Cum pot urmărirea operațiunilor logistice și Logistica 4.0 să gestioneze întreruperile din lanțul de aprovizionare

Urmărirea operațiunilor logistice este din ce în ce mai esențială pentru gestionarea întreruperilor din lanțul de aprovizionare, care se preconizează că vor continua în viitorul apropiat. Logistica este procesul de mutare a articolelor dintr-un loc în altul: în cadrul unei unități de producție sau al unui depozit sau între locații dispersate geografic. Urmărirea operațiunilor logistice oferă o prezentare a stării lanțului de aprovizionare în timp real, permițând efectuarea de ajustări în funcție de necesități pentru a minimiza impactul întreruperilor lanțului de aprovizionare și pentru a asigura operațiuni fluide, eficiente și profitabile.

Apariția internetului industrial al lucrurilor (IIoT) a dus la dezvoltarea Logisticii 4.0 și a gestionării inteligente a lanțului de aprovizionare, inclusiv a inteligenței artificiale (AI) pentru abordarea noilor provocări și aducerea unui plus de flexibilitate în gestionarea logisticii. Logistica 4.0 permite vizibilitatea în timp real a lanțului de aprovizionare și controlul integrității pentru a asigura disponibilitatea informațiilor necesare pentru a livra produsele potrivite, la momentul, locul, în cantitatea și starea potrivită, precum și la costul potrivit. În funcție de locația din cadrul lanțului de aprovizionare, urmărirea operațiunilor logistice poate fi implementată utilizând o serie de tehnologii, inclusiv: coduri de bare liniare (1D), coduri de bare 2D, identificarea prin radiofrecvență (RFID), comunicarea în câmp apropiat (NFC), Bluetooth, Wirepas (Bluetooth industrial) și tehnologii GPS.

Acest articol prezintă o imagine de ansamblu a provocărilor logistice, compară utilitatea tehnologiilor selectate de urmărire a operațiunilor logistice și a standardelor industriale aferente și se încheie prin prezentarea unor exemple de instrumente de urmărire de la Banner Engineering și Würth Elektronik, împreună cu o platformă de evaluare pentru a accelera procesul de dezvoltare.

Industria 4.0 și Logistica 4.0 sunt interconectate și ambele sunt necesare pentru a atinge într-un mod economic obiectivul de personalizare eficientă în masă. Logistica 4.0 se bazează pe informații extrem de granulare și în timp real asociate articolelor individuale, combinate cu rețele, automatizare și comunicații cu latență redusă pentru a oferi avertizări timpurii în caz de perturbări și pentru a permite reacții rapide în vederea menținerii unui flux optim de bunuri în întregul lanț de aprovizionare. Sunt necesare mai multe tehnologii pentru a ajunge la cea mai bună soluție logistică pentru o anumită situație.

Coduri de bare 1D și 2D

Codurile de bare reprezintă o modalitate ieftină și eficientă de automatizare a colectării de date privind articolele individuale. În funcție de cantitatea de date, există mai multe formate de coduri de bare, printre care:

• Codurile de bare 1D sau liniare pot conține informații precum numărul de serie, numărul modelului și istoricul articolului.
• Coduri de bare liniare suprapuse care utilizează mai multe coduri de bare 1D suprapuse strâns împreună pentru a oferi densități de date mai mari.
• Codurile de bare 2D sunt compuse din cutii sau celule, cu cantități și mai mari de date stocate în format grilă.

Codurile de bare 1D sunt cele mai comune, iar informațiile codului de bare sunt conținute în lățimea barelor și spațiilor albe și negre și sunt citite cu ajutorul unui scaner de coduri de bare care înțelege formatul specific utilizat. Există mai multe formate de coduri de bare 1D care au fost optimizate pentru datele necesare pentru anumite aplicații. Câteva exemple includ:

• Codul 128, pentru manipularea materialelor
• Codul 39, utilizat de armată și de agențiile guvernamentale
• 2 din 5 intercalat, pentru aplicații industriale specifice
• UPC-A, utilizat pe scară largă în comerțul cu amănuntul din SUA
• Postnet, utilizat de Serviciul poștal american (USPS)

De exemplu, formatul Codului 128 include (Figura 1):

Barele sunt linii negre care transmit informațiile. În cazul codurilor de bază, există două dimensiuni de bare – late și înguste – traduse în informații binare de către un cititor. Alte formate de cod pot include bare de lățime variabilă și spații albe pentru a comunica mai multe detalii.

Zona de liniște este un spațiu gol la marginile codului de bare, ce permite scanerului să identifice începutul și sfârșitul codului. Acesta este o caracteristică comună în toate formatele codurilor de bare 1D.

Codurile de început și de sfârșit sunt combinații specifice de bare și spații care indică începutul și sfârșitul codului de bare.

