随着信息电子科学技术的发展, 虚拟信息与物理实体之间的联系在不断加深, 原有物联网技术已无法满足现代仓储管理信息与自动化设备之间的交互融合。但是, 信息物理融合系统 (CyberPhysical Systems, CPS) 可以为这个问题的解决提供新的思路与解决途径。CPS是一种集成了计算技术、通信设备、感知器件、控制技术及物理实体的新型智能工程系统, 其具有计算处理、自动通信、精确监控协同运作和自我控制等功能。它通过对物理环境进行实时监控、分析与仿真, 安全、高效与灵活地对物理实体进行检测与控制, 实现了对信息与设备之间的统一管理与交互融合。为此, 作者结合库房管理功能特点及运营模式, 提出将CPS应用于仓库管理运营中, 并建立仓库管理信息物理融合系统。根据CPS体系结构, 阐述并分析系统各个功能, 通过分析认为, 该系统的应用可以使库房作业效率和监管水准得到显著提升。

当前, 信息物理融合系统已经在世界各国相关科研人员和学者中引起了重视与关注, 逐渐成为近年来的学术探讨热点。张侃博士等人提出信息物理融合系统 (CPS) 通过连接物理世界和计算系统, 由计算核心监控, 是一种物理进程和计算进程紧密结合的系统。黎作鹏博士等人提出信息物理融合系统通过计算、通信与控制技术的有机与深度融合, 实现计算资源与物理资源的紧密结合与协调的下一代智能系统。李仁发教授等人提出信息物理融合系统集成了计算系统与物理系统, 并通过嵌入式计算机与网络实现了两者之间的协作和融合, 将对人们的生产和生活方式产生重要影响。谭朋柳教授等人提出信息物理融合系统是当今最前沿的交叉研究领域之一, 它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命, 将会改变人与现实物理世界之间的交互方式, 具有广泛的应用前景。赵俊华博士等人认为信息物理融合系统的提出与发展为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合, 并最终实现电网智能化的目标提供了新的思路和实现途径。余维教授等人提出利用仿真模型分析CPS中的物理世界连续状态和信息世界离散事件之间的联系和交互, 为CPS的行为预测、状态评估和实时控制提供了有效解决方法。何明教授等人利用微电网CPS实例论证了基于不同视图的CPS体系结构分析方法的优点。孙彦景教授等人针对煤矿安全生产与事故救援的需求, 利用模型仿真思想成功将CPS系统应用于煤矿井下。刘军博士提出将CPS应用于仓储管控一体化系统具有广阔的前景。

由于CPS的研究仅处于初始阶段, 经过调查分析, 世界各国专家学者还没有针对残酷管理信息物理融合系统这一技术领域进行全面的的研究。通过分析信息物理融合系统在其它行业领域的实际应用方案, 作者发现对信息物理融合系统进行结构分析设计与开发符合仓库管理特定要求的信息物理融合系统具备了可行性, 并对该系统体系结构各组成部分进行分析。

物理世界的功能是为传感器设备提供各类可读取的数据信息参量。由此看出物理层是信息物理融合系统的源头。它主要由仓库内部中的所有物理实体及其环境参量构成。

传感网络的功能是感知物理世界中的数据信息参量, 例如仓库内部环境中的温度、湿度等环境参量。库房存储物料的质量、体积等个体特征数据等。并将采集到的物理信息原始数据由设备进行预处理之后, 传递到数据中心和监控中心。它主要由多个传感器设备及已嵌入设备的数据处理器件构成。

数据中心的功能是将传感网络所传递的预处理数据进行存储, 同时验证系统用户的管理权限, 并对不同使用权限的用户提供相应等级的数据查询与分析服务功能。它主要由多个数据服务器构成。

监控中心的功能是对由数据中心存储并传递的数据信息参量进行处理与分析作业, 并依据处理结果制定相应的库房管理运营策略, 进而为控制调整执行器设备提供指令依据。其次, 其负责对系统用户的合法身份及其使用权限进行核查, 并按照系统认证使用者所下达的合法调控指令对执行器设备进行控制。如出现不合法行为及危险状况, 立即向系统其他使用者发送预警信息, 使系统与库房安全性得到极大地提升与保障。它主要由多个监控服务器构成。

