LoRa技術在汽車零部件物流中的應用*

徐 俊 余建波

（同濟大學 機械與能源工程學院 上海 201804）

在“工業4.0”及中國制造 2025大背景下，現有的傳統汽車零部件入廠物流正面臨著巨大的變革。而物聯網作為萬物互聯的新型技術正在蓬勃興起，其支持物聯終端與云端的信息互聯互通，通過數據采集與智能決策分析改善供應鏈的整體效率[1-3]。

鄭建國提出了 NB-IoT技術在出入庫自動識別及優化倉儲環境中的應用，在研究中介紹了在出入庫的物流窗口安裝自動讀取設備，通過硬件及軟件的結合自動生成產品的出入庫清單，并對貨物進行自動的分類指引貨物搬運到指定的倉儲庫位[4]。通過自動獲取物品的數量、位置信息，對產品進行定期自動的盤點優化庫存，實現合理的庫存控制[5]。石國慶的研究中介紹了物聯網技術在貨物出貨過程中的應用案例，貨物的出庫信息被自動掃描記錄，并結合貨物的發貨地址及物品分類對貨物的出貨信息進行校驗，確保貨物的出庫準確性[6]。劉嫻的研究中介紹了物聯網技術可采集到大量可靠的數據，提供了有力的技術手段[7]。

通過對當前傳統汽車物流運作的系統性分析，發現供應鏈各環節中數據獲取的及時性相對薄弱，零件及料箱管理效率普遍較低。結合以上行業業務痛點，結合最新的IoT低功耗廣域網技術，優化汽車零部件入廠物流業務流程，將物聯網技術與汽車物流業務流程相結合，提升供應鏈管理的透明度與準確度。

1 IoT技術

1.1 IoT技術

物聯網（IoT）技術最近幾年在各行各業發展迅速。IoT技術包括：RFID、GPS、激光掃描等技術,已在快遞物流的多個領域得到應用，通過在商品上粘貼二維碼標簽和射頻標簽，實現貨物的信息自動識別、讀取、定位、跟蹤、監控和管理等。

隨著低功耗廣域網技術的成熟與發展，LoRa、NB-IoT等有源通訊技術在工業級物流行業的應用場景不斷拓展。本文基于LoRa技術在汽車物流供應鏈中的應用，LoRa硬件架構設計如圖1 所示。

圖1 LoRa硬件架構設計圖

具體技術，在循環包裝上安裝帶有LoRa功能的傳感器，在零部件供應商、物流卡車、整車主機廠內布置LoRa網關，網關布置圖如圖2所示。采集數據后通過采集點的LoRa無線通信技術將信息發送到物聯網的網關中，并通過4G及以太網將數據傳輸到IoT大數據平臺。

圖2 LoRa網關布置圖

1.2 LoRa技術的優勢

LoRa聚焦于低功耗覆蓋廣的應用場景，具有覆蓋廣、連接多、成本相對低、功耗少、架構優等特點。LoRa通訊技術的優勢主要體現在以下幾個方面。

（1）大連接，接入能力增強。LoRa網絡支持大量的終端接入，每個網關可支持6000個終端的鏈接，小包化的傳輸模式優化了空口信令開銷，減少無線資源占用，支持更多用戶。

（2）低功耗，低成本設計。在終端側，5Wh的電池可供終端使用10年，低帶寬、低功耗和低速率給LoRa網絡帶來低成本優勢。

（3）安全性較高。組建私有的LoRa網絡，避免將數據傳至公用網絡，避免敏感數據的流出。

（4）使用成本低。LoRa工作在1GHz以下的頻段（中國主要使用470-518MHz），無需申請即可進行網絡的建設，故在應用時不需要額外支付通訊費用。

2 IoT技術在汽車物流中的應用

系統解決方案的架構圖如圖3所示。

圖3 系統解決方案的架構圖

2.1 存儲環節

LoRa技術在汽車物流存儲環節的應用如下：

1）出入庫自動識別

在貨物的包裝上的安裝LoRa終端采集器，通過在倉庫中安裝的LoRa網關，當LoRa網關獲取到貨物包裝上的終端采集器進入網關信號覆蓋范圍內，自動形成貨物的貨物接收報告，實現自動化管理入庫的目的。

2）貨物的實時自動化盤點

通過實時采集倉庫內的LoRa終端的數據，可以自動獲取物品的數量、位置信息，進行自動化盤點貨物，控制庫存的合理性，避免破庫存的Min及Max值，保證生產的安全性，提高倉儲效率，降低庫存的擠壓導致的面積浪費。IoT大數據平臺下發指令讀取目標區域內網關接入的零件及包裝數據，目標區域內的網關將實時的終端接入數據反饋給IoT大數據平臺。

2.2 運輸環節

1）運輸監控

通過安裝在運輸卡車廂內LoRa網關與零件貨物包裝上的LoRa終端的信息傳輸，可實時對貨物在運輸過程中的位置進行跟蹤，方便企業跟蹤貨物運輸的過程。通過數據貨物的運輸位置監控，優化運輸路線；通過卡車路線裝載貨物的數量統計，可記錄卡車內的貨物裝載率，通過車輛的資源投入，降低運輸的車次及運輸費用。

