物流信息技術綜合實驗平臺設計

張桂濤，胡勁松，田炳麗，賀 華

ZHANG Gui-tao1,HU Jin-song1,TIAN Bing-li2,HE Hua1

（1.青島大學 國際商學院，山東 青島 266071；2.青島潛艇學院，山東 青島 266000）

(1.School of International Business,Qingdao University,Qingdao 266071,China;2.Qingdao Institute of Submarine,Qingdao 266000,China)

0 引言

培養學生的實踐與創新能力，是高等教育提高學生培養質量的重要內容和迫切要求[1]。高等學校物流實驗室建設要利用有限的資金，優化資源配置，滿足日益增多的教學實驗需要，提高實驗教學水平[2]，同時為學生的創新性實驗和研究性學習提供保證。目前，實驗室往往忽視各個實驗系統之間的相互聯系和綜合應用，實驗類型和實驗方式單一[3-4]，各院校實驗室建設的側重點不一、層次不齊，有許多需要完善的地方[5-7]。物流管理專業與工業工程專業雖在管理和經濟方面側重點不同，而在實驗教學方面有許多共同點。由此，高校物流實驗教學與實驗室建設引起了相關學者的重視[8-12]。其中，李靜等[8]對物流信息技術實驗平臺進行了設計，然而其設計的功能簡單，已不適應現代物流專業和工業工程專業教學的發展需要。

隨著物流管理專業和工業工程專業教學與實驗水平的不斷提高，同時經過近幾年山東省的投入和青島大學文科實訓中心的成立，青島大學目前已經有較為系統的物流管理相關的實驗體系，其中最主要的模塊包括原材料供應系統、生產加工系統、自動化立體倉儲／自動化分揀、電子標簽撿貨系統、電子看板系統、條碼技術/POS系統、無線視頻識別（RFID）、物流仿真（Flexsim）、全球定位系統（GPS）、供應鏈管理的整套軟件等。為了有效整合現有的實驗資源，提高學生實驗的效果和實驗的實用性，在實驗室構建了專用的內部網絡，將實驗室和實驗室的相關設備也進行了適當的組合，取得的效果非常明顯，師生對于系統的評價也很高。然而高校實驗室建設仍有許多需要完善的地方。針對青島大學的現代物流與供應鏈管理實驗室而言，主要體現在現在關注的重點還是如何提高學生在某項實驗的實踐動手能力和操作能力上，因而對實驗設備和資源總體利用不夠充分。并且物流管理專業學生在相應課程的對應實驗中，更多地進行的是參觀性、驗證性實驗，這對現有的實驗資源而言是一種較大的浪費，對學生能力的培養也是一種制約。

本研究是在青島大學國家文科實訓中心的現代物流與供應鏈管理實驗室的基礎上，主要面向物流管理專業和工業工程專業綜合性的物流信息技術實驗體系建設，增加物流信息技術實驗的系統性和趣味性，通過各子系統間的信息共享，讓學生在該實驗平臺上運用學過的知識實現相應的實驗，在教師指導下，各分組學生協調工作，并主動參與實驗內容設計和實驗創新。

1 創新性實驗平臺硬件結構設計

由于資金投入和規劃等原因，目前各個學校多數的實驗室建設獨自進行，無法形成整體和規模優勢，而且學生在與指導老師設計和開發創新性實驗的同時，也可能會因不同設備在不同實驗室或實驗室獨立使用設備，而影響學生的創新性思維，特別是對于物流管理專業的學生，需要更好地運用現有設備并進行系統集成設計。為此應整合現有資源，構建綜合創新實驗平臺，為學生提供更好的實驗環境。為了適應學校整體建設和滿足創新實驗的需求，我們建立的實驗室信息系統網絡構建于青島大學校園專用網，主控局域網通過交換機與原材料供應系統、生產加工系統、自動化立體倉儲／自動化分揀、電子標簽撿貨系統、電子看板系統、條碼技術/POS系統、無線視頻識別（RFID）、物流仿真（Flexsim）、全球定位系統（GPS）、供應鏈管理的整套軟件等模塊的局域網相連。實現信息傳輸和共享、辦公自動化、異地操作等工作和信息服務。

