Hvordan logistiksporing og Logistics 4.0 kan håndtere afbrydelser i forsyningskæden

logistiksporing er i stigende grad afgørende for at håndtere de afbrydelser i forsyningskæden, som forventes at fortsætte i en overskuelig fremtid. Logistik er processen med at flytte varer fra et sted til et andet: Inden for et produktionsanlæg eller et lager eller mellem geografisk spredte steder. logistiksporing giver en status for forsyningskæden i realtid, så der kan foretages justeringer efter behov for at minimere virkningen af afbrydelser i forsyningskæden og sikre en smidig, effektiv og rentabel drift.

Fremkomsten af det industrielle internet af ting (IIoT) har resulteret i udviklingen af Logistics 4.0 og smart supply chain management, herunder kunstig intelligens (AI) for at imødegå nye udfordringer og give øget fleksibilitet i logistikstyringen. Logistics 4.0 giver mulighed for synlighed og integritetskontrol i forsyningskæden i realtid for at sikre tilgængeligheden af de oplysninger, der er nødvendige for at levere de rigtige produkter på det rigtige tidspunkt, sted, i den rigtige mængde og tilstand og til den rigtige pris. Afhængigt af placeringen i forsyningskæden kan logistiksporing gennemføres ved hjælp af en række teknologier, herunder lineære (1D) stregkoder, 2D-stregkoder, radiofrekvensidentifikation (RFID), NFC (Near Field Communication), Bluetooth, Wirepas (industriel Bluetooth) og GPS-teknologier.

Denne artikel giver et overblik over logistikudfordringerne, sammenligner nytteværdien af udvalgte logistiksporing teknologier og relaterede industristandarder og afslutter med at præsentere eksempler på sporingsværktøjer fra Banner Engineering og Würth Elektronik samt en evalueringsplatform til at fremskynde udviklingsprocessen.

Industry 4.0 og Logistics 4.0 er indbyrdes forbundne, og begge dele er nødvendige for at nå målet om effektiv massetilpasning på økonomisk vis. Logistics 4.0 er baseret på meget granulære oplysninger i realtid om individuelle varer kombineret med netværk, automatisering og kommunikation med lav forsinkelse for at give tidlige advarsler om forstyrrelser og muliggøre hurtige reaktioner for at opretholde en optimal varestrøm i hele forsyningskæden. Der er brug for flere forskellige teknologier for at finde den bedste logistikløsning i en given situation.

1D- og 2D-stregkoder

Stregkoder er en billig og effektiv måde at automatisere indsamling af data om individuelle varer på. Afhængigt af mængden af data er der flere stregkodeformater, herunder:

• 1D- eller lineære stregkoder kan indeholde oplysninger som f.eks. serienummer, modelnummer og historik over varen.
• Stacked lineære stregkoder, der anvender flere 1D-stregkoder, der er stablet tæt sammen for at give højere datatæthed.
• 2D-stregkoder består af kasser eller celler, hvor endnu større mængder data er gemt i et gitterformat.

1D-stregkoder er de mest almindelige, og stregkodeoplysningerne er indeholdt i bredden af de sorte og hvide streger og mellemrum og læses ved hjælp af en stregkodescanner, der forstår det specifikke format, der anvendes. Der findes flere forskellige formater af 1D-stregkoder, som er optimeret til de data, der er nødvendige for specifikke applikationer. Nogle af eksemplerne omfatter:

• Code 128, til materialehåndtering
• Kode 39, der anvendes af militæret og offentlige myndigheder
• Interleaved 2 ud af 5, til specifikke industrielle anvendelser
• UPC-A, der er meget udbredt i detailhandelen i USA.
• Postnet, der anvendes af US Postal Service (USPS)

F.eks. omfatter Code 128-formatet (figur 1):

Søjlerne er sorte linjer, der leverer oplysningerne. I grundlæggende koder er der to stregstørrelser - en bred og en smal - som en læser oversætter til binære oplysninger. Andre kodeformater kan indeholde forskellige bredder af streger og hvidt mellemrum for at kommunikere flere detaljer.

Quiet Zone er et tomrum i kanten af stregkoden, så scanneren kan identificere begyndelsen og slutningen af koden. Det er et fælles træk i alle 1D-stregkodeformater.

Start- og stopkoder er specifikke kombinationer af streger og mellemrum, der angiver stregkodens begyndelse og slutning.

