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P86 “软件定义物流”推动智慧物流全面发展

来源:2017年第12期(总第213期) 作者:王继祥 /文 浏览:

       “软件定义物流”指的是把物流作业设施、设备等、货物等物流硬件资源虚拟化,按照单元化和标准化的思想归类成基础的物流功能模块与基础货物单元,在此基础上通过应用程序软件对虚拟的硬件单元模块进行更开放、灵活、智能的管理与调度,实现对物流系统的智慧管理与控制。我们相信,借助软件定义物流理念,可以推动智慧物流变革,提升中国智慧物流发展水平。
 
 王继祥 /文
 
一、软件定义:智慧时代的本质特征
         人类已经开始大踏步迈入智慧时代,智慧思维系统、智慧传导系统和智慧执行系统开始向物理世界延伸,让没有生命的物理世界开始有了生命的觉醒。
 
        智慧执行系统是与我们人类直接接触的系统,是我们看得见摸得着的智慧世界,给人类社会带来很大的冲击和震撼。如各类智能机器人、无人机、自动驾驶汽车的应用,引发了社会的广泛关注。目前,机器学习能力大幅上升,机器人开始在很多行业取代人工。但是智慧执行系统主要还是自动化和无人化技术的应用。
 
        阿法狗在围棋领域首次战胜了人类的世界冠军,新版“阿法狗”Master摒弃人类棋谱,通过数学模型只靠计算机下的自我对局和深度学习,在2017年开年与“阿法狗”对局完成风卷残云般的60胜。
 
        智慧传导系统是人类进入智慧时代的基础,核心是互联网、移动互联网、物联网的技术与应用。智慧传导系统由状态感知与即时信息传导两大功能组成,是实现信息世界与物理世界融合的关键,是智慧时代的基础设施。
 
         从本质上讲,人类进入智慧时代的核心是智慧思维系统。智慧思维系统是是智慧系统的大脑,是主宰智慧系统的控制核心,是让物理世界产生智慧生命觉醒的关键。智慧思维系统的信息资源是大数据,思考的引擎是云计算,实时分析和科学决策的是软件。软件才是做出科学决策的关键,是发布智慧指令的本源。
 
        当今社会互联网深刻改变了人类社会和生活模式。但是,互联网的核心价值是连接,通过连接来传达软件指令;硬件执行虽然很重要,但硬件执行需要智慧的指令;大数据很重要,但大数据需要软件的数据分析处理才能形成科学决策;云计算也很重要,但是云计算只是软件的计算模式。只有软件才是实现互联网核心价值的重要使能技术。
 
二、什么是“软件定义”
        软件的发展可以分为三个阶段。第一个阶段是1946年至1975年中期,基本特征是软硬件一体化,软件是以程序的形式依附于硬件,以机器语言的方式展现,完成指令并具有简单计算功能;第二个阶段是1975年至1995年,这是软件产品化和产业化阶段。软件融合程序和文档为一体,作为独立的形态从硬件分离出来;第三个阶段是1995年以来软件的网络化、服务化阶段。在这个阶段,随着大数据、云计算的发展,推动软件逐步升级并占据主导地位,成为控制与管理硬件资源的大脑,其应用领域已经渗透到社会经济生活中的方方面面。
 
         目前,随着人工智能技术的发展,软件必将成为物理世界的大脑,未来的人类文明将运行在软件之上,进入软件定义时代。那么,什么是软件定义?要搞清楚软件定义需要了解其本源。
 
        “软件定义”概念发源于软件定义网络(SDN),是由Emulex提出的一种新型网络创新架构,其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来,通过一组应用程序编程接口(API)对网络设备进行任意的编程,从而实现新型的网络协议、拓扑架构而不需改动网络设备本身,实现了网络流量的灵活控制,为核心网络及应用的创新提供了良好平台。随着云计算发展,“软件定义网络”的原理在云计算平台中落地应用,进行网络管理,重新“定义”了传统的网络架构甚至通信产业。
 
