“軟件定義物流”推動智慧物流全面發展

來源:本站 | 2018-11-08 18:49 | 作者:王繼祥

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  一、軟件定義:智慧時代的本質特征

  人類已經開始大踏步邁入智慧時代,智慧思維系統、智慧傳導系統和智慧執行系統開始向物理世界延伸,讓沒有生命的物理世界開始有了生命的覺醒。

  智慧執行系統是與我們人類直接接觸的系統,是我們看得見摸得著的智慧世界,給人類社會帶來很大的沖擊和震撼。如各類智能機器人、無人機、自動駕駛汽車的應用,引發了社會的廣泛關注。目前,機器學習能力大幅上升,機器人開始在很多行業取代人工。但是智慧執行系統主要還是自動化和無人化技術的應用。

  阿法狗在圍棋領域首次戰勝了人類的世界冠軍,新版“阿法狗”Master摒棄人類棋譜,通過數學模型只靠計算機下的自我對局和深度學習,在2017年開年與“阿法狗”對局完成風卷殘云般的60勝。

  智慧傳導系統是人類進入智慧時代的基礎,核心是互聯網、移動互聯網、物聯網的技術與應用。智慧傳導系統由狀態感知與即時信息傳導兩大功能組成,是實現信息世界與物理世界融合的關鍵,是智慧時代的基礎設施。

  從本質上講,人類進入智慧時代的核心是智慧思維系統。智慧思維系統是是智慧系統的大腦,是主宰智慧系統的控制核心,是讓物理世界產生智慧生命覺醒的關鍵。智慧思維系統的信息資源是大數據,思考的引擎是云計算,實時分析和科學決策的是軟件。軟件才是做出科學決策的關鍵,是發布智慧指令的本源。

  當今社會互聯網深刻改變了人類社會和生活模式。但是,互聯網的核心價值是連接,通過連接來傳達軟件指令;硬件執行雖然很重要,但硬件執行需要智慧的指令;大數據很重要,但大數據需要軟件的數據分析處理才能形成科學決策;云計算也很重要,但是云計算只是軟件的計算模式。只有軟件才是實現互聯網核心價值的重要使能技術。

  二、什么是“軟件定義”

  軟件的發展可以分為三個階段。第一個階段是1946年至1975年中期,基本特征是軟硬件一體化,軟件是以程序的形式依附于硬件,以機器語言的方式展現,完成指令并具有簡單計算功能;第二個階段是1975年至1995年,這是軟件產品化和產業化階段。軟件融合程序和文檔為一體,作為獨立的形態從硬件分離出來;第三個階段是1995年以來軟件的網絡化、服務化階段。在這個階段,隨著大數據、云計算的發展,推動軟件逐步升級并占據主導地位,成為控制與管理硬件資源的大腦,其應用領域已經滲透到社會經濟生活中的方方面面。

  目前,隨著人工智能技術的發展,軟件必將成為物理世界的大腦,未來的人類文明將運行在軟件之上,進入軟件定義時代。那么,什么是軟件定義?要搞清楚軟件定義需要了解其本源。

  “軟件定義”概念發源于軟件定義網絡(SDN),是由Emulex提出的一種新型網絡創新架構,其核心技術OpenFlow通過將網絡設備控制面與數據面分離開來,通過一組應用程序編程接口(API)對網絡設備進行任意的編程,從而實現新型的網絡協議、拓撲架構而不需改動網絡設備本身,實現了網絡流量的靈活控制,為核心網絡及應用的創新提供了良好平臺。隨著云計算發展,“軟件定義網絡”的原理在云計算平臺中落地應用,進行網絡管理,重新“定義”了傳統的網絡架構甚至通信產業。

  在不改變網絡設備硬件本身的情況下,通過應用程序編程接口對硬件設備任意編程控制,可以實現新的網絡協議,讓網絡硬件資源活起來,這一理念具有一定的普適性,尤其是在缺乏柔性的物理世界,更具現實意義。因此隨著軟件定義網絡的發展,軟件定義的理念很快獲得了普遍響應,并不斷延伸和泛化,由最初的軟件定義網絡,向軟件定義存儲、軟件定義數據中心,以及向軟件定義制造、軟件定義汽車、軟件定義航天等領域發展,正在走向軟件定義一切。

