2.2　智慧物流系统的机理与架构

2.2.1　智慧物流系统的智能机理

智慧物流系统将物联网、传感网与现有的互联网整合起来，通过智能获取、智能传递、智能处理、智能利用实现对物流全过程的精细、动态、科学的管理，最终实现智慧化决策与运行的目标。

1．智能获取

智能获取技术主要有条形码技术、传感器技术、射频识别技术、卫星定位技术、视频技术、图像识别技术、文字识别技术、语音识别技术、机器人视觉技术等，这些技术目前已在智慧物流系统中得到广泛应用。智能获取技术能够使物流从被动走向主动，实现物流过程中的主动获取信息，主动监控车辆与货物，主动分析信息，使商品从源头开始被实时跟踪与管理，实现信息流快于实物流。

2．智能传递

智能传递技术用于实现企业内部、外部的数据传递功能。智慧物流的发展趋势是实现整个供应链管理的一体化、柔性化，这离不开数据的交换与传递。智慧物流系统的智能传递技术主要包括通信基础网络、智慧物流信息网络两个方面。通信基础网络的智能传递技术主要是智能网技术、智能化网络管理与控制技术及智能网络信息搜索技术等智能通信技术，采用智能Agent技术及计算智能技术（如神经网络、遗传算法、蚁群算法等）进行网络的优化管理与实时控制，如QoS路由优化等。在面向服务的架构（service-oriented architecture, SOA）技术环境下，智慧物流信息网络的智能传递技术主要是基于Web Service的物流信息服务搜索与发现技术、物流信息服务组合技术、消息中间件技术等。

3．智能处理

智慧物流系统的智能化水平在很大程度上取决于它代替或部分代替人进行决策的能力。而智能处理技术是智能物流系统进行“决策”的核心技术。通过对大数据进行分析与处理，建立优化、预测、评价、诊断、数据挖掘模型，为企业和政府的物流决策提供支持。这方面的技术主要有系统优化、系统预测、系统诊断、大数据技术、专家系统、数据挖掘、智能决策支持系统、计算智能技术、智能体技术等。

4．智能利用

智能利用主要体现在两个方面。①智慧物流系统是一个人机系统，人是智慧物流系统的重要组成部分，在智能处理的基础上，物流管理人员基于决策支持信息，作用于物流系统，体现的是人的智能。②物流自动控制。智能控制技术是将智能理论应用于控制技术而不断发展起来的一种新型控制技术，它主要用来解决那些用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题，通常这些控制问题具有复杂性、随机性、模糊性等特点，利用数学方法难以精确描述。智能控制技术目前主要有模糊控制技术、神经网络控制技术、学习控制技术、专家控制技术等。目前，智能控制技术在智慧物流系统中的应用还比较少。Allen和Helferich的研究表明，人工智能在物流领域的105项应用中，只有5项与控制有关。虽然目前应用偏少，但随着社会经济的发展，物流系统中的控制问题，如物流作业领域中的物流设备的监控、自动搬运机器人、自动分拣机器人、自动化仓库的计算机控制等将变得越来越复杂，并且这些问题解决得好坏将极大地影响系统的效率和反应速度。

2.2.2　智慧物流系统的技术架构

智慧物流系统是基于物联网技术在物流业的应用而被提出的，根据物联网技术架构，智慧物流系统也有三层技术架构，如图2-1所示。

1．感知层

感知层是智慧物流系统的“神经末梢”，是智慧物流系统实现对货物感知的基础，是智慧物流的起点。其主要作用在于识别物体、采集信息。感知层通过多种感知技术实现对物品的感知，常用的感知技术有：条形码自动识别技术、RFID感知技术、GPS移动感知技术、传感器感知技术、红外感知技术、语音感知技术、机器视觉感知技术、无线传感网技术等。所有能够用于物品感知的各类技术都可以在物流系统中得到应用，具体应用中需要平衡系统需求与技术成本等因素。

2．网络层

网络层是智慧物流的神经网络与虚拟空间，主要由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、传感网等组成，用于链接智慧物流系统的“神经末梢”与“神经中枢”，并实现多个“神经中枢”之间的信息交互。具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等，并利用大数据、云计算、人工智能等技术分析处理感知信息，产生决策指令，再通过感知通信技术向执行系统下达指令。

3．应用层

应用层是智慧物流系统的“神经中枢”，是用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它充分利用平台层数据，与行业需求相结合，实现物流的智能应用，具有物流作业、物流管理与控制、物流决策支持三个功能。

