כיצד מעקב לוגיסטיקה ו-Logistics 4.0 יכולים לנהל שיבושי שרשרת אספקה

מעקב לוגיסטיקה הוא חיוני יותר ויותר כדי לנהל את שיבושי שרשרת האספקה הצפויים להימשך בעתיד הנראה לעין. לוגיסטיקה היא התהליך של העברת פריטים ממקום אחד לאחר: בתוך מתקן ייצור או מחסן או בין מקומות מרוחקים גאוגרפית. מעקב לוגיסטיקה מספק ‏מידע על סטטוס שרשרת האספקה בזמן-אמת, מאפשר ביצוע התאמות לפי הצורך כדי להקטין למינימום את השפעת שיבושי שרשרת האספקה ולהבטיח תפעול חלק, יעיל ורווחי.

הופעת האינטרנט-של-דברים התעשייתי (IIoT‏) הביאה לפיתוח של Logistics 4.0 וניהול חכם של שרשרת אספקה, כולל בינה מלאכותית (AI), כדי לענות על אתגרים חדשים ולהביא גמישות נוספת לניהול לוגיסטי. Logistics 4.0 מאפשרת נראות ובקרת תקינות של שרשרת אספקה בזמן-אמת כדי להבטיח את זמינות המידע הדרוש כדי לספק את המוצר הנכון, בזמן, במקום, בכמות ובמצב הנכונים, ובעלות הנכונה. בהתאם למיקום בתוך שרשרת האספקה, מעקב לוגיסטיקה‏ ניתן למימוש תוך שימוש במערך טכנולוגיות, כולל: ברקודים לינאריים (1D), ברקודים 2D, טכנולוגיות זיהוי תדר רדיו (RFID), תקשורת שדה קרוב (NFC),‏ Bluetooth‏, Wirepas‏ (Bluetooth‏ תעשייתי) ו-GPS.

מאמר זה מהווה סקירה כללית של האתגרים הלוגיסטיים, משווה את השימושיות של טכנולוגיות מעקב לוגיסטיקה נבחרות ותקנים תעשייתיים קשורים, ומסתיים עם הצגת דוגמאות של כלי מעקב מ-Banner Engineering ו-Würth Elektronik‏, ביחד עם פלטפורמת הערכה לזרוז תהליך הפיתוח.‏

Industry 4.0‏ ו-Logistics 4.0 הן מחוברות, ושתיהן דרושות כדי להשיג את היעד של התאמה אישית בנפח גדול יעילה ומשתלמת כלכלית. Logistics 4.0 מסתמכת על מידע גרנולרי ביותר בזמן-אמת ביחס לפריטים פרטניים, בשילוב עם רשתות, אוטומציה ותקשורת בעלת שיהוי-נמוך (low-latency‏) כדי לספק התרעות מוקדמות של שיבושים ולאפשר תגובות מהירות כדי לשמור על זרימה‏ אופטימלית של סחורות לכל אורך שרשרת האספקה. כדי להגיע לפתרון הלוגיסטי הטוב ביותר עבור מצב נתון דרושות טכנולוגיות מרובות.

ברקודים 1D ו-2D

ברקודים הם אמצעי לא-יקר ואפקטיבי להפיכת איסוף נתונים על פריטים פרטניים לאוטומטי.‏ בהתאם לכמות הנתונים, ישנם מספר פורמטים של ברקוד, כולל:

• 1D או ברקודים לינאריים יכולים להכיל מידע כגון מספר סידורי, מספר דגם והיסטוריה של פריט.
• ברקודים לינאריים מגובבים המשתמשים בברקודים 1D מרובים מגובבים יחד בסמיכות כדי לספק צפיפויות נתונים גבוהות יותר.
• ברקודים 2D מורכבים מקופסאות או תאים, עם כמויות נתונים אפילו גדולות יותר השמורות בפורמט סורג.

