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物联网技术在生鲜农产品供应链配送中的应用

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更多 作者:scmnews 发布于:2016-04-01 08:45
传统生鲜农产品物流配送存在数据采集效率低下、实时调度性差以及过程无法监控等一系列问题。为更好地提高生鲜农产品配送效率,降低生鲜农产品配送损失率,优化生鲜农产品整个物流环节,满足终端客户实时了解生鲜农产品物流过程的需要,文章将物联网技术这一先进管理手段应用于生鲜农产品配送,提出了一种新型的生鲜农产品配送方案。该方案设计的配送信息构架,可通过物联网综合处理各类数据信息,如射频识别电子标签中的生鲜农产品物资基本数据、传感器感知的环境数据、定位芯片处理的物资坐标信息等,方便配送中心对仓库、配送车辆、人员等进行预处理,可实现生鲜农产品配送各环节在时间上的无缝对接,能够显著提高配送效率,缩短配送时间,降低配送成本。文 / 韩俊德,杜其光 (天津大学管理与经济学部)
        一、引言

        为更好地贯彻落实李克强总理在政府工作报告中提出的“互联网+”行动计划,2015年5月商务部研究制定了《“互联网+流通”行动计划》。这是首个落实“互联网+”的专项行动计划,其目的在于加快互联网与流通产业深度融合,推动流通产业转型升级,创新服务民生方式,释放消费潜力。[ 1 ]这一计划主要面向广大农村,并提出了具体目标。同时,针对总理的报告,不少专家提出了“物联网+农业”的智慧农业发展方向,并预测该方向具有巨大的发展潜力,而农产品电商和农业物联网在五个方面应用明显,其中一个非常重要的方面就是农产品物流。在农产品物流研究中,生鲜农产品物流是十分重要的研究课题,本文对物联网技术应用于生鲜农产品配送的阶段进行研究,尝试解决生鲜农产品配送过程中存在的一些问题。

        1. 生鲜农产品配送

        生鲜农产品通常是指含水量高、保鲜期短、极易腐烂变质的果蔬、肉类及鲜活水产品。近年来,生鲜农产品产量逐年增长,特别是最近三年生鲜农产品总量每年都在11亿吨左右,超过了农产品总量的一半。配送是整个农产品供应链非常重要的组成部分,这是因为农业生产和流通对自然环境及农产品个体生命特征的依赖性很强,使得农产品配送较工业产品难度更大。而生鲜农产品配送难度尤其大,因其本身具有鲜活性、生产地域性、季节性等特点,加之蔬菜、水产品等鲜活农产品又是日常生活必需品,需求弹性较小,具有产地分散性和消费普遍性等特点,[2 ]与玉米、小麦等其他农产品配送相比,生鲜农产品配送具有对运输技术要求高、对物流时效要求高、对分拣包装要求高、检验项目复杂等特点。[ 3 ]“天津地产蔬菜物流标准化运作体系的构建研究”课题组对我国的一些重点生鲜农产品市场进行了深入调研,发现这些批发市场几乎没有高水平配送体系,没有检验检疫手段和设备,大多只是交易平台,分拣和流通加工过程比较粗放,生鲜农产品特别是叶菜类农产品在这一环节损失严重,几乎占到总损失的50%,按照这个比例计算,生鲜农产品仅配送环节的损失每年就要超过500亿千克。

        2. 物联网介绍

        1999年,美国麻省理工学院Auto-ID实验室的艾什顿(Ashton)教授提出了物联网(Internet ofThings)的概念,当时叫传感网。在2005年国际电信联盟(ITU)发布的报告中,这一定义和范围已经发生了变化,即发展成了现在真正意义上的物联网概念。物联网概念是在互联网概念基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,即在物与物之间进行信息交换和通信的一种网络概念。[ 4-5 ]物联网通过在物品上安装识别装置,通过无线处理设备,实时收发物品所有相关信息,实现完全的信息智能交互。当前,学术界比较认可的物联网定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定协议把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。[ 6 ]因此,一个物联网可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节,每个环节的关键技术分别为射频识别二维码、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。

