论智能物理互联网集装箱的主动性外文翻译资料

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论智能物理互联网集装箱的主动性

Yves Sallez ^a,*, Shenle Pan ^b, Benoit Montreuil^c, Thierry Berger^a, Eric Ballot^b

摘要：创新的物理互联网（PI）概念旨在扭转当前物流系统中存在的不可持续状况，满足用户日益增长的服务需求，提高全球物流绩效。在PI方法中，货物被封装在模块化尺寸、可重复使用或可回收的智能集装箱中，称为PI集装箱。本文着重讨论了此类集装箱的信息上下文，尤其是它们的关联活动性。这种能力允许PI集装箱在实现其任务以及PI管理和操作中发挥积极作用。在介绍了超连接物流中与PI集装箱相关的物理和信息方面之后，对智能集装箱领域进行了最新的回顾。强调了满足信息需求的实际解决方案的局限性。详细介绍了主动性的概念，并介绍了一个描述框架。最后，以PI枢纽中集装箱的分组应用为例说明了所提出的框架。

关键词：物理互联网 超连接物流 PI集装箱 智能集装箱 主动生产 主观能动性

1. 介绍

物流活动通过各种设施、各种模式的车辆和运营商遍布世界各地。由于其无所不在的特性，即使在当今的技术世界中，也很难从头到尾地跟踪逻辑作。现在物流只处理被动（条码或被动射频识别）对象。这种情况限制了可用信息的频率和准确性。例如，在许多供应链中，托盘或卡盒级别的实际交货时间是未知的。通常，零售商甚至不知道进境货物的确切装运地点（通常与制造地点不同）。尽管有预期的好处，但读取获取准确和实时信息所需的大量数据的成本仍然太高，无法广泛采用。对活动对象的依赖是克服这一问题的一种方法，它不仅可以通过自主通信来收集信息，还可以使决策过程打开新的储蓄机会，例如实时路由到市场和准确取款。

本文的中心内容是，在对数字互联网进行隐喻的基础上，引入物理互联网（PI）作为一个创新概念，有助于扭转当前物流系统中存在的不可持续状况。通过与数据包的类比，货物被封装在模块化尺寸的易于互锁的智能集装箱（称为PI集装箱）中，该智能集装箱旨在高效地在物流服务的超连接网络中运行。PI集装箱的普遍使用是为了使任何物流服务提供商都能够处理和存储任何公司的产品，因为它本身不会处理和存储产品。PI集装箱不仅可以保护货物，而且是具有物流目的的智能对象。如文中所述，PI旨在尽可能充分利用连接到物联网的智能PI集装箱及其嵌入式智能对象的能力，以提高客户感知的性能以及物流系统和整个物理互联网的总体性能。通过提高其通信和决策能力，PI集装箱可以在PI管理中发挥“主动”作用。

在此背景下，本文引入了PI集装箱活动性的概念，并提出了一个描述框架。本文的结构如下。接下来，第2节专门介绍与PI集装箱相关的物理和信息需求以及相应的超连接后勤研究项目。第3节回顾了智能集装箱领域的最新技术，强调了满足第2节要求的实际解决方案的局限性。第4节描述了与PI集装箱相关联的活动性的概念，并提出了一个描述框架。在第5节中，PI枢纽中的集装箱分组应用程序用于验证框架。最后，第6节提供了结论性意见和研究途径。

1. PI集装箱：过去和现在的作品

在描述了PI集装箱在PI方法中的中心作用之后，依次介绍了PI集装箱的物理和信息方面，并概述了当前的研究项目。

• 1. PI网络中的PI集装箱

为了展示PI集装箱在超连接PI网络中的作用，图1提供了PI集装箱旅行的一个例子。突出显示主要的物理和信息窗口，并对直接作用于PI集装箱的用户进行分类。

图1：供应链中的PI集装箱运输示例。

集装箱用户可以分为四个类。首先是发货人和接收人，这里被认为是客户。第二类包括确保传输活动的PI传输服务提供者（PI TSP）。第三种是PI枢纽，用于将PI集装箱从进站PI搬运工（如此处的PI TSP）转移到出站PI搬运工（如文献[2，3]中所定义），以及PI枢纽中的服务提供商，他们确保接收、分拣、调度和运输服务。第四类是PI协调器，PI中的服务提供者提供全球信息服务，用于互操作性和发货的协调。有效地管理PI网络需要将PI集装箱的物理流与它们的信息流相连接。与PI集装箱相关的物理和信息方面将在下一节中详细介绍。

