Comment le suivi logistique et la Logistique 4.0 peuvent gérer les perturbations de la chaîne d'approvisionnement

Le suivi logistique est de plus en plus important pour gérer les perturbations de la chaîne d'approvisionnement qui devraient se poursuivre dans un avenir proche. La logistique est le processus qui consiste à déplacer des articles d'un endroit à un autre : au sein d'une usine de fabrication ou d'un entrepôt ou entre des sites géographiquement dispersés. Le suivi logistique fournit un état en temps réel de la chaîne d'approvisionnement, ce qui permet d'effectuer les ajustements nécessaires pour minimiser l'impact des perturbations de la chaîne d'approvisionnement et garantir des opérations fluides, efficaces et rentables.

L'émergence de l'Internet industriel des objets (IIoT) a entraîné le développement de la Logistique 4.0 et de la gestion intelligente de la chaîne d'approvisionnement, y compris l'intelligence artificielle (IA) pour relever de nouveaux défis et accroître la flexibilité de la gestion logistique. La Logistique 4.0 permet un contrôle d'intégrité et une visibilité de la chaîne d'approvisionnement en temps réel pour garantir la disponibilité des informations nécessaires à la livraison des bons produits, au bon moment, au bon endroit, dans les bonnes quantités, dans de bonnes conditions et au bon coût. En fonction de l'emplacement dans la chaîne d'approvisionnement, le suivi logistique peut être mis en œuvre à l'aide d'un éventail de technologies, notamment : codes-barres linéaires (1D), codes-barres 2D, radio-identification (RFID), communication en champ proche (NFC), Bluetooth, Wirepas (Bluetooth industriel) et GPS.

Cet article donne un aperçu des défis logistiques, compare l'utilité de certaines technologies de suivi logistique et des normes industrielles connexes, et présente des exemples d'outils de suivi de Banner Engineering et Würth Elektronik, ainsi qu'une plateforme d'évaluation pour accélérer le processus de développement.

L'Industrie 4.0 et la Logistique 4.0 sont interconnectées, et toutes les deux sont nécessaires pour atteindre de manière rentable l'objectif d'une personnalisation de masse efficace. La Logistique 4.0 s'appuie sur des informations hautement granulaires et en temps réel relatives à des articles individuels, combinées à la mise en réseau, à l'automatisation et à la communication à faible latence pour fournir des alertes précoces en cas de perturbations et permettre des réponses rapides afin de maintenir un flux optimal de marchandises tout au long de la chaîne logistique. Plusieurs technologies sont requises pour trouver la meilleure solution logistique pour une situation donnée.

Codes-barres 1D et 2D

Les codes-barres sont un moyen économique et efficace d'automatiser la collecte de données sur des articles individuels. En fonction de la quantité de données, il existe plusieurs formats de codes-barres, notamment :

• Les codes-barres 1D ou linéaires peuvent contenir des informations telles que le numéro de série, le numéro de modèle et l'historique de l'article.
• Les codes-barres linéaires empilés utilisent plusieurs codes-barres 1D empilés étroitement pour fournir des densités de données plus élevées.
• Les codes-barres 2D sont composés de cases ou de cellules, avec des quantités de données encore plus importantes stockées dans un format de grille.

Les codes-barres 1D sont les plus courants. Les informations de codes-barres sont contenues dans la largeur des barres et des espaces noirs et blancs et sont lues à l'aide d'un lecteur de codes-barres qui comprend le format spécifique utilisé. Il existe plusieurs formats de codes-barres 1D qui ont été optimisés pour les données requises par des applications spécifiques. Les exemples incluent :

• Code 128, pour la manutention
• Code 39, utilisé par l'armée et les agences gouvernementales
• 2 parmi 5 entrelacé, pour des applications industrielles spécifiques
• UPC-A, largement utilisé dans le commerce de détail aux États-Unis
• Postnet, utilisé par le service postal américain (USPS)

Par exemple, le format Code 128 inclut (Figure 1) :

Les barres sont des lignes noires qui fournissent les informations. Les codes de base comportent deux tailles de barres — large et étroite — traduites en informations binaires par un lecteur. D'autres formats de code peuvent inclure des largeurs variables de barres et d'espaces blancs pour communiquer plus de détails.

La zone de silence est un espace vide sur les bords du code-barres pour permettre au lecteur d'identifier le début et la fin du code. Il s'agit d'une caractéristique commune à tous les formats de codes-barres 1D.

Les codes de début et de fin sont des combinaisons spécifiques de barres et d'espaces qui indiquent le début et la fin du code-barres.

La clé de contrôle est utilisée pour vérifier l'exactitude des données et protéger contre les erreurs de lecture des données.