  根據上述軟件定義的發展和原理,結合筆者自己的研究思考,現給出“軟件定義”的概念如下:

  軟件定義指的是把硬件資源抽象為虛擬資源,按照單元化和標準化的思想歸類成基礎硬件單元,具備標準的基本功能,在此基礎上通過編寫系統的應用程序軟件,對虛擬的硬件單元模塊進行更開放、靈活、智能的管理與調度,實現對物理世界的智能控制。

  從軟件定義角度看計算機操作系統,實際上就是操作系統給了我們一臺軟件定義的計算機,主要的兩大功能是:向下通過硬件資源的虛擬化管理各種各樣的資源,向上通過管理功能的可編程提供各種公共的服務。因此,計算機軟件專家、中國科學院院士梅宏教授將軟件定義的技術本質概括為:硬件資源虛擬化,管理功能可編程,十分精確和形象。

  目前,軟件定義正向傳統行業延伸,以工業互聯網、工業4.0(CPS)等為特征的新一輪工業革命,軟件技術將是核心的競爭力,軟件定義的智能制造平臺推動了很多傳統的制造業公司向軟件公司轉型;軟件定義的網購平臺推動了以軟件為核心的平臺型電子商務發展;現代物流是一個實體物理網絡,軟件定義物流必將推動智慧物流發展。

  三、“軟件定義物流”本質與定義

  根據軟件定義的概念與技術原理,筆者給出軟件定義物流的基本定義如下:

  “軟件定義物流”指的是把物流作業設施、設備、貨物等物流硬件資源虛擬化,按照單元化和標準化的思想歸類成基礎的物流功能模塊與基礎貨物單元,在此基礎上通過應用程序軟件對虛擬的硬件單元模塊進行更開放、靈活、智能的管理與調度,實現對物流系統的智慧管理與控制。

  軟件定義物流系統架構可以分硬件層、控制層和應用層三個層次。

  1.硬件層:物流硬件虛擬化

  在硬件層,主要分作業設施設備和作業對象的貨物兩類,作業設施設備主要包括:倉儲設施、倉儲設備、貨運裝備、搬運設備等;作業對象就是各類貨物。

  按照單元化與標準化思想,物流設施設備資源的虛擬化是通過定義物流作業的標準功能模塊來實現的。物流是一個復雜的大系統,這個大系統的物流運作按照筆者提出的物流作業五字訣,可以分為“分、合、搬、運、存”五大功能,據此對各類物流設施設備進行歸類,并按照物流作業的細分功能進行標準化定義功能模塊,就可以實現對物流設施、設備資源的虛擬化。

  隨著智慧物流發展,自動化與無人化等智能物流設備,通過硬件資源虛擬化更有意義。我們可以把機器人、無人機等獨立的終端設備定義為單元級智慧物流功能模塊,把由各類單元級智慧物流模塊編程組合的系統定義為系統級智慧物流模組,把網絡化和平臺化的智慧物流大系統定義為平臺型智慧物流系統。

  物流作業對象的虛擬化需要按照單元化和標準化技術原理來歸類,可以分為單品、標準箱、托盤、集裝箱等貨物單元,托盤是物流作業最基本的貨物單元。

  2.控制層:管理功能可編程

  在控制層,需要全面推動物流流程標準化和物流服務標準化,需要把物流知識和作業流程軟件化,實現管理功能可編程。

  控制層的可編程需要推動大數據應用,實現一切流程數據化,一切數據流程化。在編程過程中要全面應用人工智能的最新成果,需要借鑒各類適合于物流行業分析的數學模型研究成果,根據物流作業實際落地應用。

  傳統的管理功能可編程往往局限于物流作業對象的管理與控制,智慧物流的管理功能可編程更需要對物流設施設備作業功能進行模組化編程和智能控制。

  3.應用層:萬物互聯,硬件覺醒

  應用層首先需要實現萬物互聯,把控制層的軟件運行產生的智慧決策,實時傳導到設施設備功能模塊和貨物標準單元,激發作業設施設備和作業對象等硬件資源的智慧覺醒,經過軟件的控制與賦能,對各類物流作業場景與應用環境實現智慧化管控,并推動物流網絡的天網與地網融合,實現全網運作的智慧化。