Cifra de control este utilizată pentru a verifica acuratețea datelor și pentru a proteja împotriva erorilor de citire a datelor.

Codul de citire umană nu face parte din informațiile din codul de bare care pot fi citite de dispozitive.

Lățimea modulului este înălțimea/lățimea celei mai mici celule sau bare din codul de bare și determină rezoluția minimă de care are nevoie un scaner pentru a citi codul cu acuratețe.

Figura 1: structura unui cod de bare 1D care utilizează formatul Codului 128 (culorile sunt doar pentru identificare). (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Codurile de bare 2D sunt mai complexe și conțin cantități mai mari de date. Unele dintre codurile de bare 2D comune includ:

• DataMatrix, utilizat în aplicațiile pentru automobile, electronice și USPS
• Codul QR, utilizat și în industria auto, precum și în marketingul comercial
• Aztec de pe biletele de călătorie și pe unele documente de înmatriculare a vehiculelor
• Maxicode, utilizat pentru manipularea materialelor și de către United Parcel Service (UPS)

Formatul DataMatrix include (Figura 2):

Celulele sunt zonele pătrate albe și negre din interiorul matricei 2D care conțin date.

Zona de liniște este un spațiu gol în jurul perimetrului unui cod de bare 2D, ce permite scanerului să identifice începutul și sfârșitul codului.

Modelul localizatorului (sau „L”) orientează cititorul astfel ca acesta să poată identifica modul corect de citire a codului.

Modelul de sincronizare se află pe partea opusă a modelului localizatorului și indică cititorului dimensiunea celulelor din interiorul codului și numărul de rânduri și de coloane din codul de bare.

Figura 2: structura DataMatrix a codului de bare 2D (culorile sunt doar pentru identificare). (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Codurile de bare 2D conțin și date de corecție a erorilor. În funcție de cod, datele de corecție a erorilor pot fi incluse de trei ori pentru a îmbunătăți calitatea colectării datelor de către cititoare.

Citirea codurilor de bare

Scanerele cu laser oferă o modalitate simplă și rentabilă de citire a codurilor de bare 1D. Laserul este direcționat peste codul de bare cu ajutorul unei oglinzi rotative, iar lumina reflectată este măsurată cu ajutorul unei fotodiode. Măsurătorile de lumină sunt apoi transformate într-o ieșire digitală. Scanerele cu laser de mare viteză pot efectua până la 1.300 de scanări pe secundă, dar nu pot citi coduri de bare 2D.

Cititoarele de imagini pot fi utilizate pentru a citi atât codurile de bare 1D, cât și 2D. Aceste cititoare înregistrează o imagine a codului de bare, care este analizată cu ajutorul unui software de procesare a imaginii ce poate localiza, orienta și citi codul de bare. În comparație cu un scaner cu laser, un cititor de imagini are o adâncime de câmp mai mare pentru citirea la mai multe înălțimi și poate citi simultan mai multe coduri de bare. Viteza procesului de citire depinde de capacitatea camerei de imagistică și de software-ul de procesare.

Rețele mobile cu autoformare Wirepas

Pe lângă codurile de bare, etichetele wireless și IIoT pot fi utilizate pentru a furniza identificarea, localizarea și starea articolelor în întregul lanț de aprovizionare. Wirepas este un protocol de conectivitate wireless autonom cu autoformare, conceput pentru a oferi scara și densitatea necesare pentru a susține aplicațiile din Logistica 4.0. Congestia și limitările legate de lățimea de bandă pot îngreuna scalarea extinsă pentru rețelele tradiționale de tip mesh, cum ar fi Bluetooth. Wirepas elimină aceste bariere prin descentralizarea inteligenței rețelei către noduri, rezultând într-o rețea cu auto-reparare și cu o utilizare a spectrului radio fără coliziuni (Figura 3).

Figura 3: în aplicațiile de urmărire a operațiunilor logistice cu un număr mare de articole de gestionat, Wirepas poate oferi o alternativă la Bluetooth sau la protocoalele wireless brevetate. (Sursă imagine: Würth Elektronik)

Software-ul de rețea mesh Wirepas este conceput pentru rețelele de mari dimensiuni și alimentate cu baterii. Fiecare nod...

• Scanează mediul rețelei și alege calea optimă
• Reglează puterea de transmisie în funcție de proximitatea nodurilor din apropiere
• Poate funcționa ca nod de rutare sau fără rutare, sau ca un consumator.
• Poate comuta între modurile cu consum redus de energie și cu latență redusă
• Selectează frecvența optimă
• Este tolerant la interferențe

Digital Container Shipping Association (DCSA), o organizație independentă fondată de câteva dintre cele mai mari companii de transport maritim cu containere, a publicat standarde pentru interfața de conectivitate wireless pentru containerele maritime. Wirepas este conform cu standardul DCSA.