          在不改变网络设备硬件本身的情况下,通过应用程序编程接口对硬件设备任意编程控制,可以实现新的网络协议,让网络硬件资源活起来,这一理念具有一定的普适性,尤其是在缺乏柔性的物理世界,更具现实意义。因此随着软件定义网络的发展,软件定义的理念很快获得了普遍响应,并不断延伸和泛化,由最初的软件定义网络,向软件定义存储、软件定义数据中心,以及向软件定义制造、软件定义汽车、软件定义航天等领域发展,正在走向软件定义一切。
 
        根据上述软件定义的发展和原理,结合笔者自己的研究思考,现给出“软件定义”的概念如下:
软件定义指的是把硬件资源抽象为虚拟资源,按照单元化和标准化的思想归类成基础硬件单元,具备标准的基本功能,在此基础上通过编写系统的应用程序软件,对虚拟的硬件单元模块进行更开放、灵活、智能的管理与调度,实现对物理世界的智能控制。
 
        从软件定义角度看计算机操作系统,实际上就是操作系统给了我们一台软件定义的计算机,主要的两大功能是:向下通过硬件资源的虚拟化管理各种各样的资源,向上通过管理功能的可编程提供各种公共的服务。因此,计算机软件专家、中国科学院院士梅宏教授将软件定义的技术本质概括为:硬件资源虚拟化,管理功能可编程,十分精确和形象。
 
        目前,软件定义正向传统行业延伸,以工业互联网、工业4.0(CPS)等为特征的新一轮工业革命,软件技术将是核心的竞争力,软件定义的智能制造平台推动了很多传统的制造业公司向软件公司转型;软件定义的网购平台推动了以软件为核心的平台型电子商务发展;现代物流是一个实体物理网络,软件定义物流必将推动智慧物流发展。
 
三、“软件定义物流”本质与定义
        根据软件定义的概念与技术原理,笔者给出软件定义物流的基本定义如下:
 
        “软件定义物流”指的是把物流作业设施、设备、货物等物流硬件资源虚拟化,按照单元化和标准化的思想归类成基础的物流功能模块与基础货物单元,在此基础上通过应用程序软件对虚拟的硬件单元模块进行更开放、灵活、智能的管理与调度,实现对物流系统的智慧管理与控制。
 
          软件定义物流系统架构可以分硬件层、控制层和应用层三个层次。
 
1.硬件层:物流硬件虚拟化
         在硬件层,主要分作业设施设备和作业对象的货物两类,作业设施设备主要包括:仓储设施、仓储设备、货运装备、搬运设备等;作业对象就是各类货物。
 
        按照单元化与标准化思想,物流设施设备资源的虚拟化是通过定义物流作业的标准功能模块来实现的。物流是一个复杂的大系统,这个大系统的物流运作按照笔者提出的物流作业五字诀,可以分为“分、合、搬、运、存”五大功能,据此对各类物流设施设备进行归类,并按照物流作业的细分功能进行标准化定义功能模块,就可以实现对物流设施、设备资源的虚拟化。
 
        随着智慧物流发展,自动化与无人化等智能物流设备,通过硬件资源虚拟化更有意义。我们可以把机器人、无人机等独立的终端设备定义为单元级智慧物流功能模块,把由各类单元级智慧物流模块编程组合的系统定义为系统级智慧物流模组,把网络化和平台化的智慧物流大系统定义为平台型智慧物流系统。
 
        物流作业对象的虚拟化需要按照单元化和标准化技术原理来归类,可以分为单品、标准箱、托盘、集装箱等货物单元,托盘是物流作业最基本的货物单元。
 
2.控制层:管理功能可编程
        在控制层,需要全面推动物流流程标准化和物流服务标准化,需要把物流知识和作业流程软件化,实现管理功能可编程。
 
        控制层的可编程需要推动大数据应用,实现一切流程数据化,一切数据流程化。在编程过程中要全面应用人工智能的最新成果,需要借鉴各类适合于物流行业分析的数学模型研究成果,根据物流作业实际落地应用。
 