Le code lisible par l'homme ne fait pas partie des informations lisibles par la machine dans le code-barres.

La largeur du module est la hauteur/largeur de la plus petite cellule ou barre dans le code-barres et détermine la résolution minimum requise par un lecteur pour déchiffrer le code avec précision.

Figure 1 : Structure d'un code-barres 1D utilisant le format Code 128 (les couleurs sont uniquement destinées à l'identification). (Source de l'image : Banner Engineering)

Les codes-barres 2D sont plus complexes et contiennent de plus grandes quantités de données. Les codes-barres 2D les plus courants incluent :

• DataMatrix utilisé dans les applications automobiles, électroniques et USPS
• Code QR, également utilisé dans les applications automobiles, ainsi que dans le marketing commercial
• Aztec, utilisé sur les billets/titres de transport et sur certains documents d'immatriculation de véhicules
• Maxicode, utilisé pour la manutention et par UPS (United Parcel Service)

Le format DataMatrix inclut (Figure 2) :

Les cellules sont des zones carrées noires et blanches à l'intérieur de la matrice 2D et qui contiennent les données.

La zone de silence est un espace vide autour du périmètre d'un code-barres 2D pour permettre au lecteur d'identifier le début et la fin du code.

Le motif d'alignement (ou "L") oriente le lecteur afin qu'il puisse identifier la manière correcte de lire le code.

Le motif de densité se trouve à l'opposé du motif d'alignement et indique au lecteur la taille des cellules à l'intérieur du code et le nombre de lignes et de colonnes du code-barres.

Figure 2 : Structure DataMatrix d'un code-barres 2D (les couleurs sont uniquement destinées à l'identification). (Source de l'image : Banner Engineering)

Les codes-barres 2D contiennent également des données de correction d'erreurs. Selon le code, les données de correction d'erreurs peuvent être incluses trois fois pour améliorer la qualité de collecte des données par les lecteurs.

Lecture des codes-barres

Les lecteurs laser constituent un moyen simple et rentable de lire les codes-barres 1D. Le laser est dirigé sur le code-barres à l'aide d'un miroir rotatif, et la lumière réfléchie est mesurée à l'aide d'une photodiode. Les mesures de lumière sont ensuite converties en sortie numérique. Les lecteurs laser haute vitesse peuvent effectuer jusqu'à 1300 balayages par seconde mais ne peuvent pas lire les codes-barres 2D.

Des lecteurs-imageurs peuvent être utilisés pour lire les codes-barres 1D et 2D. Ces lecteurs capturent une image du code-barres, qui est analysée à l'aide d'un logiciel de traitement d'images capable de localiser, d'orienter et de lire le code-barres. Par rapport à un lecteur laser, un lecteur-imageur a une plus grande profondeur de champ pour lire à plusieurs hauteurs et peut lire simultanément plusieurs codes-barres. La vitesse du processus de lecture dépend des capacités de la caméra d'imagerie et du logiciel de traitement.

Réseaux mobiles auto-organisés Wirepas

Outre les codes-barres, les étiquettes sans fil et l'IIoT peuvent être utilisés pour fournir l'identification, la localisation et l'état des articles tout au long de la chaîne d'approvisionnement. Wirepas est un protocole de connectivité sans fil autonome et auto-organisé conçu pour fournir l'échelle et la densité nécessaires à la prise en charge des applications de Logistique 4.0. Les réseaux maillés traditionnels, tels que Bluetooth, ont du mal à atteindre une grande échelle en raison de l'encombrement et des limitations de la bande passante. Wirepas élimine ces obstacles en décentralisant l'intelligence du réseau vers les nœuds, résultant en un réseau auto-régénérateur avec une utilisation du spectre radio sans collision (Figure 3).

Figure 3 : Dans les applications de suivi logistique avec un grand nombre d'articles à gérer, Wirepas peut fournir une alternative à Bluetooth ou aux protocoles sans fil propriétaires. (Source de l'image : Würth Elektronik)

Le logiciel Wirepas Mesh est conçu pour les réseaux à grande échelle et alimentés par batterie. Chaque nœud...

• Analyse l'environnement réseau et choisit le chemin optimal
• Ajuste la puissance de transmission en fonction de la proximité des nœuds voisins
• Peut fonctionner comme un nœud de routage ou de non-routage, ou comme un collecteur
• Peut passer d'un mode à basse consommation à un mode à faible latence
• Sélectionne la fréquence optimale
• Est tolérant aux interférences

La DCSA (Digital Container Shipping Association), une organisation indépendante fondée par plusieurs des plus grandes entreprises de transport par conteneurs, a publié des normes d'interface de connectivité sans fil pour les conteneurs d'expédition. Wirepas est conforme à la norme DCSA.