主控局域網可以為綜合實驗系統提供信息查詢和記錄、辦公自動化等重要的服務功能,為日常的實驗工作提供了條件，是整個系統的重要組成部分。

整個實驗室信息系統網絡內各類服務器有多臺,包括Domino服務器、WEB服務器等，及100臺左右的工作站，分布在各個實驗室。根據網絡實際結構，綜合考慮全網絡的各個環節，根據各個環節的實際要求，將相關軟件結構分布于不同節點，搭建物流信息技術綜合創新實驗平臺。該綜合實驗平臺的網絡拓撲如圖1所示。

2 創新性實驗平臺軟件接口設計

考慮到物流管理專業和工業工程專業學生知識結構的特點，為便于學生實驗前的設計，同時降低實驗過程中的難度，本研究設計了一些接口模塊，能夠讓學生自己較容易地實現相對于硬件透明的系統開發平臺，同時也鼓勵學生做各個子系統的接口部分軟件開發。為進一步增加系統的兼容性，本研究選擇Java平臺作為系統開發平臺，結合實驗室的硬件條件共開發了10個接口，每個接口都有多個對應于該子系統的功能方法可以調用，所有的接口都布置在一臺服務器上，通過調用這些接口，可以實現對所有實驗系統的調用，因此可以實現系統的平臺功能。具體的接口包括如下10個：

public class StockB

{倉儲系統類，內部定義多種方法可以設定自動立體倉庫控制器參數，由控制器控制堆垛機的各種運行狀態。}

public class ManufactureB

{生產系統類，內部定義了多個生產線和其中多個工位控制方法，讀取RFID標簽信息方法，與看板和平板電腦相匹配。}

public class PosB

{POS系統類，主要用于調用POS機供應商提供的前后臺軟件的接口，設定POS系統的前后臺網絡連接，以及與條碼打印機和掃描器的網絡連接。}

public class IotB

針對絲黑穗病而言，如果要妥善加以防控則需要將農作物種子拌于粉銹寧（25%）的藥劑中，確保摻入5%左右的藥劑來完成相應的拌種處理。在某些情形下，技術人員如果察覺到黑穗病表現為蔓延趨向，那么針對整個植株都要予以拔除處理，最好能夠就地焚燒。及時察覺并且妥善處理黑穗病的舉措有助于防控黑穗病的后期擴散。

{物聯網類，主要用于定義接收GPS/GIS信號、RFID讀寫信號、視頻和紅外信號的方法，利用A JXP技術實現在Java平臺上的地圖處理系統。}

public class AsortingB

{分揀系統類，定義自動分揀和分揀橋的控制方法。}

public class RawmaterialB

{原材料管理系統類，主要定義原材料和半成品的管理方法和相關出入庫管理方法，定義讀取低頻RFID標簽的方法。}

public class ElightB

{電子標簽揀貨系統類，主要定義控制摘取式和播種式操作流程的方法。}

public class RfidB

{無線射頻識別系統類,內部定義的方法包括讀標簽、寫標簽兩個主要功能，以及對于系統操作錯誤率檢測的方法。}

public class SupplychianB

{供應鏈管理軟件類，在一臺服務器上運行供應鏈管理軟件，定義與其他模塊的信息方法。}

public class FlexsimB

{物流仿真軟件類，在一臺服務器上運行Flexsim仿真軟件，定義與其他模塊的信息交換方法。}

靈活調用以上10個接口，學生可以在實驗局域網中實現對多種硬件的透明化操作控制，并根據所作實驗的要求，輕松構建自己設計的物流實驗平臺，提高綜合處理能力和實踐能力。同時在實際應用過程中，還需要學生維護和管理各個接口，以完善各個接口的功能，還可以滿足學生在一些實驗過程中因為興趣而提出特殊需要的某些功能。由于接口開發和維護要求開發人員對多種硬件的控制程序尤其是PLC有一定的理解，所以目前主要是采用實驗指導教師為主導，部分專門培養的學生參與的模式，而大多數學生的創新性實驗中都沒有涉及這一領域。因此，如何在物流管理專業和工業工程專業加強學生在硬件方面的能力也是以后要研究的重點問題之一。

