基于物联网技术的物流实训教学中心建设

杨慧敏

（东北林业大学 工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 引言

物联网(The Internet of Things)经过十几年的发展，已成为国家发展的战略性新兴产业，推动着社会经济各行业的快速发展，随着其快速发展，新型信息设备越发广泛地渗透进整个物流活动中特别是接触物联网最早、物联网技术集成应用程度较高、应用范围较为广泛的物流领域[1-2]。

目前信息物流与智能物流方面的技术人才不足。随着物联网市场的开放，物联网行业有10 万人以上的人才缺口，而今后10年，每年将以20%增加。这就要求高校培养出来的物流专业人才是专业型的核心人才。基于物联网的物流实训，是人才培养的途径，也是培养优秀人才的方法。实践教学是教学体系的重要组成部分，建立符合人才市场需求的实训实验室已成为物流专业建设的重要任务[3]。

在物联网时代，通过嵌入短距离的移动收发器等先进技术，人类在信息与通信世界里将达到崭新的高度，将任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物、物与物之间的沟通连接［4］。物联网不仅能够带动物流信息化的发展、优化物流管理的流程，而且能实现物流全过程的实时监控和实时决策，提升物流效率降低物流成本，除此之外对现代物流经营模式也能产生重要影响[5]。因而将物联网技术应用于物流实验室，必将促使物流实验室的功能最大化，能够模拟解决许多物流行业的真实问题，学生对物流产业流程的实际运作能力、管理能力、拓展能力、分析解决实际问题的能力都会得到极大的提高，独立科研能力也会得到很大发展。抓住物联网的发展时机，构建抓住物联网的发展时机，构建智慧物流服务体系，是提高我国物流业技术水平、促进现代物流发展的重要契机[6-9]。可见，建设基于物联网的虚拟物流实验教学中心势在必行。

2 基于物联网的物流实训教学中心建设的目标和意义

2.1 基于物联网的物流实训教学中心建设的意义

2.1.1 建立完整的物联网技术在物流中应用的课程体系。物联网技术融入到物流实验实训中，注重开展以实验、项目开发为主，包括基本的感知层（传感层与物联层），到网络层，再到应用层；从物联网的构建，到物联网的管理，再到物联网的应用，实现整体的物联网架构与管理。这些内容融汇到物流的智能供应链中，构建物联网实训室课程体系—基于物联网的林产品供应链实训。

2.1.2 提高学生能力。实训环节的教学工作是本科教育教学体系的重要环节，是一个极好的人才培养途径。有利于理论与实践相结合、教学工作更具有科学性、有利于学生创造性思维和能力的培养。提升学生学习兴趣以及参与积极性，优化教学效果。教师可以鼓励学生进行小小的尝试，诸如，利用手机来监控实验室湿度和温度变化，对实验室的设备进行远程监控，让学生在不断体验中感受到物联网技术的先进性。

2.1.3 确定特色物流研究方向。抓住机遇，以智能物流及物联网在林业中应用为目标方向，提炼出林产品供应链质量追溯为命题的科研方向，提高物流工程专业的科研能力，并在物流和林业结合方面体现出使用价值，使实验室适用于教学并能为科研所用。

2.2 基于物联网物流实训教学中心建设的目标

根据物联网发展趋势和物流工程专业人才培养方案修订计划，建设基于物联网的虚拟物流实训教学中心的目标如下：

2.2.1 支持面向基础性教学的实验。加深学生对物联网技术以及其在物流行业的应用基础理论知识的了解。尽量使用通用、先进的物流技术工具，真实反映物流管理与规划过程，并注重网络技术、多媒体技术、模拟仿真技术、自动识别技术、数码监控技术、信息管理与决策技术等多种新技术手段的综合应用，为学生提供一个先进、实用，并具有一定新颖性、趣味性的实用教学平台[10,11]。

2.2.2 支持面向行业的综合应用性的实验。我国很多高校以特定的行业为主要服务对象，在长期的办学过程中形成了一定的专业优势和特色。如何办好具有行业特色的物流管理专业、培养适应行业需求的物流人才是这些高校中物流管理专业要解决的重要问题[13]。东北林业大学经过多年办学实践，形成了紧贴区域经济社会发展，服务于“林区经济”的办学特色。根据智能物流及物联网的发展趋势和我校以林业为特色的特点，我校物流工程专业主要以培养“林产品物流管理人才”为目标，规划和建设具有行业应用背景的物联网场景和实验项目的林产品质量追溯实验室，激发学生兴趣，培养其对物联网在物流行业的应用设计和管理的综合能力。

2.2.3 支持面向学校科研项目的开放性平台。基于物联网的物流实验教学系统设计以教学为主，由于物联网融合了多种技术，多学科的交叉融合和影响，使得新的技术创新成为可能。基于物联网的物流实验室将构建射频识别，无线传感网，通信网络，中间件技术及嵌入式技术等多种基础技术的平台，为学校科研人员提供一个开放的环境平台支撑，并为开展具体的物流行业应用及交叉学科的教学研究提供技术支持。

3 基于物联网的物流实训教学中心总体规划与部署

整个实训室总体规划为：物联网基础实训室、物联网在物流中典型应用实训室和行业综合应用实训室三部分。总体结构如图1所示。

3.1 物联网技术基础实训室

物联网基础实训室包括传感器感应模块、RFID实训模块、嵌入式网络实验模块，由30套物联网多网技术实验箱和RFID 综合试验箱组成。以物联网教学设计平台为主，是集RFID 技术、ZigBee 技术、WIFI 技术和蓝牙技术的教学、实验、通讯、应用于一体的高级平台，通过了解物联网系统结构组成及原理，掌握物联网技术的应用，并进行物联网系统的独立开发。能够展示RFID系统基本运作原理，完成无线传感器网络的组建,实现基于Linux和Android的嵌入式系统开发。完成物联网基础学科的课程和实验，同时配合创新模块，也可开展相关创新项目研究。

