這迫切需要依托智慧化平臺，通過數據驅動網絡的智慧布局，實現上下游協同和共贏。

1）數據驅動，智慧布局

網絡布局是一個多目標決策問題，需要統籌兼顧覆蓋范圍、庫存成本、運營成本、交付時效等指標。智慧化物流平臺采用大數據及模擬仿真等技術來研究確定如何實現最優的倉儲、運輸、配送網絡布局的能力，基于歷史運營數據及預測數據的建模分析、求解與仿真運行，更加科學、合理地確定每類商品的庫存部署，以及每個分揀中心、配送站的選址和產能大小等一系列相關聯的問題，顯著提高了決策的效率與效果。

2）開放協同，增值共贏

當前，我國物流業信息化程度整體不高，物流業各方的協同成本仍然過高。全國7000萬家中小企業和個體工商戶之間缺乏信息互聯互通，“信息孤島”現象突出。供求信息不匹配，信息交換不順暢，供應鏈傳導不及時，勢必增加企業成本、降低效率，嚴重影響服務質量。只有打通信息聯通的渠道，推進信息開放共享，智慧物流才具備成長的基礎。未來將統一行業標準、共享基礎數據，基于大數據分析洞察各行業、各環節的物流運行規律，形成最佳實踐，明確各參與方在智慧物流體系中最適合承擔的角色。在此基礎上，上下游各方在銷售計劃、預測等層面進行共享，指導生產、物流等各環節的運營，實現供應鏈的深度協同。

案例：智慧化物流平臺——菜鳥聯盟

2016年3月，菜鳥網絡聯合多家快遞企業成立“菜鳥聯盟”，運用大數據賦能合作伙伴，為消費者提供當日達、次日達等高效的快遞服務；9月，菜鳥網絡聯合網商銀行，正式上線物流供應鏈金融產品，從銷售端向生產端延伸，從物流業向金融業拓展，通過大數據算法，打通了存貨與銷售的授信，真正實現了全鏈路覆蓋的金融解決方案。

2018菜鳥全球智慧物流峰會于2018年5月31日在杭州舉行，馬云臨時決定到現場做了一個主旨發言。在發言中，馬云設想，智慧物流的發展在未來將使得早上在挪威捕的三文魚到晚上就能運達杭州。具體而言，阿里巴巴和菜鳥將投資上千億元建設國家智能物流骨干網，這個網絡將沿著“一帶一路”讓包裹在72h之內全球必達，在中國任何一個地方做到24h必達。

在國家智能物流骨干網絡的建設中，菜鳥扮演的更多的是一個賦能者的角色，主要任務是創造出更多賦能整個物流行業的產品和技術，幫助菜鳥平臺上的所有物流公司完成數字化轉型，進而讓整個物流行業的效率發生本質變化。

馬云5月31日也表示，“以前我講過，阿里巴巴不會自己做快遞服務，但我們會支持快遞服務。阿里巴巴必須有一個物流的框架思考，必須為全國乃至全世界的物流行業的提升做別人不愿做、做不到的事情。這就是菜鳥要打造的。菜鳥如果有一天能成功，肯定不是簡單做物流，而是建立物流網絡?！?/p>

過去幾年，圍繞快遞、倉配、國際、末端、農村五張物流網絡，菜鳥已經進行了大量的投資布局。中國電子商務研究中心相關研究報告顯示，阿里巴巴和菜鳥網絡在快遞領域已經投資了圓通、百世、蘇寧物流+天天快遞、全峰等；即時配送領域投資了餓了么、點我達等；落地配送領域投資了萬象物流、晟邦物流等；車貨匹配領域投資了運滿滿等；倉儲自動化領域投資了心怡科技、快倉、北領科技等；智能快遞柜領域投資了中郵速遞易；家居物流領域投資了日日順；國際物流領域投資了新加坡郵政；跨境物流領域投資了遞四方。

正是由于這些投資，讓菜鳥構建了一個巨大的、高效的物流管理平臺，實現物流從大型區域倉到城市倉，再到大型商超和萬千小店的快速配送，打通了物流的最后一公里，重塑了“一盤貨”供應鏈，實現了新物流驅動新零售創新。

資料來源：作者根據相關資料整理

2．數字化運營

物流需求正在變得更加多樣化、個性化，通過數字化技術，在橫向的倉儲、運輸、配送等業務全流程，縱向的決策、計劃、執行、監控、反饋的運營全過程中，根據實時需求進行動態化決策，根據具有自學習、自適應能力的運營規則進行自主管理，并在信息系統中落地實現。數字化運營的技術要求為：動態決策，自主管理；軟化靈動，智能調度。