         传统的管理功能可编程往往局限于物流作业对象的管理与控制,智慧物流的管理功能可编程更需要对物流设施设备作业功能进行模组化编程和智能控制。
 
3.应用层:万物互联,硬件觉醒
         应用层首先需要实现万物互联,把控制层的软件运行产生的智慧决策,实时传导到设施设备功能模块和货物标准单元,激发作业设施设备和作业对象等硬件资源的智慧觉醒,经过软件的控制与赋能,对各类物流作业场景与应用环境实现智慧化管控,并推动物流网络的天网与地网融合,实现全网运作的智慧化。
 
四、“软件定义物流”的技术基础
        软件定义物流的发展驱动力是物流信息化。软件是智慧物流的大脑,软件的实时分析与科学决策需要物流大数据资源,软件的计算模式需要云计算、雾计算、边缘计算发展创新,软件分析与决策机制需要建立在机器学习、人工智能、数学模型等技术发展基础之上,软件的指令下达与传输需要互联网、互联网+、移动互联网、物联网、CPS(信息物理系统)等基础设施。
 
         软件定义物流的发展基础是物流标准化。物流标准化是硬件资源虚拟化的核心,推动物流标准化,先从物流作业对象“物”开始,通过包装技术把纷繁复杂的“物”进行标准规范和分类,建立“物”在生产企业、商贸企业、批发企业、物流公司、网购企业、零售门店、连锁企业等企业的物流作业场景中无缝衔接,自由“流动”的“接口标准”,需要利用单元化思想,按照物流系统最通用的物流作业单元“托盘”的标准,规范物流单品包装尺寸模数、物流周转箱标准模数、物流车厢的标准规格、集装箱的标准尺寸规格、叉车与货架标准规格、仓库货位标准规格、分拣与输送标准规格,建立标准统一,尺寸模数协同的“物”的标准体系;
 
        在“物”的标准基础上,进一步规范物流作业流程、物流服务流程,完善和改进商业流程,推动“流”的标准体系建立;
 
        在物流的基础标准体系建立后,要把“物流”网络链接起来,需要对“物”的单元进行赋码,借助物联网技术,推动物流“链”的标准化,初步把物流单元与信息化技术对接,完成物流“链”的标准化。
 
        在物流“链”的标准化之后,就是进一步推动物流互联网的标准化建设。
 
         在对物流作业对象和物流流程等标准化基础上,已经初步具备了流程软件化基础,下一步还需要对物流作业的设施设备进行标准化。
物流设施设备资源的标准化也要遵循单元化思想,但是这一单元化思想的主线与物流作业对象的标准化不同,不再是尺寸单元标准化,而是功能模块标准化。对物流作业功能模块标准化主要有五大类:分、合、搬、运、存;
 
一是物流的“分流”作业,主要体现在物流的分拣和分拨技术,要根据各个作业场景的具体要求和分拣与分拨的技术原理,按照详细的功能进行模块化分类,建立起柔性化的分拣与分拨技术装备,便于模块化组合,可以通过软件编程满足不同业务模式与作业场景的作业要求。
 
二是物流“合流”的作业,主要体现在按订单集成进行合单集货、装车、堆积等,需要按照常用的设施设备,按照不同作业场景和作业要求进行模块化分类,建立“合流”作业的标准模块,便于柔性化管控和组合,可以通过软件编程满足不同业务模式与作业场景的作业要求。
 
三是“搬”的作业设备,包括各类叉车、牵引车、小推车、无人叉车、AGV、机器人、自动装卸设备等等,也要按不同作业要求进行功能性模块化分类,便于模块化组合,可以通过软件编程完成不同作业场景和业务模式的要求;
 
四是“运输”作业设备,包括配送车辆、干线与支线货运车辆、无人机、火车、飞机等等,需要按照不同的运输模式和设备种类进行模块化分类,便于模块化组合和多式联运,可以通过软件编程建立适合不同运输模式与运输衔接的柔性化组合,完成不同业务模式与作业场景的要求;
 