  四、“軟件定義物流”的技術基礎

  軟件定義物流的發展驅動力是物流信息化。軟件是智慧物流的大腦,軟件的實時分析與科學決策需要物流大數據資源,軟件的計算模式需要云計算、霧計算、邊緣計算發展創新,軟件分析與決策機制需要建立在機器學習、人工智能、數學模型等技術發展基礎之上,軟件的指令下達與傳輸需要互聯網、互聯網+、移動互聯網、物聯網、CPS(信息物理系統)等基礎設施。

  軟件定義物流的發展基礎是物流標準化。物流標準化是硬件資源虛擬化的核心,推動物流標準化,先從物流作業對象“物”開始,通過包裝技術把紛繁復雜的“物”進行標準規范和分類,建立“物”在生產企業、商貿企業、批發企業、物流公司、網購企業、零售門店、連鎖企業等企業的物流作業場景中無縫銜接,自由“流動”的“接口標準”,需要利用單元化思想,按照物流系統最通用的物流作業單元“托盤”的標準,規范物流單品包裝尺寸模數、物流周轉箱標準模數、物流車廂的標準規格、集裝箱的標準尺寸規格、叉車貨架標準規格、倉庫貨位標準規格、分揀與輸送標準規格,建立標準統一,尺寸模數協同的“物”的標準體系;

  在“物”的標準基礎上,進一步規范物流作業流程、物流服務流程,完善和改進商業流程,推動“流”的標準體系建立;

  在物流的基礎標準體系建立后,要把“物流”網絡鏈接起來,需要對“物”的單元進行賦碼,借助物聯網技術,推動物流“鏈”的標準化,初步把物流單元與信息化技術對接,完成物流“鏈”的標準化。

  在物流“鏈”的標準化之后,就是進一步推動物流互聯網的標準化建設。

  在對物流作業對象和物流流程等標準化基礎上,已經初步具備了流程軟件化基礎,下一步還需要對物流作業的設施設備進行標準化。

  物流設施設備資源的標準化也要遵循單元化思想,但是這一單元化思想的主線與物流作業對象的標準化不同,不再是尺寸單元標準化,而是功能模塊標準化。對物流作業功能模塊標準化主要有五大類:分、合、搬、運、存;

  一是物流的“分流”作業,主要體現在物流的分揀和分撥技術,要根據各個作業場景的具體要求和分揀與分撥的技術原理,按照詳細的功能進行模塊化分類,建立起柔性化的分揀與分撥技術裝備,便于模塊化組合,可以通過軟件編程滿足不同業務模式與作業場景的作業要求。

  二是物流“合流”的作業,主要體現在按訂單集成進行合單集貨、裝車、堆積等,需要按照常用的設施設備,按照不同作業場景和作業要求進行模塊化分類,建立“合流”作業的標準模塊,便于柔性化管控和組合,可以通過軟件編程滿足不同業務模式與作業場景的作業要求。

  三是“搬”的作業設備,包括各類叉車、牽引車、小推車、無人叉車AGV、機器人、自動裝卸設備等等,也要按不同作業要求進行功能性模塊化分類,便于模塊化組合,可以通過軟件編程完成不同作業場景和業務模式的要求;

  四是“運輸”作業設備,包括配送車輛、干線與支線貨運車輛、無人機、火車、飛機等等,需要按照不同的運輸模式和設備種類進行模塊化分類,便于模塊化組合和多式聯運,可以通過軟件編程建立適合不同運輸模式與運輸銜接的柔性化組合,完成不同業務模式與作業場景的要求;

  五是“存”作業設施,包括各類倉儲、貨場、分撥中心等設施,需要按照不同的作業要求和存儲要求,進行分類規范,建立標準化的功能模塊,必要時功能模塊可以具體到標準貨位,在此基礎上,通過聯網運作,便于軟件編程管控,滿足不同的作業場景與業務模式的要求。