3 創新研究性實驗的開發與設計

為鼓勵學生積極參與創新性實驗和研究性學習，我們設計了多個創新性實驗讓學生按照興趣自由選擇并結合成研究小組，并在此基礎上進行自我設計創新性實驗，主要包括如下幾個方面：（1）物聯網環境下的供應鏈流程再造。該實驗要求學生對于物聯網環境下信息的傳遞和流動方式的改變，從而引起對供應鏈流程的改進這一問題有較為深刻的認識，進而在此基礎上設計出新的供應鏈流程，提高學生對信息技術改變供應鏈運作方式的認識。（2）RFID技術對供應鏈決策的影響。由于產品位置放錯和產品在供應鏈中的由于偷盜等數量的減少而引起的庫存信息不準確，從而產品不能及時銷售且不能滿足顧客需求。通過RFID技術的信息檢測的準確性，消除這一弊端。該實驗的關鍵是測出RFID系統和條碼系統的信息準確率之間的差異，從而通過模型確定供應鏈可承受的最高標簽成本，并可通過設計的實驗平臺確定RFID的數據讀取準確率，開展進一步的研究。該實驗培養學生綜合運用所學過的其他學科如最優化理論來解決實際問題的能力。（3）自動化立體倉庫流程改進。自動化立體倉庫是一個使用頻繁而又耗時的復雜實時動態系統，要求對所出入庫貨物的信息以及庫存的盤點等常用操作所產生信息進行及時的采集和傳遞，自動化立體倉庫才能夠有效的運轉。該實驗通過方案設計以達到及時和方便地獲取和傳遞倉儲操作過程中產生的信息的目標，進而設計出新的操作流程，該實驗能夠培養學生發現問題和綜合處理問題的能力。（4）基于智能算法的生產調度系統。該實驗要求學生能夠綜合啟發式智能算法、生產系統的各個工位（U型或S型布局）、工件的RFID標簽等信息，對模擬自然狀態生產線中的產品進行跟蹤，研究最優生產調度方案，提高學生對智能算法和解決實際問題相結合的綜合運用能力。

其他實驗還包括基于POS系統的應用系統開發、分揀系統、電子標簽揀貨系統和原材料管理系統及其相互結合等實驗開發的內容。為了鼓勵學生的參與積極性和自主創造性，還鼓勵學生自我組織、自擬題目的實驗。為了加強管理，專門制定了相關的實驗室開放條例，首先要了解學生目前的基礎知識和興趣特長，先找老師進行專門輔導學生以避免盲目；然后學生進行自主結合，形成小組參與實驗；實驗過程中，采用老師啟發和學生討論相結合的方式；對于實驗方案較為完善的小組，在實驗之前要有一個詳細的實驗計劃，主要由小組成員完成實驗；實驗方案不夠完善的小組則安排指導老師重點指導。

對于創新性實驗和研究性學習的開發，青島大學整體還處于快速發展階段，學校的支持力度不斷加大，因此如何讓現有的資源更好地發揮效用，為學生提供更好的實驗平臺并開發出更多的實驗項目將是以后的一個重點研究問題。

4 結束語

高等學校實驗是培養學生實踐能力和知識綜合運用能力的關鍵一環，是實現教學創新、學科建設和社會服務的主要方式。根據物流管理專業和工業工程專業學科的發展，探討了物流信息技術創新實驗平臺的建設總體思路和相關創新實驗的開發。通過以上方案的成功實施，青島大學整個物流綜合實驗平臺實現了全方位無縫整合。在綜合運用各個實驗室功能的基礎上，大幅度提高創新性實驗和研究型學習的能力，為青島大學教學與科研的發展做出一定的貢獻，對于促進學校的相關學科建設和發展具有重要意義。

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