طراحی اینترنت اشیا برای زنجیره تامین مواد غذایی (مقاله ترجمه شده)

چکیدهبا وقوع انقلاب و تغییر و تحولات در اینترنت اشیا (IoT) زنجیره تامین مواد غذایی مدرن با چشم انداز امیدوارکننده شکل تازه‌ای به خود گرفت. برای موفق بودن در عمل، راه حل‌های IoT باید ارزش‌های "درآمد محور" را فراتر از ارزش‌های "ردیابی محور" ارائه دهند. برای انجام آنچه به کاربران وعده داده شده است، پرتفوی حسگر، و ترکیب اطلاعات باید با نیازمندی‌های جدید معرفی شده توسط ایجاد ارزش درآمد محور متناظر باشند. در این مقاله، پیشنهاد می‌کنیم که یک فناوری تجاری ارزش محور به چارچوب طراحی بپیوندد. بر اساس این ارزش افزوده درآمد محور شامل پیش بینی عمر مفید، ‌صرف فروش؛ کشاورزی دقیق و کاهش هزینه‌های مرتبط شناخته شده و ارزیابی شده است. پرتفوی حسگر متناظر توسعه داده شده است و پیاده سازی شده است. معماری ترکیب اطلاعات سه لایه را پیشنهاد می‌کند و مثال‌هایی در مورد تشریح پردازش داده، یادگیری خود محور پیش بینی عمر مفید و برنامه ریزی مجدد زنجیره تامین بلادرنگ ارائه شده است. امکانات چارچوب طراحی پیشنهادی و راه حل‌ها توسط آزمون‌های میدانی یک سیستم الگوی پیاده سازی شده تایید خواهد شد.مقدمه اکتشافات فناوریاینترنت اشیا (IoT) چشم اندازی از اتصال هرچیزی، در هر زمانی، و هر جایی است، که ممکن است بر زندگی روزانه ما، مانند تاثیر اینترنت در دو دهه پیش، تاثیر داشته باشد (ITU 2005). جامعه اطلاعات کمیسیون اروپا (2008) IOT را به عنوان "اشیایی که دارای شناسه و عامل‌های شخصیت مجازی در فضای هوشمند هستند و با استفاده از واسط هوشمند با یکدیگر در جامعه، محیط و محیط کاربر ارتباط برقرار می‌کنند" یا " اشیای به هم مرتبط دارای نقش فعال در آنچه که ممکن است اینترنت آینده خوانده شود" تعریف کردند. عبارت IoT اغلب با عباراتی مانند " هوش محیطی"، "شبکه فراگیر"، "محاسبات فراگیر"، "محاسبات همه جا حاضر"، و "سیستم‌های فیزیکی سایبری" مرتبط است. کلید فعال کننده تکنولوژی‌های ICT (فناوری اطلاعات و ارتباطات) شامل شناسایی با استفاده از فرکانس رادیویی (RFID)، شبکه حسگر بی سیم (WSN)، ارتباطات ماشین به ماشین (M2M)، و تعامل ماشین-انسان (HMI)، میان افزار، سرویس وب، سیستم‌های اطلاعاتی و غیره است. با توجه به نسخه‌های متعددی از نقطه نظرهای متفاوت، IoT یک پارادایم مشترک از حوزه‌های ICT مدرن است (Atzori et al. 2010). IoT پتانسیل بسیاری را برای مصرف کنندگان، شرکت‌ها و بخش‌های عمومی با توامندسازی نوآوری در کاربردها و خدمات در نزدیکی همه بخش‌های اقتصادی ارائه می‌دهد. در نقشه راه پژوهش استراتژیک (جامعه اطلاعات کمیسیون اروپا،2009)، اپلیکیشن‌های IoT در زنجیره‌های تامین مواد غذایی (FSC) یکی از امیدوارکننده‌ترین اپلیکیشن‌های کشنده است. از کشاورزی دقیق، تا تولید غذا، فرآوری، ذخیره سازی، توزیع، و مصرف را پوشش می‌دهد که احتمالآ مزرعه تا سر سفره هم گفته می‌شود، راه حل‌های IoT پتانسیل‌های امیدوار کننده‌ای را برای بررسی قابلیت ردیابی، قابلیت دید، چالش‌های قابل کنترل ارائه می‌دهد. FSCهای امن‌تر، کارآمدتر و پایدارتری در آینده نزدیک انتظار می‌روند.