基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于牛鞭效應(yīng)的減弱

李艷青，秦秋莉

（北京交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 北京 100044）

基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于牛鞭效應(yīng)的減弱

李艷青，秦秋莉

（北京交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 北京 100044）

通過(guò)分析牛鞭效應(yīng)產(chǎn)生的原因，發(fā)現(xiàn)其妨礙供應(yīng)鏈高效運(yùn)作的瓶頸。針對(duì)這一問(wèn)題，構(gòu)建合理的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以及對(duì)應(yīng)的基于RFID技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，使連續(xù)性盤(pán)點(diǎn)策略的效率大大提高，將信息在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的滯后降到最低，從而有效地減弱了牛鞭效應(yīng)。

物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)；牛鞭效應(yīng)

1 引言

H.L.Lee是國(guó)外對(duì)于牛鞭效應(yīng)的成因研究最為深入的學(xué)者，他認(rèn)為牛鞭效應(yīng)是人的理性的、選擇最優(yōu)化決策后相互影響的結(jié)果[1]。指出導(dǎo)致牛鞭效應(yīng)的四個(gè)主要的原因是：需求信息的加工過(guò)程、限量供應(yīng)、批量訂貨方式和價(jià)格的波動(dòng)。并分別用模型給予了證明。

在國(guó)內(nèi)對(duì)于牛鞭效應(yīng)產(chǎn)生原因的分析歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：需求預(yù)測(cè)、批量訂貨、價(jià)格波動(dòng)、短期博弈。

同時(shí)還有一些新的研究成果：紀(jì)可華[2]認(rèn)為供應(yīng)鏈之所以會(huì)表現(xiàn)出牛鞭效應(yīng)是由于供應(yīng)鏈本身特有的結(jié)構(gòu)造成的。分析供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了三種供應(yīng)鏈的組織結(jié)構(gòu)。鄧樹(shù)明[3]從理論的角度論述了需求信息在供應(yīng)鏈管理中存在滯后的現(xiàn)象，并以企業(yè)調(diào)研的形式證明了需求信息傳遞滯后對(duì)于牛鞭效應(yīng)的影響客觀(guān)存在。該論文還對(duì)產(chǎn)生信息滯后的原因進(jìn)行了分析。

從信息技術(shù)角度對(duì)于牛鞭效應(yīng)的減弱措施的研究很多：Jose A.D.Machuca[4]指出電子數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（EDI）的實(shí)施能夠顯著的減弱牛鞭效應(yīng)。同時(shí)許多學(xué)者分別在供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)提出了各種信息系統(tǒng)諸如：專(zhuān)家系統(tǒng)、MRP、MRPⅡ、人工智能系統(tǒng)、CIM等。

通過(guò)對(duì)于以上文獻(xiàn)的總結(jié)可以知道：對(duì)于減弱信息滯后的解決方案比較少。在鄧樹(shù)明的論文中，針對(duì)減弱信息滯后的方案中，在改善庫(kù)存管理這一方面提出的有效措施是：降低總的庫(kù)存水平和實(shí)行連續(xù)性的盤(pán)點(diǎn)策略。而對(duì)于如何降低總的庫(kù)存水平和如何大范圍的實(shí)行連續(xù)性的盤(pán)點(diǎn)策略沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。針對(duì)這一點(diǎn),本文應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)理論設(shè)計(jì)了一套基于RFID技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)浪潮之后，世界信息產(chǎn)業(yè)界的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是由多項(xiàng)信息技術(shù)融合而成的新型技術(shù)體系?？梢哉J(rèn)為，“物聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Things）是指將各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼與二維碼設(shè)備、全球定位系統(tǒng)和其它基于物-物通信模式（M2M）的短距無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大智能網(wǎng)絡(luò)[5]。人與人之間的交流通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了，人與物體的溝通和對(duì)話(huà)將由物聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)物體與物體互相間的交互。

2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈可以細(xì)分為標(biāo)識(shí)、感知、處理和信息傳送四個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)分別為RFID、傳感器、智能芯片和電信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

⑴RFID。RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的高度自動(dòng)化信息和數(shù)據(jù)收集的綜合性技術(shù)。在具體應(yīng)用上，RFID具有很多的優(yōu)勢(shì)：①不受限制于視線(xiàn)。②視頻識(shí)別卡具有很強(qiáng)的讀寫(xiě)能力，同時(shí)很難進(jìn)行仿造和智能性很高。③完成識(shí)別工作時(shí)不需要人的干預(yù)。④可以對(duì)時(shí)速高達(dá)500km的正在移動(dòng)物進(jìn)行識(shí)別。⑤可以同時(shí)對(duì)多個(gè)射頻標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別。

