Az ellátási lánc megszakadásainak kezelése a logisztikai nyomkövetés és a Logisztika 4.0 segítségével

A logisztikai nyomkövetés egyre fontosabbá válik az ellátási láncban belátható időn belül várhatóan ismétlődően fellépő zavarok kezeléséhez. A logisztika a tárgyak egyik helyről a másikra történő átvitelének folyamata: egy gyártóüzemen vagy raktáron belül vagy földrajzilag szétszórt helyszínek között. A logisztikai nyomkövetés valós idejű adatokat szolgáltat az ellátási lánc állapotáról, lehetővé téve az ellátási láncban fellépő zavarok következményeinek minimálisra csökkentéséhez és a zökkenőmentes, hatékony és nyereséges működés biztosításához szükséges kiigazításokat.

Az ipari dolgok internetének (IIoT) megjelenése magával hozta a Logisztika 4.0 és az intelligens ellátásilánc-felügyelet kifejlesztését, amely mesterséges intelligenciát (AI vagy magyarosan MI) is használ, és az új feladatok kezelésére és a logisztika felügyeletének rugalmasabbá tételére szolgál. A Logisztika 4.0 lehetővé teszi az ellátási lánc valós idejű átláthatóságát és épségének ellenőrzését, így biztosítva, hogy rendelkezésre álljanak mindazok az információk, amelyek ahhoz szükségesek, hogy a megfelelő termékek a megfelelő időben a megfelelő helyre, a szükséges mennyiségben és állapotban legyenek leszállítva a megfelelő áron. Az ellátási láncon belüli elhelyezkedéstől függően a logisztikai nyomkövetés számos technikával megvalósítható, többek között a lineáris (1D) vonalkódok, a 2D vonalkódok, a rádiófrekvenciás azonosítás (RFID), a közeli rádiókommunikáció (NFC), a Bluetooth, a Wirepas (ipari Bluetooth) és a GPS technika használatával.

Ez a cikk áttekintést nyújt a logisztika jelentette kihívásokról, összehasonlítja az egyes logisztikai nyomkövető technikák hasznosságát és kitér a hozzájuk kapcsolódó ágazati szabványokra, végezetül pedig példákat mutat be a Banner Engineering és a Würth Elektronik nyomkövető eszközeit felhasználva, valamint ismertet egy fejlesztőplatformot, amelynek segítségével felgyorsítható a fejlesztési folyamat.

Az Ipar 4.0 és a Logisztika 4.0 összekapcsolódik, és mindkettőre szükség van a termékek hatékony tömeges testreszabásának gazdaságos megvalósításához. A Logisztika 4.0 az egyes tételekre vonatkozó rendkívül részletes és valós idejű adatokra támaszkodik, amelyek a hálózatkezeléssel, az automatizálással és a kis késleltetésű kommunikációval kombinálva idejekorán figyelmeztetik a felhasználót a zavarokra, és gyors reagálást tesznek lehetővé, hogy fenn lehessen tartani az ellátási láncban az optimális áruforgalmat. Ahhoz, hogy egy adott helyzetben a legjobb logisztikai megoldás szülessen, többféle technikára van szükség.

1D és 2D vonalkódok

A vonalkódok olcsó és hatékony módjai az egyes tételekre vonatkozó adatgyűjtés automatizálásának. Az adatmennyiségtől függően többféle vonalkódformátum létezik, nevezetesen az alábbiak:

• Az 1D vagy lineáris vonalkódok olyan adatokat tartalmazhatnak, mint a gyári szám, a típusszám és a terméktörténet.
• Halmozott lineáris vonalkódok, amelyek több 1D vonalkódot használnak szorosan egymás mellé rakva, hogy nagyobb adatsűrűséget tegyenek lehetővé.
• A 2D vonalkódok kockákból vagy cellákból állnak, és még több adatot tárolnak rácselrendezésű formátumban.