Check Digit bruges til at kontrollere dataenes nøjagtighed og beskytte mod fejl ved læsning af data.

Den menneskeligt læsbare kode er ikke en del af de maskinlæsbare oplysninger i stregkoden.

Modulbredde er højden/bredden af den mindste celle eller streg i stregkoden og bestemmer den mindste opløsning, som en scanner skal bruge for at kunne læse koden nøjagtigt.

Figur 1: Opbygning af en 1D-stregkode i Code 128-formatet (farverne er kun til identifikation). (Billedkilde: Banner Engineering)

2D-stregkoder er mere komplekse og indeholder større datamængder. Nogle af de almindelige 2D-stregkoder omfatter:

• DataMatrix anvendes i applikationer inden for bilindustrien, elektronik og USPS
• QR-koder anvendes også i bilindustrien og i kommerciel markedsføring
• Azteker fundet på rejsebilletter og visse køretøjsregistreringsdokumenter
• Maxicode, der anvendes til materialehåndtering og af United Parcel Service (UPS)

DataMatrix-formatet omfatter (figur 2):

Celler er sorte og hvide firkanter i 2D-matrixen, som indeholder dataene.

Stillezone er et tomrum omkring en 2D-stregkode, så scanneren kan identificere kodens begyndelse og slutning.

Finder-mønsteret (eller "L"-mønsteret) orienterer læseren, så den kan identificere den korrekte måde at læse koden på.

Clocking pattern er på den modsatte side af findermønsteret og fortæller læseren størrelsen af cellerne i koden og antallet af rækker og kolonner i stregkoden.

Figur 2: 2D-stregkode DataMatrix-struktur (farverne er kun til identifikation). (Billedkilde: Banner Engineering)

2D-stregkoder indeholder også fejlkorrektionsdata. Afhængigt af koden kan fejlkorrektionsdataene medtages tre gange for at forbedre læsernes kvalitet af dataindsamlingen.

Læsning af stregkoder

Laserscannere er en enkel og omkostningseffektiv måde at læse 1D-stregkoder på. Laseren ledes hen over stregkoden ved hjælp af et roterende spejl, og det reflekterede lys måles ved hjælp af en fotodiode. Lysmålingerne omsættes derefter til et digitalt output. Laserscannere med høj hastighed kan foretage op til 1.300 scanninger i sekundet, men kan ikke læse 2D-stregkoder.

Billedlæsere kan bruges til at læse både 1D- og 2D-stregkoder. Disse læsere optager et billede af stregkoden, som analyseres ved hjælp af billedbehandlingssoftware, der kan lokalisere, orientere og læse stregkoden. Sammenlignet med en laserscanner har en billedlæser en større dybdeskarphed til læsning i flere højder og kan samtidig læse flere stregkoder. Hastigheden af aflæsningsprocessen afhænger af billedkameraets og behandlingssoftwarens kapacitet.

Wirepas selvdannende mobilnet

Ud over stregkoder kan trådløse tags og IIoT bruges til at identificere varen, angive dennes placering og tilstand i hele forsyningskæden. Wirepas er en autonom selvdannende trådløs forbindelsesprotokol, der er designet til at levere den skala og tæthed, der er nødvendig for at understøtte Logistics 4.0-applikationer. Traditionelle mesh-netværk som Bluetooth kan have svært ved at nå ud til store skalaer på grund af overbelastning og båndbreddebegrænsninger. Wirepas fjerner disse barrierer ved at decentralisere netværksintelligensen til knudepunkterne, hvilket resulterer i et selvhelbredende netværk med kollisionsfri brug af radiospektrum (figur 3).

Figur 3: I applikationer til Logiksporing med et stort antal varer, der skal håndteres, kan Wirepas være et alternativ til Bluetooth eller proprietære trådløse protokoller. (Billedkilde: Würth Elektronik)

Wirepas Mesh-softwaren er designet til store og batteridrevne netværk. Hver knude...

• Scanner netværksmiljøet og vælger den optimale vej
• Justerer sendestyrken på grundlag af nærhed til nærliggende knudepunkter
• Kan fungere som en routing- eller ikke-routing-knude eller som en sink
• Kan skifte mellem tilstand med lavt strømforbrug og lav latenstid
• Vælger den optimale frekvens
• Er tolerant over for interferens

Digital Container Shipping Association (DCSA), en uafhængig organisation, der er grundlagt af flere af de største containerrederier, har offentliggjort standarder for trådløse forbindelsesgrænseflader for skibscontainere. Wirepas er i overensstemmelse med DCSA-standarden.