Mise en œuvre des codes-barres 1D et 2D

Les concepteurs peuvent se tourner vers le lecteur de codes-barres basé image WVGA (752 × 480 pixels) ABR3009-WSU2 de Banner Engineering pour concevoir des systèmes de suivi Logistique 4.0 utilisant des codes-barres 1D ou 2D (Figure 4). Il est étalonné en usine sur trois positions de mise au point, à savoir 45 mm, 70 mm et 125 mm, et présente une plage de mise au point continue permettant un réglage fin pour les applications individuelles. L'ABR3009-WSU2 peut capturer 57 images par seconde.

Figure 4 : L'ABR3009-WSU2 de Banner Engineering lit une bibliothèque complète de codes-barres 1D et 2D. (Source de l'image : Banner Engineering)

Tous les lecteurs standard 1D et 2D de la série ABR 3000 sont définis pour lire les codes-barres DataMatrix et peuvent être facilement configurés pour lire d'autres styles avec des boutons-poussoirs intégrés pour les configurations simples ou avec un PC utilisant le logiciel Barcode Manager de Banner pour les configurations plus complexes. Les options d'objectif, notamment l'autofocus réglable par logiciel, permettent de simplifier davantage l'installation et la configuration. L'intégration des dispositifs et la collecte des données IIoT peuvent être configurées via des connexions Industrial Ethernet, série ou USB. Le modèle ABR3009-WSU2 est répertorié IP65 et offre une protection contre la poussière et les projections d'eau.

Module radio Wirepas

Le Thetis-I de Würth Elektronik est un module radio de 2,4 gigahertz (GHz) prenant en charge le protocole de communication Wirepas Mesh. Les concepteurs peuvent utiliser la référence 2611011021010, avec une distance de visibilité directe de 400 mètres (m), pour intégrer Wirepas dans les dispositifs de suivi des actifs Logistique 4.0 (Figure 5). Il a une puissance d'émission (Tx) de 6 dBm, une sensibilité de réception (Rx) jusqu'à -92 dBm, et une vitesse de transmission jusqu'à 1 mégabit par seconde (Mbps). Le 2611011021010 requiert 18,9 milliampères (mA) en mode Tx, 7,7 mA en mode Rx et 3,16 microampères (µA) en mode veille. Il mesure 8 mm x 12 mm x 2 mm.

Figure 5 : Module radio 2,4 GHz Thetis-I avec protocole Wirepas Mesh. (Source de l'image : Würth Elektronik)

Pour accélérer le développement d'applications Logistique 4.0 en utilisant le module radio Thetis-I avec le protocole Wirepas Mesh, les concepteurs peuvent se tourner vers le kit d'évaluation Thetis-I EV-Kit qui inclut une carte mini-EV, une clé USB et trois nœuds de capteurs (Figure 6). Un réseau prototype Wirepas Mesh opérationnel peut être mis en place en quelques minutes, et chacun des composants du kit d'évaluation (carte mini-EV, clé USB et nœuds de capteurs) peut être acheté séparément pour étendre le réseau prototype.

Figure 6 : Le kit d'évaluation Thetis-I EV-Kit est équipé d'un module Thetis-I Wirepas Mesh et inclut une carte mini-EV, une clé USB et trois nœuds de capteurs. (Source de l'image : DigiKey)

La carte mini-EV permet la connexion avec un microcontrôleur hôte pour le développement d'applications. Le nœud de capteurs est une carte alimentée par batterie de 31 mm x 32 mm et inclut un capteur de pression et un capteur d'humidité. Les données de capteurs sont automatiquement lues par le module radio et transmises au réseau maillé. Le kit d'évaluation inclut également le logiciel PC Wirepas Commander de Würth, qui prend en charge la communication avec les modules radio, la configuration réseau et la surveillance des données de capteurs.

Résumé

La Logistique 4.0 repose sur des informations granulaires en temps réel relatives à tous les éléments de la chaîne d'approvisionnement et doit être intégrée à l'Industrie 4.0 à l'aide de systèmes de mise en réseau, d'automatisation et de communication à faible latence afin de fournir des alertes précoces en cas de perturbations de la chaîne d'approvisionnement. Plusieurs technologies de suivi sont nécessaires pour implémenter un système logistique efficace. Cet article a présenté différents choix liés aux codes-barres 1D et 2D et aux réseaux Wirepas sans fil hautement évolutifs qui peuvent fonctionner ensemble dans une solution Logistique 4.0.