Az 1D vonalkódok a leghétköznapibbak, a vonalkódadatokat a fekete és fehér sávok és térközök szélessége tartalmazza, és olyan vonalkódolvasóval olvashatóak, amelyik ismeri az adott formátumot. Az 1D vonalkódoknak többféle formátuma létezik, amelyeket az egyes felhasználási területeken igényelt adatokhoz optimalizáltak. Néhány példa:

• 128-as kód anyagmozgatáshoz
• 39-es kód, amelyet a hadsereg és a kormányzati szervek használnak
• Átlapolt 2 az 5-ből vonalkód speciális ipari felhasználási területekre
• UPC-A, az Amerikai Egyesült Államokban elterjedten használatos a kiskereskedelemben
• Postnet, amelyet az amerikai posta (USPS) használ.

A 128-as kódformátum például a következőket tartalmazza (1. ábra):

A sávok a fekete vonalak, ezek hordozzák az adatokat. Az alapkódokban két sávméret van – egy vastag és egy vékony –, amelyeket az olvasó fordít le bináris adatokká. Más kódformátumok tartalmazhatnak többféle szélességű fekete sávokat és fehér térközöket további adatok kódolása érdekében.

A néma zóna egy üres hely a vonalkód szélein, amely lehetővé teszi a leolvasó számára a kód elejének és végének azonosítását. Ez az összes 1D vonalkódformátum közös jellemzője.

A Start (Kezdete) és Stop (Vége) kódok a vonalkód elejét és végét jelző sávok és térközök speciális kombinációi.

Az ellenőrző számjegy az adatok pontosságának ellenőrzésére és az adatolvasási hibák elleni védelemre szolgál.

Az ember által olvasható kód nem része a vonalkód géppel olvasható adatainak.

A modulszélesség a vonalkód legkisebb cellájának vagy sávjának magassága/szélessége, és azt a minimális felbontást határozza meg, amelyre a vonalkódolvasónak szüksége van a kód pontos olvasásához.

1. ábra: A 128-as kódformátumú 1D vonalkód felépítése (a színek csak azonosításra szolgálnak) (kép: Banner Engineering)

A 2D vonalkódok összetettebbek, és nagyobb mennyiségű adatot tartalmaznak. A leggyakoribb 2D vonalkódok az alábbiak:

• DataMatrix – autóipari és elektronikai felhasználási területeken használatos, és használja az amerikai posta (USPS) is
• QR-kód – az autóiparban és a kereskedelmi, piackutatási és reklámterületen is használatos
• Aztec – különféle menetjegyeken és egyes gépjármű-nyilvántartási okmányokon használatos
• Maxicode – anyagmozgatáshoz használatos, és a United Parcel Service (UPS) is használja

A DataMatrix formátum a következőket tartalmazza (2. ábra):

A cellák a 2D mátrixon belüli fekete és fehér négyzetek, ezek hordozzák az adatokat.

A néma zóna egy üres hely a 2D vonalkód körül, amely lehetővé teszi a leolvasó számára, hogy azonosítsa a kód elejét és végét.

A keresőminta (vagy L minta) igazítja el a vonalkódolvasót, hogy azonosítani tudja a kód helyes olvasási irányát.

Az órajelminta a keresőmintával ellentétes oldalon található, és a kódon belüli cellák méretét, valamint a vonalkód sorainak és oszlopainak számát adja meg a vonalkódolvasó számára.

2. ábra: A DataMatrix típusú 2D vonalkód felépítése (a színek csak azonosításra szolgálnak) (kép: Banner Engineering)

A 2D vonalkódok tartalmaznak hibajavító adatokat is. A hibajavító adatok a kódtól függően háromszor is szerepelhetnek a kódban a vonalkódolvasók adatgyűjtési minőségének javítása érdekében.

A vonalkódok olvasása

A lézerletapogatók (lézerszkennerek) egyszerű és költségtakarékos módot kínálnak az 1D vonalkódok olvasására. A lézert egy forgó tükör segítségével irányítják a vonalkódra, és a visszavert fény erősségét egy fotodióda segítségével mérik meg. A fényméréssel kapott értékeket ezután digitális kimenőjellé alakítják. A nagy sebességű lézerletapogatók másodpercenként akár 1300 beolvasás végrehajtására is képesek, de 2D vonalkódok olvasására nem alkalmasak.

