智能物流托盘的研究和应用分析
黄欢 毕晨静
摘 要：随着2020年初新冠肺炎疫情的爆发，物流运输面临前所未有的挑战，而托盘是物流搬运中最基本的设备之一，其智能化、信息化水平直接影响着物流操作的效率，进而影响物流管理成本。因此，文章基于物联网技术，设计了一款智能物流托盘，简要分析、阐述了该托盘的设计结构及应用功能，对物流运输中的人员、车辆和货物进行定位和监控，这在一定程度上保障了人员、车辆、货物的安全性，不但提高了物流效率，而且节省了物流企业管理成本。
关键词：物联网;智能物流托盘;物流效率
中图分类号：TP277 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）14-0154-04
Abstract：
With the outbreak of the COVID-19 epidemic in early 2020， the logistics transportation is facing unprecedented challenges. Pallet is one of the most basic equipment in logistics handling， it，s intelligence and informatization level directly affect the efficiency of logistics operation， and then affect the cost of logistics management. Therefore， based on the internet of things technology， this paper designs an intelligent logistics pallet， briefly analyzes and expounds the design structure and application functions of the pallet， locates and monitors personnel， vehicles and goods in logistics transportation， this ensures the safety of personnel， vehicles and goods to a certain extent， it not only improves the logistics efficiency， but also saves the management cost of logistics enterprises.
Keywords：
internet of things; intelligent logistics pallet; logistics efficiency
0 引 言
2020年初，一場突如其来的新冠肺炎疫情，给物流业的发展带来了从未有过的挑战。人们对物流的依赖程度远比预计的还要深。国内对物流业的关注度越来越高，但随之而来的问题也越来越明显。我国物流系统效率低、成本高，并且数字化和标准化程度较低。托盘是物流搬运中最基本的设备之一，托盘运输已成为全球公认的多式联运方式之一。我国托盘保有量和年均产量均以较高的速度增长，市场发展前景优越。随着国家十四五规划政策的出台，托盘市场规模从2014年的212.5亿元增长至2020年的548.5亿元，年复合增长率高达14.5%。预计到2023年托盘的市场规模将达到829亿元，且未来五年将以12.8%的增长率持续增长[1]。2019年我国智慧物流市场规模增长至4 872亿元，增幅达19.55%。预计到2025年，我国智慧物流市场规模将突破万亿元。智能物流托盘作为新一代的智慧物流市场支柱，将全面连接物流资源，推动物流及托盘的“智能化”和“在线化”发展，创造万亿以上的市场经济效益[2]。
托盘正在经历着从自用到共享、从传统的无序混乱状态到标准数字信息化管理的深刻变革，这对提高物流操作效率、降低物流管理成本等有着非常重要的影响。因此，物流行业中托盘的选用和信息技术水平在整个物流环节中起着非常重要的作用。随着仓储行业的快速发展，传统的人工托盘作业模式和数据采集模式已经难以满足现代化仓储智能管理的需求。目前物流行业在托盘存储和托盘运输中，还未实现对托盘中货物运输过程的的实时监控，货物运输过程无法实时查看托盘中货物的真实状态，而只能查看货物的运输轨迹。
基于此，为改变当前物流行业中托盘及托盘货物依然依靠人力的低效率管理模式，实现对托盘及其承载货物的实时在线管理，避免上下游重复投资、资源闲置，本文结合方蓝石家庄教育科技有限公司研发设计的智能物流托盘，以在途监管软件为平台，以途中监管为目标，对物流运输中的人员、车辆和货物进行定位和监控，实现了货品全程运输至仓库堆放状况的实时监测，并在出现异常时及时报警。通过对物流托盘的跟踪管理，可以帮助企业构建物流最小颗粒的可视化，实现从“跟车”到“跟托”的货物跟踪升级，对货物流通领域的发展发挥至关重要的作用[3]。
1 智能物流托盘系统架构设计