五是“存”作业设施,包括各类仓储、货场、分拨中心等设施,需要按照不同的作业要求和存储要求,进行分类规范,建立标准化的功能模块,必要时功能模块可以具体到标准货位,在此基础上,通过联网运作,便于软件编程管控,满足不同的作业场景与业务模式的要求。
 
        物流信息化与标准化是软件定义物流的基础,标准化是实现硬件虚拟化的关键抓手,信息化是软件定义物流的核心驱动力。
 
五、“软件定义物流”主要模式及创新方向
        当前“软件定义物流”概念刚刚提出,其主要模式还亟待总结和推广,软件定义物流需要向深度和广度发展。但是,软件定义物流也不仅仅是一个新的概念,而是有着深厚的现实发展基础,也存在着很多初级的创新模式。
 
1.智慧共配:软件定义城市配送
        近年来,城市物流共同配送获得了巨大发展,共同配送也称共享第三方物流服务,指多个客户联合起来共同由一个第三方物流公司来提供配送服务。城市共同配送有十多种创新模式,如:统仓统配模式、循环取货直配模式、循环取货共配模式、集货+集仓统一配送模式、分阶段JIT集货共配模式、社区集货+分区域循环共配模式、多工厂集货共配模式等等。
 
       传统的统仓统配等共同配送模式柔性化和智能化特征不强,不同模式切换困难。目前,随着互联网技术发展,围绕着渠道共配和产品共配,城市共同配送创新向着智慧共配方向发展,通过大数据、互联网和GPS相结合,可以即时集成区域内订单需求,智慧生成最优共配路径,做到实时共配,随机共配,全面共享城市物流配送资源。
 
        智慧化共同配送企业,往往并不拥有车辆和仓储资源,企业核心资产就是智慧化共同配送软件和平台,其发展路径一般是:
 
(1)链接:建立互联网平台,实现配送资源链接。包括链接社会上拥有运力资源的企业与个体司机,建立运力资源池。
(2)规范:对加盟司机和车辆进行技术培训和规范,建立运力单元标准化的管控规则,规范作业流程,建立流程标准;
(3)共享:广泛征集社会化配送需求,并通过大数据、云计算等信息技术,对配送需求订单按最优路径和最近距离等要素进行订单合成与优化,形成配送货物的单元组合。
(4)运筹:根据需要共同配送的货物组合,最佳匹配就近车辆,向符合条件的企业推动配送信息,软件只能优化车与货的匹配,实现运力资源的统筹运作。
(5)优化:不断通过大数据分析,机器学习功能,升级软件,优化共同配送的订单合成与运力组合的匹配,优化配送路径,实现智能的循环取货,目的地区域的共同配送。
 
        智慧化共配在初期链接与规范基础上,就具有了软件定义共同配送的基础,运用软件定义的技术原理,通过软件的运筹、计算、大数据分析、优化等运算,产生智慧共配的决策,决定智慧共配的运作,实现了“软件定义城市共配”。
 
        其实,无车承运的发展创新方向,也需要借助软件定义无车承运的模式,进行智慧化无车承运的模式创新。
 
2.智慧分仓:软件定义库存
         电子商务网购平台,在“双11”购物节期间,通过历年大数据的分析与预测,结合客户提前放入购物车的预定信息,通过软件分析决策,实现让物流先行,在“双11”之前即开始全面的在全国各地智慧分仓,把客户未来准备采购的货物提前分配到全国各地的前置仓,并通过定金等模式实现锁仓。当“双11”来临,假设某个北京客户采购了上海的一款产品,这款产品早就在客户附近的前置仓中静待物流指令了,一旦完成采购流程,货物直接从离客户最近的前置仓中送到客户家里。这种智慧分仓也符合软件定义仓储管理的原理,属于软件定义物流的发展模式。
 
3.智慧管理平台:软件定义仓库运作
        据我们了解,目前一些先进的第三方物流公司面对不同行业的物流客户,往往需要不同的物流作业模式,这给客户仓库作业技术装备升级带来很大问题。如果按照某类客户建立了一套作业模式的物流设备管理与运营系统,当客户变化后,就往往不适应了。
 
