解决结账问题

1948年，一位超市高管访问了费城的德雷塞尔理工学院，询问一位院长该校能否帮助开发一种新系统，将产品信息编码为机器可读的格式，以便结账系统读取。然而，院长表示拟议的项目超出了学校的课程范围，拒绝了这位高管的请求。

这位高管是Sam Friedland，总部位于费城的Food Fair连锁超市的创始人兼总裁。Friedland亲身了解现有超市结账系统的局限性，这解释了为什么他不遗余力地寻求帮助以设计更好的系统。当时，结账系统无法在销售点读取产品信息并识别商品。这带来了以下问题：

• 员工必须在单个商品上贴价格标签，以标明商品价格。对于难以贴标签的商品，如新鲜农产品，则使用价格表。

• 收银员在为客户结账时必须读取每个商品的价格标签，并手动将价格输入收银机。无法自动将信息拉入结账系统。

• 零售商对库存的实时可见性很差，依赖人工盘点、供应商发票和估算来跟踪库存。

前两个问题增加了劳动力成本，降低了超市的客户满意度。例如，由于结账过程耗时较长，顾客不得不等待更长时间才能完成购买。此外，手动输入价格容易出错，但检测这些错误却很困难。收据通常不逐项列出，因此顾客只能看到最终金额，而无法看到每件商品的价格。

Friedland想要一种能够使结账系统自动识别产品的解决方案。如果产品能在结账时通过产品标识符等方式自动识别，收银员就不必手动输入价格，员工也不必在商品上贴价格标签。产品信息可以通过标识符以电子方式查询，并在结账时从零售商记录中拉取到收银机中。

这样的系统将大幅降低劳动力成本，提高工人生产力，并让购物者更满意。它还可能改善零售商的库存管理，并提供可用于优化定价和补货决策的实时销售数据。然而，这个系统只有在产品信息以机器可读格式编码时才能实现，即一种机器（更准确地说，机电系统）能够解释的格式。

从摩尔斯电码到条形码

院长拒绝了Friedland关于构建超市结账问题解决方案的请求，但故事并未就此结束。一位名叫Bernard Silver的学生无意中听到了这段对话，决定着手解决这个问题。他后来拉来了同事Joseph Woodland参与该项目，接下来的几个月里，他们一直在寻找解决方案。

他们创建的第一个原型使用了用特殊墨水印刷的图案，这种墨水在紫外线（UV）下会发光。这个原型被放弃了，因为墨水太贵且难以印刷。然而，Woodland坚信自己能够解决这个问题，并继续为此努力。

不久之后，在1948年末，Woodland决定全职投入这个项目，给予它全部的关注。他从Drexel退学，卖掉了一些股票以维持生计，并离开费城，搬到迈阿密海滩与祖父母同住。正是在这段时期，Woodland迎来了突破性时刻，促成了条形码的发明。

这个突破性时刻发生在最意想不到的场景中：海滩上。

Woodland正在沙滩上画画，这时他注意到自己画出的形状——点和划——与摩尔斯电码中用于表示信号的符号相似。在摩尔斯电码中，点代表短信号，划代表长信号。为了通过摩尔斯电码进行通信，发送者使用声音、光、无线电波和电流等物理媒介，遵循特定的时序规则来传输信号。时序规则决定了发送者如何根据信号的持续时间和间隔来编码信息，以及接收者如何解码信息。

Woodland用手指从每个标记向下延伸，画出平行的、 albeit 不均匀的线条。线条不均匀是因为标记的大小不同：划比点宽，所以划向下延伸时形成较宽的线条，而点形成较细的线条。间隔也同样不均匀：标记之间较大的间隔在线条之间形成较大的空白，标记之间较窄的间隔在线条之间形成较窄的空白。

由于线条和空白是通过延伸短信号和长信号的视觉表示形成的，Woodland本质上找到了一种像摩尔斯电码那样编码信息的方法。然而，原始摩尔斯系统是在时间维度上编码信息，利用每个信号的持续时间差异以及连续信号之间时间间隔的长短，而新系统则是在空间维度上编码信息。具体来说，它利用每条线所占的物理空间以及线条之间间隔的空间来编码信息。

