LoRa技術(shù)在汽車零部件物流中的應(yīng)用*

徐 俊 余建波

（同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海 201804）

在“工業(yè)4.0”及中國制造 2025大背景下，現(xiàn)有的傳統(tǒng)汽車零部件入廠物流正面臨著巨大的變革。而物聯(lián)網(wǎng)作為萬物互聯(lián)的新型技術(shù)正在蓬勃興起，其支持物聯(lián)終端與云端的信息互聯(lián)互通，通過數(shù)據(jù)采集與智能決策分析改善供應(yīng)鏈的整體效率[1-3]。

鄭建國提出了 NB-IoT技術(shù)在出入庫自動(dòng)識(shí)別及優(yōu)化倉儲(chǔ)環(huán)境中的應(yīng)用，在研究中介紹了在出入庫的物流窗口安裝自動(dòng)讀取設(shè)備，通過硬件及軟件的結(jié)合自動(dòng)生成產(chǎn)品的出入庫清單，并對貨物進(jìn)行自動(dòng)的分類指引貨物搬運(yùn)到指定的倉儲(chǔ)庫位[4]。通過自動(dòng)獲取物品的數(shù)量、位置信息，對產(chǎn)品進(jìn)行定期自動(dòng)的盤點(diǎn)優(yōu)化庫存，實(shí)現(xiàn)合理的庫存控制[5]。石國慶的研究中介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在貨物出貨過程中的應(yīng)用案例，貨物的出庫信息被自動(dòng)掃描記錄，并結(jié)合貨物的發(fā)貨地址及物品分類對貨物的出貨信息進(jìn)行校驗(yàn)，確保貨物的出庫準(zhǔn)確性[6]。劉嫻的研究中介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可采集到大量可靠的數(shù)據(jù)，提供了有力的技術(shù)手段[7]。

通過對當(dāng)前傳統(tǒng)汽車物流運(yùn)作的系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)獲取的及時(shí)性相對薄弱，零件及料箱管理效率普遍較低。結(jié)合以上行業(yè)業(yè)務(wù)痛點(diǎn)，結(jié)合最新的IoT低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化汽車零部件入廠物流業(yè)務(wù)流程，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與汽車物流業(yè)務(wù)流程相結(jié)合，提升供應(yīng)鏈管理的透明度與準(zhǔn)確度。

1 IoT技術(shù)

1.1 IoT技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)最近幾年在各行各業(yè)發(fā)展迅速。IoT技術(shù)包括：RFID、GPS、激光掃描等技術(shù),已在快遞物流的多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，通過在商品上粘貼二維碼標(biāo)簽和射頻標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)貨物的信息自動(dòng)識(shí)別、讀取、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等。

隨著低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的成熟與發(fā)展，LoRa、NB-IoT等有源通訊技術(shù)在工業(yè)級物流行業(yè)的應(yīng)用場景不斷拓展。本文基于LoRa技術(shù)在汽車物流供應(yīng)鏈中的應(yīng)用，LoRa硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 LoRa硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

具體技術(shù)，在循環(huán)包裝上安裝帶有LoRa功能的傳感器，在零部件供應(yīng)商、物流卡車、整車主機(jī)廠內(nèi)布置LoRa網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)布置圖如圖2所示。采集數(shù)據(jù)后通過采集點(diǎn)的LoRa無線通信技術(shù)將信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)中，并通過4G及以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀oT大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

圖2 LoRa網(wǎng)關(guān)布置圖

1.2 LoRa技術(shù)的優(yōu)勢

LoRa聚焦于低功耗覆蓋廣的應(yīng)用場景，具有覆蓋廣、連接多、成本相對低、功耗少、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)。LoRa通訊技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）大連接，接入能力增強(qiáng)。LoRa網(wǎng)絡(luò)支持大量的終端接入，每個(gè)網(wǎng)關(guān)可支持6000個(gè)終端的鏈接，小包化的傳輸模式優(yōu)化了空口信令開銷，減少無線資源占用，支持更多用戶。

（2）低功耗，低成本設(shè)計(jì)。在終端側(cè)，5Wh的電池可供終端使用10年，低帶寬、低功耗和低速率給LoRa網(wǎng)絡(luò)帶來低成本優(yōu)勢。

（3）安全性較高。組建私有的LoRa網(wǎng)絡(luò)，避免將數(shù)據(jù)傳至公用網(wǎng)絡(luò)，避免敏感數(shù)據(jù)的流出。

（4）使用成本低。LoRa工作在1GHz以下的頻段（中國主要使用470-518MHz），無需申請即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，故在應(yīng)用時(shí)不需要額外支付通訊費(fèi)用。

