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分布式仿真平台设计先进的RFID货运系统
Gregory Zacharewicz *, Jean-Christophe Deschamps, Julien Francois
摘 要：RFID系统，众所周知可以提高供应链的表现，至今都很少在工业中发展实施，特别是在运输领域，因为相比现有的解决方案需要更高的经济投资。然而，通过使用支持任何为改善RFID物流系统的技术方案和组织方式的设计和测试的分布式仿真平台，他们的好处理论上可以得到证明。本文从这种仿真平台的发展展开论述，基于广义离散事件规范（G-DEVS）模型和HLA（高层体系结构）标准。网络化物流企业的不同组成部分将被描述。所提出的方案可应用于货运系统和模拟优化产品路由所需的各种部件（RFID与地理定位和移动技术耦合）的行为。主要组件的行为是G-DEVS形式化的，包括物流供应商的服务器，智能产品和作为产品与中央服务器接口的车载设备。递送情景将被详细描述和模拟，以检查分布式G-DEVS模型和其他模拟组件之间的运行状况和使用的通信网络强度。该方法的优点在于平台上模拟场景的互操作性，包括离散事件模型，真实的软件和硬件设备都通过HLA连接。通过这些结果，关于物流组件的运行状况和他们的网络带宽要求，将给出一个讨论来验证或否定概念上的选择，涉及GSM，GPRS，蓝牙和RFID网络的理论能力。
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1. 绪论
供应链管理（SCM）是一种在业务实体之间协调材料和信息流以满足客户需求的方法。供应链管理的困境是供应链（SC）的过程是相互依存的，而供应链成员试图保持他们的经济独立性和决策自治。协调性的挑战在于连接业务伙伴信息系统的适当部分，涉及一个共同的供应链。在供应链管理中的一个全球性问题，是发展数据交换机制，以匹配独立的目标供应链成员和协调他们的决定和优化整个系统性能的活动。
当供应链合作伙伴通过供应链传送准确、完整和一致的信息产品时，合作更有效率【26】。因此，无线电频率识别（RFID）成为一个强大的解决方案，提供实时获取信息以使供应链的工作流程与物质流动一致。然而，这项技术还不多在工业上实施，特别是在运输领域；因为经济投资相比于其他解决方案要高，如条形码。别的障碍关系到缺少标准化的RFID协议，和扫描干扰的问题（关系到电磁扰动，金属环境和物体的性质）和在实际案例中实施技术解决方案的困难，为了证明该技术的好处。
这些防碍RFID被采用的技术限制，通过建立分布式仿真平台，应该更容易被去除。仿真提供系统实现以前的物流决策支持系统（DSS）的设计和虚拟测试。本文提出的平台更关注的是控制物流服务商的车辆速度，用以证明射频识别技术在组织运输业务中的好处；它提供一个很好的方法执行测试和验证主要概念，将在硬件和信息的发展中实现产品交付过程执行过程所需的系统。
从系统的角度来看，建模和分布式仿真应该被视为一个初步的理论问题研究，它协助标注和验证行为在开发一个真正的物流链管理系统之前。从这个前提下，我们建议在这篇文章里把重点放在协作物流系统，和定义一个由分布式仿真模型组成的平台，即下文中的智能产品路由项目，法语为“Routage de PRODuits intellIGEnts”（PRODIGE）。
论文组织如下。第2节介绍在SC 中使用RFID的潜在好处。第３节通过对引导我们开发一个分布式仿真平台的研究项目的描述，解释了一些疑问。第4节介绍了建模和仿真的理论框架基础。在5节中，描述了平台的离散事件模型组件。6节专门介绍了在本文中为了实现模拟所使用的技术。然后，在7节中，呈现了一些模拟结果，验证系统组件的行为和讨论产品运送通信网维度。本文的结尾关于这项目下一步中可交互物流仿真平台的操作给出了一些观点。