案例：7-Eleven采用信息采集+供應鏈管理成就霸主地位

在互聯網無情沖擊實體店的今天，具有44年歷史的7-Eleven一直保持著強勁的增長。因為對數據天然敏感，鈴木創造出著名的7-Eleven數據驅動的單品管理模式和基于數據分析的“假設——執行——驗證”的工作模式。即日復一日地對每個單品進行假設和驗證，在門店備足顧客所需的暢銷品，剔除滯銷品，提高訂貨準確度。比如，每天看數據經營和數據分析：什么樣的商品銷量不高，利潤又不高，必須立刻拿掉；什么樣的商品銷量高，利潤又高，就加大部署；什么樣的商品雖然銷量不高，但是利潤很高，屬于利潤型產品；什么樣的商品利潤不高，但是銷量很高，屬于導流型產品。每一款產品都有它強大的功能，用這種方式把每一平米的績效都做到極致。一品一功能，一品一市場，一品一客戶。

7-Eleven還是日本首家引入POS信息系統的公司。POS系統的引入，也讓7-Eleven在整體把控產品動態、平衡收支情況等方面做得比同行好得多。很多人理解的信息系統只是一套管理軟件。但實際上，在整個鏈條中，這套信息系統打通了從終端門店到上游廠商的每一個環節。所有的加盟店都被信息系統所覆蓋，沒有中間環節，采購直接對接廠商，沒有任何加價。如此一來，便實現了整個供應鏈體系的最強競爭力。信息系統的覆蓋不僅可以提升效率，也有利于獲取大數據信息，提升整體經營效益。例如，7-Eleven門店人員會將來店消費者特征輸入到POS機中，建立消費者數據庫，作為日后調整經營策略、進行商品開發的參考數據。

秉承著為顧客在“需要的時間”提供“需要的數量”的“需要的商品”這一目標，7-Eleven在數字化和信息化方面進行了持續的投入，以便在各個環節（訂貨、商品政策、物流等）中能夠進行支援。與網絡化供應鏈模式類似，7-Eleven通過專用的硬件和軟件構建了以數據中心進行數據交互和整合的信息系統，將門店、供應商、共配中心、總部等各個節點進行鏈接。

由于7-Eleven數字化體系的支持，店鋪可以按照自己的銷售狀況直接訂貨，有效防止了店鋪和共配中心的庫存過度積壓；同時將店鋪的訂貨、銷售數據用于獨創的商品開發流程和物流配送流程。

7-Eleven沒有構建自有的物流中心，而是通過與既存批發商的合作關系，針對不同類型的商品，進行分類多次小規模配送。通過共同配送（多個廠商的商品由1臺配送車輛配送），把單店鋪70次左右的配送車次減少到9次。

精細化的管理機制、數據化的后臺支撐、強大的物流體系和供應鏈能力、以用戶思維開發商品、用共享思維打造利益共同體等，是7-Eleven成功的關鍵所在。

資料來源：日本和中國便利店企業數字化運營探索[Z/OL]．[2017-09-01].http://blog.sina.cn/s/blog.557ac8690102xfky.html.

3．智能化作業

智能化作業的核心是依托一系列互聯互通、自主控制的智能設施設備，在WMS（倉儲管理系統）、WCS（倉儲控制系統）、TMS（運輸管理系統）等業務運作系統的智能調度下，實現倉儲、運輸、配送環節各項作業的智能化執行，在滿足客戶需求的前提下，實現物流作業高效率、低成本。由于商品屬性差異很大，物流企業要結合自身的實際情況，選擇最適合的智能化作業實現方式。

圖2-3顯示的是德國海蒂詩物流中心的智能化倉儲作業模塊。目前基于多層穿梭車技術的貨到人揀選已經實現，未來將會應用揀選效率更高的貨到機器人揀選方式，以及取貨+揀選一體化的機器人揀選方式。

圖2-4所示為該中心的智能化運輸與配送作業模塊。目前，運輸、分揀和派送環節的輔助駕駛、編隊運輸、自動化及機器人分揀、智能終端已經實現應用。隨著購物場景的碎片化以及交付地點的動態化，未來在實現無人化作業的同時，會基于實時定位的應用，在消費者日常的某個動態節點實現交付，與消費者的工作和生活完美融合。