  物流信息化與標準化是軟件定義物流的基礎,標準化是實現硬件虛擬化的關鍵抓手,信息化是軟件定義物流的核心驅動力。

  五、“軟件定義物流”主要模式及創新方向

  當前“軟件定義物流”概念剛剛提出,其主要模式還亟待總結和推廣,軟件定義物流需要向深度和廣度發展。但是,軟件定義物流也不僅僅是一個新的概念,而是有著深厚的現實發展基礎,也存在著很多初級的創新模式。

  1.智慧共配:軟件定義城市配送

  近年來,城市物流共同配送獲得了巨大發展,共同配送也稱共享第三方物流服務,指多個客戶聯合起來共同由一個第三方物流公司來提供配送服務。城市共同配送有十多種創新模式,如:統倉統配模式、循環取貨直配模式、循環取貨共配模式、集貨+集倉統一配送模式、分階段JIT集貨共配模式、社區集貨+分區域循環共配模式、多工廠集貨共配模式等等。

  傳統的統倉統配等共同配送模式柔性化和智能化特征不強,不同模式切換困難。目前,隨著互聯網技術發展,圍繞著渠道共配和產品共配,城市共同配送創新向著智慧共配方向發展,通過大數據、互聯網和GPS相結合,可以即時集成區域內訂單需求,智慧生成最優共配路徑,做到實時共配,隨機共配,全面共享城市物流配送資源。

  智慧化共同配送企業,往往并不擁有車輛和倉儲資源,企業核心資產就是智慧化共同配送軟件和平臺,其發展路徑一般是:

  (1)鏈接:建立互聯網平臺,實現配送資源鏈接。包括鏈接社會上擁有運力資源的企業與個體司機,建立運力資源池。

  (2)規范:對加盟司機和車輛進行技術培訓和規范,建立運力單元標準化的管控規則,規范作業流程,建立流程標準;

  (3)共享:廣泛征集社會化配送需求,并通過大數據、云計算等信息技術,對配送需求訂單按最優路徑和最近距離等要素進行訂單合成與優化,形成配送貨物的單元組合。

  (4)運籌:根據需要共同配送的貨物組合,最佳匹配就近車輛,向符合條件的企業推動配送信息,軟件只能優化車與貨的匹配,實現運力資源的統籌運作。

  (5)優化:不斷通過大數據分析,機器學習功能,升級軟件,優化共同配送的訂單合成與運力組合的匹配,優化配送路徑,實現智能的循環取貨,目的地區域的共同配送。

  智慧化共配在初期鏈接與規范基礎上,就具有了軟件定義共同配送的基礎,運用軟件定義的技術原理,通過軟件的運籌、計算、大數據分析、優化等運算,產生智慧共配的決策,決定智慧共配的運作,實現了“軟件定義城市共配”。

  其實,無車承運的發展創新方向,也需要借助軟件定義無車承運的模式,進行智慧化無車承運的模式創新。

  2.智慧分倉:軟件定義庫存

  電子商務網購平臺,在“雙11”購物節期間,通過歷年大數據的分析與預測,結合客戶提前放入購物車的預定信息,通過軟件分析決策,實現讓物流先行,在“雙11”之前即開始全面的在全國各地智慧分倉,把客戶未來準備采購的貨物提前分配到全國各地的前置倉,并通過定金等模式實現鎖倉。當“雙11”來臨,假設某個北京客戶采購了上海的一款產品,這款產品早就在客戶附近的前置倉中靜待物流指令了,一旦完成采購流程,貨物直接從離客戶最近的前置倉中送到客戶家里。這種智慧分倉也符合軟件定義倉儲管理的原理,屬于軟件定義物流的發展模式。

  3.智慧管理平臺:軟件定義倉庫運作

  據我們了解,目前一些先進的第三方物流公司面對不同行業的物流客戶,往往需要不同的物流作業模式,這給客戶倉庫作業技術裝備升級帶來很大問題。如果按照某類客戶建立了一套作業模式的物流設備管理與運營系統,當客戶變化后,就往往不適應了。