ברקודים 1D הם הנפוצים ביותר, ומידע הברקוד מוכל ברוחב של הפסים והרווחים השחורים והלבנים ונקרא על ידי שימוש בסורק‏ ברקוד המבין את הפורמט הספציפי בו משתמשים. ישנם פורמטים מרובים של ברקודים 1D שמוטבו במיוחד עבור הנתונים הדרושים על ידי יישומים ספציפיים. מספר דוגמאות כוללות:

• קוד 128, עבור טיפול בחומרים
• קוד 39, בשימוש הצבא ורשויות ממשלתיות
• Interleaved 2 of 5 ‏(ITF)‏, עבור יישומים תעשייתיים ספציפיים
• UPC-A‏, בשימוש נרחב בקמעונאות בארה"ב
• Postnet, בשימוש שירות הדואר בארה"ב (USPS‏)

לדוגמה, פורמט קוד 128 כולל (איור 1‏):

פסים שהם קווים שחורים המוסרים את המידע. בקודים בסיסיים, ישנם פסים בשתי מידות—רחבים וצרים—מתורגמים למידע בינרי על ידי קורא. תבניות קוד אחרות יכולות להכיל פסים ומרווחים לבנים ברוחב משתנה כדי למסור יותר פרטים.

אזור שקט (Quiet Zone) הוא מרווח ריק בקצוות הברקוד כדי לאפשר לסורק לזהות את ההתחלה ואת הסוף של הקוד. זהו חלק מקובל בכל תבנית ברקוד 1D.

קודים של התחלה וסיום הם צרופים ספציפיים של פסים ומרווחים המציינים את ההתחלה והסוף שר הברקוד.

ספרת בדיקה משמשת לבדיקת דיוק הנתונים וכדי להגן מפני שגיאות קריאה של נתונים.

קוד ניתן-לקריאה על ידי אדם אינו חלק מהמידע הנקרא על ידי מכונה בברקוד.

רוחב מודול (Module Width) הוא הגובה/הרוחב של התא או הפס הקטן ביותר בברקוד‏ וקובע את הרזולוציה המינימלית הדרושה לסורק כדי לקרוא את הקוד במדויק.

איור 1‏: מבנה ברקוד‏ 1D תוך שימוש בפורמט קוד 128 (צבעים הם עבור זיהוי בלבד) (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

ברקודים 2D הם יותר מורכבים ומכילים כמויות גדולות יותר של נתונים. חלק מהברקודים 2D הנפוצים כוללים:

• DataMatrix משמש ביישומי רכב, אלקטרוניקה ו-USPS
• קוד QR‏ גם כן משמש ביישומי רכב, כמו גם בשיווק מסחרי
• Aztec מצוי על כרטיסי נסיעה וחלק ממסמכי הרישום של כלי-רכב
• Maxicode משמש עבור טיפול בחומרים ו-United Parcel Service‏ (UPS) משתמשת בו

פורמט ה-DataMatrix כולל (איור 2‏):

תאים שהם שטחים ריבועיים שחורים ולבנים בתוך מטריצת ה-2D המכילים את הנתונים.

אזור שקט (Quiet Zone) הוא מרווח ריק סביב ההיקף של ברקוד 2D כדי לאפשר לסורק לזהות את ההתחלה ואת הסוף של הקוד.

תבנית Finder (או “L”) משנה אורינטציה של הקורא כך שהוא יכול לזהות את הדרך הנכונה לקרוא את הקוד.

תבנית תזמון (Clocking pattern) נמצא בצד הנגדי של תבנית ה-finder ואומר לקורא את גודל התא בתוך הקוד ואת מספר השורות והעמודות בברקוד.

איור 2‏: מבנה ברקוד 2D‏ DataMatrix (צבעים הם עבור זיהוי בלבד). (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

ברקודים 2D מכילים גם נתוני תיקון שגיאה. בהתאם לקוד, נתוני תיקון השגיאה יכולים להיכלל שלוש פעמים כדי לשפר את איכות איסוף הנתונים של הקוראים.

קריאת ברקודים

סורקי לייזר מספקים דרך‏ פשוטה ומשתלמת לקרוא ברקודים 1D. הלייזר מופנה אל הברקוד על ידי שימוש במראה‏ מסתובבת, והאור המוחזר נמדד תוך שימוש בפוטו-דיודה. מדידת האור מתורגמת אחר כך ליציאה דיגיטלית. סורקי לייזר מהירות-גבוהה יכולים לבצע עד 1,300 סריקות לשנייה אך אינם יכולים לקרוא ברקודים 2D.

