物流信息技术综合实验平台设计

张桂涛，胡劲松，田炳丽，贺 华

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

（1.青岛大学 国际商学院，山东 青岛 266071；2.青岛潜艇学院，山东 青岛 266000）

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

0 引言

培养学生的实践与创新能力，是高等教育提高学生培养质量的重要内容和迫切要求[1]。高等学校物流实验室建设要利用有限的资金，优化资源配置，满足日益增多的教学实验需要，提高实验教学水平[2]，同时为学生的创新性实验和研究性学习提供保证。目前，实验室往往忽视各个实验系统之间的相互联系和综合应用，实验类型和实验方式单一[3-4]，各院校实验室建设的侧重点不一、层次不齐，有许多需要完善的地方[5-7]。物流管理专业与工业工程专业虽在管理和经济方面侧重点不同，而在实验教学方面有许多共同点。由此，高校物流实验教学与实验室建设引起了相关学者的重视[8-12]。其中，李静等[8]对物流信息技术实验平台进行了设计，然而其设计的功能简单，已不适应现代物流专业和工业工程专业教学的发展需要。

随着物流管理专业和工业工程专业教学与实验水平的不断提高，同时经过近几年山东省的投入和青岛大学文科实训中心的成立，青岛大学目前已经有较为系统的物流管理相关的实验体系，其中最主要的模块包括原材料供应系统、生产加工系统、自动化立体仓储／自动化分拣、电子标签捡货系统、电子看板系统、条码技术/POS系统、无线视频识别（RFID）、物流仿真（Flexsim）、全球定位系统（GPS）、供应链管理的整套软件等。为了有效整合现有的实验资源，提高学生实验的效果和实验的实用性，在实验室构建了专用的内部网络，将实验室和实验室的相关设备也进行了适当的组合，取得的效果非常明显，师生对于系统的评价也很高。然而高校实验室建设仍有许多需要完善的地方。针对青岛大学的现代物流与供应链管理实验室而言，主要体现在现在关注的重点还是如何提高学生在某项实验的实践动手能力和操作能力上，因而对实验设备和资源总体利用不够充分。并且物流管理专业学生在相应课程的对应实验中，更多地进行的是参观性、验证性实验，这对现有的实验资源而言是一种较大的浪费，对学生能力的培养也是一种制约。

本研究是在青岛大学国家文科实训中心的现代物流与供应链管理实验室的基础上，主要面向物流管理专业和工业工程专业综合性的物流信息技术实验体系建设，增加物流信息技术实验的系统性和趣味性，通过各子系统间的信息共享，让学生在该实验平台上运用学过的知识实现相应的实验，在教师指导下，各分组学生协调工作，并主动参与实验内容设计和实验创新。

1 创新性实验平台硬件结构设计

由于资金投入和规划等原因，目前各个学校多数的实验室建设独自进行，无法形成整体和规模优势，而且学生在与指导老师设计和开发创新性实验的同时，也可能会因不同设备在不同实验室或实验室独立使用设备，而影响学生的创新性思维，特别是对于物流管理专业的学生，需要更好地运用现有设备并进行系统集成设计。为此应整合现有资源，构建综合创新实验平台，为学生提供更好的实验环境。为了适应学校整体建设和满足创新实验的需求，我们建立的实验室信息系统网络构建于青岛大学校园专用网，主控局域网通过交换机与原材料供应系统、生产加工系统、自动化立体仓储／自动化分拣、电子标签捡货系统、电子看板系统、条码技术/POS系统、无线视频识别（RFID）、物流仿真（Flexsim）、全球定位系统（GPS）、供应链管理的整套软件等模块的局域网相连。实现信息传输和共享、办公自动化、异地操作等工作和信息服务。

主控局域网可以为综合实验系统提供信息查询和记录、办公自动化等重要的服务功能,为日常的实验工作提供了条件，是整个系统的重要组成部分。

整个实验室信息系统网络内各类服务器有多台,包括Domino服务器、WEB服务器等，及100台左右的工作站，分布在各个实验室。根据网络实际结构，综合考虑全网络的各个环节，根据各个环节的实际要求，将相关软件结构分布于不同节点，搭建物流信息技术综合创新实验平台。该综合实验平台的网络拓扑如图1所示。

2 创新性实验平台软件接口设计

考虑到物流管理专业和工业工程专业学生知识结构的特点，为便于学生实验前的设计，同时降低实验过程中的难度，本研究设计了一些接口模块，能够让学生自己较容易地实现相对于硬件透明的系统开发平台，同时也鼓励学生做各个子系统的接口部分软件开发。为进一步增加系统的兼容性，本研究选择Java平台作为系统开发平台，结合实验室的硬件条件共开发了10个接口，每个接口都有多个对应于该子系统的功能方法可以调用，所有的接口都布置在一台服务器上，通过调用这些接口，可以实现对所有实验系统的调用，因此可以实现系统的平台功能。具体的接口包括如下10个：

public class StockB

{仓储系统类，内部定义多种方法可以设定自动立体仓库控制器参数，由控制器控制堆垛机的各种运行状态。}

public class ManufactureB

{生产系统类，内部定义了多个生产线和其中多个工位控制方法，读取RFID标签信息方法，与看板和平板电脑相匹配。}

public class PosB

{POS系统类，主要用于调用POS机供应商提供的前后台软件的接口，设定POS系统的前后台网络连接，以及与条码打印机和扫描器的网络连接。}

public class IotB

针对丝黑穗病而言，如果要妥善加以防控则需要将农作物种子拌于粉锈宁（25%）的药剂中，确保掺入5%左右的药剂来完成相应的拌种处理。在某些情形下，技术人员如果察觉到黑穗病表现为蔓延趋向，那么针对整个植株都要予以拔除处理，最好能够就地焚烧。及时察觉并且妥善处理黑穗病的举措有助于防控黑穗病的后期扩散。