در سال‌های اخیر؛ برخی از تکنولوژی‌های مربوط به IoT در بالاترین سطح تکنولوژی برای اپلیکیشن‌های مربوط به FSC بررسی شدند. Ruiz-Garcia و همکاران (2009)، Ruiz-Garcia و Lunadei (2011) تکنولوژی‌های RFID و WSN را برای نظارت بر محیط کشاورزی، تشخیص آتش، ماشین آلات کشاورزی، کنترل آفات، ردیابی حیوانات، زراعت انگور، آبیاری دقیق، گلخانه، ردیابی غذا، دام دقیق، مدیریت زنجیره تامین، نظارت بر زنجیره سرد دیدند، و Lee و همکاران (2010) تکنولوژی‌های سنجش را برای تولید دقیق محصولات تخصصی بررسی کردند. بعد از بررسی ادبیات موضوعی بالا، دریافتیم که برنامه‌های کاربردی IoT در FSCها هنوز در مراحل اولیه خود با بلوغ کم هستند، اگر چه پروژه‌های آزمایشی جنبه‌های بسیاری از FSCها را پوشش داده‌اند، راه حل‌های مجزایی وجود دارند که فاقد ملاحظات جامع هستند. علاوه بر این، زمانی که راه حل‌های اخیر را ارزیابی میکنیم (Huang et al.2006; Jones 2006; Kuck 2007; Hsu et al. 2008; Abad et al. 2009, Martínez-Sala et al. 2009, Carullo et al. 009; Ruiz-Garcia et al. 2010, Sallabi et al. 2011, Qi et al. 2011, Rong et al. 2011; Hulstijn et al. 2011; Lao et al. 2012)، یافته‌های بالا تایید شدند. یک مقایسه دقیق در جدول 6 با نگاشت آن‌ها در فضای بهره برداری پیشنهاد شده در بخش 1.3 آورده شده است. برای تحلیل بالا، راه حل‌های موجود می‌توانند تنها بخشی از مسئله را در کسب و کار یا تکنولوژی حل کنند. علاوه بر این، اگر چه برخی از آن‌ها نسبتآ جامع دیده شده‌اند (e.g. Martínez-Sala et al. 2009 and Jones 2006)، مزایا برای کاربران به شدت به تکنولوژی‌های RFID مربوط است، که از آن استفاده می‌کنند. ایجاد و ارزیابی ارزش: فراتر از قابلیت ردیابی ارزش ردیابی محور RFID سنتیدر برنامه‌های کاربردی RFID-for-FSCسنتی، قابلیت ردیابی کانون ارزش افزودگی ارائه شده برای کاربران است. برطبق مقررات EU بر امنیت زنجیره غذایی، قابلیت ردیابی به توانایی ردیابی و دنبال کردن غذا، خوراک، مواد غذایی حیوانی، در همه مراحل تولید و توزیع اشاره دارد (EU 2002). به طور ویژه، شامل توانایی برای یافتن محل محصول، فراخوانی ویژگی‌ها یا منشا، و ردیابی یک دسته محصول و سوابق آن در طول کل زنجیره تولید غذا از برداشت تا حمل و نقل، ذخیره سازی، پردازش، توزیع و فروش اشاره دارد (Hsu et al. 2008). پرتفوی حسگر رویه طراحیدر یک برنامه کاربردی IoT-for-FSC، عملکردهای سنجش ظرفیت راه حل و رضایت کاربر را مشخص می‌کنند. ملاحظات سیتماتیک در پرتفوی حسگر مهم می‌باشد. در چارچوب طراحی مشترک تکنولوژی کسب و کار، پرتفوی حسگر بر اساس نتایج ایجاد ارزش حاصل می‌شود. رویه دقیق در شکل 4 نشان داده شده است.