2 IoT技術(shù)在汽車物流中的應(yīng)用

系統(tǒng)解決方案的架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)解決方案的架構(gòu)圖

2.1 存儲(chǔ)環(huán)節(jié)

LoRa技術(shù)在汽車物流存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的應(yīng)用如下：

1）出入庫自動(dòng)識(shí)別

在貨物的包裝上的安裝LoRa終端采集器，通過在倉庫中安裝的LoRa網(wǎng)關(guān)，當(dāng)LoRa網(wǎng)關(guān)獲取到貨物包裝上的終端采集器進(jìn)入網(wǎng)關(guān)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，自動(dòng)形成貨物的貨物接收報(bào)告，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理入庫的目的。

2）貨物的實(shí)時(shí)自動(dòng)化盤點(diǎn)

通過實(shí)時(shí)采集倉庫內(nèi)的LoRa終端的數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)獲取物品的數(shù)量、位置信息，進(jìn)行自動(dòng)化盤點(diǎn)貨物，控制庫存的合理性，避免破庫存的Min及Max值，保證生產(chǎn)的安全性，提高倉儲(chǔ)效率，降低庫存的擠壓導(dǎo)致的面積浪費(fèi)。IoT大數(shù)據(jù)平臺(tái)下發(fā)指令讀取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)關(guān)接入的零件及包裝數(shù)據(jù)，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)關(guān)將實(shí)時(shí)的終端接入數(shù)據(jù)反饋給IoT大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

2.2 運(yùn)輸環(huán)節(jié)

1）運(yùn)輸監(jiān)控

通過安裝在運(yùn)輸卡車廂內(nèi)LoRa網(wǎng)關(guān)與零件貨物包裝上的LoRa終端的信息傳輸，可實(shí)時(shí)對貨物在運(yùn)輸過程中的位置進(jìn)行跟蹤，方便企業(yè)跟蹤貨物運(yùn)輸?shù)倪^程。通過數(shù)據(jù)貨物的運(yùn)輸位置監(jiān)控，優(yōu)化運(yùn)輸路線；通過卡車路線裝載貨物的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，可記錄卡車內(nèi)的貨物裝載率，通過車輛的資源投入，降低運(yùn)輸?shù)能嚧渭斑\(yùn)輸費(fèi)用。

2）環(huán)境監(jiān)控

在LoRa終端中植入加速度及振動(dòng)傳感器，追蹤卡車運(yùn)輸?shù)乃俣?、剎車情況、是否貨物發(fā)生過傾翻，通過后臺(tái)管理人員的及時(shí)介入，來確保貨物的完好性，為記錄駕駛行為及貨物受損索賠提供有力的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)的監(jiān)控可得知不同運(yùn)輸線路的實(shí)時(shí)路況，針對不同的路況可以指定不同的包裝方案，降低包裝防護(hù)實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的節(jié)省。

針對運(yùn)輸過程中有控制溫濕度要求的零件，在終端中植入溫濕度傳感器，一旦存儲(chǔ)環(huán)境的溫濕度超過物品要求設(shè)定的閾值，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)上報(bào)一條數(shù)據(jù)給到監(jiān)控人員，收到指令后監(jiān)控人員會(huì)立即采取有效措施盡快解決問題。

2.3 包裝管理

1）包裝監(jiān)控跟蹤

LoRa終端在脫離網(wǎng)關(guān)后，若長時(shí)間沒有記錄新的網(wǎng)關(guān)，LoRa終端將處于失聯(lián)的狀態(tài)。通過監(jiān)控每個(gè)供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的包裝器具出入庫情況，以及 LoRa終端的失聯(lián)情況，便可得知包裝在哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了丟失，數(shù)據(jù)管理中心會(huì)自動(dòng)生成提示信息發(fā)送給此環(huán)節(jié)的管理人員。

2）包裝滯留時(shí)間監(jiān)控

料箱在供應(yīng)鏈的某一節(jié)點(diǎn)停留時(shí)間過長，稱為呆滯料箱。通過監(jiān)控料箱在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的滯留時(shí)間，精準(zhǔn)地找出停留時(shí)間過長的包裝型號(hào)，減少包裝的投入，提高料箱的使用周轉(zhuǎn)率，降低包裝投入數(shù)量。

3）包裝器具智能調(diào)配

監(jiān)控各家零部件供應(yīng)商處的空料箱數(shù)量，對于出現(xiàn)料箱數(shù)量低于設(shè)定庫存Min值的情況，系統(tǒng)主動(dòng)的報(bào)警給包裝器具管理人員，管理人員通過包裝調(diào)配保證供應(yīng)鏈的生產(chǎn)安全性。

