随着家电企业现代化进程的加快, 对于产品生产和流通环节的监管要求也越来越高。以中国家电企业的领军者美的集团为例, 为了缩短产品生产周期, 实施有效的供应链管理显得尤为重要。供应链管理的核心内容是其与环境的交互能力。从美的集团多年的销售经验可以知道, 与环境和产品的交互范围越广, 交互速度越快, 越能对供应链实施有效的监管。目前, 中国家电企业规模增长迅速, 出现了越来越多的跨国公司, 供应链的范围越来越大。鉴于此, 美的集团想建立全球性的供应链信息监管平台, 以帮助企业及时查看产品流通状态, 追溯产品流通信息, 有效提高企业生产效率, 加强对产品生产和流通环节上的各合作企业信息控制, 提升自己的综合竞争力。

供应链监管平台主要依托于先进的无线传感器网络 (WSN) 和无线射频识别技术 (RFID) 来实现。前者实现对实时数据的采集, 后者负责将采集到的数据发回到服务器。数据经过互联网到达世界各地, 实现产品的EPC互联, 形成一个统一格式的物联网信息结构系统。用户想要了解产品的特性, 就需要进行EPC信息检索, 获得产品当前和过去的运行状态。美的集团正是看到基于物联网技术监管平台的优越性, 才进行了企业长久性战略规划。

为了更好地实现美的生产基地与销售环节信息流通和互通功能, 可以组建更高效率的网络结构体系。如何有效地将环境传感器网络和家电产品信息自动识别网络结合到一起, 形成一个功能强大的RFSN网络, 是组网时需要考虑的问题。其具体层次包括:物理层、数据链路层、网络层及传输层、应用层等。各个层次需要实现的功能见表1。

美的家电产品物流监管平台的网络结构体系如图1所示, 传感器网络、汇聚节点网络、网关和服务器等网络结构都是通过I E E E802.15.4网络架构相联系的。传感器汇聚点位置一般处于负责区域内的中心位置, 它负责将传感器读取的数据汇聚上传, 通过无线发送给网关, 最后上传至服务器, 利用数据库应用, 实现整个网络的实时监控。

供应链监管平台使用的无线网络协议是IEEE 802.15.4, 此协议定义了PHY层和数据链路层MAC层。PHY层用来接受无线射频发射器发射的信号, 同时可以对信号进行有效控制, 而MAC层是为了用户访问提供接口。这种网络搭建协议从结构上来看共有三种特征, 分别是:簇状结构类型、网格状结构类型和星状结构类型。它的网络协议可以实现两个物理层的接入, 分别是基于有线网络的868/915MHz物理层和基于无线网络的2.4 GHz物理层, 这种网络协议使得网络具有更大的使用范围, 应用更加广泛。

表1 RFSN网络层次及功能     下载原表

基于美的集团实际情况所构建的物联网供应链平台使用的无线通信技术是Zig Bee技术, 此技术的特点是:近距离、低功耗、低成本和低速率等。这种通信技术主要用于近距离的不同设备之间进行数据间歇性无线传输。Zig Bee技术与IEEE 802.15.4协议共同作用, 实现数据在传感器之间以及服务器之间的传输。

美的集团生产的空调、冰箱、洗衣机等产品信息标准化采用的是EPC架构。此架构是目前全球范围内的通用架构, 是关于供应链管理体系中的一项重要研究成果, 构建出一个统一的编码和统一产品信息系统。由于EPC是全球性架构, 可以实现美的集团在全球范围内的供应链管理、统一维护及查看。统一标准的电子产品代码, 通过标准化网络, 使美的集团旗下的各个生产企业实时掌握产品流通和存储状态, 实现所有产品的统一调配和监管, 提高美的公司的运营效率。

与普通的互联网技术不同的是, EPC技术不仅能够实现产品的信息传递, 还能通过传感器对产品所在区域的环境进行实时监测, 并将数据上传。

大量环境感知传感器组成一个产品测控网络 (WSN) , 此网络能够根据环境特点, 自主的实现对环境的智能测量、智能交互。它通过布置在环境中的大量微小传感器, 获得环境相关数据, 再将数据传到相应的计算机上进行处理。

