LoRa技术在汽车零部件物流中的应用*

徐 俊 余建波

（同济大学 机械与能源工程学院 上海 201804）

在“工业4.0”及中国制造 2025大背景下，现有的传统汽车零部件入厂物流正面临着巨大的变革。而物联网作为万物互联的新型技术正在蓬勃兴起，其支持物联终端与云端的信息互联互通，通过数据采集与智能决策分析改善供应链的整体效率[1-3]。

郑建国提出了 NB-IoT技术在出入库自动识别及优化仓储环境中的应用，在研究中介绍了在出入库的物流窗口安装自动读取设备，通过硬件及软件的结合自动生成产品的出入库清单，并对货物进行自动的分类指引货物搬运到指定的仓储库位[4]。通过自动获取物品的数量、位置信息，对产品进行定期自动的盘点优化库存，实现合理的库存控制[5]。石国庆的研究中介绍了物联网技术在货物出货过程中的应用案例，货物的出库信息被自动扫描记录，并结合货物的发货地址及物品分类对货物的出货信息进行校验，确保货物的出库准确性[6]。刘娴的研究中介绍了物联网技术可采集到大量可靠的数据，提供了有力的技术手段[7]。

通过对当前传统汽车物流运作的系统性分析，发现供应链各环节中数据获取的及时性相对薄弱，零件及料箱管理效率普遍较低。结合以上行业业务痛点，结合最新的IoT低功耗广域网技术，优化汽车零部件入厂物流业务流程，将物联网技术与汽车物流业务流程相结合，提升供应链管理的透明度与准确度。

1 IoT技术

1.1 IoT技术

物联网（IoT）技术最近几年在各行各业发展迅速。IoT技术包括：RFID、GPS、激光扫描等技术,已在快递物流的多个领域得到应用，通过在商品上粘贴二维码标签和射频标签，实现货物的信息自动识别、读取、定位、跟踪、监控和管理等。

随着低功耗广域网技术的成熟与发展，LoRa、NB-IoT等有源通讯技术在工业级物流行业的应用场景不断拓展。本文基于LoRa技术在汽车物流供应链中的应用，LoRa硬件架构设计如图1 所示。

图1 LoRa硬件架构设计图

具体技术，在循环包装上安装带有LoRa功能的传感器，在零部件供应商、物流卡车、整车主机厂内布置LoRa网关，网关布置图如图2所示。采集数据后通过采集点的LoRa无线通信技术将信息发送到物联网的网关中，并通过4G及以太网将数据传输到IoT大数据平台。

图2 LoRa网关布置图

1.2 LoRa技术的优势

LoRa聚焦于低功耗覆盖广的应用场景，具有覆盖广、连接多、成本相对低、功耗少、架构优等特点。LoRa通讯技术的优势主要体现在以下几个方面。

（1）大连接，接入能力增强。LoRa网络支持大量的终端接入，每个网关可支持6000个终端的链接，小包化的传输模式优化了空口信令开销，减少无线资源占用，支持更多用户。

（2）低功耗，低成本设计。在终端侧，5Wh的电池可供终端使用10年，低带宽、低功耗和低速率给LoRa网络带来低成本优势。

（3）安全性较高。组建私有的LoRa网络，避免将数据传至公用网络，避免敏感数据的流出。

（4）使用成本低。LoRa工作在1GHz以下的频段（中国主要使用470-518MHz），无需申请即可进行网络的建设，故在应用时不需要额外支付通讯费用。

2 IoT技术在汽车物流中的应用

系统解决方案的架构图如图3所示。

图3 系统解决方案的架构图

2.1 存储环节

LoRa技术在汽车物流存储环节的应用如下：

1）出入库自动识别

在货物的包装上的安装LoRa终端采集器，通过在仓库中安装的LoRa网关，当LoRa网关获取到货物包装上的终端采集器进入网关信号覆盖范围内，自动形成货物的货物接收报告，实现自动化管理入库的目的。

2）货物的实时自动化盘点

通过实时采集仓库内的LoRa终端的数据，可以自动获取物品的数量、位置信息，进行自动化盘点货物，控制库存的合理性，避免破库存的Min及Max值，保证生产的安全性，提高仓储效率，降低库存的挤压导致的面积浪费。IoT大数据平台下发指令读取目标区域内网关接入的零件及包装数据，目标区域内的网关将实时的终端接入数据反馈给IoT大数据平台。

2.2 运输环节

1）运输监控

通过安装在运输卡车厢内LoRa网关与零件货物包装上的LoRa终端的信息传输，可实时对货物在运输过程中的位置进行跟踪，方便企业跟踪货物运输的过程。通过数据货物的运输位置监控，优化运输路线；通过卡车路线装载货物的数量统计，可记录卡车内的货物装载率，通过车辆的资源投入，降低运输的车次及运输费用。