（2）傳感器。傳感器就是一種能將物理量、化學(xué)量轉(zhuǎn)化成便于利用的信號(hào)的器件。

（3）智能芯片。智能芯片是具備人性化思維行為的智能電子器件。

（4）無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)[6]。

2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的建議，物聯(lián)網(wǎng)自底向上可以分為以下的過(guò)程[7]：

①感知：該層的主要作用是使用多種類(lèi)型的傳感器對(duì)物體的屬性、環(huán)境狀態(tài)、行為態(tài)勢(shì)等多種形態(tài)的信息進(jìn)行規(guī)?；?、分布式的信息提取與狀態(tài)的辨識(shí)，針對(duì)具體感知任務(wù)，常通過(guò)協(xié)同處理這一方式對(duì)多種類(lèi)、角度和尺度的信息實(shí)施在線(xiàn)計(jì)算與控制，同時(shí)通過(guò)合適的接入設(shè)備將提取的信息與網(wǎng)絡(luò)中的其它單元進(jìn)行信息的共享與交互。

②接入：該層的主要功能是將來(lái)自感知層的信息數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)中去，具體的過(guò)程是通過(guò)現(xiàn)有移動(dòng)供應(yīng)商提供的通信網(wǎng)（如GSM網(wǎng)、TINS網(wǎng)）、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WiFi）、衛(wèi)星網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)傳送。

③互聯(lián)網(wǎng)：該層的主要作用是以IPv6／IPv4以及后IP（Post-IP）為核心建立的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息資源整合成一個(gè)可以相互聯(lián)通的智能型網(wǎng)絡(luò)，從而建立起一個(gè)高效、可靠、可信的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)為上層服務(wù)管理和大規(guī)模行業(yè)應(yīng)用所用。

④服務(wù)管理：該層的主要功能是通過(guò)中心計(jì)算機(jī)群（具有超級(jí)計(jì)算能力），對(duì)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)拇罅啃畔?shí)施隨時(shí)的管理和控制，與此同時(shí)為上面的應(yīng)用層提供一個(gè)很好的用戶(hù)接口。

⑤應(yīng)用：該層的主要功能是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)底層功能的集成，構(gòu)建起面向各行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，如智能餐廳、智能交通、文物保護(hù)等。

2.2 信息滯后對(duì)于牛鞭效應(yīng)的影響

牛鞭效應(yīng)是供應(yīng)鏈管理中所特有的現(xiàn)象。所謂的牛鞭效應(yīng)就是隨著供應(yīng)鏈的下游向上游延伸，商品訂單量的波動(dòng)越來(lái)越大，如同抖動(dòng)的鞭子，波動(dòng)越來(lái)越大一樣[8]。

在供應(yīng)鏈信息中，需求信息是居于核心地位的信息。供應(yīng)鏈需求信息是指：關(guān)于下游對(duì)上游關(guān)于需求方面的各種信息。需求信息的最終來(lái)源是最終的消費(fèi)者。需求信息在傳遞的過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)單級(jí)和逐級(jí)傳遞的特征。這種特征就決定了需求信息的傳遞不可能是瞬間發(fā)生的事情。通常情況下，越是居于供應(yīng)鏈的上游于是最晚得到需求的信息。這就是需求信息的滯后效應(yīng)。信息滯后的時(shí)間可以分成三個(gè)部分：信息必須的間隔時(shí)間、加工信息的時(shí)間、傳遞信息的時(shí)間。

信息滯后可以從以下兩個(gè)方面影響到牛鞭效應(yīng)。

信息滯后對(duì)牛鞭效應(yīng)波動(dòng)的時(shí)間會(huì)產(chǎn)生影響：在沒(méi)有將信息滯后考慮進(jìn)牛鞭效應(yīng)之前，通常認(rèn)為上游和下游的波動(dòng)同時(shí)發(fā)生或是時(shí)間不明確。在考慮到信息滯后的存在之后，發(fā)現(xiàn)牛鞭效應(yīng)上游的波動(dòng)不但比下游大而且晚。

信息滯后對(duì)于牛鞭效應(yīng)的波動(dòng)幅度會(huì)產(chǎn)生影響：信息滯后會(huì)使牛鞭效應(yīng)的波動(dòng)幅度增大。信息滯后對(duì)于牛鞭效應(yīng)的波動(dòng)幅度產(chǎn)生影響是因?yàn)樾畔笥绊懙搅藳Q策信息的三個(gè)基本的需求：準(zhǔn)確性，信息滯后會(huì)使信息的準(zhǔn)確性降低。及時(shí)性，信息滯后會(huì)使信息的到達(dá)不及時(shí)，進(jìn)而引發(fā)決策的不及時(shí)。必需性，信息的滯后使得決策所必需的信息不能按時(shí)到達(dá)，這就影響到了信息的必需性。