        3. 相关研究现状和拟解决的问题

        在中国知网上,我们以“物联网+农产品”作为关键词,对核心期刊论文进行篇名搜索,截至2014年底,发现了十几篇相关论文,数量较少,但至少可以说明,已有学者对物联网在农产品管理中的应用进行了初步探索;接下来,我们以“物联网+配送”作为关键词,对核心期刊论文进行篇名搜索,只找到了很少的几篇文章,说明有关物联网技术在配送中应用的研究相对较少;进一步,我们以“物联网+生鲜农产品+配送”和“物联网+生鲜农产品配送”作为关键词进行篇名搜索,没有发现类似的文献,说明有关物联网在生鲜农产品配送中应用的研究几近于零。因此,考虑到相关研究的重要性,课题组在这方面进行了探索。

        课题组在走访调研及对调研数据进行整理分析时,发现了几个比较典型的问题:一是配送属于流通环节,不易监控,是假冒伪劣产品鱼目混珠的重要环节;二是现代化管理手段在农产品配送管理中应用较少,导致生鲜农产品配送效率低下,农产品流通过程浪费严重,成本居高不下,且生鲜农产品在这一环节腐烂变质严重,污染环境;三是作为连接上游生产和下游零售环节的重要纽带,配送环节信息管理的好坏直接影响着物流企业对生鲜农产品物流过程的监控,影响着用户能否方便快捷地追溯生鲜农产品来源。因此,本文引入物联网概念,尝试建立农产品配送环节的物联网构架以解决上述问题。

        二、生鲜农产品配送管理中的主要信息技术

        随着社会的不断进步,我国农业现代化水平也迅速提高,农产品物流取得长足发展,但由于生鲜农产品易腐烂、数量大、种植区域性等特点,对物流过程要求更加苛刻,尤其是物流过程中的重要一环——配送,传统物流方式很难适应人们对生鲜农产品的品质要求。随着物联网概念的提出,生鲜农产品配送信息化有了新的发展趋势,即向着自动化、网络化、智能化方向演进。这些物联网信息技术主要包括:配送过程追溯和跟踪技术、包装标识识别技术、信息交换和处理技术。[ 7 ]1. 配送过程追溯与跟踪技术

        主要包括两个方面,即农产品配送环节的追溯系统和物流跟踪技术。

        农产品追溯系统包括生产追溯、管理追溯两个部分,但配送环节的追溯主要涉及管理追溯的内容,是供应链管理追溯的研究内容。在农产品供应链管理中,把农产品初加工、仓储、库存以及供应商和客户的数据合并,用标准化的方法和统一的规范对农产品供需、仓储、库存、分销等物流过程进行全程管理。而农产品追溯体系的设计正是在供应链管理的基础之上发展来的,它遵循GS1条码规则,在分拣包装时给生鲜农产品贴上产品唯一码,将产品配送信息与下游供应链系统整合,使消费者可以在终端进行供应链全程追溯,包括产品信息、运输环境、流通环节等消费者关注的信息,一旦买到的产品有问题,即可迅速明确问题产生的根源,在一定程度上保障食品安全。

        物流跟踪技术主要指3S技术,这里的“3S”是全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、地理信息系统(Geographical Information System,GIS)、遥感技术(Remote Senescing,RS)三个词语的英文缩写。全球定位系统、地理信息系统、遥感技术与其他技术集成,可以很好地应用于农产品物流管理。例如,与全球移动通信技术(Global System forMobile Communication,GSM)集成,车辆可通过全球定位系统定位,可通过全球移动通信系统发送车辆位置、在途货物相关信息到管理监控中心,监控中心管理员可通过车载系统向驾驶员发送查询、控制及调度指令,实现对配送过程中生鲜农产品的实时监控;与射频识别技术集成,可应用于农产品配送管理系统,实现对物流车辆的集成化可视化管理。

        2. 包装标识识别技术

        包装识别技术是农产品追溯系统中的重要一环,主要通过数据载体——条码、二维码及射频识别标签,整合物流与信息流,以便配送过程各环节进行数据交换。二维码和射频识别技术是目前主流的农产品配送过程自动识别技术,该技术在生鲜农产品配送管理中的应用极大地提高了生鲜农产品配送管理中数据与信息采集的准确性和效率。

        条码和二维码是目前农产品配送管理过程中应用最广的自动识别技术,借助这种技术我们可以快速而准确地采集流通过程中的农产品信息。条码和二维码是农产品在基地或初级加工厂加工包装后,由生产线的管理及工作人员将产品配送信息输入系统后自动生成的,然后再将之打印出来贴在包装上。在产品配送过程中,通过读取设备扫描产品包装上的条码及二维码,能够迅速读取农产品所有的配送信息。这样就极大地提高了生鲜农产品配送管理的效率,降低了生鲜农产品配送过程中的运营成本。