执行网络的功能是由嵌入执行器设备的接收器件, 对监控中心所传递的调整控制策略进行接收与存储, 并依据计划向符合执行条件的某个或某些执行器设备下达指令, 控制执行设备对物理世界中的某些物理属性进行改造, 以达到信息进程与物理世界交互融合的目的, 它主要由路由器、交换机和通信服务器等通信设备构成。

使用终端的功能是为使用者与系统之间的信息交互提供平台。通过使用终端, 合法系统使用者在经过系统数据中心验证之后, 可对其存储的数据信息进行浏览与查询。或通过终端向系统监控中心发送调整控制指令, 其次也可以通过该终端使用者可实时获知系统监控中心所发来的预警信息, 了解库房与系统实时运营状态, 使库房运营安全性与高效性得到提升。它主要由包括手机、笔记本、桌面计算机及特定终端设备等构成。

通信网络的功能是为系统各组成部分之间的信息通信交互提供保障。其用于连接系统其他各部分之间的通信信道, 为系统提供实时化数据通信服务, 使数据信息在传递过程中的保真性与安全性得到最大的保障与提升。它是主要由路由器、交换机和通信服务器等通信设备等构成的网状拓扑结构。

仓库运营信息管理系统的功能是在仓储运营作业过程中, 对物料个体的所有数据信息进行收集处理并将其存储在系统数据中心, 例如出入库货物的品种、数量、时间、频率以及库中结存等各种原始数据信息。并通过系统通信网络将其传输到系统监控中心, 其通过对这些数据的分析处理, 及时掌握仓库运营规律, 并有针对性地制定相应合理的仓库管理调控策略。系统执行网络通过通信网络接收存储监控中心所下达的计划, 依据这些指令对仓库运营中的各作业环节进行合理的控制。其次系统监控中心通过通信网络将仓库运营信息实时反馈到各个系统终端, 使系统使用者通过终端及时了解到仓储作业与货物移动状态, 保证进货入库、在库管理、出库发货等各个运营流程的顺利衔接。

仓库设备自动监控系统的功能是将仓储运营中的机械自动化设备、信息收集与信息处理设备、执行器设备以及计算机系统智能监控设备进行深度集成与融合。其主要负责将仓储运营中各个作业设备通过通信网络进行连接与整合, 为系统监控中心命令的传递与实施提供最优化方案, 使系统中各个设备之间的独立性得到极大的降低, 使系统的监控具备了自动化与集成化。从设备监控的方面来看, 仓储自动化系统主要是由输送设备监控系统、搬运设备监控系统、分拣设备监控系统、堆垛设备监控系统等构成的。

仓库运行安全监控系统通常主要是由仓库环境监测和仓库运营设备监控两大部分构成的, 其主要是对仓库环境的状态参数和仓库运营设备的作业状态参数进行实时监测与记录, 并对数据集成或单一处理, 并及时对针对数据变化规律中的异常情况, 向系统使用者进行预警处理。仓库环境监测系统的主要作用就是要利用各种先进的检测仪器对仓库内部与外部环境状况的参量 (比如温度、湿度、光照度、空气含氧量等) 进行实时测量、记录、计算、仿真与预警等, 以达到监控仓库运营环境安全性与为发展改善仓库运营环境建设提供可靠历史数据分析的目的。在现代仓库管理系统配置的运营设备监控系统, 其作用就是利用先进的监测控控制设备和科学技术手段对系统运营中关键环节设备进行实时监控调整与安全运行, 确保库房作业效率和监管水准得到保障。

信息物理融合技术是实现计算资源与物理资源的紧密结合与协调的下一代物联网信息通信方式。它可以为仓库运营管理系统的改革创新提供新的发展路线和建设方案。因此, 研究将信息物理融合技术应用于企业现有技术中, 将实现并提升库房作业效率和监管水准, 对于我国仓库运营管理技术体系的完善有一定的积极意义。通过研究信息物理融合系统的技术特点, 作者提出仓库运营管理信息物理融合系统体系结构, 并将其融合与应用于企业仓库运营管理系统中, 从而提高运营效率和监管水准。目前, 仓库运营管理的信息物理融合系统已经得到局部应用。