智能物流托盘基于物联网技术，采用集成NB-IOT多模通信模组，内置GPS/BD定位功能技术。针对不同企业的定制化需求，智能托盘的传感器组件加装振动、加速度感应、称重感应、温湿度感应等传感器组件，利用安装在物流托盘内部的“智慧物流芯片”终端，实现对物流托盘的定位，结合RFID识别技术，可实现对托盘上装载货物精准识别的目的，并且通过在线网络，将托盘上装载货物的状态实时上传到数据管理终端，实现物流过程中对货物状态的可视化管理[4]。
1.1 智能物流托盘结构
智能物流托盘主要包括托盘本体（1）、信息检测模块（2）、定位模块（3）、路线监测模块（4）、主控模块（5）、警报模块（6）、无线通信模块（7）及电源模块（8）。
托盘本体（1）整体为长方体，托盘中部预留有一块安装仓，用于安装压力传感器2011以及主控模块、定位模块、路线监测模块、无线通信模块，上述模块可以集成在一块线路板上，线路板安装在中心位置的压力传感器下方。其中，可配置多个压力传感器2011，多个压力传感器2011设于托盘本体上表面的中心以及靠近边缘的四角位置;托盘本体一侧的外壁上还设有显示屏（9），与主控模块电连接;托盘本体一侧的外壁上还设有操控面板（10），与主控模块电连接;托盘本体一侧的外壁上还设有充电接口（11），与可充电电池电连接，如图1所示。
信息检测模块（2）设于托盘本体（1）的上表面，定位模块（3）、路线监测模块（4）、主控模块（5）、无线通信模块（7）以及电源模块（8）均封装于托盘本体（1）的内部，警报模块（6）设于托盘本体一侧的壁上;定位模块（3）与路线监测模块（4）电连接，信息检测模块（2）、路线监测模块（4）、警报模块（6）、无线通信模块（7）以及电源模块（8）均与主控模块（5）电连接[4]。
1.2 智能物流托盘各模块功能连接
智能物流托盘上的7大模块，即信息检测模块（2）、定位模块（3）、路线监测模块（4）、主控模块（5）、警报模块（6）、无线通信模块（7）及电源模块（8），它们位于托盘主体上，通过电路实现功能连接，其具体电连接关系及形式如图2所示。
信息检测模块（2）：包括数据采集单元201和数据处理单元202，数据采集单元201用于采集托盘本体的自身参数及环境参数数据，采集的范围包括托盘本体及其承载的托盘货物实时状态;数据处理单元202用于分别将自身参数及环境参数数据与预先设定的对应阈值进行比对分析，提取异常参数数据，并将自身参数及环境参数数据及异常参数数据发送至主控模块。
定位模块（3）：用于实时获取托盘本体的位置信息，并将位置信息发送至路线监测模块;可以采用GPS定位器或北斗定位器，具体可以根据需要合理选择。
路线监测模块（4）：用于根据预设的路线数据以及位置信息对托盘本体的运输路线进行监测，在运输路线偏离预设的路线数据时，生成偏航预警信号，并将位置信息和偏航预警信号发送至主控模块。
主控模块（5）：用于根据异常参数数据和/或偏航预警信号，向警报模块发出预警指令，还用于将接收到的所有数据发送至无线通信模块。可以采用单片机或可编程逻辑控制器，主要实现指令生成、数据收发、数据运算等功能。
警报模块（6）：可采用声光报警器，通过声音或报警灯颜色的不同对报警信号进行区分，接收预警指令，发出预警信号，实现多种预警功能。
无线通信模块（7）：用于将接收到的数据实时上报。
1.3 智能物流托盘管理系统
智能物流托盤管理系统，包括智能监管终端I以及至少一个智能物流托盘II。智能监管终端与智能物流托盘通信连接，智能物流托盘将检测到的现场数据实时上报至智能监管终端，并接收智能监管终端下发的远程操控指令，执行检测任务。
具体而言，该系统主要是通过智能监管终端实现对智能物流托盘的远程操控、远程数据接收功能，一个智能监管终端可以控制一个甚至同时控制多个智能物流托盘，这在很大程度上提高了托盘管理工作的效率。其中，智能监管终端I可以是智能手机、平板电脑或台式计算机中的任何一种，其他可以实现远程数据收发、操控指令输入和显示功能的智能设备也可以作为智能监管终端，如图3所示。
2 智能物流托盘应用功能
智能物流托盘通过上述7大模块与智能监管终端电连接，结合内置GPS/BD定位功能技术，实现对货物运输过程中状态的全程监测，并将采集到的真实数据实时共享，方便用户随时掌握货物在途状态，这可以在很大程度上保障安全性并提高效率。智能物流托盘的具体功能包括以下五项：
（1）信息实时监测。该智能物流托盘能够对自身及环境信息进行实时监测，检测自身受到的压力、自身角度以及周围温度信息，能够在压力、温度超标，角度偏离设定阈值等异常情况出现时及时发出警报以提示异常状态，这可以在很大程度上避免因超负荷或超温工作而对托盘造成损伤，能够根据自身角度获知上方货物的码放状态，在角度偏离时，说明货物有可能出现歪斜或码放不对称的问题，从而可避免货物倒塌的风险和损失[5]。
（2）路线监测。该智能物流托盘具有路线监测功能，能够避免因路线偏离而降低运输效率的问题，定位模块的设置也能够避免托盘丢失的问题，整个托盘结构设计合理，且功能更加完善、智能，更适合推广应用。
（3）实时定位追踪溯源。利用安装在物流托盘内部的“智慧物流芯片”终端，可实现对物流托盘的定位，结合RFID识别技术，可实现对托盘上装载货物精准识别的目的，并且可通过在线网络，实时更新位置信息，轻松掌握物流动态。