图1 网络结构体系示意图   下载原图

应用于家电产品中的自动识别技术采用的是无线射频技术。以美的空调为例, 当空调上唯一的数字标签到达系统的可检测范围内后, 阅读器可以读取相关信息, 这种非接触式的自动识别技术可以快速准确地获得产品信息, 实现产品的自动识别。

利用传感器系统和无线产品自动识别系统, 可以对产品信息和产品所在位置的环境信息进行快速实时获取, 这些信息再通过网络协议和传输技术协议上传至物联网信息管理客户端, 以便用户查看、管理、操作。

传感器网络及无线电子产品信息的有效融合使得美的集团所生产的家电产品及产品环境能够有机融合到一起, 同时实现对家电本身和家电所在环境的实时监控, 监测数据通过构建好的网络上传至服务器, 再经过应用软件对数据进行处理、显示。

中间构件体系主要包括设备管理系统、事件处理系统和服务器接口系统。三个系统体系从下往上依次传播, 如图2所示。设备管理系统位于整个结构体系的最底层, 能够直接同聚集器互通;事件处理系统产生并对事件进行处理, 然后再将数据上传至服务器;服务器接口系统是数据的应用环节。

图2 中间构件体系示意图   下载原图

中间构件体系的每一个子系统又包含多个不同的模块, 这些模块相互配合构成整个中间构件体系, 表2展示了每个系统不同的模块构成。

从图3中可以看出, 系统不但可以连接产品信息和环境信息, 还能够将网络上的硬件、中间构件体系、企业应用程序结合到一起, 可以将产品的生产、流通、储存等环节整合到一个物联网系统平台内, 能够为企业决策和改革提供有效的技术支持。并且此系统的上下端接口都具有较强的开放性, 可以根据要求随时增加和减少端口, 开放性较好。

表2 中间构件体系各子系统的模块构成     下载原表

系统的平台体系搭建主要包括信息采集系统、EPC系统、信息处理系统、服务接口等。除数据采集系统采用的是RFSN网络构架外, 其余系统均采用的是软件操作管理, 具体的结构体系如图3所示。

图3 平台体系构架意图   下载原图

以美的集团旗下空调产品的存储管理为例, 对这个系统平台的运作程序进行分析。当企业需要随时查看产品所储存的环境情况时 (例如湿度、温度、电磁等) , 具体的运行过程是:

(1) 唐山远洋城美的空调苏宁销售专柜进货部首先访问系统平台软件, 根据3匹小云变频柜机的[EPCK F R-7 2 L W/B P 2 D N 1 Y-PA403 (A3) ]码, 提交查看此空调的位置和环境要求, EPC管理系统根据数据库内的信息, 获取空调所在仓库的位置信息 (EPCIS) , 然后EPCIS再向ALE中间构件管理系统发送数据请求。

(2) 中间件对EPC请求的信息进行检索, 通过RFID获取产品数据, 从RFSN得到空调环境数据, 查询空调位置, 激活PAN ID对应的RFSN区域, 将请求转换为数据包, 向服务代理器提交服务请求。

(3) 服务器在收到请求包以后, 随即向各个传感器汇聚节点发送测量指令, 传感器汇聚点随后通过无线网络向传感器进行广播, 传感器根据广播指令判断自己是否需要提供服务, 如果需要提供服务, 则执行广播指令。

(4) 传感器将测量到的环境数据按照原来的路线返回, 先将数据发送到数据汇聚点, 然后传回到中间服务器, 中间件再对数据进行处理, 将测试信息回复给ALE, 再通过EPC系统回馈给唐山远洋城美的空调苏宁销售专柜进货部, 完成指令。

利用物联网技术搭建家电企业物流供应链监管平台, 将家电电子信息代码技术与环境传感器组网技术结合到一起, 再通过互联网及EPC系统, 使家电企业建立一个全球统一监管平台, 随时查询家电产品的实时和历史位置及环境信息, 而通用性接口则为平台的扩展提供了更大的便利。