3 系統(tǒng)測試比較與分析

為了解決物流環(huán)節(jié)中目前低效的業(yè)務(wù)場景，布置了小范圍試點(diǎn)的應(yīng)用場景，以檢驗(yàn)LoRa技術(shù)獲取數(shù)據(jù)的有效性及準(zhǔn)確性，通過采集物流各環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括：貨物接收入庫數(shù)據(jù)，盤點(diǎn)數(shù)據(jù)等。

3.1 存儲(chǔ)環(huán)節(jié)

1）貨物出入庫自動(dòng)識(shí)別數(shù)據(jù)比較

經(jīng)過收集70 000個(gè)貨物的入庫數(shù)據(jù)，測試比較結(jié)果如圖4所示。

圖4 LoRa入庫自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)比較

從圖4可以看出在第一個(gè)月測試樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率較低，經(jīng)過分析主要原因是算法的冗余數(shù)據(jù)導(dǎo)致了差異，調(diào)整了數(shù)據(jù)清洗的邏輯后出入庫的準(zhǔn)確率大幅度提升，后期數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率達(dá)到了99%以上，說明LoRa技術(shù)在貨物出入庫中應(yīng)用具有較高的自動(dòng)讀取準(zhǔn)確率。

2）貨物自動(dòng)盤點(diǎn)數(shù)據(jù)

收集了3 300個(gè)盤點(diǎn)數(shù)據(jù)，測試比較結(jié)果見表1。

表1 LoRa盤點(diǎn)數(shù)據(jù)比較

從數(shù)據(jù)可以看到， LoRa 技術(shù)在倉庫盤點(diǎn)的應(yīng)用中具有較高的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率，平均準(zhǔn)確率達(dá)到了99.69%。

3.2 運(yùn)輸環(huán)節(jié)

通過比較五組卡車實(shí)際運(yùn)輸貨物箱數(shù)與 LoRa讀取箱數(shù)，可以看到LoRa數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確率在90%以上，見表2。應(yīng)用LoRa技術(shù)可以較好地獲取卡車中裝載貨物的實(shí)際數(shù)量，為跟蹤貨物、計(jì)算卡車裝載率提供了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。

表2 LoRa運(yùn)輸貨物數(shù)據(jù)比較

3.3 包裝管理

1）包裝監(jiān)控跟蹤

通過IoT數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)獲取整個(gè)供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)上的包裝器具數(shù)量，見表3。

表3 包裝數(shù)量分布情況

同時(shí)，LoRa可以記錄失聯(lián)終端的數(shù)據(jù)，已確定終端失聯(lián)的位置，為確定包裝丟失地及丟失原因提供數(shù)據(jù)支撐，見表4。

表4 終端失聯(lián)數(shù)據(jù)表

2）包裝滯留時(shí)間監(jiān)控

記錄終端接入網(wǎng)關(guān)的時(shí)間，可以獲取包裝在此網(wǎng)關(guān)的滯留時(shí)間，可以獲取呆滯的包裝數(shù)據(jù)為優(yōu)化包裝器具投入與管理提供分析數(shù)據(jù)，見表5。

表5 包裝滯留天數(shù)表

4 結(jié)語

根據(jù)測試結(jié)果，LoRa 無線技術(shù)在汽車零部件入廠物流中具有應(yīng)用價(jià)值，結(jié)合LoRa技術(shù)本身所具有的遠(yuǎn)距離、低功耗、組網(wǎng)簡單、低成本等特點(diǎn)，并結(jié)合業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用場景可以實(shí)現(xiàn)：

（1）貨物自動(dòng)接收入賬，大幅度提高收貨入賬的效率與準(zhǔn)確率；

（2）實(shí)時(shí)獲取相關(guān)區(qū)域的貨物/料箱數(shù)量，實(shí)現(xiàn)物料、料箱自動(dòng)盤點(diǎn)的功能，大幅度提高了盤點(diǎn)的準(zhǔn)確性與及時(shí)性；

（3）在途貨物的精準(zhǔn)化、透明化管控，采集貨物位置信息及環(huán)境數(shù)據(jù)，為物流供應(yīng)鏈監(jiān)控提供高效、快速的管理工具；

（4）包裝器具精準(zhǔn)化、透明化管理，精準(zhǔn)化管控包裝從生產(chǎn)、運(yùn)作周轉(zhuǎn)周期、退出報(bào)廢的全過程狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)包裝全生命周期管理。

結(jié)合本文的研究，LoRa技術(shù)在汽車零部件入廠物流環(huán)節(jié)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值及廣闊的前景，為實(shí)現(xiàn)智能、敏捷、快速地綠色供應(yīng)商提供了高效的采集技術(shù)，為業(yè)務(wù)流程的不斷深化改善提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。