اولین مرحله هدف قرار دادن حسگر است. در این مرحله، به صورت عمیق مطالعه می کنیم که چه اطلاعاتی برای ارائه یک ارزش برجسته از کاربران نیاز است. برای مثال، برای ارائه حجم پایه قابلت ردیابی، اطلاعات ID محصولات و اپراتورها در طول زمان نیاز است. برای ارائه اطلاعات کافی برای شرکت‌های بیمه و برای شناسایی مکان و مسئولیت آسیب، موقعیت یابی اطلاعات نیاز است. در حالی که سه ارزش دیگر نیازمند اطلاعات پیچیده تری از حسگر هستند چرا که باید در درجه اول دلیل فاسد شدن مواد غذایی را تعیین کنند. سرانجام، ما باید یک لیست هدف سنجش ناخالص را اتخاذ کنیم. "ناخالصی" به معنی این است که این لیست یک مجموعه کامل بدون در نظر گرفتن بلوغ فنی و دسترسی در بازار است. سپس در دومین مرحله، محصولات حسگر ویژه‌ای برای هر هدف سنجش در لیست ناخالص بر اساس تحلیل دسترس پذیری انتخاب خواهند شد. برای کسب رضایت کافی کاربران، باید مطمئن شویم که محصولات حسگر که انتخاب کرده‌ایم به اندازه کافی دقیق هستند و به بلوغ کافی رسیده‌اند. در همان زمان، آن‌ها نیازمند قابل اعتماد بودن و در دسترس بودن بلند مدت هستند. تحلیل دسترس پذیری با بررسی و مقایسه جایگزین‌های متعدد هر هدف سنجش انجام می‌شود. قیمت و دیگر اطلاعات فنی نیز برای مرحله بعدی جمع آوری می‌شود. در مرحله سوم، هزینه‌های گزینه‌ها با ارزیابی هزینه مقایسه می‌شود. هزینه نه تنها شامل قیمت خرید می‌شود بلکه شامل مصرف برق؛ هزینه ترافیک و هزینه نگهداری نیز می‌شود. با توجه به تراکم استقرار و بازه نمونه گیری، و به همین ترتیب ملاحظات عملی، تصمیم گرفته شد که بین حل تعارض و هزینه، معاوضه برقرار کنند. ترکیب اطلاعات معماری ترکیب اطلاعات سلسله مراتبیEISمدرن باید مقدار زیادی داده خام را به تصمیمات هوشمند و به موقع برای تحویل محصولات بهتر و خدمات بهتر تبدیل کنند، و بنابراین تکنیک‌های هوش کسب و کار (BI) برای استخراج اطلاعات سودمند از اقیانوسی از داده‌ها و ارائه اطلاعات سودمند برای تصمیم گیری تقاضا می‌شوند (Duan and Xu 2012). در IoTراه حل ‌FSC ممکن است، ارزش افزوده‌ای را با اطلاعات سودمند به کاربران ارائه دهد. کاربران متفاوت نیازمند این هستند که اطلاعات در فرمت متفاوتی، از طریق رسانه متفاوت، با زمان بندی متفاوت، و در مکان‌های متفاوت ارائه می‌شود. علاوه بر این، کاربران اغلب رویکردهای متفاوتی برای استفاده از همچین اطلاعاتی برای پشتیبانی از تصمیم گیری دارند، لذا اطلاعات باید در سطح متفاوتی از تجرید ارائه شوند. برای مثال، مصرف کنندگان نیازمند بیان سرراستی از کیفیت غذایی و عمر مفید برای تصمیم گیری در مورد اینکه " آیا بخرد یا نه" و "چقدر ارزش دارد" هستند. اما شرکت ها، مانند دلالان غذا، نیازمند اطلاعات بیشتر و بیشتری هستند. اول از همه، آن‌ها نیازمند موقعیت‌یابی محل و شناسایی آیتم‌هایی برای ردیابی و مدیریت موجودی هستند، آن‌ها نیازمند هشدار به موقع برای حوادث، کاهش ضرر با درمان و اصلاح به موقع هستند؛ علاوه بر این، آن‌ها در صورت نیاز؛ نیازمند پیش بینی عمر مفید و تنظیم خرید یا ارائه طرح هستند. قابل مشاهده است که اطلاعات کسب شده از یک حسگر برای اهداف بالا ناقص است و بنابراین ترکیب اطلاعات نیاز است. پیاده سازی و آزمون‌ های میدانی گره‌ های حسگردستگاه‌های سخت افزاری شامل MNها و SNهای تولید شده هستند. همانطور که در شکل 14 نشان داده شد، گره اصلی از 4 تخته مدار چاپی ماژولار تشکیل شده است: برد اصلی، برد واسط، برد حسگر و برد SAN. گره