Implementering af 1D- og 2D-stregkoder

Designere kan anvende ABR3009-WSU2 WVGA-stregkodelæseren (752 × 480 pixels) fra Banner Engineering, når de designer Logistics 4.0-sporingssystemer med 1D- eller 2D-stregkoder (Figur 4). Den er fabrikkalibreret til tre fokuspositioner på 45 mm, 70 mm og 125 mm, og den har et kontinuerligt fokusområde for at give finjustering til individuelle applikationer. ABR3009-WSU2 kan optage 57 billeder i sekundet.

Figur 4: ABR3009-WSU2 fra Banner Engineering læser et komplet bibliotek af 1D- og 2D-stregkoder. (Billedkilde: Banner Engineering)

Alle standard læsere i 1D- og 2D ABR 3000-serien er indstillet til at læse DataMatrix-stregkoder og kan nemt konfigureres til at læse andre typer ved hjælp af indbyggede trykknapper til enkle konfigurationer eller med en pc ved hjælp af Banners Barcode Manager-software til mere komplekse konfigurationer. Objektivindstillinger, herunder softwarejusterbar autofokus, kan forenkle opsætning og konfiguration yderligere. Enhedsintegration og IIoT-dataindsamling kan konfigureres via industrial Ethernet, seriel eller USB-forbindelse. Model ABR3009-WSU2 er IP65-klassificeret og beskyttet mod støv og vand, der projiceres fra en dyse.

Wirepas radiomodul

Thetis-I fra Würth Elektronik er et 2,4 gigahertz (GHz)-radiomodul, der understøtter Wirepas-net kommunikationsprotokollen. Designere kan bruge varenummer 261101101021010 med en rækkevidde på 400 meter (m) til at integrere Wirepas i Logistics 4.0-udstyr til sporing af aktiver (Figur 5). Den har en sendeeffekt (Tx) på 6 dBm, en modtagefølsomhed (Rx) på op til -92 dBm og en transmissionshastighed på op til 1 megabit pr. sekund (Mbps). 2611011021010 kræver 18,9 milliampere (mA) i Tx-tilstand, 7,7 mA i Rx-tilstand og 3,16 mikroampere (µA) i dvaletilstand. Den måler 8 x 12 x 2 mm.

Figur 5: 2,4 GHz Thetis-I radiomodulet med Wirepas mesh-protokol. (Billedkilde: Würth Elektronik)

For at fremskynde udviklingen af Logistics 4.0-applikationer ved hjælp af Thetis-I radiomodulet med Wirepas mesh-protokol kan designere bruge Thetis-I EV-Kit, der omfatter et mini-EV-kort, en USB-radiostick og tre sensorknuder (figur 6). Et fungerende Wirepas mesh-prototype-netværk kan oprettes på få minutter, og hver enkelt komponent i EDV-kittet (mini-EV-kort, USB-radiostick og sensorknuder) kan købes separat for at udvide prototype-netværket.

Figur 6: Thetis-I EV-sættet er udstyret med et Thetis-I Wirepas Mesh-modul og omfatter et mini EV-kort, en USB-radiostick og tre sensorknudepunkter. (Billedkilde: DigiKey)

Mini-EV-kortet understøtter tilslutning til en host-mikrocontroller til applikationsudvikling. Sensorknuden er et 31 mm x 32 mm stort batteridrevet kort og omfatter en tryksensor og en fugtighedssensor. Sensordata læses automatisk af radiomodulet og overføres til mesh-netværket. EV-sættet indeholder også Würths PC Tool Wirepas Commander-software, som understøtter kommunikation med radiomodulerne, netværkskonfiguration og overvågning af sensordata.

Sammenfatning

Logistics 4.0 er afhængig af granulære oplysninger i realtid om alle varer i forsyningskæden og skal integreres med Industry 4.0 ved hjælp af netværkssystemer, automatisering og kommunikation med lav latenstid for at give tidlige advarsler om afbrydelser i forsyningskæden. Det kræver flere sporingsteknologier at implementere et vellykket logistiksystem. Denne artikel har præsenteret forskellige valgmuligheder i forbindelse med 1D- og 2D-stregkoder og meget skalerbare trådløse Wirepas-netværk, der kan samarbejde i en Logistics 4.0-løsning.