導(dǎo)致需求信息滯后的影響因素主要有以下四個(gè)方面：需求信息的傳遞和處理、庫(kù)存的水平、庫(kù)存補(bǔ)充策略、需求的預(yù)測(cè)。

存貨補(bǔ)充策略有兩種。第一種是連續(xù)性補(bǔ)貨策略，第二種是周期性補(bǔ)貨策略。第一種指可以實(shí)時(shí)的盤(pán)點(diǎn)庫(kù)存，可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)是否應(yīng)該補(bǔ)貨，訂單發(fā)出及時(shí)；后者是每隔一定的時(shí)間才對(duì)存貨盤(pán)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)庫(kù)存較少就補(bǔ)充存貨，訂單發(fā)出比較晚。連續(xù)性補(bǔ)貨策略不會(huì)造成信息延遲，而周期性的補(bǔ)貨策略則會(huì)造成信息的延遲。因?yàn)樵谥芷谛匝a(bǔ)貨策略下，實(shí)際庫(kù)存已經(jīng)降到了安全庫(kù)存以下，但由于沒(méi)有到盤(pán)存的時(shí)間，這種情況不被發(fā)現(xiàn)，訂單就不會(huì)及時(shí)的向上游發(fā)出。

從影響牛鞭效應(yīng)的信息滯后這一原因出發(fā)，我們從解決引起信息滯后的因素入手就可以有效地減弱牛鞭效應(yīng)。本文就是從庫(kù)存補(bǔ)充策略這一原因入手減弱牛鞭效應(yīng)的。

3 基于RFID的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

連續(xù)性的補(bǔ)貨策略要比周期性的補(bǔ)給策略?xún)?yōu)越。但是在實(shí)際庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)中，連續(xù)性的補(bǔ)貨策略由于技術(shù)和成本限制，只是很少的特殊行業(yè)有能力的企業(yè)會(huì)實(shí)施。

造成這一現(xiàn)象的主要原因是：在傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理模式下，普遍存在庫(kù)存量大、資金和存貨周轉(zhuǎn)效率低、貨物跟蹤困難、人力成本高，在這種情況下實(shí)行連續(xù)性補(bǔ)貨的策略是不可行的。但是基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)則可以很好的解決這一問(wèn)題。

以RFID技術(shù)為核心的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)解決了產(chǎn)品在倉(cāng)庫(kù)中裝卸、處理和跟蹤過(guò)程中所需要信息獲取的高效和精確。通過(guò)將倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)與RFID技術(shù)結(jié)合，管理人員能高效完成各種倉(cāng)庫(kù)業(yè)務(wù)操作，如指定堆放區(qū)域、補(bǔ)貨、上架取貨等。管理人員通過(guò)RFID技術(shù)為核心的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)了解到產(chǎn)品的存放位置，有效地利用庫(kù)存空間，在提高了工作效率的同時(shí)也降低了庫(kù)存成本。由于RFID實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)錄入的自動(dòng)化，盤(pán)點(diǎn)時(shí)無(wú)需人工干預(yù)，可以減少大量的人力物力，使盤(pán)點(diǎn)非常的快速和準(zhǔn)確[8]。通過(guò)這樣一個(gè)基于RFID技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，可以使連續(xù)性補(bǔ)貨策略得以實(shí)施，從而降低了信息在倉(cāng)儲(chǔ)階段的滯后，使得牛鞭效應(yīng)得以減輕。

前面已經(jīng)提到了物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)包括感知層、接入層、互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)管理、應(yīng)用層這五個(gè)基本的層次。在本文的基于RFID技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中自底向上分別包括了手持讀寫(xiě)器和標(biāo)簽的感知層用來(lái)收集貨物的信息、公司采用的局部網(wǎng)用來(lái)將讀取到的信息傳到互聯(lián)網(wǎng)中?；ヂ?lián)網(wǎng)層、服務(wù)管理層主要功能就是將互聯(lián)網(wǎng)傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。最后一層就是應(yīng)用層。

該系統(tǒng)的RFID設(shè)備主要有固定讀寫(xiě)器、手持式讀寫(xiě)器、叉車(chē)讀寫(xiě)器和通道標(biāo)簽、貨架標(biāo)簽、托盤(pán)標(biāo)簽等。手持式讀寫(xiě)器通常情況下選擇超高頻多功能手持機(jī)讀寫(xiě)器。這種讀寫(xiě)器具備GSM/GPRS語(yǔ)音通訊和數(shù)據(jù)通訊、無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙功能，輸入/輸出支持RS—232和USB標(biāo)準(zhǔn)接口，支持TCP/IP接口協(xié)議，支持EPCClass l標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)管理層進(jìn)行信息交互或者通過(guò)員工卡間接與服務(wù)管理層系統(tǒng)進(jìn)行通信，界面交互性能好，實(shí)現(xiàn)盤(pán)點(diǎn)和揀選過(guò)程完全可視化、無(wú)紙化操作，實(shí)時(shí)提示和在線(xiàn)確認(rèn)盤(pán)點(diǎn)和揀選的結(jié)果。倉(cāng)庫(kù)的每個(gè)區(qū)域中包含許多個(gè)貨架，每個(gè)貨架上配有一張唯一的電子標(biāo)簽，用來(lái)記錄該貨架上貨物庫(kù)存信息。貨架標(biāo)簽上的信息在每次倉(cāng)儲(chǔ)操作后，由手持機(jī)設(shè)備刷新，并且接受該區(qū)域固定閱讀器的實(shí)時(shí)查詢(xún)?cè)O(shè)備刷新和查詢(xún)[9]。

庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)操作流程:下達(dá)和接受盤(pán)點(diǎn)指令，制定詳細(xì)盤(pán)點(diǎn)作業(yè)計(jì)劃;對(duì)要盤(pán)點(diǎn)的倉(cāng)庫(kù)、庫(kù)區(qū)進(jìn)行選擇;具體的實(shí)施情況是：操作員持手持設(shè)備進(jìn)入需要盤(pán)點(diǎn)的區(qū)域，以每個(gè)貨架為單位進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，手持設(shè)備讀取當(dāng)時(shí)的操作時(shí)間與狀態(tài)，連同區(qū)域編號(hào)、貨架標(biāo)簽編號(hào)和盤(pán)點(diǎn)信息，同時(shí)在其操作日志中保存。操作員將存在于手持設(shè)備上的盤(pán)點(diǎn)操作日志通過(guò)自己的員工卡上傳到后臺(tái)管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)的操作日志對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)制定盤(pán)點(diǎn)表，生成盤(pán)點(diǎn)清單。在倉(cāng)庫(kù)的工作人員定位到需要進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)貨位的同時(shí)，管理系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和固定讀寫(xiě)器對(duì)存儲(chǔ)在高層貨架標(biāo)簽上的信息進(jìn)行快速查詢(xún)，固定讀寫(xiě)器查詢(xún)到盤(pán)點(diǎn)數(shù)據(jù)又通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送到后臺(tái)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)處理，將獲取的最新盤(pán)點(diǎn)信息也就是庫(kù)存貨物的實(shí)際情況與原始庫(kù)存信息相比較，產(chǎn)生庫(kù)存量比對(duì)信息，當(dāng)貨物實(shí)際庫(kù)存量低于預(yù)設(shè)的貨物安全庫(kù)存量時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)提供預(yù)警;手持讀寫(xiě)器配合固定讀寫(xiě)器，能夠?qū)⒈P(pán)點(diǎn)誤差降至最低，從而使精確的單品級(jí)自動(dòng)化盤(pán)點(diǎn)管理以較低的成本和較高的效率得以實(shí)施。

4 結(jié)論

信息滯后對(duì)牛鞭效應(yīng)的波動(dòng)幅度和波動(dòng)時(shí)間都產(chǎn)生了影響，減弱信息滯后就會(huì)有效的減弱牛鞭效應(yīng)。在引起時(shí)間滯后的原因中，本文從倉(cāng)儲(chǔ)策略入手，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)理論，設(shè)計(jì)了一套基于RFID技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。使得連續(xù)性的補(bǔ)貨策略可以較為普遍的被應(yīng)用到庫(kù)存管理中。信息在庫(kù)存環(huán)節(jié)的滯后大大的縮短了，使得供應(yīng)鏈的流動(dòng)更加的順暢。信息從下游到上游的傳遞更加準(zhǔn)確、可靠、及時(shí)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到供應(yīng)鏈物流管理中，有效的減輕了牛鞭效應(yīng)，給物流的發(fā)展提供了有效的支持。由此可見(jiàn)物流網(wǎng)的應(yīng)用前景非常的廣闊。

[1]H L lee,V Padmanabhan,S Whang.Bullwhip effect in a supply chain[J]. Sloan Management Review,1997,38：93-102.

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Mitigation of Bullwhip Effect through the RFID-based Internet of Things

LI Yan-qing,QI NQiu-li
（School of Economics&Management,Beijing Jiaotong University,Beijing100044,China）

The causes for supply chain bullwhip effect are analyzed and the bottleneck restricting effective supply chain performance is exposed,as a countermeasure for which,a clear-targeted inter net of things system as well as a RFID-based intelligent ware housing system is established which greatly improves the efficiency of the continuous inventory strategy and reduces wares house information dwell time to the lowest,thus mitigating supply chain bullwhip effect.

internet of things;RFID;bullwhip effect

F252；TP391.4

A

1005-152X（2011）02-0032-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2011.02.011

2010-12-14

李艷青，北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院信息管理專(zhuān)業(yè)碩士；秦秋莉，北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院副教授，博士。