（1）物流作业：通过物流感知，实现物流自动化作业，如自动化立体仓库、货物自动分拣、仓库自动通风等。

（2）物流管理与控制：通过物流感知，以及与其他信息应用系统之间的互联，实现物流的可视化跟踪与预警，实现物流全过程的有效管控。

（3）物流决策支持：通过数据的集聚，建立数据中心，运用大数据处理技术，对物流进行优化、预测、诊断、评价、分类、聚类、影响分析、关联规则分析、回归分析等，为物流运营提供决策支持。

2.2.3　智慧物流系统的神经系统

智慧物流系统的神经系统自上而下体现在三个层面：智慧化平台、数字化运营、智能化作业（图2-2）。形象地说，如果把智慧物流看作“人”，智慧化平台就是“大脑”，数字化运营就是“中枢”，智能化作业就是“四肢”。“大脑”负责开放整合、共享协同，通过综合市场关系、商业模式、技术创新等因素进行全局性的战略规划与决策，输出行业解决方案，统筹协同各参与方；“中枢”负责串联调度，依托云化的信息系统和智能算法，连接、调度各参与方进行分工协作；“四肢”负责作业执行，依托互联互通、自主控制的智能设施设备，实现物流作业高效率、低成本。

1．智慧化平台

随着商品交易品类越来越多，物流交付时效要求越来越高，物流服务范围越来越广，物流网络布局及供应链上下游的协同面临巨大挑战，这迫切需要依托智慧化平台，通过数据驱动网络的智慧布局，实现上下游协同和共赢。

1）数据驱动，智慧布局

网络布局是一个多目标决策问题，需要统筹兼顾覆盖范围、库存成本、运营成本、交付时效等指标。智慧化物流平台采用大数据及模拟仿真等技术来研究确定如何实现最优的仓储、运输、配送网络布局的能力，基于历史运营数据及预测数据的建模分析、求解与仿真运行，更加科学、合理地确定每类商品的库存部署，以及每个分拣中心、配送站的选址和产能大小等一系列相关联的问题，显著提高了决策的效率与效果。

2）开放协同，增值共赢

当前，我国物流业信息化程度整体不高，物流业各方的协同成本仍然过高。全国7000万家中小企业和个体工商户之间缺乏信息互联互通，“信息孤岛”现象突出。供求信息不匹配，信息交换不顺畅，供应链传导不及时，势必增加企业成本、降低效率，严重影响服务质量。只有打通信息联通的渠道，推进信息开放共享，智慧物流才具备成长的基础。未来将统一行业标准、共享基础数据，基于大数据分析洞察各行业、各环节的物流运行规律，形成最佳实践，明确各参与方在智慧物流体系中最适合承担的角色。在此基础上，上下游各方在销售计划、预测等层面进行共享，指导生产、物流等各环节的运营，实现供应链的深度协同。

案例：智慧化物流平台——菜鸟联盟

2016年3月，菜鸟网络联合多家快递企业成立“菜鸟联盟”，运用大数据赋能合作伙伴，为消费者提供当日达、次日达等高效的快递服务；9月，菜鸟网络联合网商银行，正式上线物流供应链金融产品，从销售端向生产端延伸，从物流业向金融业拓展，通过大数据算法，打通了存货与销售的授信，真正实现了全链路覆盖的金融解决方案。

2018菜鸟全球智慧物流峰会于2018年5月31日在杭州举行，马云临时决定到现场做了一个主旨发言。在发言中，马云设想，智慧物流的发展在未来将使得早上在挪威捕的三文鱼到晚上就能运达杭州。具体而言，阿里巴巴和菜鸟将投资上千亿元建设国家智能物流骨干网，这个网络将沿着“一带一路”让包裹在72h之内全球必达，在中国任何一个地方做到24h必达。

在国家智能物流骨干网络的建设中，菜鸟扮演的更多的是一个赋能者的角色，主要任务是创造出更多赋能整个物流行业的产品和技术，帮助菜鸟平台上的所有物流公司完成数字化转型，进而让整个物流行业的效率发生本质变化。

马云5月31日也表示，“以前我讲过，阿里巴巴不会自己做快递服务，但我们会支持快递服务。阿里巴巴必须有一个物流的框架思考，必须为全国乃至全世界的物流行业的提升做别人不愿做、做不到的事情。这就是菜鸟要打造的。菜鸟如果有一天能成功，肯定不是简单做物流，而是建立物流网络。”