        射频识别是近几年迅速发展起来的自动识别技术,与条码和二维码相比,它具有防水、耐高温、远距离读取、存储容量大、芯片可重复使用等优点。将全球定位与射频识别技术集成使用,对农产品进行动态跟踪,可实现在途货物信息收集和传输,实现实时监控和跟踪。当整车货物通过配送中心或物流站道口时,可以对整车产品进行信息收集,免去装卸过程,避免生鲜农产品装卸过程中的损失,与条形码技术相比,其信息收集效率又有了很大提高。

        3. 信息交换和处理技术

        (1)无线局域网技术。近几年,网络技术发展迅速,为农产品配送管理带来了极大的便利,物流信息系统通过网络技术将分散在不同地理位置的分支机构、供应商和客户联系起来,使得供应链上的节点信息可以实时交互和共享。无线局域网就是基于这一理念发展起来的,它与条码技术、移动终端技术相结合,应用于农产品物流管理,如电子标签拣选系统、无线终端拣选系统、自动拣选系统等,这些系统可对物流信息进行实时而准确的交换和处理,并将所储存数据与处理结果共享,使生鲜农产品在配送过程中可以更加便利地进行收发、盘点、分拣等工作。

        (2)电子数据交换技术。电子数据交换(Elec⁃tronic Data Interchange,EDI)是指商业合作伙伴间或自身各管理模块间,按照某种标准,在各自的数据终端对规范化、格式化的信息数据进行自动交换和处理,这项技术是农产品物流信息平台建立的基础。对农产品配送过程中每天收发的订单信息进行程序化处理,再通过电子数据交换技术将这些经过编译的交易数据规范化、格式化,然后汇总到数据库,各物流节点也按照同样的格式和规范对数据进行处理,然后进行网络数据共享。农产品种类繁多,品质不一,产地不同,如何高效而准确地进行信息交换和共享,是实现农产品高效配送管理的关键,因此农产品配送过程中的信息处理系统是农产品配送管理的核心与中枢神经。在生鲜农产品配送管理过程中,集成了条码(二维码)技术、射频识别技术、3S技术、电子数据交换技术、网络技术等,实现了物流、资金流、信息流的实时交互和共享,并且可对信息进行实时处理,大大提高了生鲜农产品配送管理水平,方便了用户,降低了社会成本。

        三、配送环节的网络结构

        1. 配送环节与前后各环节间的信息网络在农产品物流日常管理中,配送环节一般是上游与农产品加工企业和生鲜农产品基地相连,下游与销售终端相连,因此物联网的信息传递与交换也基于这种管理中的紧密联系而设计。通过物联网的信息平台,前后环节间的数据交换几乎并不占用宝贵的流通时间,同时政府部门和消费者也可很方便地进行监管和查询。[ 8 ]配送环节与农产品物流其他环节间的信息交换如图1所示。

        

图片:1.JPG



        图1 配送环节与农产品物流其他环节间的信息交换

        2. 配送环节内部功能间的信息网络

        生鲜农产品配送效率除需要配送中心与上游加工环节、下游销售环节进行信息共享和同步管理外,配送中心自身的入库、分拣、包装、出库、盘点等操作环节也同样需要信息共享,只有对每一个操作环节的信息做好记录,发布到数据平台上,才能对产品进行快速配送与质量溯源。[ 9 ]配送环节内部功能间的数据信息平台如图2所示,至于数据库所需的具体内容,接下来将专门进行解释。

        

图片:2.JPG


        图2 配送环节内部功能间的数据信息平台

        四、基于物联网的配送系统设计

        1. 系统框架

        根据物联网技术特征与农产品物流配送特点,设计农产品配送系统构架,[10 ]如图3所示。它主要包括数据采集、数据传输、配送管理三个环节。[ 11 ]其中,数据采集主要是通过传感器等无线感知设备获取农产品物流过程中的信息,便于对配送环节的管理;数据传输主要是借助通信网络等基础设施将信息传送到互联网上;配送管理主要是对互联网传输的相关数据进行实时的管理和控制。三个环节无缝衔接,构成了基于物联网的配送系统。

        