2.射频识别技术在供应链管理中的应用
无线射频识别技术是一种无线自动识别（auto-ID）技术，它允许信息传输，能有效的识别物品，不需要人工干预或物理连接（像条形码读取所需的那样）。射频识别技术在供应链管理很知名，支持跟踪任何可重复使用的资产，如集装箱和托盘，并被部署以巩固企业增强组织变革和管理增长的能力，在这个竞争性的环境中[ 34 ]。然而，这项技术在很大程度上不被工业采纳，尽管事实上RFID被理想地认为提供许多好处，包括收缩减少，材料处理效率，提高产品的可用性，并提高资产管理[ 31 ]。最多被引称的原因是缺少投资回报率（ROI）在短期内相对所有实现射频识别的费用，如标签单位的获取和识别设备。技术风险，条形码的普及和对隐私的关注是其他限制，防碍广泛采用射频识别技术。
射频识别技术的实施和理想存在差距，描绘其组织上的潜力，其实际用途定义其在产品流量管理中的附加值导致了2类科学作品的出现；一些学术研究旨在从理论上证明射频识别技术在物流管理中的应用，如[ 28,5 ]中提到的，而RFID技术议题讨论了小型系统的部署[ 17,24 ]。
本文关注的是这2个维度。提出的研究是解决基于射频识别的物流系统的技术与组织发展的。射频识别技术在实际运输情况下实施，在不知道优势和限制的前提下，可以被视为经济风险。因此，我们建议开发一个分布式仿真平台来模拟架构和指定未来的系统的行为，以评估风险。
2.1智能产品
RFID被认为是赋予产品“智慧”的一种方式。一个聪明的产品可以被同化到拥有独特的识别的物品，具有保留和存储自身信息的能力，并能够与它的环境进行交流，包括负责管理它的任何决策支持系统[ 43 ]。它还配备一种语言来显示要求，并可参与决策有关它自己的目标。作者用特别明确的方式阐述本仪器的概念，将RFID放在在任何一条极端生产线，在任何一个由卡车使用的卸货港，以及在仓库的任何存储区。他们还描述了如何使用在决策中商品所携带的信息优化供应链绩效。尽管如此，建议的框架仍然是理论性的，概念和功能尚未在实际情况部署。这种智能的概念产品也被其他作者研究如[ 19,22,42 ]，旨在提出一个新的范例作为产品控制系统[ 11 ]。因此，一个致力于智能产品研发的研究人员社区在几年前创建了，如[ 23 ]中证明了他们团队的艺术，通过展示丰富的科学生产和可能工业应用。不过，真正的技术解决方案不在如供应链那样大规模系统中实现，和似乎只是临时的车间控制和仓库管理的测试里存在。
2.2运输领域中基于射频识别技术的发展
应用于交通运输领域的RFID，更注重可追溯性和资源跟踪智能产品的概念。他们中的大多数是有关优化运输活动的支持，通过使任何可重复使用的容器或运输方式本地化，以降低成本。Cheung et al。[ 4 ]考虑全球定位系统（GPS）/地理信息系统（GIS）和射频识别技术可以耦合到实时运输情况描述（车辆本地化，丰富的知识的空间分布路线和地点的访问，路由环境的确定）并提供一个理论解决动态车辆的路由问题（DVRP)。Wen[ 38 ]提出了一个智能交通管理专家系统包含一个无源标签，一个标签阅读器，一台个人计算机，一对红外传感器，和许多高速服务器数据库系统。这种系统的功能包括跟踪可疑车辆的交通违规或盗窃，提供实用的交通信息提醒拥塞或计算公路交通网络中两位置的最短路径。李
和陈[ 20 ]建议利用射频识别技术在逆向物流中准确计数收集点收集的物品。信息被用来安排车辆的转移物品和支持收集点的位置，以最大限度地覆盖客户。
3.PRODIGE项目