فرعی از 1 تخته مدار چاپی و یک جفت باتری فشاری تشکیل شده است. گره اصلی با باتری Li-ion، 4000 mAh قابل شارژ در درون یک مخزن آلومینیومی 188 mm*65 mm* 26 mm ضد آب مونتاژ شده است. گره فرعی با یک جفت باتری سلولی 500 mAh Li-ion تامین برق می‌شود، و در یک مخزن پلاستیکی 86 mm*54 mm* 6.0 mm ضد آب محصور است. محدودیت‌ هادر حال حاضر از یک استراتژی پرتفوی حسگر استاتیک استفاده می‌کنیم که در آن حسگرها در MNها و SNها قابل تعویض نیستند. این مسئله در فاز ایجاد ارزش نمود می‌یابد. به هر حال، یک رویکرد بهتر به نام پرتفوی حسگر پویا نیاز است. حسگرهای بدون عمل متقابل و ماژول ترکیب اطلاعات متناظر می‌توانند از دستگاه‌های حوزه یا سیستم backend حذف شوند یا غیرفعال شوند. بنابراین، پیچیدگی استقرار، هزینه نگهداری، هزینه سخت افزار، و از این رو رضایت کاربر، می‌تواند بهینه شود. برای انجام این کار، طراحی ماژولار شده بهتر نه تنها در سخت افزار صورت می‌گیرد بلکه در نرم افزارسیستم نیز ضروری است. این مفهوم در سیستم نسخه جدید ما اعمال می‌شود.نتیجه گیریانقلاب و تکامل در تکنولوژی‌های IoT پتانسیل خوبی را برای امن‌تر کردن زنجیره تامین غذای امروز، و پایداتر و موثرتر کردن آن به همراه دارد. برای اتخاذ فرصت ها، پاراداریم سیستم باید از طراحی ردیابی محور سنتی به طراحی ارزش محور بسط یابد. در این مقاله، یک چارچوب طراحی مشترک فناوری کسب و کار ارزش محور پیشنهاد شد و با یک راه حل واقعی و به همین ترتیب آزمایش میدانی اعتبارسنجی شد.برای بسط و تثبیت مبنای ارزش، از ارزیابی و ایجاد ارزش آغاز کردیم که ارزش افزوده را با یک تحلیل کمی از ذی نفعان در کل زنجیره ارزش شامل مصرف کنندگان، بخش‌های عمومی و شرکت‌ها آغاز کرد. ارزش افزوده "درآمد محور" جذاب‌تر مانند پیش بینی عمر مفید، ‌صرف فروش، کشاورزی دقیق، و کاهش هزینه بیمه، در ورای قابلیت ردیابی معمولی برجسته شد. برای تحویل ارزش "درآمد محور" به کاربران، پرتفوهای حسگر و ترکیب اطلاعات باید با ارزش بالای ایجاد شده متناظر باشد. در این مقاله، پرتفوهای حسگر جامع در یک روش سیتماتیک، با کشف دلیل فساد مواد غذایی، مقایسه تکنولوژی‌های سنجش موجود و محصولات، و ارزیابی هزینه‌های ترافیک و انرژی توسعه یافته‌اند. معماری ترکیب اطلاعات سه لایه با نگاشت همه پردازش‌های داده و ویژگی‌های تحویل اطلاعات در یک مقیاس جهانی "ابر غذایی مشارکتی" پیشنهاد شد. تسریع در پرازش داده، پیش بینی عمر مفید، و برنامه ریزی مجدد زنجیره‌های تامین بلادرنگ به عنوان مثالی در محل، در سیستم، و ترکیب اطلاعات در ابر معرفی شد.سرانجام، سیستم نمونه پیاده سازی شده و نتایج آزمایش‌های میدانی ارائه شدند. امکان پذیری چارچوب طراحی پیشنهادی و راه حل تایید شد. محدویت‌ها و کارهای آینده نیز بحث شدند.این مقاله ISI در سال 2012 در نشریه اسپرینگر و در مجله مرزهای سیستم های اطلاعاتی، توسط دانشکده فناوری اطلاعات و ارتباطات منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله طراحی اینترنت اشیا برای زنجیره تامین مواد غذایی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.