{物联网类，主要用于定义接收GPS/GIS信号、RFID读写信号、视频和红外信号的方法，利用A JXP技术实现在Java平台上的地图处理系统。}

public class AsortingB

{分拣系统类，定义自动分拣和分拣桥的控制方法。}

public class RawmaterialB

{原材料管理系统类，主要定义原材料和半成品的管理方法和相关出入库管理方法，定义读取低频RFID标签的方法。}

public class ElightB

{电子标签拣货系统类，主要定义控制摘取式和播种式操作流程的方法。}

public class RfidB

{无线射频识别系统类,内部定义的方法包括读标签、写标签两个主要功能，以及对于系统操作错误率检测的方法。}

public class SupplychianB

{供应链管理软件类，在一台服务器上运行供应链管理软件，定义与其他模块的信息方法。}

public class FlexsimB

{物流仿真软件类，在一台服务器上运行Flexsim仿真软件，定义与其他模块的信息交换方法。}

灵活调用以上10个接口，学生可以在实验局域网中实现对多种硬件的透明化操作控制，并根据所作实验的要求，轻松构建自己设计的物流实验平台，提高综合处理能力和实践能力。同时在实际应用过程中，还需要学生维护和管理各个接口，以完善各个接口的功能，还可以满足学生在一些实验过程中因为兴趣而提出特殊需要的某些功能。由于接口开发和维护要求开发人员对多种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实验指导教师为主导，部分专门培养的学生参与的模式，而大多数学生的创新性实验中都没有涉及这一领域。因此，如何在物流管理专业和工业工程专业加强学生在硬件方面的能力也是以后要研究的重点问题之一。

3 创新研究性实验的开发与设计

为鼓励学生积极参与创新性实验和研究性学习，我们设计了多个创新性实验让学生按照兴趣自由选择并结合成研究小组，并在此基础上进行自我设计创新性实验，主要包括如下几个方面：（1）物联网环境下的供应链流程再造。该实验要求学生对于物联网环境下信息的传递和流动方式的改变，从而引起对供应链流程的改进这一问题有较为深刻的认识，进而在此基础上设计出新的供应链流程，提高学生对信息技术改变供应链运作方式的认识。（2）RFID技术对供应链决策的影响。由于产品位置放错和产品在供应链中的由于偷盗等数量的减少而引起的库存信息不准确，从而产品不能及时销售且不能满足顾客需求。通过RFID技术的信息检测的准确性，消除这一弊端。该实验的关键是测出RFID系统和条码系统的信息准确率之间的差异，从而通过模型确定供应链可承受的最高标签成本，并可通过设计的实验平台确定RFID的数据读取准确率，开展进一步的研究。该实验培养学生综合运用所学过的其他学科如最优化理论来解决实际问题的能力。（3）自动化立体仓库流程改进。自动化立体仓库是一个使用频繁而又耗时的复杂实时动态系统，要求对所出入库货物的信息以及库存的盘点等常用操作所产生信息进行及时的采集和传递，自动化立体仓库才能够有效的运转。该实验通过方案设计以达到及时和方便地获取和传递仓储操作过程中产生的信息的目标，进而设计出新的操作流程，该实验能够培养学生发现问题和综合处理问题的能力。（4）基于智能算法的生产调度系统。该实验要求学生能够综合启发式智能算法、生产系统的各个工位（U型或S型布局）、工件的RFID标签等信息，对模拟自然状态生产线中的产品进行跟踪，研究最优生产调度方案，提高学生对智能算法和解决实际问题相结合的综合运用能力。

其他实验还包括基于POS系统的应用系统开发、分拣系统、电子标签拣货系统和原材料管理系统及其相互结合等实验开发的内容。为了鼓励学生的参与积极性和自主创造性，还鼓励学生自我组织、自拟题目的实验。为了加强管理，专门制定了相关的实验室开放条例，首先要了解学生目前的基础知识和兴趣特长，先找老师进行专门辅导学生以避免盲目；然后学生进行自主结合，形成小组参与实验；实验过程中，采用老师启发和学生讨论相结合的方式；对于实验方案较为完善的小组，在实验之前要有一个详细的实验计划，主要由小组成员完成实验；实验方案不够完善的小组则安排指导老师重点指导。

对于创新性实验和研究性学习的开发，青岛大学整体还处于快速发展阶段，学校的支持力度不断加大，因此如何让现有的资源更好地发挥效用，为学生提供更好的实验平台并开发出更多的实验项目将是以后的一个重点研究问题。

4 结束语

高等学校实验是培养学生实践能力和知识综合运用能力的关键一环，是实现教学创新、学科建设和社会服务的主要方式。根据物流管理专业和工业工程专业学科的发展，探讨了物流信息技术创新实验平台的建设总体思路和相关创新实验的开发。通过以上方案的成功实施，青岛大学整个物流综合实验平台实现了全方位无缝整合。在综合运用各个实验室功能的基础上，大幅度提高创新性实验和研究型学习的能力，为青岛大学教学与科研的发展做出一定的贡献，对于促进学校的相关学科建设和发展具有重要意义。

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