  如何建立起柔性的和智能的倉庫作業管控系統,實現倉庫的技術升級,甚至建立無人化倉庫?某家大型的第三方物流企業提出了建立無人化智慧倉庫管控平臺的技術思路,并開始了規劃設計。根據規劃設計思路,企業對機器人、無人叉車、貨架、分揀設備、裝卸設備均進行了標準模塊分類,實現了物流硬件資源功能性模塊的虛擬化,在此基礎上,結合不同的產品作業要求,通過軟件編程,將積累的不同產品作業流程經驗軟件化,將標準功能模塊組合管控軟件化,建立不同的作業管控模式。這樣當客戶變化后,通過無人倉庫智能管控平臺,實現管控軟件的切換,做到智慧和柔性的新倉儲作業模式的變化,適應新的客戶需求。

  4.智慧云倉:軟件定義倉儲設施

  在全國各地建立標準化倉儲設施系統,通過云倉系統軟件與平臺實現倉庫設施網絡的互聯互通,在此基礎上對倉儲設施網絡實現可編程的管理與控制,這是基于實體的倉庫設施網絡系統打造的在線互聯網管理平臺。智慧云倉軟件與平臺通過互聯網聯通全國各地倉庫的管理系統,實現倉庫數據與云倉平臺互聯互通,基于云計算和大數據分析,整合、運籌和管理實體倉庫系統,實時進行全國倉庫系統的網絡化運營與管理。

  菜鳥云倉:菜鳥把自己定位為物流大數據平臺,菜鳥網絡未來或可能組建全球最大的物流云倉共享平臺。菜鳥搭建的數據平臺,以大數據為能源,以云計算為引擎,以倉儲為節點,編織一張智慧物流倉儲設施大網,覆蓋全國乃至全球,開放共享給天貓和淘寶平臺上各商家。

  京東云倉:京東自建的物流系統已經開始對社會開放,京東物流依托自己龐大的物流網絡設施系統和京東電商平臺,從供應鏈中部向前后端延伸,為京東平臺商家開放云倉共享服務,提升京東平臺商家的物流體驗。此外,利用京東云倉完善的管理系統,跨界共享給金融機構,推出“互聯網+電商物流金融”的服務,利用信息系統全覆蓋,實現倉配一體化,并有金融支持,能滿足電商企業的多維度需求。

  順豐云倉:順豐利用覆蓋全國主要城市的倉儲網絡,加上具有差異化的產品體系和市場推廣,讓順豐倉配一體化服務鋒芒畢露。順豐圍繞高質量的直營倉配網,以及優化供應鏈服務能力,重點面向手機(3C)、運動鞋服行業、食品冷鏈和家電客戶開放共享。

  5.智慧貨運:軟件整合運力資源

  隨著“互聯網+”和共享物流快速發展,公路貨運向智慧貨運發展。貨運公司不再需要擁有車輛和司機,僅僅需要建立互聯網平臺和運力整合軟件,實現對社會運力資源的調度與管理,即可獲得快速發展,這也非常符合軟件定義貨運的模式。

  利用信息平臺整合車貨雙方的需求,利用車貨匹配軟件,車主和貨主可以使用手機客戶端即時即刻進行車貨匹配的服務交易,拷貝了成熟的“滴滴”模式,解決了日常物流服務場景中“找車難”和“找貨難”的問題,這是初級的軟件定義貨運創新模式。典型企業目前有運滿滿、貨車幫、福佑卡車等等。

  如果要進一步通過標準化和軟件化整合公路運力,需要對這個行業本身有著較為深刻的理解。在行業內,利用先進的信息化技術和全新的管理運營模式對公路貨運物流服務進行運籌整合,其中比較典型的企業有卡行天下、安能等等。

  上述公司在軟件定義的理念指引下,可以借助于對運力資源標準化、對運力整合的流程進行自我學習和大數據分析,進行軟件定義物流的深度創新,進一步優化和運籌運力資源,向智慧貨運方向發展。

  我們提出“軟件定義物流”并不是為了創造一個新的概念,而是要實實在在推動物流業智慧化創新。我們相信,借助軟件定義物流理念,可以推動智慧物流變革,提升中國智慧物流發展水平。


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