过去几年，围绕快递、仓配、国际、末端、农村五张物流网络，菜鸟已经进行了大量的投资布局。中国电子商务研究中心相关研究报告显示，阿里巴巴和菜鸟网络在快递领域已经投资了圆通、百世、苏宁物流+天天快递、全峰等；即时配送领域投资了饿了么、点我达等；落地配送领域投资了万象物流、晟邦物流等；车货匹配领域投资了运满满等；仓储自动化领域投资了心怡科技、快仓、北领科技等；智能快递柜领域投资了中邮速递易；家居物流领域投资了日日顺；国际物流领域投资了新加坡邮政；跨境物流领域投资了递四方。

正是由于这些投资，让菜鸟构建了一个巨大的、高效的物流管理平台，实现物流从大型区域仓到城市仓，再到大型商超和万千小店的快速配送，打通了物流的最后一公里，重塑了“一盘货”供应链，实现了新物流驱动新零售创新。

资料来源：作者根据相关资料整理

2．数字化运营

物流需求正在变得更加多样化、个性化，通过数字化技术，在横向的仓储、运输、配送等业务全流程，纵向的决策、计划、执行、监控、反馈的运营全过程中，根据实时需求进行动态化决策，根据具有自学习、自适应能力的运营规则进行自主管理，并在信息系统中落地实现。数字化运营的技术要求为：动态决策，自主管理；软化灵动，智能调度。

案例：7-Eleven采用信息采集+供应链管理成就霸主地位

在互联网无情冲击实体店的今天，具有44年历史的7-Eleven一直保持着强劲的增长。因为对数据天然敏感，铃木创造出著名的7-Eleven数据驱动的单品管理模式和基于数据分析的“假设——执行——验证”的工作模式。即日复一日地对每个单品进行假设和验证，在门店备足顾客所需的畅销品，剔除滞销品，提高订货准确度。比如，每天看数据经营和数据分析：什么样的商品销量不高，利润又不高，必须立刻拿掉；什么样的商品销量高，利润又高，就加大部署；什么样的商品虽然销量不高，但是利润很高，属于利润型产品；什么样的商品利润不高，但是销量很高，属于导流型产品。每一款产品都有它强大的功能，用这种方式把每一平米的绩效都做到极致。一品一功能，一品一市场，一品一客户。

7-Eleven还是日本首家引入POS信息系统的公司。POS系统的引入，也让7-Eleven在整体把控产品动态、平衡收支情况等方面做得比同行好得多。很多人理解的信息系统只是一套管理软件。但实际上，在整个链条中，这套信息系统打通了从终端门店到上游厂商的每一个环节。所有的加盟店都被信息系统所覆盖，没有中间环节，采购直接对接厂商，没有任何加价。如此一来，便实现了整个供应链体系的最强竞争力。信息系统的覆盖不仅可以提升效率，也有利于获取大数据信息，提升整体经营效益。例如，7-Eleven门店人员会将来店消费者特征输入到POS机中，建立消费者数据库，作为日后调整经营策略、进行商品开发的参考数据。

秉承着为顾客在“需要的时间”提供“需要的数量”的“需要的商品”这一目标，7-Eleven在数字化和信息化方面进行了持续的投入，以便在各个环节（订货、商品政策、物流等）中能够进行支援。与网络化供应链模式类似，7-Eleven通过专用的硬件和软件构建了以数据中心进行数据交互和整合的信息系统，将门店、供应商、共配中心、总部等各个节点进行链接。

由于7-Eleven数字化体系的支持，店铺可以按照自己的销售状况直接订货，有效防止了店铺和共配中心的库存过度积压；同时将店铺的订货、销售数据用于独创的商品开发流程和物流配送流程。

7-Eleven没有构建自有的物流中心，而是通过与既存批发商的合作关系，针对不同类型的商品，进行分类多次小规模配送。通过共同配送（多个厂商的商品由1台配送车辆配送），把单店铺70次左右的配送车次减少到9次。

精细化的管理机制、数据化的后台支撑、强大的物流体系和供应链能力、以用户思维开发商品、用共享思维打造利益共同体等，是7-Eleven成功的关键所在。

资料来源：日本和中国便利店企业数字化运营探索[Z/OL]．[2017-09-01].http://blog.sina.cn/s/blog.557ac8690102xfky.html.