        如何建立起柔性的和智能的仓库作业管控系统,实现仓库的技术升级,甚至建立无人化仓库?某家大型的第三方物流企业提出了建立无人化智慧仓库管控平台的技术思路,并开始了规划设计。根据规划设计思路,企业对机器人、无人叉车、货架、分拣设备、装卸设备均进行了标准模块分类,实现了物流硬件资源功能性模块的虚拟化,在此基础上,结合不同的产品作业要求,通过软件编程,将积累的不同产品作业流程经验软件化,将标准功能模块组合管控软件化,建立不同的作业管控模式。这样当客户变化后,通过无人仓库智能管控平台,实现管控软件的切换,做到智慧和柔性的新仓储作业模式的变化,适应新的客户需求。
 
4.智慧云仓:软件定义仓储设施
         在全国各地建立标准化仓储设施系统,通过云仓系统软件与平台实现仓库设施网络的互联互通,在此基础上对仓储设施网络实现可编程的管理与控制,这是基于实体的仓库设施网络系统打造的在线互联网管理平台。智慧云仓软件与平台通过互联网联通全国各地仓库的管理系统,实现仓库数据与云仓平台互联互通,基于云计算和大数据分析,整合、运筹和管理实体仓库系统,实时进行全国仓库系统的网络化运营与管理。
菜鸟云仓:菜鸟把自己定位为物流大数据平台,菜鸟网络未来或可能组建全球最大的物流云仓共享平台。菜鸟搭建的数据平台,以大数据为能源,以云计算为引擎,以仓储为节点,编织一张智慧物流仓储设施大网,覆盖全国乃至全球,开放共享给天猫和淘宝平台上各商家。
 
        京东云仓:京东自建的物流系统已经开始对社会开放,京东物流依托自己庞大的物流网络设施系统和京东电商平台,从供应链中部向前后端延伸,为京东平台商家开放云仓共享服务,提升京东平台商家的物流体验。此外,利用京东云仓完善的管理系统,跨界共享给金融机构,推出“互联网+电商物流金融”的服务,利用信息系统全覆盖,实现仓配一体化,并有金融支持,能满足电商企业的多维度需求。
 
        顺丰云仓:顺丰利用覆盖全国主要城市的仓储网络,加上具有差异化的产品体系和市场推广,让顺丰仓配一体化服务锋芒毕露。顺丰围绕高质量的直营仓配网,以及优化供应链服务能力,重点面向手机(3C)、运动鞋服行业、食品冷链和家电客户开放共享。
 
5.智慧货运:软件整合运力资源
        随着“互联网+”和共享物流快速发展,公路货运向智慧货运发展。货运公司不再需要拥有车辆和司机,仅仅需要建立互联网平台和运力整合软件,实现对社会运力资源的调度与管理,即可获得快速发展,这也非常符合软件定义货运的模式。
 
        利用信息平台整合车货双方的需求,利用车货匹配软件,车主和货主可以使用手机客户端即时即刻进行车货匹配的服务交易,拷贝了成熟的“滴滴”模式,解决了日常物流服务场景中“找车难”和“找货难”的问题,这是初级的软件定义货运创新模式。典型企业目前有运满满、货车帮、福佑卡车等等。
 
        如果要进一步通过标准化和软件化整合公路运力,需要对这个行业本身有着较为深刻的理解。在行业内,利用先进的信息化技术和全新的管理运营模式对公路货运物流服务进行运筹整合,其中比较典型的企业有卡行天下、安能等等。
 
        上述公司在软件定义的理念指引下,可以借助于对运力资源标准化、对运力整合的流程进行自我学习和大数据分析,进行软件定义物流的深度创新,进一步优化和运筹运力资源,向智慧货运方向发展。
 
        我们提出“软件定义物流”并不是为了创造一个新的概念,而是要实实在在推动物流业智慧化创新。我们相信,借助软件定义物流理念,可以推动智慧物流变革,提升中国智慧物流发展水平。
 
作者为中国仓储与配送协会副会长



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