基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)教學(xué)改革方式探索*

□ 姜 媛，王明明

(1.上海海洋大學(xué)，上海 201306；2.百互潤(rùn)貿(mào)易(上海)有限公司，上海 200041)

1 引言

為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，目前上海海洋大學(xué)工業(yè)工程與物流工程專業(yè)對(duì)培養(yǎng)方案做了較大的改變和拓展，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了更明確的布置和安排，以專業(yè)課程群為基礎(chǔ)，綜合廣泛的開展實(shí)踐教學(xué)。本文根據(jù)工業(yè)工程與物流工程專業(yè)設(shè)置，對(duì)利用物流綜合實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的設(shè)施設(shè)備等指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)際物流問題方案設(shè)計(jì)為例，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革模式。

2 指導(dǎo)內(nèi)容設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段培養(yǎng)方案中，設(shè)計(jì)了由淺入深、環(huán)環(huán)相扣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。從《專業(yè)導(dǎo)論》開始，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室中了解相關(guān)設(shè)備的基本知識(shí)?！段锪餮b備技術(shù)》課程中，對(duì)物流設(shè)備的使用和原理進(jìn)行講解。在實(shí)驗(yàn)開發(fā)和設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)增加探索性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,針對(duì)實(shí)際物流問題,設(shè)計(jì)總體解決方案,并實(shí)施總方案。同時(shí),還培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力、分析和解決實(shí)際問題的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作和組織能力等[1]。

自2013年開始設(shè)立了啤酒游戲，結(jié)合課堂學(xué)到的需求放大效應(yīng)等知識(shí)，建立真實(shí)的行業(yè)背景，使學(xué)生在真正的物流行業(yè)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，取得了較好的效果。促使學(xué)生養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，培養(yǎng)執(zhí)著的探索精神，激發(fā)持續(xù)的創(chuàng)新欲望，強(qiáng)化熟練的操作技能[2]。

同時(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)、參加相關(guān)競(jìng)賽時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生利用已有設(shè)備選題，使學(xué)生能更好的理解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和理論知識(shí)的結(jié)合。本研究利用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的立體傳送系統(tǒng)、射頻識(shí)別裝備等，指導(dǎo)學(xué)生開展基于物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)改造方案設(shè)計(jì)。

2.1 選題背景

在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生已具備一定的專業(yè)知識(shí)，并學(xué)會(huì)操作立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生對(duì)自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行分析，針對(duì)提出了結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的改進(jìn)方案，并開發(fā)了相關(guān)操作系統(tǒng)。

物流工程實(shí)驗(yàn)室內(nèi)立體傳送系統(tǒng)由立體倉(cāng)庫(kù)貨架、工控機(jī)、堆垛機(jī)控制系統(tǒng)、頂升平移機(jī)、入庫(kù)皮帶輸送機(jī)及各種傳動(dòng)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構(gòu)成。是固高科技旗下生產(chǎn)的封閉式系統(tǒng)。共有100個(gè)貨位，通過固高科技自主研發(fā)軟件的命令輸入能夠?qū)崿F(xiàn)貨物的出入庫(kù)功能，貨物的出入庫(kù)信息都必須手動(dòng)輸入，不具備防碰撞功能。

經(jīng)過分析，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有立體傳送系統(tǒng)主要存在如下問題：①在選擇貨位執(zhí)行出入庫(kù)操作時(shí)，軟件系統(tǒng)內(nèi)的貨位選擇沒有和貨架上的實(shí)際編碼完全一一對(duì)應(yīng)；②自帶的系統(tǒng)帶有庫(kù)存查詢功能，但只顯示貨位上是否存在貨物，不能體現(xiàn)出入庫(kù)貨物的詳細(xì)信息，隨后的操作人員無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)的盤點(diǎn)與核對(duì)；而且出入庫(kù)操作時(shí)也不會(huì)對(duì)貨位狀態(tài)進(jìn)行再次審核，可能造成空操作和碰撞問題；③執(zhí)行出庫(kù)操作時(shí)，必須在系統(tǒng)中重新再執(zhí)行一次任務(wù)，且對(duì)于貨位的占用情況沒有做判斷，即可能出現(xiàn)空位出庫(kù)和占位入庫(kù)的操作，可能會(huì)造成空操作和碰撞的問題；④不能夠追溯是操作執(zhí)行者，后續(xù)的責(zé)任追究無(wú)法執(zhí)行；⑤對(duì)于產(chǎn)品并沒有作分類處理，也沒有對(duì)貨物本身進(jìn)行編碼，可能造成入庫(kù)貨位選擇不合理，這也會(huì)給后續(xù)的出庫(kù)帶來(lái)麻煩。

方案中所有設(shè)計(jì)和需求分析都是基于立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)展開的，針對(duì)該立體傳送系統(tǒng)存在的問題而改進(jìn)，開發(fā)的軟件也是為了完善現(xiàn)有系統(tǒng)而建立的。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