A képalkotó vonalkódolvasók 1D és 2D vonalkódok olvasására egyaránt használhatók. Ezek a vonalkódolvasók képet készítenek a vonalkódról, és azt képfeldolgozó szoftverrel elemzik, amely képes a vonalkód helyének és tájolásának meghatározására és a vonalkód olvasására. A lézerletapogatóval összehasonlítva a képalkotó vonalkódolvasónak nagyobb a mélységélessége a többféle magasságból történő olvasás érdekében, és egyszerre több vonalkódot is képes olvasni. Az olvasási folyamat sebessége a képalkotó kamera és a feldolgozószoftver képességeitől függ.

Wirepas önszervező mobilhálózatok

A vonalkódok mellett a vezeték nélküli címkék és az ipari dolgok internete (IIoT) is felhasználhatók a termékek azonosítására, valamint az ellátási láncban elfoglalt helyük és állapotuk meghatározására. A Wirepas egy önálló önszervező vezeték nélküli összeköttetési protokoll, amelyet úgy terveztek, hogy biztosítsa a Logisztika 4.0-hoz kapcsolódó felhasználási területek támogatásához szükséges méretezést és sűrűséget. A hagyományos hurkos hálózatok, mint például a Bluetooth, a torlódások és a sávszélesség korlátai miatt nehezen érnek el nagy méreteket. A Wirepas megszünteti ezeket az akadályokat azáltal, hogy a hálózati intelligenciát szétosztja a csomópontok között, ami egy öngyógyító hálózatot eredményez ütközésmentes rádiófrekvenciaspektrum-használattal (3. ábra).

3. ábra: A nagyszámú kezelendő tételre kiterjedő logisztikai nyomkövetési felhasználási területeken a Wirepas alternatívát jelenthet a Bluetooth vagy a saját fejlesztésű vezeték nélküli protokollok helyett (kép: Würth Elektronik)

A Wirepas Mesh szoftvert nagy méretű és akkumulátoros hálózatokhoz tervezték. Mindegyik csomópont...

• átvizsgálja a hálózati környezetet, és kiválasztja az optimális útvonalat
• az adásteljesítményt a közeli csomópontok távolsága alapján állítja be
• működhet útválasztó és nem útválasztó csomópontként, illetve vevőegységként
• képes váltani a kis fogyasztású és a kis késleltetésű üzemmód között
• kiválasztja az optimális frekvenciát
• zavartűrő

A Digital Container Shipping Association (DCSA) nevű független szervezet, amelyet néhány a legnagyobbak közé tartozó konténerszállító társaság alapított, közzétette a konténerszállítás vezeték nélküli összeköttetési protokolljainak szabványait. A Wirepas megfelel a DCSA szabványnak.

1D és 2D vonalkódok létrehozása

Amikor 1D vagy 2D vonalkódokat használó Logisztika 4.0 nyomkövető rendszereket terveznek, a tervezők használhatják a Banner Engineering ABR3009-WSU2 WVGA (752 × 480 képpont) felbontású képalkotó vonalkódolvasóját (4. ábra). A készülék gyárilag három fókusztávolságra (45 mm, 70 mm és 125 mm) van kalibrálva, de folyamatos fókusztartományt kínál az egyedi felhasználásokhoz való finomhangolás céljából. Az ABR3009-WSU2 másodpercenként 57 képkocka rögzítésére képes.