一项超前于时代的发明

Woodland和Silver开发的第二个原型基于Woodland受摩尔斯电码启发的“条形码”。它由以下部分组成：

• 条形码：一种由平行线条和空白间隔组成的矩形图案，通过物理标记的宽度和排列来编码信息。

• 光学扫描仪：一种将物理对象反射的光转换为电信号以供机器处理的设备。

条形码图案编码了一个产品标识符，可以印刷在产品上，并在结账时用于识别产品。为了使信息可被机器读取，条形码图案以对比色印刷：线条为黑色，空白间隔为白色。由于白色比黑色反射更多的光，扫描条形码图案时会产生不同量的反射光。扫描仪有一个光敏组件，用于测量反射光的差异，并将这些波动转换为电信号。然后，这些电信号会被机器或机电系统（如计算机）解码为可用信息。

到Woodland和Silver于1952年为该设计申请专利时，他们已经改用牛眼形条形码图案。这个版本使用黑色线条和白色间隔的同心圆，通过圆环的大小和每个圆环之间间隔的长度来编码信息。与需要从特定方向扫描的矩形条形码相比，它也更容易从任何方向进行扫描。

然而，即便是这个原型也被证明不切实际，且在当时过于超前。例如，扫描时用于照亮条形码的光源是一个重达500瓦的白炽灯泡，而根据历史记载，整个装置有桌子那么大。更重要的是，这个原型无法在商店中使用，因为当时的计算机仍然过于庞大（像ENIAC这样的早期计算机重达数吨，占据相当于几个房间的空间），而且购买和运行成本极其高昂。

Woodland和Silver使用示波器证明了扫描条形码会产生信号，这些信号理论上可以被解码为产品标识符，并用于读取与被扫描商品相关的信息。然而，他们无法证明这实际上能让收银系统通过搜索数字化的超市记录来自动获取产品信息。这需要一台计算机能够将扫描条形码产生的电信号转换为产品标识符，并执行电子记录查询，以找到与被扫描商品相关的信息，如价格和描述。

没有超市能负担得起庞大的计算机系统，因此这个提议的条形码驱动系统基本上从一开始就注定失败。Woodland和Silver以仅15,000美元的价格将专利卖给了Philco——一家主要的消费电子产品制造商，不过当Philco将专利转卖给美国无线电公司（RCA）时，专利再次易手。那时，Woodland已经加入了国际商业机器公司（IBM），希望利用IBM的技术资源来实现他对条形码的愿景。

通用产品代码

在第二次世界大战后的几十年里，特别是20世纪50年代和60年代，零售行业经历了收入增长，年销售额超过1000亿美元，这是因为战后强劲的经济、不断增长的郊区人口以及消费信贷的增加共同推动了消费者支出。然而，购物活动的增加加剧了一个困扰零售商多年的问题：缺乏产品标识。

仍然没有办法在收银台识别顾客购买的产品。因此，员工仍然必须在数千件商品上贴上价格标签，收银员仍然必须手动输入价格。随着越来越多的人购物，我们之前提到的手动结账的问题，如更高的劳动力成本、顾客不满和糟糕的库存跟踪，变得更加明显和突出。

迫切寻求解决方案的零售商和包装商品制造商组成的一个联盟创建了一个委员会，以开发和标准化产品标识系统。该委员会提出了通用产品代码（UPC），一个10位数字字符串，用于标识产品的分类和制造商。每件商品都有一个唯一的UPC编号，收银系统可以用它来识别商品并从数据库中提取相关信息，如商品价格和描述。

委员会邀请各公司提交机器可读标签的方案，该标签将携带UPC编号，并在收银台扫描以识别贴标商品。标签必须满足以下条件：

• 小巧整洁：不得超过1.5平方英寸。

• 印刷成本低：必须能用现有技术印刷。

• 全向扫描：必须能从任何方向高速扫描。

• 高度准确：扫描时的错误率必须低于两万分之一。

条形码是通用产品代码的自然格式。事实上，Woodland和Silver设计它正是为了编码产品标识符，使其能够被机电系统（如计算机化收银系统）解码和读取。Woodland现在在IBM工作，并参与了该公司开发UPC条形码的工作。