• 1. PI集装箱的物理特性及相关工程

在文献[2，4]中概述了设计用于实现超连接物流的PI集装箱的关键功能和物理规范：

• 有各种模块化尺寸，从货柜尺寸到小尺寸。
• 易于搬运、储存、运输、密封、夹紧、联锁、装卸、施工、拆卸、组装和分解。
• 由环保材料制成，具有最小的非服务足迹。
• 通过实现基于夹具的嵌入式产品保护和稳定，最大限度地减少包装材料的需求。
• 适应不同用途的结构等级。
• 必要时具有调节能力（如温度）。
• 安全密封。

在最近的PI领域，当前的项目旨在改进PI集装箱概念并满足这些需求。第一个要求在文献中进行了详细的研究，他们研究了三种模块化的PI集装箱的开发，分别是运输、搬运和包装水平、短命名T-集装箱、H-集装箱（或PI箱）和P-集装箱（或PIPACK）。模块化使集装箱能够更好地相互补充，从而允许更好地使用运输工具。表1给出了这些类别的主要物理特性。

如图2所示，类别之间的关系利用了两种机制：

• 封装：这三个类别可以依次封装在一个类别内。
• 组成：在同一类别中，PI集装箱可以组成和联锁，以构建“复合”PI集装箱，并允许更轻松地处理或运输，共享相同标准类型的接口设备。

表1 PI集装箱类别的物理特性。

图2 说明三类PI集装箱之间的关系。

欧洲MODULUSHCA（共享共模网络中的模块化物流单元）项目专注于依靠模块化结构和它们之间的连接来处理PI集装箱的设计。附件属性允许构建一个复合H集装箱，该集装箱将作为一个更大的集装箱进行处理，从而实现处理效率和更少的单个拣选。文献[6,7]介绍了H型集装箱的原型。

本文未涉及集装箱本身的物理设计问题，如集装箱材料、结构、拆卸和镶板等问题。

下一节重点介绍与PI集装箱相关联的信息方面。

• 1. PI集装箱和相关项目的信息方面

以下信息方面基于物理互联网的功能定义和要求，以及来自欧盟FP7Modulushca项目的物流专业知识：

1. 标识：每个PI集装箱必须在PI网络中具有唯一的全球标识.
2. 可追溯性和跟踪：PI管理系统必须能够定位每个PI集装箱，并向关键利益相关者提供可追溯性信息（如PI设施的状态、到达和离开日期、必要时的环境条件）。
3. 状态监视：PI协调员必须能够监视PI集装箱中封装的货物的状态和数据完整性。例如，它意味着获得有关法律协议、对易腐货物冷链的尊重或关于打开集装箱以防止盗窃的信息。
4. 数据兼容性和互操作性：为了协调PI中的参与者和集装箱，PI协调器应该能够与集装箱用户使用的异构信息系统进行通信。
5. 保密性：除非用户希望透明，否则PI集装箱必须为PI网络和数字互联网上的其他参与者保留“黑匣子”。特别是，在默认情况下，处理或运输PI集装箱的内容必须仅由授权方根据其权利知道。这意味着数据加密和增强的动态权限管理。

为了满足这些要求，欧盟FP7项目模块USHCA根据标准提出了一些候选解决方案：

• 带有GRAI（全局可返回资产标识符）代码的EPCglobal（电子产品代码）可用于识别目的。
• EPCglobal BizStep和Global Location Number标准可用于确保跟踪。
• 为了保证互操作性，新兴的EPCIS（电子产品代码信息服务）标准也是一种解决方案。

此外，为了覆盖所有信息方面，PI集装箱还必须展示一些通信和决策能力。

• 通信能力：这些能力对于可追溯性和状态监控问题非常重要。在Modulushca中，建议为每个H-集装箱配备长距离和短程通信技术（例如Zigbee、EnOcean、LoRaWAN（长距离广域网））以进行跟踪和定位。此外，PI集装箱应能够相互通信，以便在运输和存储中进行兼容性检查。
• 决策能力：PI集装箱应该能够自主地做出一些决策，例如在网络级别最终确定从起点到目的地的最佳传输路径，或者在PI枢纽级别优化处理和排序移动。