2）环境监控

在LoRa终端中植入加速度及振动传感器，追踪卡车运输的速度、刹车情况、是否货物发生过倾翻，通过后台管理人员的及时介入，来确保货物的完好性，为记录驾驶行为及货物受损索赔提供有力的数据支持。同时，通过数据的监控可得知不同运输线路的实时路况，针对不同的路况可以指定不同的包装方案，降低包装防护实现费用的节省。

针对运输过程中有控制温湿度要求的零件，在终端中植入温湿度传感器，一旦存储环境的温湿度超过物品要求设定的阈值，系统会主动上报一条数据给到监控人员，收到指令后监控人员会立即采取有效措施尽快解决问题。

2.3 包装管理

1）包装监控跟踪

LoRa终端在脱离网关后，若长时间没有记录新的网关，LoRa终端将处于失联的状态。通过监控每个供应链节点的包装器具出入库情况，以及 LoRa终端的失联情况，便可得知包装在哪个环节发生了丢失，数据管理中心会自动生成提示信息发送给此环节的管理人员。

2）包装滞留时间监控

料箱在供应链的某一节点停留时间过长，称为呆滞料箱。通过监控料箱在每个节点的滞留时间，精准地找出停留时间过长的包装型号，减少包装的投入，提高料箱的使用周转率，降低包装投入数量。

3）包装器具智能调配

监控各家零部件供应商处的空料箱数量，对于出现料箱数量低于设定库存Min值的情况，系统主动的报警给包装器具管理人员，管理人员通过包装调配保证供应链的生产安全性。

3 系统测试比较与分析

为了解决物流环节中目前低效的业务场景，布置了小范围试点的应用场景，以检验LoRa技术获取数据的有效性及准确性，通过采集物流各环节的相关数据，包括：货物接收入库数据，盘点数据等。

3.1 存储环节

1）货物出入库自动识别数据比较

经过收集70 000个货物的入库数据，测试比较结果如图4所示。

图4 LoRa入库自动读取数据比较

从图4可以看出在第一个月测试样本数据的准确率较低，经过分析主要原因是算法的冗余数据导致了差异，调整了数据清洗的逻辑后出入库的准确率大幅度提升，后期数据的准确率达到了99%以上，说明LoRa技术在货物出入库中应用具有较高的自动读取准确率。

2）货物自动盘点数据

收集了3 300个盘点数据，测试比较结果见表1。

表1 LoRa盘点数据比较

从数据可以看到， LoRa 技术在仓库盘点的应用中具有较高的数据准确率，平均准确率达到了99.69%。

3.2 运输环节

通过比较五组卡车实际运输货物箱数与 LoRa读取箱数，可以看到LoRa数据读取准确率在90%以上，见表2。应用LoRa技术可以较好地获取卡车中装载货物的实际数量，为跟踪货物、计算卡车装载率提供了实时的数据。

表2 LoRa运输货物数据比较

3.3 包装管理

1）包装监控跟踪

通过IoT数据平台，可以实时获取整个供应链中各个环节上的包装器具数量，见表3。

表3 包装数量分布情况

同时，LoRa可以记录失联终端的数据，已确定终端失联的位置，为确定包装丢失地及丢失原因提供数据支撑，见表4。

表4 终端失联数据表

2）包装滞留时间监控

记录终端接入网关的时间，可以获取包装在此网关的滞留时间，可以获取呆滞的包装数据为优化包装器具投入与管理提供分析数据，见表5。

表5 包装滞留天数表

4 结语

根据测试结果，LoRa 无线技术在汽车零部件入厂物流中具有应用价值，结合LoRa技术本身所具有的远距离、低功耗、组网简单、低成本等特点，并结合业务实际应用场景可以实现：

（1）货物自动接收入账，大幅度提高收货入账的效率与准确率；

（2）实时获取相关区域的货物/料箱数量，实现物料、料箱自动盘点的功能，大幅度提高了盘点的准确性与及时性；

（3）在途货物的精准化、透明化管控，采集货物位置信息及环境数据，为物流供应链监控提供高效、快速的管理工具；

（4）包装器具精准化、透明化管理，精准化管控包装从生产、运作周转周期、退出报废的全过程状态，实现包装全生命周期管理。

结合本文的研究，LoRa技术在汽车零部件入厂物流环节中具有较高的应用价值及广阔的前景，为实现智能、敏捷、快速地绿色供应商提供了高效的采集技术，为业务流程的不断深化改善提供了数据基础。