“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??榻懈?、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??橛牖』蹺锏ピ?,在此基礎上通過應用程序軟件對虛擬的硬件單元??榻懈?、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??槔詞迪值?。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???,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???,把由各類單元級智慧物流??楸喑套楹系南低扯ㄒ邐低臣噸腔畚锪髂W?,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??楹突蹺銼曜嫉ピ?,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。

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