基于物联网的实验项目开发教学改革方式探索*

□ 姜 媛，王明明

(1.上海海洋大学，上海 201306；2.百互润贸易(上海)有限公司，上海 200041)

1 引言

为适应社会经济发展需要，目前上海海洋大学工业工程与物流工程专业对培养方案做了较大的改变和拓展，对实验教学进行了更明确的布置和安排，以专业课程群为基础，综合广泛的开展实践教学。本文根据工业工程与物流工程专业设置，对利用物流综合实验室内的设施设备等指导学生开展实际物流问题方案设计为例，探索实验教学改革模式。

2 指导内容设计

现阶段培养方案中，设计了由浅入深、环环相扣的实验内容。从《专业导论》开始，引导学生进入专业实验室，在实验室中了解相关设备的基本知识。《物流装备技术》课程中，对物流设备的使用和原理进行讲解。在实验开发和设计时，适当增加探索性实验内容,针对实际物流问题,设计总体解决方案,并实施总方案。同时,还培养学生收集和处理信息的能力、分析和解决实际问题的能力、团结协作和组织能力等[1]。

自2013年开始设立了啤酒游戏，结合课堂学到的需求放大效应等知识，建立真实的行业背景，使学生在真正的物流行业环境中发现问题、解决问题，取得了较好的效果。促使学生养成良好的操作习惯，培养执着的探索精神，激发持续的创新欲望，强化熟练的操作技能[2]。

同时，在毕业设计、参加相关竞赛时，鼓励学生利用已有设备选题，使学生能更好的理解实验设备和理论知识的结合。本研究利用实验室内的立体传送系统、射频识别装备等，指导学生开展基于物联网的自动化立体仓储改造方案设计。

2.1 选题背景

在理论教学和实践教学中，学生已具备一定的专业知识，并学会操作立体仓储系统。在毕业设计时，学生对自动化立体仓储系统进行分析，针对提出了结合物联网的改进方案，并开发了相关操作系统。

物流工程实验室内立体传送系统由立体仓库货架、工控机、堆垛机控制系统、顶升平移机、入库皮带输送机及各种传动系统、安全系统、电气系统构成。是固高科技旗下生产的封闭式系统。共有100个货位，通过固高科技自主研发软件的命令输入能够实现货物的出入库功能，货物的出入库信息都必须手动输入，不具备防碰撞功能。

经过分析，实验室现有立体传送系统主要存在如下问题：①在选择货位执行出入库操作时，软件系统内的货位选择没有和货架上的实际编码完全一一对应；②自带的系统带有库存查询功能，但只显示货位上是否存在货物，不能体现出入库货物的详细信息，随后的操作人员无法进行数据的盘点与核对；而且出入库操作时也不会对货位状态进行再次审核，可能造成空操作和碰撞问题；③执行出库操作时，必须在系统中重新再执行一次任务，且对于货位的占用情况没有做判断，即可能出现空位出库和占位入库的操作，可能会造成空操作和碰撞的问题；④不能够追溯是操作执行者，后续的责任追究无法执行；⑤对于产品并没有作分类处理，也没有对货物本身进行编码，可能造成入库货位选择不合理，这也会给后续的出库带来麻烦。

方案中所有设计和需求分析都是基于立体仓储系统展开的，针对该立体传送系统存在的问题而改进，开发的软件也是为了完善现有系统而建立的。

2.2 设计内容

该设计以自动化立体仓储系统为依托，运用物联网中的射频识别技术、仓储系统中的红外感应器，结合VB程序开发设计语言和SQL server数据库,建立运行日志，对信息进行储存、增添、剔除、更新处理以实现数据信息管理;进行货位与软件管理系统的信息交换和通讯，接受上一级管理计算机的信息并能反馈相应的信号，同时能够接收并处理下位机发出的信息以实现通信功能；RFID设备实现货物的智能存储和存储位置读取的功能，使货位的存储处于高效和货架受力基本均衡的状态，即将有关产品和货位的信息通过读写器、上位机、数据库三者的结合，成功导入数据库，并可以实时查询、添加、删除、修改等功能。

对现有系统的改进点分析后，对照这些改进点进行了硬件布置、功能设计、总体设计和数据库设计，形成完整改进方案。实现了入库货位编号严格一一对应、每类产品为其提供特定产品号、利用RFID标签实现产品识别单位缩小至每件、产品相关信息更详细、实现货物防碰撞功能，并在系统中加强责任追溯和安全性提升。

2.3 方案实现

经过试验，该设计实现了包含读标签、写标签在内的RFID系统信息采集功能，并利用自动化立体仓库管理信息系统实现了入库功能、出库功能和防碰撞功能，解决了原有系统存在的需改进点。自动化立体仓库管理信息系统主要实现功能包括：

①基本信息处理：对产品、用户、收货方、供应商还有机械设备信息的存储和更改。

②系统管理：为了防止系统损坏，数据丢失而存在的、能够对数据进行备份、还原和日记管理。

③入库管理：对即将入库的货物进行数据采集，采集后的数据会在数据库自动生成记录，并可以进行查询和修改。

④出库管理：出库后将出库产品的信息录入后台数据库系统。

⑤在库管理：对货物进行盘点和预警，确定产品实际数量与记录是否有出入，若有出入，能够及时向仓管员反馈。

⑥数据查询：对仓库内的所有物质(包括入库、出库和在库的)生成的相关报表进行管理，方便管理人员后续对相关信息的查询。

通过软件系统与硬件系统的有效结合，提高仓储效率，减少不必要的错误以及劳动成本。利用RFID技术无需物理接触就能实现信息采集，高效且出错率低的优势，大大提升立体仓库系统的周转效率和响应速度，实现了产品的信息采集、与系统间的通信和出入库功能，并针对货物的不同特性，进行简单的货位划分，保证货架的稳定性和企业损失最小化。另外对防碰撞问题进行了探讨，实现货位禁止二次入库功能。

该设计在智能识别货物存储和位置信息读取采集做了重点研究，旨在通过软件系统与硬件系统的有效结合，提高仓储效率，减少不必要的错误以及劳动力成本，大大提升立体仓库系统的周转效率和响应速度。

3 结语

在实验教学中，如何将物流综合实验室设备高效的利用起来，一直是实验教学改革需要考虑的问题之一。有针对性和开放性的使用教具，才能发挥作用，体现实验设备的价值，同时为学生的自由探究提供了空间，也可作为学生课后继续探究的补充材料[3]。使学生有效、合理的利用实验设备，可以使学生在其中更好的学习知识，更好的学以致用，使理论知识学习和实验学习高效结合，从而激发学生的学习兴趣，提高其实践能力和创新能力，培养物流工程复合型技术人才。