2.2.4　智慧物流系統的業務體系

智慧物流系統是對傳統物流系統的改良，是對傳統信息平臺的更新換代。在技術定位上，采用云計算、物聯網、三網融合等新一代信息技術打造的智慧物流體系的物流平臺。

傳統物流業務體系如圖2-5所示。

基于物聯網的智慧物流業務體系框架如圖2-6所示。

從物流業務體系框架可以看出智慧物流與傳統物流的區別。智慧物流主要通過在各個業務層次運用先進的信息化技術、設備，并進行有效的物流信息獲取、傳遞、處理、控制和展示，提高整個系統的智能化水平，從而提高整個系統的運行效率。下面簡單介紹一下智慧物流業務體系框架中的物流感知層和核心業務層。

1．物流感知層

射頻識別（RFID）技術、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術為感知層的關鍵技術。射頻識別系統通常由電子標簽和閱讀器組成。電子標簽內存有一定格式的標示物體信息的電子數據，是未來幾年代替條形碼走進物聯網時代的關鍵技術之一。該技術具有一定的優勢：能夠輕易嵌入或附著，并對所附著的物體進行追蹤定位；讀取距離更遠，存取數據時間更短；標簽的數據存取有密碼保護，安全性更高。RFID目前有很多頻段，目前最為常見的頻段主要集中在13.56MHz頻段和900MHz頻段。短距離應用方面通常采用13.56MHz HF頻段；而900MHz頻段多用于遠距離識別，如車輛管理、產品防偽等領域。閱讀器與電子標簽可按通信協議互傳信息，即閱讀器向電子標簽發送命令，電子標簽根據命令將內存的標志性數據回傳給閱讀器。

RFID技術與互聯網、通信等技術相結合，可實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享。但其技術發展過程中也遇到了一些問題，主要是芯片成本，其他方面如RFID防碰撞、防沖突、RFID天線研究、工作頻率的選擇及安全隱私等問題，也一定程度上制約了該技術的發展。

傳感技術、計算機技術與通信技術被稱為信息技術的三大支柱。傳感技術作為信息技術三大支柱之一，主要是關于如何從自然信息源獲取信息，并對之進行處理（變換）和識別的一門多學科交叉的現代科學與工程技術。傳感技術的核心即傳感器，它是實現物聯網中物與物、物與人信息交互的必要組成部分。目前無線傳感器網絡的大部分應用集中在簡單、低復雜度的信息獲取上，只能獲取和處理物理世界的標量信息。然而這些標量信息無法刻畫豐富多彩的物理世界，難以實現真正意義上的人與物理世界的溝通。為了克服這一缺陷，既能獲取標量信息，又能獲取視頻、音頻和圖像等矢量信息的無線多媒體傳感器網絡應運而生。作為一種全新的信息獲取和處理技術，無線多媒體傳感器網絡利用壓縮、識別、融合和重建等多種方法來處理信息，以滿足無線多媒體傳感器網絡多樣化應用的需求。

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統及用戶應用程序4個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。

2．核心業務層

1）智能運輸

智能運輸是指根據物聯網感知到的貨物信息、物流環境信息、基礎設施信息、設備信息確定運輸路線和運輸時間的運輸方式。智能運輸在物流中的應用主要集中在運輸管理和車／貨集中動態控制兩方面，可實現實時運輸路線追蹤、貨物在途狀態控制和自動繳費等功能。智能運輸用到的主要技術有移動信息技術、車輛定位技術、車輛識別技術、通信與網絡技術等。

2）自動倉儲

自動倉儲是指利用物聯網技術實現自動存儲和取出物料。自動倉儲系統由感知貨架、智能托盤、自動搬運機構、堆垛機的自動控制和自動倉庫管理系統等部分構成，通過物聯網提供的貨物信息進行倉庫存貨戰略的確定。倉儲業務中的貨物驗收、入庫、定期盤點和出庫等環節可實現自動化及實時監控貨物狀態。

3）動態配送

動態配送即利用物聯網技術及時獲得交通條件、價格因素、用戶數量及分布、用戶需求等因素的變化，對以上各因素進行分析，制定動態配送方案，在提高配送效率的同時提高服務品質。

4）信息控制

物聯網對物流信息的全面感知、安全傳輸和智能控制可實現從物流信息管理到物流信息控制的飛躍。物聯網可利用其技術優勢通過信息集成實現物對物的控制，信息控制的應用可進一步提高整個物流的反應速度和準確度。