3．智能化作业

智能化作业的核心是依托一系列互联互通、自主控制的智能设施设备，在WMS（仓储管理系统）、WCS（仓储控制系统）、TMS（运输管理系统）等业务运作系统的智能调度下，实现仓储、运输、配送环节各项作业的智能化执行，在满足客户需求的前提下，实现物流作业高效率、低成本。由于商品属性差异很大，物流企业要结合自身的实际情况，选择最适合的智能化作业实现方式。

图2-3显示的是德国海蒂诗物流中心的智能化仓储作业模块。目前基于多层穿梭车技术的货到人拣选已经实现，未来将会应用拣选效率更高的货到机器人拣选方式，以及取货+拣选一体化的机器人拣选方式。

图2-4所示为该中心的智能化运输与配送作业模块。目前，运输、分拣和派送环节的辅助驾驶、编队运输、自动化及机器人分拣、智能终端已经实现应用。随着购物场景的碎片化以及交付地点的动态化，未来在实现无人化作业的同时，会基于实时定位的应用，在消费者日常的某个动态节点实现交付，与消费者的工作和生活完美融合。

2.2.4　智慧物流系统的业务体系

智慧物流系统是对传统物流系统的改良，是对传统信息平台的更新换代。在技术定位上，采用云计算、物联网、三网融合等新一代信息技术打造的智慧物流体系的物流平台。

传统物流业务体系如图2-5所示。

基于物联网的智慧物流业务体系框架如图2-6所示。

从物流业务体系框架可以看出智慧物流与传统物流的区别。智慧物流主要通过在各个业务层次运用先进的信息化技术、设备，并进行有效的物流信息获取、传递、处理、控制和展示，提高整个系统的智能化水平，从而提高整个系统的运行效率。下面简单介绍一下智慧物流业务体系框架中的物流感知层和核心业务层。

1．物流感知层

射频识别（RFID）技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术为感知层的关键技术。射频识别系统通常由电子标签和阅读器组成。电子标签内存有一定格式的标示物体信息的电子数据，是未来几年代替条形码走进物联网时代的关键技术之一。该技术具有一定的优势：能够轻易嵌入或附着，并对所附着的物体进行追踪定位；读取距离更远，存取数据时间更短；标签的数据存取有密码保护，安全性更高。RFID目前有很多频段，目前最为常见的频段主要集中在13.56MHz频段和900MHz频段。短距离应用方面通常采用13.56MHz HF频段；而900MHz频段多用于远距离识别，如车辆管理、产品防伪等领域。阅读器与电子标签可按通信协议互传信息，即阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据命令将内存的标志性数据回传给阅读器。

RFID技术与互联网、通信等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。但其技术发展过程中也遇到了一些问题，主要是芯片成本，其他方面如RFID防碰撞、防冲突、RFID天线研究、工作频率的选择及安全隐私等问题，也一定程度上制约了该技术的发展。

传感技术、计算机技术与通信技术被称为信息技术的三大支柱。传感技术作为信息技术三大支柱之一，主要是关于如何从自然信息源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。传感技术的核心即传感器，它是实现物联网中物与物、物与人信息交互的必要组成部分。目前无线传感器网络的大部分应用集中在简单、低复杂度的信息获取上，只能获取和处理物理世界的标量信息。然而这些标量信息无法刻画丰富多彩的物理世界，难以实现真正意义上的人与物理世界的沟通。为了克服这一缺陷，既能获取标量信息，又能获取视频、音频和图像等矢量信息的无线多媒体传感器网络应运而生。作为一种全新的信息获取和处理技术，无线多媒体传感器网络利用压缩、识别、融合和重建等多种方法来处理信息，以满足无线多媒体传感器网络多样化应用的需求。

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户应用程序4个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

2．核心业务层

1）智能运输

智能运输是指根据物联网感知到的货物信息、物流环境信息、基础设施信息、设备信息确定运输路线和运输时间的运输方式。智能运输在物流中的应用主要集中在运输管理和车／货集中动态控制两方面，可实现实时运输路线追踪、货物在途状态控制和自动缴费等功能。智能运输用到的主要技术有移动信息技术、车辆定位技术、车辆识别技术、通信与网络技术等。

2）自动仓储

自动仓储是指利用物联网技术实现自动存储和取出物料。自动仓储系统由感知货架、智能托盘、自动搬运机构、堆垛机的自动控制和自动仓库管理系统等部分构成，通过物联网提供的货物信息进行仓库存货战略的确定。仓储业务中的货物验收、入库、定期盘点和出库等环节可实现自动化及实时监控货物状态。

3）动态配送

动态配送即利用物联网技术及时获得交通条件、价格因素、用户数量及分布、用户需求等因素的变化，对以上各因素进行分析，制定动态配送方案，在提高配送效率的同时提高服务品质。