图片:3.JPG


        图3 基于物联网的农产品配送系统构架

        2. 系统功能设计

        (1)实时监控。这一功能主要是无线接收设备可以实时接收到全球定位系统的信号传输,并通过以太网将数据传输到配送数据库中心,配送中心管理端发出查询指令,即可定位被查询车辆位置、车辆状况、车内温度、湿度等信息,同时配合服务器中的地图,在地图中显示车辆位置。

        (2)过程追溯。对于射频识别信息,在农产品流通过程中,每经过一个环节,都会加载该环节信息,如企业名称、产品流通加工记录、产品检验数据、操作员姓名等,无论产品到达任何一个环节,配送中心都可在管理系统中进行查询并监管。

        (3)路径寻优。系统内配有地图软件和路径优化软件,配送中心在地图上标注订货客户的地点,由系统根据订货量与路径长短,自动计算最优路径。配送车辆在城市进行配送的过程中,系统可实时监控车辆所在的地点和车上的货物量,车辆一旦发现原路径拥堵严重,可及时向管理中心反馈,中心可通过路径优化系统重新安排车辆剩余部分的行驶路线。另外,一旦原订单客户在车辆出发后对订货量进行调整,管理中心也可及时通知该配送车辆,同时对所有配送车辆的运行路线进行重新规划并发出指令,以达到总体配送路径最优。[ 12 ](4)数据管理。传统的物流配送过程由于不能实时操作,一般采取以下处理方式:一是分批配送,配送中心对每天的订货进行一到两次统计,根据统计结果分批安排发货,不能实时根据客户要求进行调整;二是对于突发配送任务,要进行特殊处理,如利用专门的车辆进行配送等。对于物联网配送系统,其数据传输、统计、分析、管理等都是实时的。例如,车辆出发后又有新订单或原订单有变化时,中心可随时通知在途车辆进行调整,从总体上分配所有已经出发的车辆,及时根据车辆位置和订单变化调整配送路线与未出发车辆配载,实现整体配送效率最高,成本最低。配送车辆在货物送达并签收后,会通过车辆配载的终端配送信息采集系统将到货签收通知实时传到总部,客户一旦完成签收,总部的订单状态就会由配送自动修改为配送完成,并对产品配送批次、零售客户签收批次、客户信息等进行同步修正,使产品生产加工、配送、零售的所有信息数据对应起来。

        3. 系统数据库

        配送中心一般靠近城市,通常是规模化采购,并根据消费地点的客户订单进行分拣和零散配送。另外,农产品生产受气候、地理位置等自然条件限制,一般其产地和初级加工厂距离配送中心较远,在途物流时间较长,运输过程中可能会导致产品变质,因此入库前需要经过严格的检测,为达到前面设计的系统功能,配送环节的数据库应包括配送中心信息、中心工作人员信息、农产品检测信息、配送环节追溯信息四个部分,具体数据项目参见表1。

        表1 农产品配送中心数据库的数据项目
        

图片:4.JPG



        当然,对系统数据库而言,这些信息是最基本的,我们还可根据具体的企业、行业等对数据进行修正,以达到促使系统更有效运行的目的。

        五、基于物联网的配送系统应用

        具体实践中,为完成整个生鲜农产品物流配送,基于物联网的配送系统主要包括如下几个子系统:

        1.智能包装子系统

        生鲜农产品在实际流通过程中,长距离运输多数情况下并不采用小包装运输。这是因为,即使采用小包装,经过长距离运输后也会产生腐烂变质的枝叶,到达物流节点时仍然需要重新清理,所以长距离运输大多采用比较粗犷的包装,甚至没有包装。这样,配送环节的流通加工和包装对物流效率和产品品质的影响就显得尤为重要了。智能包装是指在包装上嵌入自动读取和存储数据的芯片,以便实时存储包装物内与产品内容、品质、运输及销售过程有关的信息,利用物联网技术在配送节点高效地进行数据交换,从而达到提高物流效率的目的。

        2.智能流通加工子系统

        流通加工环节是在配送节点对生鲜农产品进行辅助性加工生产,以提高效率,提高资源使用率,方便用户和促进销售,同时也可提高产品的附加值和配送环节操作的便利性。这项工作主要是品种的组合、黄叶及腐烂部分的处理、清洗、标识制作、称重等,同时配合智能化包装,方便配送管理。