קוראי ההדמיה ניתנים לשימוש לקריאת ברקודים 1D ו-2D גם יחד. קוראים אלה לוכדים‏ תמונה של הברקוד, שמנותחת תוך שימוש בתוכנת עיבוד-תמונה המסוגלת לאתר, לשנות אורינטציה ולקרוא את הברקוד. בהשוואה לסורק לייזר, לקורא‏ הדמיה יש עומק שדה‏ רחב יותר עבור קריאה בגבהים מרובים ויכול לקרוא בו-זמנית ברקודים מרובים. מהירות תהליך הקריאה תלויה ביכולות מצלמת ההדמיה ותוכנת העיבוד.

רשתות ניידות מעוצבות-עצמית Wirepas

בנוסף לברקודים, ניתן להשתמש בתגים אלחוטיים וב-IIoT כדי לספק זיהוי, מיקום ומצב פריט לאורך שרשרת האספקה. Wirepas הוא פרוטוקול קישוריות אלחוטית מעוצב-עצמית אוטונומי המתוכנן לספק את המימד והצפיפות הדרושים כדי לתמוך ביישומי Logistics 4.0. רשתות mesh‏ מסורתיות כמו Bluetooth‏ יכולות להתקשות להגיע לממדים גדולים בשל ‏גודש ומגבלות רוחב-פס. Wirepas מסיר מחסומים אלה‏ על ידי ביזור בינת הרשת לצמתים, והתוצאה מכך היא רשת ריפוי-עצמי עם שימוש בספקטרום רדיו ללא התנגשויות (איור 3‏).

איור 3‏: ביישומי מעקב לוגיסטיקה עם ניהול מספר גבוה של פריטים, Wirepas יכול לספק‏ חלופה ל-Bluetooth‏ או פרוטוקולים אלחוטיים קניניים. (מקור תמונה: Würth Elektronik)

תוכנת Wirepas Mesh‏ מתוכננת עבור רשתות בקנה-מידה גדול ומוזנות-סוללה. כל צומת…

• סורק את סביבת הרשת ובוחר את המסלול האופטימלי
• מכוונן הספק שידור בהתאם לקירבה של צמתים קרובים
• יכול לעבוד כצומת מנתב או לא מנתב, או ‏כקולט (Sink)
• יכול להחליף בין מצבי הספק נמוך ושיהוי נמוך
• לבחור את התדר האופטימלי
• הוא טולרנטי להפרעות

איגוד שילוח המכולות הדיגיטלי (Digital Container Shipping Association (DCSA)), ארגון עצמאי שהוקם על ידי מספר חברות שילוח מכולות מהגדולות ביותר, פרסם תקני ממשק קישוריות אלחוטית עבור שילוח מכולות. Wirepas תואם לתקן ה-DCSA.

מימוש ברקודים 1D ו-2D

מתכננים יכולים לפנות אל קורא הברקוד מבוסס-התמונה ABR3009-WSU2‏ WVGA‏ (752 × 480 פיקסלים) מבית Banner Engineering כשמתכננים מערכת מעקב Logistics 4.0‏ תוך שימוש בברקודים 1D או 2D (איור 4‏). הוא מכויל-מפעל בשלוש נקודות מיקוד או 45 מ"מ, 70 מ"מ ו-125 מ"מ, והוא בעל טווח מיקוד רציף כדי לספק כוונון-עדין עבור יישומים פרטניים. ה-ABR3009-WSU2 יכול ללכוד 57 פריימים לשנייה.