图1 实训中心建设方案

3.2 典型应用实训室

中心实训室主要包括以下模块：

3.2.1 RFID智能立体仓库区。自动化立体仓库主要由立库货架、巷道堆垛机、出入库输送机、控制计算机、状态检测器、信息输入设备等部分组成。使用RFID 无限射频识别技术，在仓库的每个托盘中安置RFID标签。通过RF手持和RIFD读写设备，进入/出库和盘点作业。货架之间留有巷道，一般入库和出库布置在巷道的某一端，有时也由巷道的两端入库和出库，堆垛机可采用有轨和无轨方式。可开展整托、整件货物的入库、盘点、出库作业。

3.2.2 自动分拣配送设备区。此区域主要由智能机器人、自动分拣线、AGV小车、RFID阅读器等设备组成，结合配送管理软件来完成物流实验室的配送模拟作业。把货物放在智能分拣线上，通过RFID阅读器扫描物品，传感器等设备，实现货物跟据不同的客户进行分拣到不同的分拣口。

3.2.3 智慧生产区。仓储发生变动时，该信息会自动传送至供应商和生产商处。生产厂家从而预先获得客户需求信息，安排生产活动，实现拉动式的发展，智慧生产示意如图2所示。

图2 智慧生产示意图

3.2.4 运输监控区。物流公司仓管员上级主管可通过视频监控管理仓库。货物数量监控、运输环境监控、车辆定位、车载数据显示、3G数据传输、监控端数据显示等功能。

智能物流实训中心综合RFID，WiFi，GPS/GIS 和WSN等物联网技术，设计了智能物流应用场景，智能物流系统模拟智能仓库管理、智能分拣管理和运输监控的完整物流流程。

3.3 林产品质量追溯实训室

林产品质量追溯实训室，运用物联网为代表的信息技术手段，将林产品流通各环节加工及流通的信息相关联，形成完整的信息追溯链。“林产品质量追溯系统”是一个能够连接生产、检验、监管和消费各个环节，让学生了解符合卫生安全的生产和流通过程，提高消费者放心程度的信息管理系统。该系统提取了生产、加工、流通、消费等供应链环节消费者关心的公共追溯要素，建立了林产品安全信息数据库，一旦发现问题，能够根据溯源进行有效的控制和召回，从源头上保障消费者的合法权益。业务流程如图3所示。

3.3.1 林产品种植过程模块。种植可追溯构建一个林产品生长的模拟环境，采用物联网技术在种植过程中的温度、湿度、光辐射率、等自然环境信息，并通过无线传感网将相关信息传入系统的过程。对采收时间、地理位置、成熟度、主要经济指标等数据过程进行展示。

图3 质量追溯业务流程图

3.3.2 林产品加工管理模块。林产品采摘以后通过网络技术将采集的信息传递给加工厂，同时将采摘的信息写入RFID 标签记录采摘的时间、地点、生长周期、品质等信息。采收加工管理模块，对采收时间、地理位置、成熟度、主要经济指标、总产量、催熟保鲜手段等数据进行管理。对加工过程的加工工艺、生产环境、添加剂使用、分包的数据进行管理。

3.3.3 物流配送可追溯系统。车载RFID 标签记录了林产品种植，加工过程的信息，将相关的信息传递给配送中心，并将相关信息通过网络传递到配送中心的保管，运输的过程。

在整个产业链中，物流仓储活动会跟据实际情况，出现在不同的环节里。物流、配送管理模块，对林产品的仓储地点、时间、环境，运输工具、路径、包装，订单处理、预估，配送时间、区域进行展示。展示GPS，RFID，传感器，无线移动网络等技术在物流配送中的应用过程，让学生体验物联网技术在物流过程中的应用。

3.3.4 分销零售。分销零售主要展示消费者购买木耳后通过智能手机，超市触摸屏，网上查询等方式查询木耳的原产地，生产加工过程，物流过程等信息。使用者也可以通过互联网，上传产品溯源编码到溯源支撑平台的数据查询接口，溯源支撑平台即可逆向回溯查询出种植、产品加工和物流运输的任何环节的详细信息。

4 实训室建设成果

4.1 能够开设的实验课程增加

物联网综合实训台主要服务于物流专业教学的物流信息管理系统，可以为物联网智能决策技术、物流信息系统、物联网技术、林产品物流与包装等课程提供实验载体。以及为物联网无线组网实训、物流实验实训、物流信息综合实训等实践类课程提供真实的项目场境，有利于学生进行物联网技术应用的创新活动。

4.2 实验室智能化程度增加

物联网物流实验室实现了硬软件设施并重，软件资源和硬件设施相互配合。在具体使用中还要不断对硬软件设施进行优化提升，从而使实验室始终处于设备先进、功能健全、管理完整、适应行业需求、符合现代物流业发展趋势的良好状态，确保学生得到最优化的实践训练。

4.3 学生操作性增强

学生通过本实训平台，可以进行体验性实训、操作性实训和设计性实训等。学生通过体验性实训的学习，掌握林产品安全信息可追溯业务和物联网技术概念性知识，了解各种典型的物联网业务模型，了解和掌握物联网各种设备管理维护和软件开发技能，具备基本的物联网应用模型分析、管理和开发技能，并能借助实训平台搭建来实现林产品安全信息可追溯模型。通过基础教学部分实训的学习，学生进入最后的设计性实训的学习，设计性实训重点培养学生运用所学的物联网知识和技术实践真实的技术活动，让学生在物联网设计过程中找到学习的乐趣。