Implementarea codurilor de bare 1D și 2D

Proiectanții pot utiliza cititorul de coduri de bare pe bază de imagini ABR3009-WSU2 WVGA (752 × 480 pixeli) de la Banner Engineering atunci când proiectează sisteme de urmărire pentru Logistica 4.0 care utilizează coduri de bare 1D sau 2D (Figura 4). Acesta este calibrat din fabrică la trei poziții de focalizare, respectiv 45 mm, 70 mm și 125 mm, și are o gamă de focalizare continuă pentru a oferi o reglare fină pentru aplicații individuale. ABR3009-WSU2 poate capta 57 de cadre pe secundă.

Figura 4: ABR3009-WSU2 de la Banner Engineering citește o bibliotecă completă de coduri de bare 1D și 2D. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Toate cititoarele standard 1D și 2D din seria ABR 3000 sunt setate să citească coduri de bare DataMatrix și pot fi configurate cu ușurință să citească alte stiluri, cu butoanele de la bord pentru configurații simple, sau cu un PC folosind software-ul Barcode Manager de la Banner pentru configurații mai complexe. Opțiunile pentru obiective, inclusiv autofocalizarea reglabilă prin software, pot simplifica și mai mult instalarea și configurarea. Integrarea dispozitivelor și colectarea datelor IIoT pot fi configurate prin conexiuni industriale Ethernet, seriale sau USB. Modelul ABR3009-WSU2 este clasificat IP65, fiind protejat împotriva prafului și a apei proiectate printr-o duză.

Modulul radio Wirepas

Thetis-I de la Würth Elektronik este un modul radio de 2,4 gigahertzi (GHz) care acceptă protocolul de comunicare prin rețea mesh Wirepas. Proiectanții pot utiliza numărul de piesă 2611011021010, cu o rază de vizibilitate de 400 de metri (m), pentru a integra Wirepas în dispozitivele de urmărire a activelor din Logistica 4.0 (Figura 5). Are o putere de transmisie (Tx) de 6 decibeli-metri (dBm), o sensibilitate la recepție (Rx) de până la -92 dBm și o viteză de transmisie de până la 1 megabit pe secundă (Mbps). 2611011021010 necesită 18,9 miliamperi (mA) în modul Tx, 7,7 mA în modul Rx și 3,16 microamperi (µA) în modul de repaus. Acesta măsoară 8 x 12 x 2 mm.

Figura 5: modulul radio Thetis-I de 2,4 GHz cu protocolul de rețea mesh Wirepas. (Sursă imagine: Würth Elektronik)

Pentru a accelera dezvoltarea aplicațiilor din Logistica 4.0 care utilizează modulul radio Thetis-I cu protocolul de rețea mesh Wirepas, proiectanții pot utiliza kitul de evaluare Thetis-I, care include o placă mini-EV, un stick radio USB și trei noduri de senzori (Figura 6). O rețea prototip mesh Wirepas funcțională poate fi configurată în câteva minute, iar fiecare dintre componentele din kitul de evaluare (placa mini-EV, stick-ul radio USB și nodurile de senzori) poate fi achiziționată separat pentru a extinde rețeaua prototip.

Figura 6: kitul de evaluare Thetis-I este echipat cu un modul de rețea mesh Thetis-I Wirepas și include o placă mini EV, un stick radio USB și trei noduri de senzori. (Sursa imaginii: DigiKey)

Placa mini-EV acceptă conectarea cu un microcontroler-gazdă pentru dezvoltarea de aplicații. Nodul de senzori este o placă de 31 mm x 32 mm alimentată cu baterii și include un senzor de presiune și un senzor de umiditate. Datele senzorilor sunt citite automat de către modulul radio și transmise către rețeaua mesh. Kitul de evaluare include și software-ul Würth PC Tool Wirepas Commander, care permite comunicarea cu modulele radio, configurarea rețelei și monitorizarea datelor de la senzori.

Rezumat

Logistica 4.0 se bazează pe informații granulare, în timp real, despre toate articolele din lanțul de aprovizionare și trebuie să fie integrată cu Industria 4.0, folosind sisteme de rețea, automatizare și comunicații cu latență redusă pentru a oferi avertizări timpurii privind întreruperile din lanțul de aprovizionare. Este nevoie de mai multe tehnologii de urmărire pentru a implementa un sistem logistic de succes. Acest articol a prezentat diverse opțiuni legate de codurile de bare 1D și 2D și de rețele Wirepas wireless cu mare capacitate de scalare care pot funcționa în colaborare într-o soluție din Logistica 4.0.