4. ábra: A Banner Engineering ABR3009-WSU2 képalkotó vonalkódolvasója olvassa az összes 1D és 2D vonalkódot (kép: Banner Engineering)

Minden ABR 3000 sorozatú általános 1D és 2D vonalkódolvasó DataMatrix vonalkódok olvasására van beállítva, de a kezelőfelületén található, az egyszerű beállítást segítő nyomógombok segítségével könnyen beállítható másfajta vonalkódok olvasására is. Ugyanerre teremt lehetőséget az összetettebb beállítások esetében a Banner cég Barcode Manager szoftvere is egy számítógép segítségével. Az objektívbeállítások, köztük a szoftveresen állítható autofókusz, tovább egyszerűsíthetik a beállítást. Az eszközökbe való beépítés és az IIoT-adatgyűjtés ipari Ethernet-hálózaton, soros porton vagy USB-kapcsolaton keresztül állítható be. Az ABR3009-WSU2 készülék IP65 védettségű, azaz porvédett, és védett a fúvókából kilövellő víztől.

Wirepas rádiós modul

A Würth Elektronik Thetis-I készüléke egy 2,4 GHz-es rádiós modul, amely támogatja a Wirepas Mesh kommunikációs protokollt. A tervezők a Wirepas rendszer Logisztika 4.0-s eszközkövető eszközökbe való beépítéséhez használhatják a 2611011021010 cikkszámú, optikai rálátás esetén 400 m hatótávolságú alkatrészt (5. ábra). Az eszköz adásteljesítménye (Tx) 6 dBm, a vételi (Rx) érzékenysége akár –92 dBm, az átviteli sebessége pedig akár 1 Mb/s is lehet. A 2611011021010 áramfelvétele adás üzemmódban 18,9 mA, vételi üzemmódban 7,7 mA, alvó üzemmódban pedig 3,16 µA. Mérete 8 mm × 12 mm × 2 mm.

5. ábra: A Wirepas Mesh protokollt támogató 2,4 GHz-es Thetis-I rádiós modul (kép: Würth Elektronik)

A Wirepas Mesh protokollt támogató Thetis-I rádiós modult használó Logisztika 4.0-s készülékek fejlesztésének felgyorsítása érdekében a tervezők használhatják a Thetis-I fejlesztőkészletet, amely egy kis méretű fejlesztőkártyát, egy USB-s rádiós tollmemóriát és három érzékelő csomópontot tartalmaz (6. ábra). Egy működő Wirepas Mesh prototípushálózat néhány perc alatt összeállítható, és a fejlesztőkészlet minden egyes összetevője (kis méretű fejlesztőkártya, USB-s rádiós tollmemória és érzékelő csomópontok) külön-külön is megvásárolható a prototípushálózat bővítéséhez.

6. ábra: A Thetis-I fejlesztőkészlet Thetis-I Wirepas Mesh modullal van ellátva, és egy kis méretű fejlesztőkártyát, egy USB-s rádiós tollmemóriát és három érzékelő csomópontot tartalmaz (kép: DigiKey)

A kis méretű fejlesztőkártya egy gazda-mikrovezérlőhöz kapcsolva lehetővé teszi a készülékfejlesztéshez történő csatlakozást. Az érzékelő csomópont egy 31 mm × 32 mm méretű, elemről működő kártya, amely egy nyomásérzékelőt és egy páratartalom-érzékelőt tartalmaz. Az érzékelők adatait a rádiós modul automatikusan beolvassa, és továbbítja a hurkos hálózatba. A fejlesztőkészlet tartalmazza a Würth cég PC Tool Wirepas Commander szoftverét is, amely lehetővé teszi a rádiós modulokkal való kommunikációt, a hálózati beállításokat és az érzékelők adatainak figyelését.

Összegzés

A Logisztika 4.0 az ellátási láncban szereplő összes tételre vonatkozó valós idejű és rendkívül részletes adatokra támaszkodik, és hálózati rendszerek, automatizálás és kis késleltetésű kommunikáció segítségével az Ipar 4.0 részévé kell tenni, hogy idejekorán figyelmeztesse a felhasználót az ellátási lánc zavaraira. A sikeres logisztikai rendszerek létrehozásához többféle nyomkövetési technikára van szükség. Ez a cikk az 1D és 2D vonalkódokkal és a nagymértékben méretezhető, a Logisztika 4.0-s megoldásokban együttműködni képes vezeték nélküli Wirepas hálózatokkal kapcsolatos különböző lehetőségeket taglalta.