該設(shè)計(jì)以自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)為依托，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)中的射頻識(shí)別技術(shù)、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的紅外感應(yīng)器，結(jié)合VB程序開發(fā)設(shè)計(jì)語(yǔ)言和SQL server數(shù)據(jù)庫(kù),建立運(yùn)行日志，對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、增添、剔除、更新處理以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息管理;進(jìn)行貨位與軟件管理系統(tǒng)的信息交換和通訊，接受上一級(jí)管理計(jì)算機(jī)的信息并能反饋相應(yīng)的信號(hào)，同時(shí)能夠接收并處理下位機(jī)發(fā)出的信息以實(shí)現(xiàn)通信功能；RFID設(shè)備實(shí)現(xiàn)貨物的智能存儲(chǔ)和存儲(chǔ)位置讀取的功能，使貨位的存儲(chǔ)處于高效和貨架受力基本均衡的狀態(tài)，即將有關(guān)產(chǎn)品和貨位的信息通過讀寫器、上位機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)三者的結(jié)合，成功導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并可以實(shí)時(shí)查詢、添加、刪除、修改等功能。

對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的改進(jìn)點(diǎn)分析后，對(duì)照這些改進(jìn)點(diǎn)進(jìn)行了硬件布置、功能設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，形成完整改進(jìn)方案。實(shí)現(xiàn)了入庫(kù)貨位編號(hào)嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)、每類產(chǎn)品為其提供特定產(chǎn)品號(hào)、利用RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品識(shí)別單位縮小至每件、產(chǎn)品相關(guān)信息更詳細(xì)、實(shí)現(xiàn)貨物防碰撞功能，并在系統(tǒng)中加強(qiáng)責(zé)任追溯和安全性提升。

2.3 方案實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過試驗(yàn)，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了包含讀標(biāo)簽、寫標(biāo)簽在內(nèi)的RFID系統(tǒng)信息采集功能，并利用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了入庫(kù)功能、出庫(kù)功能和防碰撞功能，解決了原有系統(tǒng)存在的需改進(jìn)點(diǎn)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)管理信息系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能包括：

①基本信息處理：對(duì)產(chǎn)品、用戶、收貨方、供應(yīng)商還有機(jī)械設(shè)備信息的存儲(chǔ)和更改。

②系統(tǒng)管理：為了防止系統(tǒng)損壞，數(shù)據(jù)丟失而存在的、能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行備份、還原和日記管理。

③入庫(kù)管理：對(duì)即將入庫(kù)的貨物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成記錄，并可以進(jìn)行查詢和修改。

④出庫(kù)管理：出庫(kù)后將出庫(kù)產(chǎn)品的信息錄入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

⑤在庫(kù)管理：對(duì)貨物進(jìn)行盤點(diǎn)和預(yù)警，確定產(chǎn)品實(shí)際數(shù)量與記錄是否有出入，若有出入，能夠及時(shí)向倉(cāng)管員反饋。

⑥數(shù)據(jù)查詢：對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的所有物質(zhì)(包括入庫(kù)、出庫(kù)和在庫(kù)的)生成的相關(guān)報(bào)表進(jìn)行管理，方便管理人員后續(xù)對(duì)相關(guān)信息的查詢。

通過軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的有效結(jié)合，提高倉(cāng)儲(chǔ)效率，減少不必要的錯(cuò)誤以及勞動(dòng)成本。利用RFID技術(shù)無(wú)需物理接觸就能實(shí)現(xiàn)信息采集，高效且出錯(cuò)率低的優(yōu)勢(shì)，大大提升立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的周轉(zhuǎn)效率和響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的信息采集、與系統(tǒng)間的通信和出入庫(kù)功能，并針對(duì)貨物的不同特性，進(jìn)行簡(jiǎn)單的貨位劃分，保證貨架的穩(wěn)定性和企業(yè)損失最小化。另外對(duì)防碰撞問題進(jìn)行了探討，實(shí)現(xiàn)貨位禁止二次入庫(kù)功能。

該設(shè)計(jì)在智能識(shí)別貨物存儲(chǔ)和位置信息讀取采集做了重點(diǎn)研究，旨在通過軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的有效結(jié)合，提高倉(cāng)儲(chǔ)效率，減少不必要的錯(cuò)誤以及勞動(dòng)力成本，大大提升立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的周轉(zhuǎn)效率和響應(yīng)速度。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何將物流綜合實(shí)驗(yàn)室設(shè)備高效的利用起來(lái)，一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要考慮的問題之一。有針對(duì)性和開放性的使用教具，才能發(fā)揮作用，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的價(jià)值，同時(shí)為學(xué)生的自由探究提供了空間，也可作為學(xué)生課后繼續(xù)探究的補(bǔ)充材料[3]。使學(xué)生有效、合理的利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以使學(xué)生在其中更好的學(xué)習(xí)知識(shí)，更好的學(xué)以致用，使理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)高效結(jié)合，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)物流工程復(fù)合型技術(shù)人才。