        3.智能装卸搬运子系统

        配送环节的装卸和搬运效率直接影响着整个配送环节的效率。这个环节主要包括装车、卸车、移送、堆垛、出入库等操作,根据生鲜农产品类别和装卸搬运要求,其智能装卸系统主要由输送系统、智能搬运车、控制系统、通信系统等部分组成。

        4.智能仓储管理子系统

        智能仓储管理与传统仓储的不同之处在于,传统仓储以储存为主要工作内容,而智能化仓储是通过现代化技术,结合库存理论,来实现合理高效的仓储服务,解决生产与消费节奏不一致的问题,减少浪费并保障物流的及时性。在物联网技术下,智能仓储可以做到准确而实时地记录并保存库存信息,自动分配货位,实时盘点库存,实时查询产品位置,汇总各类库存信息,并且可以统计各品类产品的出入库数量和信息,对生鲜农产品需求的季节性和周期性进行预测等。

        5.智能分拣子系统

        智能分拣系统是配送中心根据顾客订单要求或配送计划,迅速、准确地将商品从其储位或其他区位拣取出来,并按照一定的方式进行分类与集中的作业过程。自动分拣机一般由输送机械部分、电器自动控制部分、计算机信息系统联网组合而成。它可以根据用户要求及场地情况,根据订单对产品种类、数量、出库时间、用户、地名等进行自动分拣、装箱、封箱等连续作业。智能分拣系统不受气候、时间、人的体力等限制,可以连续运行。同时,智能分拣系统单位时间内分拣件数多,且误差率极低。分拣误差率的高低主要取决于所输入分拣信息的准确性,如果采用人工键盘或语音识别方式输入,误差率在3%左右;如果采用条形码扫描输入,除非条形码印刷本身存在差错,否则不会出现差错。因此,目前智能分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。分拣作业基本可实现无人化,建立智能分拣系统的目的之一就是减少人员的使用,降低人员的劳动强度,提高人员的工作效率。

        6.智能产品可追溯子系统

        它以产品追溯码为信息传递工具,以追溯标签为表现形式,以查询系统为服务手段,实现对生鲜农产品原料来源、流通加工、仓储及零售各环节的全程监控,并对追溯信息进行整理、分析、评估、预警,完善生鲜农产品流通过程质量安全监管体系。配送是整个物流过程中非常重要的一环,对生鲜农产品全产业链的追溯是保障配送环节生鲜农产品质量的基础,可保障对配送环节信息的全面收集,保障配送环节的可监管性,使配送环节信息更加透明,使生鲜农产品配送行业更加规范。[ 13 ]上述几个子模块的有机结合,使物联网技术在生鲜农产品配送中得以实现,推动了生鲜农产品配送的自动化和智能化。物联网配送系统的应用始于生鲜农产品由生产基地和初级加工厂发货的那一刻,尽管货物还没有到达配送中心,但此时配送中心已经可以实时接收到产品在途的一些信息,如气候、温度、车辆状况等,便于配送中心提前安排人员、物资与仓储场地。货物到达配送中心之前,检验人员就已经对产品数量、品种、来源、在途情况等有了一个详细的了解,并对检验所需的设备、材料等进行了准备,货物一旦到达即可马上进行产品检验,并通过扫描产品的射频识别电子标签,记录检测指标和检验结果,根据系统提示判断是否合格,进而安排入库或退货。产品入库、出库、调拨、移库、越库、盘点等各环节操作都是通过射频识别电子标签和传感器进行自动化整批采集的,不需要对单个产品进行扫描,可确保配送中心各环节数据输入的高效性和准确性,大大缩短生鲜农产品配送环节的物流时间,同时确保企业及时、准确地掌握真实库存数据,帮助配送中心合理安排进货并控制库存。

        六、结论

        物联网技术这一最先进管理手段在生鲜农产品配送中的应用,可大大改善生鲜农产品配送现状,提高生鲜农产品配送效率,降低生鲜农产品配送损失率,同时可对整个生鲜农产品物流过程进行优化。另外,终端客户可实时了解生鲜农产品整个物流过程,很好地阻止假冒伪劣农产品在配送环节进入农产品市场,从根本上解决我们在实际调研中发现的问题。

[作者简介]韩俊德(1976—),男,河北省阜城县人,天津大学管理与经济学部博士后,天津农学院管理学院教师,主要研究方向为农产品物流;杜其光(1982—),男,山东省青岛市人,天津大学博士,天津农学院管理学院教师,主要研究方向为物流供应链管理、生产运营管理。

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