（4）数据主动传输。可主动对货物进行扫描并上传数据，将货物信息与托盘绑定在一起。
（5）优化供应链。在途监管系统可以与企业园区卡口硬件端、企业内部管理ERP系统实现无缝对接，各个部分的数据相互传递，各个环节自动联动，从整体提升其物流信息化水平[6]。
3 应用及效用
下面是智能物流托盘管理系统具体操作步骤及其效用：
（1）登录。在登录界面中输入用户名和密码，其中初次登入系统的用户名和密码由系统管理员进行分配。点击“登录”按钮，系统验证通过后，进入系统主页。
（2） 进入系统主页。该界面是软件系统的主要操作界面，使用者可以在该区域进行软件的操作与使用，如图4所示。
（3）参数监测。点击系统主页面中的参数监测按钮，可以对系统通过DPS信号采集到的点击参数信息进行查看。用户可以根据参数监测的信息设置相应的报警阈值，当参数越界时系统会通过报警功能模块进行报警，如图5所示。
（4）IO控制。点击系统主页面中的IO控制功能按钮，可以对信息采集点的第一个标记点进行标记操作，系统会根据信号处理的标记进行一个项目列表的显示，随时可以根据定位标记进行MARK点搜索区和伺服DSP信号处理，如图6所示。
（5）伺服检测。点击系统主页面中的伺服检测按钮，通过对设备的伺服信号的幅值进行检测，并模拟输出数据，对通过的批次和号码一一进行检测操作，点击开始检测按钮进行伺服信号的检测操作，如图7所示。
（6）异常信号采集。点击主页面中的异常信号采集按钮。可以对伺服异常的数据进行采集，通过原始信号、滤波信号和频谱分析来解析测试数据，同时用户可以采集伺服异常的参数配置，如图8所示。
（7）电力测试。点击主页面中的电力测试按钮，电力的数据直接影响到伺服转速，当电力达不到系统需求时，伺服转速也达不到系统要求，导致系统不能正常运行。为保障电力正常供应，电力测试功能可以随时根据电力数据进行数据查询和模拟电力给量操作。
（8）报警管理。是在系统运行过程中对伺服实时监测数据進行阈值分析，得到报警信息而产生的报警事件。用户可以通过对系统报警信息的管理分析，有效地解决报警事件，维护系统稳定运行，如图9所示。
（9）退出系统。点击退出系统按钮，系统关闭。
4 结 论
本文基于目前物流行业尚未实现对托盘运输过程的状态进行实时监测，无法实时查看托盘承载货物运输状态的境况，进而依托物联网技术研究设计了一种智能物流托盘。该智能物流托盘由1个托盘本体和信息检测模块、定位模块、路线监测模块、主控模块、警报模块、无线通信模块、电源模块等7大模块组成，内置GPS/BD定位功能技术，实现了信息实时监测、路线监测、实时定位追踪溯源、数据主动传输和供应链优化等功能，在一定程度上保障了人员、车辆、货物的安全性，提高了物流效率，节省了物流企业管理成本。与此同时，在今后的研究中，可以从该智能物流托盘的实际应用和市场前景等角度进行深入分析，从而进一步优化智能物流托盘的设计方案。
参考文献：
[1] 2021年托盘行业洞察报告 [EB/OL].（2021-03-02）.https：//wenku.baidu.com/view/0fe20ac27ed184254b35eefdc8d376eeafaa1790.html.
[2] 李辉.我国托盘数字化管理发展前景分析 [J].物流技术与应用，2020，25（12）：134-137.
[3] 刘大成.智慧物流将改变托盘产业生态 [N/OL].经济参考报，2018-08-21.http：//www.jjckb.cn/2018-08/21/c_137406651. htm？from=singlemessage.
[4] 马晓旭.物流托盘技术综述 [J].中小企业管理与科技（上旬刊），2016（7）：90-91.
[5] 卫莉.共享经济背景下物流托盘循环共用的发展对策探讨 [J].商讯，2020（27）：83-84.
[6] 朱文和.基于物联网技术实现供应链全过程的智能化物流配送服务 [J].物流技术，2010，29（13）：172-173.
作者简介：黄欢（1989.07—），女，汉族，江西鹰潭人，讲师，硕士，研究方向：物流工程;毕晨静（2000.07—），女，汉族，河北保定人，本科在读，研究方向：物流管理。
猜你喜欢物联网感知网联单车分布式虚拟环境设计与实现中文信息(2020年7期)2020-08-20物联网背景下智慧图书馆的价值实现思考消费电子(2020年2期)2020-08-10浅谈电子信息技术在物联网中的应用科技资讯(2020年16期)2020-07-28基于物联网的养生智能手环设计电脑知识与技术(2020年11期)2020-07-22物联网在物流工程管理中的应用探讨现代经济信息(2020年2期)2020-07-09基于物联网的实验室管理系统设计物联网技术(2020年6期)2020-06-24基于冬圈夏草模式电子羊圈控制终端的设计与实现山西农经(2020年11期)2020-06-19基于物联网的电力电缆智能防盗报警系统科技创新导报(2020年7期)2020-06-19基于物联网的大气污染(PM10)在线监测平台的设计电脑知识与技术(2020年10期)2020-06-08无线通信技术在物联网中的应用无线互联科技(2020年8期)2020-06-04