2）環境監控

在LoRa終端中植入加速度及振動傳感器，追蹤卡車運輸的速度、剎車情況、是否貨物發生過傾翻，通過后臺管理人員的及時介入，來確保貨物的完好性，為記錄駕駛行為及貨物受損索賠提供有力的數據支持。同時，通過數據的監控可得知不同運輸線路的實時路況，針對不同的路況可以指定不同的包裝方案，降低包裝防護實現費用的節省。

針對運輸過程中有控制溫濕度要求的零件，在終端中植入溫濕度傳感器，一旦存儲環境的溫濕度超過物品要求設定的閾值，系統會主動上報一條數據給到監控人員，收到指令后監控人員會立即采取有效措施盡快解決問題。

2.3 包裝管理

1）包裝監控跟蹤

LoRa終端在脫離網關后，若長時間沒有記錄新的網關，LoRa終端將處于失聯的狀態。通過監控每個供應鏈節點的包裝器具出入庫情況，以及 LoRa終端的失聯情況，便可得知包裝在哪個環節發生了丟失，數據管理中心會自動生成提示信息發送給此環節的管理人員。

2）包裝滯留時間監控

料箱在供應鏈的某一節點停留時間過長，稱為呆滯料箱。通過監控料箱在每個節點的滯留時間，精準地找出停留時間過長的包裝型號，減少包裝的投入，提高料箱的使用周轉率，降低包裝投入數量。

3）包裝器具智能調配

監控各家零部件供應商處的空料箱數量，對于出現料箱數量低于設定庫存Min值的情況，系統主動的報警給包裝器具管理人員，管理人員通過包裝調配保證供應鏈的生產安全性。

3 系統測試比較與分析

為了解決物流環節中目前低效的業務場景，布置了小范圍試點的應用場景，以檢驗LoRa技術獲取數據的有效性及準確性，通過采集物流各環節的相關數據，包括：貨物接收入庫數據，盤點數據等。

3.1 存儲環節

1）貨物出入庫自動識別數據比較

經過收集70 000個貨物的入庫數據，測試比較結果如圖4所示。

圖4 LoRa入庫自動讀取數據比較

從圖4可以看出在第一個月測試樣本數據的準確率較低，經過分析主要原因是算法的冗余數據導致了差異，調整了數據清洗的邏輯后出入庫的準確率大幅度提升，后期數據的準確率達到了99%以上，說明LoRa技術在貨物出入庫中應用具有較高的自動讀取準確率。

2）貨物自動盤點數據

收集了3 300個盤點數據，測試比較結果見表1。

表1 LoRa盤點數據比較

從數據可以看到， LoRa 技術在倉庫盤點的應用中具有較高的數據準確率，平均準確率達到了99.69%。

3.2 運輸環節

通過比較五組卡車實際運輸貨物箱數與 LoRa讀取箱數，可以看到LoRa數據讀取準確率在90%以上，見表2。應用LoRa技術可以較好地獲取卡車中裝載貨物的實際數量，為跟蹤貨物、計算卡車裝載率提供了實時的數據。

表2 LoRa運輸貨物數據比較

3.3 包裝管理

1）包裝監控跟蹤

通過IoT數據平臺，可以實時獲取整個供應鏈中各個環節上的包裝器具數量，見表3。

表3 包裝數量分布情況

同時，LoRa可以記錄失聯終端的數據，已確定終端失聯的位置，為確定包裝丟失地及丟失原因提供數據支撐，見表4。

表4 終端失聯數據表

2）包裝滯留時間監控

記錄終端接入網關的時間，可以獲取包裝在此網關的滯留時間，可以獲取呆滯的包裝數據為優化包裝器具投入與管理提供分析數據，見表5。

表5 包裝滯留天數表

4 結語

根據測試結果，LoRa 無線技術在汽車零部件入廠物流中具有應用價值，結合LoRa技術本身所具有的遠距離、低功耗、組網簡單、低成本等特點，并結合業務實際應用場景可以實現：

（1）貨物自動接收入賬，大幅度提高收貨入賬的效率與準確率；

（2）實時獲取相關區域的貨物/料箱數量，實現物料、料箱自動盤點的功能，大幅度提高了盤點的準確性與及時性；

（3）在途貨物的精準化、透明化管控，采集貨物位置信息及環境數據，為物流供應鏈監控提供高效、快速的管理工具；

（4）包裝器具精準化、透明化管理，精準化管控包裝從生產、運作周轉周期、退出報廢的全過程狀態，實現包裝全生命周期管理。

結合本文的研究，LoRa技術在汽車零部件入廠物流環節中具有較高的應用價值及廣闊的前景，為實現智能、敏捷、快速地綠色供應商提供了高效的采集技術，為業務流程的不斷深化改善提供了數據基礎。