2.2.5　智慧物流系統的應用

目前，智慧物流系統的應用主要集中在如下幾個方面。

1．產品智慧可追溯系統

產品智慧可追溯系統在食品、鋼鐵、農產品、醫藥、煙草等行業發揮著巨大作用，可實現對產品的追蹤、識別、查詢，以及信息采集與管理等，強化了生產經營者的安全責任意識，為消費者提供盡可能全面的信息。產品智慧可追溯系統可實現產品從原料、加工到成品運輸等全過程的追溯，通過射頻識別技術，對標簽卡實現了讀／寫內部數據信息的功能，并通過無線電波將產品狀態和定位信息實時傳輸到產品的智慧可追溯系統。用戶可以通過登錄系統查找相應的產品安全追溯信息。食品安全生產管理者，也可以通過登錄系統在出現產品安全問題時迅速發現、識別并召回有害產品，防止問題產品的流散。從這種意義上講，產品智慧可追溯系統能夠解決生活中的產品質量安全問題，增強消費者信心。

2．可視化智慧物流調度管理系統

可視化智慧物流調度管理系統基于計算機、網絡、GPS、GIS、RFID等多種技術和智慧物流理念，結合有效的管理方式，在物流過程中實現車輛定位、運輸物品監控、車輛實時調度、可視化監控管理等功能，使整個物流供應鏈更加透明化，實現對物流資源的有效配置，從而提供高效、準確的物流服務。物流公司在每輛配送車輛上安裝GPS或帶獨立系統電源的RFID鋼質電子鎖，在每件貨物的包裝中嵌入RFID芯片，從而建立起信息的定位與采集系統。物流公司和客戶都能通過登錄可視化智慧物流調度管理系統，了解車輛和貨物所處的位置和環境。在運輸過程中，可根據客戶的要求，對貨物進行及時的調整和調配，實現貨物的全程實時監控，防止貨物遺失、誤送等。利用系統積累的數據，通過建立物流業務的數學模型，對歷史數據進行分析、挖掘，為用戶在評估貨物配送方案、預估貨物配送時間、優化物流運輸路線、減少中間環節、縮短運輸時間等方面提供決策支持。通過貨物上的RFID芯片，在貨物裝卸時自動收集貨物裝卸信息，實現貨物的自動放置，縮短物流作業時間，提高物流運營效率，降低物流成本。

3．智慧物流配送中心

智慧物流配送中心采用先進的計算機通信技術、RFID技術、GPS技術、GIS技術等，通過科學化、合理化的科學管理制度，采用現代化的管理方法和手段，借助配送中心智能控制、自動化操作的網絡，在基本實現機器自動堆垛、貨物自動搬運、產品自動分揀、堆垛機自動出／入庫等功能的基礎上，實現整個物流作業與生產制造的自動化、智能化與網絡化，并最終實現物流配送功能集成化、配送作業規范化、配送服務系列化、配送目標系統化、配送手段現代化、配送組織網絡化、配送經營市場化、配送管理法制化。智慧物流配送中心可實現對整個物流配送過程的實時監控和實時決策，實現商流、物流、信息流、資金流的全面協同，充分發揮其基本功能，保障相關企業和用戶整體效益的實現。

下面以倉儲監控業務為例，具體說明智慧物流系統的應用模式。

在倉儲監控業務中，智能物流系統依靠比較成熟的RFID技術，采用遠距離識別方式，利用網絡信息技術對出／入庫及在庫商品進行智能化、信息化管理，實現自動記錄貨品出／入庫信息、智能盤點、記錄及發布貨品的狀態信息、車輛配載、卸貨盤點等功能。其活動過程如圖2-7所示。

從圖2-7中可以看出，智能倉儲監控系統集成了RFID技術、無線通信技術、網絡技術及計算機技術。硬件部分有各種閱讀器、天線、電子標簽等。閱讀器接收通過天線傳遞的電子標簽信息，然后通過局域網將其傳到信息管理系統中，對數據庫中的數據進行處理。

系統正常工作的前提是倉庫的自動識別系統能夠有效地識讀物品電子標簽，并安全識讀電子標簽內存儲的數據，保證信息的準確性。因此在系統構建時，要充分考慮標簽與通信系統的標準化問題，考慮信息加密技術的可行性問題，還要考慮和GPS、BC（區塊鏈）等系統的配合問題。