PRODIGE项目提出在公路货运领域中实施射频识别技术的真正框架，涉及到智能产品的理论概念的映射，产品驱动系统和信息和通信结合技术（ICT）的使用，和一些标准如通用分组无线服务（GPRS）和GPS。在这个项目中，这个智能产品的概念受限于它对支持客户运输有用信息的存储和通信能力。存储的数据可以通过GS1标准编码[ 15 ]以支持产品的可追溯性：
·全球贸易项目代码（GTIN），
·集装箱代码（SSCC），
·发件人/受益人的识别，
·预约日期，
·销售/消费的日期，
·和任何对物流有用的信息[ 26 ]。
这种能力也保证了产品的完整性，通过周期性对环境信息抽样，如每种产品的温度，当运输中的温度控制是必需时。
3.1技术和科学目标
在这样的背景下，PRODIGE项目的目的是设计并实现一个信息链，将确定产品特性和投入全球导航系统和导航工具的物流信息链接起来（图1）。推荐的技术解决方案包括卡车嵌入式计算系统，射频识别标签，多天线电子标签，地理信息系统，企业需求规划（ERP）软件和工作流组件。产品与物流信息存储在标签上，通过射频识别器被读取并传送到嵌入式系统，完成了将全球定位系统发出的地理坐标，发送到致力于为任何物流服务供应商的优化活动提供运营服务的服务器。
在PRODIGE项目中一个主要的技术挑战包含在卡车的拖车上嵌入式射频识别读写器的设计与开发，而其他所需的组件将直接购买。这需要开发一个新的硬件系统，因为现有的阅读器不能在一种高度干扰的环境下正确运行，如车辆拖车环境。
从组织性的角度来看，致力于运输和车队管理的传统优化策略在于车辆路由问题。此项目推动下的创新包括开发新的优化策略，基于信息技术；他们将追溯和跟踪任何车辆装载的项目在任何时间，以确保稳定的研究每个运输项目路由中的最优性，依据：
·车队所有车辆的当前位置，通过嵌入在每个卡车的无线系统发送到服务器，以便
预测交叉对接活动，如果优化分配导致一个新的车辆来运输项目（例如，可能是效率
增加，或当前车辆故障），
·在运输方面的知识可以是动态更新的（拥堵，事故，特殊天气条件），
·和产品状态的数据特征，如温度和到期日期（如前面所述）。
通过将路由问题应用于产品，运输管理可能获得灵活性，特别在考虑非经济性能，如准时交货，碳足迹减少和产品完整性的尊重。这个新组织方式对协同物流工作有积极的影响。通过提前发送精确的物流信息，仓库活动管理将更有效地准备交叉对接，装载/卸载货物所需资源的分选和交叉对接的控制[ 29,27,14 ]。工业客户的表现将通过允许预测管理的通关活动增加，一个远程和永久的跟随加载的拖车，特别是对敏感的产品，如危险和温度受控产品[ 19 ]。更普遍的，物流系统将动态地重新配置，通过一个路由操作实时控制，根据装载能力永久性调整的运输/装载/卸货时间优化[ 30,7,36 ]。
3.2工作原理的总体描述
运输中产品的地理定位联系他们携带的信息（如空调的限制，环境宽容，销售或消费的日期限制，目的地）应该对路由选择有实际的影响。这些数据由实时交货过程信息完成，可替代路由解决方案和运输环境的分析（如拥挤、违反产品约束）需要被货运路由的管理系统考虑在内。在PRODIGE项目提出的用例将关联在一端的射频识别技术模型与另一端服务器上运行的的导航制导和规划工具（如图2的上半部分描述）。
计算机服务器之间中继数据的组件（导航车辆）和RFID产品是一个智能手机和一个连接到报告产品状态变化的通信盒。告知产品信息变化的原则包括持续（读/写）的产品标签，通过射频识别与一个车厢内的嵌入式车站（拖车箱）通过射频读写器交流。然后这个盒子，可用在每一个用于运输的车辆拖车中，都会通过蓝牙传送数据给车载智能手机。该设备将计划货运信息与地理位置数据，在通过GPRS蜂窝网络发送汇总信息到中央服务器的运输规划活动决策单元之前。
这种方法将被认为是真正有效的，只有当涉及运输活
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