然而，负责UPC条形码项目的George Laurer拒绝使用Woodland和Silver多年前获得专利的靶心条形码。根据IBM自己的企业历史，Laurer反对靶心图案，因为它难以印刷在产品上；此外，墨水容易弄脏，这使得扫描仪难以正确读取代码。相反，他选择了平行线和间隔的矩形图案，这正是Woodland和Silver在采用靶心图案之前最初使用的。

尽管如此，新的矩形条形码设计保留了Woodland几十年前与Silver创建的原型的基本理念。线和间隔分别以黑色和白色印刷，信息编码在印刷形状的宽度和排列中。团队还构建了一台扫描仪，使用激光照亮图案，并使用光传感器将反射光转换为电信号，计算机将其转换为表示编码在条形码中的UPC编号的95位二进制模式。

为了证明条形码格式的准确性，Laurer让团队中的一名垒球投手以高速将包装上印有条形码的物品掷过扫描仪。扫描仪正确读取了每一个条形码，说服了IBM内部任何仍持怀疑态度的人。该设计也满足了委员会设定的其他要求：它可以从任何方向读取，并且足够小，可以印在大多数物品上而不会变得无法辨认。

1973年3月30日，负责选择UPC条形码格式的符号选择委员会选择了IBM提交的设计。Laurer的矩形条形码击败了其他六家公司提出的格式，包括美国无线电公司（RCA）提交的靶心条形码，RCA当时拥有该专利，并开发了一个功能版本，在20世纪70年代初在多家商店进行了试用。

1974年6月26日，第一次商业UPC条形码扫描在俄亥俄州特洛伊的Marsh超市完成。被扫描的商品是一包箭牌水果口香糖，由Marsh的研究主管Clyde Dawson购买，员工Sharon Buchanan进行扫描。这是收银员第一次无需将价格键入收银机即可结账。

对于参与条形码开发的每个人来说，这也是一个证明自己的时刻，从Joseph Woodland、Bernard Silver和George Laurer到Sam Friedland，这位超市高管对产品识别缺乏的沮丧激发了Woodland和Silver研究后来成为条形码的东西。更重要的是，这一刻标志着零售业的未来，尤其是自动化结账，已经到来。

采用与起飞

由于涉及的成本和行业采用的不确定性，零售商和制造商最初对采用条形码持缓慢态度。条形码扫描仪的安装和运营成本高昂，而与之配合使用的计算机化结账系统成本更高。只有在足够多的商品带有条形码的情况下，投资条形码驱动的结账系统才是合理的，因为员工生产力的提高和劳动力成本的降低将抵消安装设备和培训员工使用设备的初始成本。

就制造商而言，他们每年将花费超过2亿美元在消费品上印刷条形码。只有当大多数超市和杂货店拥有条形码扫描设备，并且大多数商品（包括其他制造商供应的商品）都带有条形码时，从制造商的角度来看，这项投资才有意义。在这种情况下，印刷条形码的成本可以被解释为保持竞争力的必要条件。

然而，这在随后的几年中发生了变化。像IBM这样的公司开发了更好、更便宜的扫描仪，并提供了集成了计算机化结账的销售点（POS）系统，降低了设备成本。手持式条形码扫描仪的引入使得在任何地方扫描条形码成为可能，并导致零售商在结账之外使用条形码；例如，条形码在仓库中用于跟踪货物通过分销网络的移动并实时跟踪库存。

条形码最终超越了零售业，并扩散到商业和工业的每个角落。它们被用于制造业、医疗保健、交通运输、图书馆以及每个识别和跟踪物理对象有价值的领域。条形码还启发了其他自动识别和数据采集（AIDC）技术的发展，包括快速响应（QR）码、射频识别（RFID）和光学字符识别（OCR）；许多其他创新，包括生物识别、移动成像等，也是条形码成功的下游产物。

如今，全球每天扫描超过100亿个条形码。一项源于海滩顿悟的发明已成为上个世纪最大、最有价值的技术产品之一。这就是技术的力量：利用人类的创造力和创新潜力来创造工具和系统，以解决问题、创造巨大价值并释放进步。

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原文来源：Hacker Noon

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