这些信息方面的研究是在法国ANR资助的一个名为PI-NUTS（物理互联网交叉对接枢纽控制系统）的研究项目中进行的。作者的研究团队正在这一项目中合作，以完善PI集装箱在控制PI交叉对接枢纽方面“积极”作用的概念。在此背景下，本文旨在进一步明确PI集装箱活动性的概念，并提出一个相关的概念框架。为了评估可能的通信和决策能力，下一节将回顾智能和智能集装箱领域的工作。尽管语义不同，但在本文中，这两个术语在下文中被视为等价的。

1. 智能集装箱领域的文献综述

传感器网络、无线技术、GPS（全球定位系统）的实际发展以及对物联网、网络物理系统和智能产品日益加大的研究力度，为开发更智能的对象或产品提供了工具。Sallez对智能产品领域中使用的不同概念和类型进行了调查。本节中的文献综述侧重于使用智能集装箱的物流应用。利用迈耶等人提出的“智力”的三个层次。集装箱和供应链管理系统（SCMS）之间的一般关系如图3所示，表示了三类集装箱智能。

图3 智力的三个层次的说明。

第一类，信息处理智能，对应于被动集装箱的情况。SCMS（通常通过多个代理分发）执行所有相关决策。它收集与集装箱有关的信息（如识别码、货物类型），并根据最新的已知状态管理整个决策过程。在这个类中，集装箱可以被认为是唯一的信息载体。基本的可追溯性或跟踪功能代表了这一点。集装箱配有RFID标签等，包含静态或动态数据。数据通过位于供应链基础设施中的读卡器读取或写入。Angeles和Sarac等人概述供应链中可能的用途。

嵌入式系统同样可以记录集装箱内的一些信息（如温度、压力）。Mitsugi等人描述EPCglobal基础设施中用于产品监控的传感器集成。

Sanchez Loauml;pez等人详细介绍易腐产品的监控应用。RFID标签和温度传感器集成在产品的包装中，可用于检测冷链断裂。

Lee等人介绍一种叫做ConTracer的集装箱安全装置的报告。一个嵌入式系统，在门上安装磁铁，并配备温度/湿度/冲击传感器，检测门打开并提供集装箱状态历史记录。其主要用途是防止集装箱内的非法货物被盗或被引入。

第二类问题通知智能描述了在决策过程中扮演信号触发角色的集装箱。货物监控功能，包括定期报告和/或事件触发，是第二类的代表。该集装箱配备了足够的传感器-s，可检测出问题（例如异常高温、盗窃未遂），最终在相关情况下检查与附近集装箱的检测完整性，并发送警报信息，让SCMS管理决策过程的其他步骤。后者则负责处理这种情况，并找到适当的解决办法。基米等人的作品以及Dittmer等人提供二级智力的相关例子。

Kim等人提出了一种基于RFID和无线传感器网络的系统架构，通过在相邻集装箱之间建立点对点模式动态网络来增强每个集装箱的安全性。该集装箱网络允许检测集装箱之间的不相容性（例如，可能相互污染或导致爆炸的化学产品），并向SCMS发送警报。

Dittmer等人描述“智能集装箱”项目，旨在监控易腐货物。集装箱内的无线传感器节点网络收集环境数据。嵌入式计算机利用这些数据来确定易腐货物的保质期。根据上下文，智能集装箱可以使用不同的通信手段，通过互联网向SCMS发送信息。

第三类，决策智能，是指决策过程部分或全部由智能集装箱管理的应用程序。供应链基础设施仅用于提供实现所需功能所需的服务。与这门课有关的文献是有限的。

通过模拟，Pach等人]演示交叉对接枢纽中路由过程中的避免碰撞功能。集装箱之间相互作用以预订对传送模块的访问并管理路由过程。

IML报告了InBin（Intelligent Bin）的开发，InBin是一种能够独立思考并与环境进行通信的智能箱。据报道，这个智能箱能够管理与其内容相关的整个拣选过程。

在本次审查的结论中，注意到以下几个限制：

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