איור 4‏: ה-ABR3009-WSU2 מבית Banner Engineering קורא ספריה‏ שלמה של ברקודים 1D ו-2D. (מקור תמונה: Banner Engineering‏)

כל קוראי סדרת 1D ABR 3000 ו-2D מוגדרים לקרוא ברקודים DataMatrix וניתנים להגדרת תצורה לקרוא סגנונות אחרים תוך שימוש בלחצנים מובנים עבור תצורות פשוטות או עבור תצורות מורכבות יותר, בעזרת מחשב אישי תוך שימוש בתוכנת Barcode Manager של Banner. אופציות עדשה, כולל מיקוד עצמי מכוונן תוכנה, יכולות לפשט עוד יותר הכנה והגדרת תצורה. אינטגרציית התקן ואיסוף נתונים IIoT‏ ניתנים להגדרה דרך Ethernet תעשייתי, טורי או חיבורי USB. דגם ה-ABR3009-WSU2 מדורג IP65‏, מוגן מפני אבק ומפני מים מוטלים מפיה.

מודול רדיו Wirepas

ה-Thetis-I מבית Würth Elektronik‏ הוא מודול רדיו‏ 2.4‏ גיגה-הרץ (GHz‏‏) התומך בפרוטוקול התקשורת Wirepas Mesh. מתכננים יכולים להשתמש במק"ט 2611011021010, עם טווח‏ קו ראייה של 400 מטר (m), לאינטגרציה של Wirepas לתוך התקני מעקב נכסים Logistics 4.0 (איור 5‏). הוא בעל הספק שידור (Tx) של 6 דציבל מטרים (dBm‏), רגישות‏ קליטה (Rx) של עד 92‎ dBm-‏, וקצב שידור של עד 1 מגה-ביט לשנייה (Mbps‏). ה-2611011021010 דורש 18.9 מיליאמפר (mA‏) במצב Tx,‏ 7.7‎ mA‏ ‏במצב Rx, ו-3.16 מיקרו-אמפר (µA‏) במצב שינה. מידותיו הן ‎8 x 12 x 2 מ"מ

איור 5: מודול הרדיו ‎2.4 GHz Thetis-I עם פרוטוקול Wirepas Mesh‏. (מקור תמונה: Würth Elektronik)

כדי להאיץ את הפיתוח של יישומי Logistics 4.0 תוך שימוש במודול רדיו Thetis-I עם פרוטוקול Wirepas Mesh‏, מתכננים יכולים להשתמש בערכת ה-EV ‏Thetis-I‏ הכוללת לוח mini-EV, ‏USB Radio Stick ושלושה צמתי חיישן (איור 6‏). במספר דקות ניתן להרכיב רשת אב-טיפוס Wirepas Mesh‏ עובדת, וכל אחד מהרכיבים בערכת ה-EDV (לוח mini-EV,‏ USB Radio Stick וצמתי חיישן) ניתנים לרכישה בנפרד כדי להגדיל את רשת האב-טיפוס.

איור 6: ערכת ה-Thetis-I EV מצוידת במודול Thetis-I Wirepas Mesh וכוללת לוח mini EV, ‏USB Radio Stick ושלושה צמתי חיישן. (מקור תמונה: DigiKey)

לוח ה-mini-EV תומך בחיבור עם מיקרו-בקר מארח עבור פיתוח יישום. צומת החיישן הוא לוח מוזן-סוללה 31 מ"מ X‏ 32 מ"מ וכולל‏ חיישן לחץ וחיישן‏ לחות. נתוני חיישן נקראים אוטומטית על ידי מודול הרדיו ומשודרים לרשת ה-Mesh‏. ערכת ה-EV כוללת גם תוכנת PC Tool Wirepas Commander של Würth התומכת בתקשורת עם מודולי הרדיו, הגדרת-תצורה של רשת וניטור של נתוני חיישן.

סיכום

Logistics 4.0 מסתמכת על מידע גרנולרי בזמן-אמת אודות כל הפריטים בשרשרת האספקה וחייבת להיות משולבת עם Industry 4.0‏ תוך שימוש במערכות רשת, אוטומציה ותקשורת שיהוי-נמוך (low-latency‏) כדי לספק התרעות מוקדמות של שיבושים בשרשרת האספקה. דרושות טכנולוגיות מעקב מרובות כדי לממש מערכת ‏לוגיסטיקה מוצלחת. מאמר זה הציג אפשרויות בחירה שונות ביחס לברקודים 1D ו-2D ורשתות Wirepas אלחוטיות ניתנות-למדרוג במידה רבה היכולות לעבוד בשיתוף פעולה בפתרון Logistic 4.0.