4）信息控制

物联网对物流信息的全面感知、安全传输和智能控制可实现从物流信息管理到物流信息控制的飞跃。物联网可利用其技术优势通过信息集成实现物对物的控制，信息控制的应用可进一步提高整个物流的反应速度和准确度。

2.2.5　智慧物流系统的应用

目前，智慧物流系统的应用主要集中在如下几个方面。

1．产品智慧可追溯系统

产品智慧可追溯系统在食品、钢铁、农产品、医药、烟草等行业发挥着巨大作用，可实现对产品的追踪、识别、查询，以及信息采集与管理等，强化了生产经营者的安全责任意识，为消费者提供尽可能全面的信息。产品智慧可追溯系统可实现产品从原料、加工到成品运输等全过程的追溯，通过射频识别技术，对标签卡实现了读／写内部数据信息的功能，并通过无线电波将产品状态和定位信息实时传输到产品的智慧可追溯系统。用户可以通过登录系统查找相应的产品安全追溯信息。食品安全生产管理者，也可以通过登录系统在出现产品安全问题时迅速发现、识别并召回有害产品，防止问题产品的流散。从这种意义上讲，产品智慧可追溯系统能够解决生活中的产品质量安全问题，增强消费者信心。

2．可视化智慧物流调度管理系统

可视化智慧物流调度管理系统基于计算机、网络、GPS、GIS、RFID等多种技术和智慧物流理念，结合有效的管理方式，在物流过程中实现车辆定位、运输物品监控、车辆实时调度、可视化监控管理等功能，使整个物流供应链更加透明化，实现对物流资源的有效配置，从而提供高效、准确的物流服务。物流公司在每辆配送车辆上安装GPS或带独立系统电源的RFID钢质电子锁，在每件货物的包装中嵌入RFID芯片，从而建立起信息的定位与采集系统。物流公司和客户都能通过登录可视化智慧物流调度管理系统，了解车辆和货物所处的位置和环境。在运输过程中，可根据客户的要求，对货物进行及时的调整和调配，实现货物的全程实时监控，防止货物遗失、误送等。利用系统积累的数据，通过建立物流业务的数学模型，对历史数据进行分析、挖掘，为用户在评估货物配送方案、预估货物配送时间、优化物流运输路线、减少中间环节、缩短运输时间等方面提供决策支持。通过货物上的RFID芯片，在货物装卸时自动收集货物装卸信息，实现货物的自动放置，缩短物流作业时间，提高物流运营效率，降低物流成本。

3．智慧物流配送中心

智慧物流配送中心采用先进的计算机通信技术、RFID技术、GPS技术、GIS技术等，通过科学化、合理化的科学管理制度，采用现代化的管理方法和手段，借助配送中心智能控制、自动化操作的网络，在基本实现机器自动堆垛、货物自动搬运、产品自动分拣、堆垛机自动出／入库等功能的基础上，实现整个物流作业与生产制造的自动化、智能化与网络化，并最终实现物流配送功能集成化、配送作业规范化、配送服务系列化、配送目标系统化、配送手段现代化、配送组织网络化、配送经营市场化、配送管理法制化。智慧物流配送中心可实现对整个物流配送过程的实时监控和实时决策，实现商流、物流、信息流、资金流的全面协同，充分发挥其基本功能，保障相关企业和用户整体效益的实现。

下面以仓储监控业务为例，具体说明智慧物流系统的应用模式。

在仓储监控业务中，智能物流系统依靠比较成熟的RFID技术，采用远距离识别方式，利用网络信息技术对出／入库及在库商品进行智能化、信息化管理，实现自动记录货品出／入库信息、智能盘点、记录及发布货品的状态信息、车辆配载、卸货盘点等功能。其活动过程如图2-7所示。

从图2-7中可以看出，智能仓储监控系统集成了RFID技术、无线通信技术、网络技术及计算机技术。硬件部分有各种阅读器、天线、电子标签等。阅读器接收通过天线传递的电子标签信息，然后通过局域网将其传到信息管理系统中，对数据库中的数据进行处理。

系统正常工作的前提是仓库的自动识别系统能够有效地识读物品电子标签，并安全识读电子标签内存储的数据，保证信息的准确性。因此在系统构建时，要充分考虑标签与通信系统的标准化问题，考虑信息加密技术的可行性问题，还要考虑和GPS、BC（区块链）等系统的配合问题。