Come il monitoraggio della logistica e la Logistica 4.0 possono gestire le interruzioni della supply chain

Il monitoraggio della logistica è sempre più essenziale per gestire le interruzioni della supply chain che si prevede continueranno nel prossimo futuro. La logistica è il processo di spostamento degli articoli da un luogo all'altro: all'interno di uno stabilimento di produzione o di un magazzino o tra sedi geograficamente distanti. Il monitoraggio della logistica fornisce lo stato della supply chain in tempo reale, consentendo di apportare le modifiche necessarie al fine di ridurre al minimo l'impatto delle interruzioni della supply chain e garantire operazioni regolari, efficienti e redditizie.

L'emergere dell'Internet industriale delle cose (IIoT) ha portato allo sviluppo della Logistica 4.0 e della gestione intelligente della supply chain, con l'utilizzo dell'intelligenza artificiale (IA) per affrontare nuove sfide e portare maggiore flessibilità alla gestione della logistica. La Logistica 4.0 consente la visibilità in tempo reale della supply chain e il controllo dell'integrità per garantire la disponibilità delle informazioni necessarie a consegnare i prodotti giusti, nella quantità e nelle condizioni giuste, al momento, nel luogo e ai costi giusti. A seconda della posizione all'interno della supply chain, il monitoraggio della logistica può essere implementato utilizzando una serie di tecnologie, tra cui: codici a barre lineari (1D), codici a barre 2D, identificazione in radiofrequenza (RFID), Near Field Communication (NFC), Bluetooth, Wirepas (Bluetooth industriale) e tecnologie GPS.

Questo articolo presenta una panoramica delle sfide della logistica, confronta l'utilità di alcune tecnologie di monitoraggio della logistica e dei relativi standard industriali e infine presenta esempi di strumenti di monitoraggio di Banner Engineering e Würth Elektronik, insieme a una piattaforma di valutazione per accelerare il processo di sviluppo.

Impresa 4.0 e Logistica 4.0 sono interconnesse ed entrambe sono necessarie per raggiungere l'obiettivo di una personalizzazione di massa efficiente ed economica. La Logistica 4.0 si basa su informazioni altamente granulari e in tempo reale relative ai singoli articoli, combinate con connettività di rete, automazione e comunicazione a bassa latenza per fornire avvisi tempestivi di interruzioni e consentire risposte rapide per mantenere un flusso ottimale di merci lungo la supply chain. Sono necessarie più tecnologie per arrivare alla migliore soluzione di logistica per una determinata situazione.

Codici a barre 1D e 2D

I codici a barre sono un modo economico ed efficace per automatizzare la raccolta di dati su singoli articoli. A seconda della quantità di dati, esistono diversi formati di codici a barre:

• I codici a barre 1D o lineari possono contenere informazioni come il numero di serie, il numero di modello e la storia dell'articolo.
• I codici a barre lineari impilati utilizzano più codici a barre 1D impilati a distanza ravvicinata per fornire maggiori densità di dati.
• I codici a barre 2D sono composti da caselle o celle, con quantità di dati ancora maggiori memorizzate in un formato a griglia.

I codici a barre 1D sono i più comuni e le informazioni del codice a barre sono contenute nella larghezza delle barre e degli spazi bianchi e neri e vengono lette con uno scanner di codici a barre in grado di decodificare il formato specifico utilizzato. Esistono diversi formati di codici a barre 1D che sono stati ottimizzati per i dati richiesti da applicazioni specifiche. Alcuni esempi sono:

• Code 128, per la movimentazione dei materiali
• Code 39, utilizzato dalle forze armate e dalle agenzie governative
• Interleaved 2 of 5, per applicazioni industriali specifiche
• UPC-A, ampiamente utilizzato nella vendita al dettaglio negli Stati Uniti
• Postnet, utilizzato dal servizio postale degli Stati Uniti (USPS)

Analizziamo, ad esempio, il formato del Code 128 (Figura 1):

Le barre sono linee nere che contengono le informazioni. Nei codici di base, le barre sono di due dimensioni, larga e stretta, e vengono tradotte in informazioni binarie da un lettore. Altri formati di codice possono includere barre di larghezza variabile e spazi bianchi per comunicare ulteriori dettagli.

La "Quiet Zone" è uno spazio vuoto alle due estremità del codice a barre che consente allo scanner di identificare l'inizio e la fine del codice. È una caratteristica comune a tutti i formati di codici a barre 1D.

I codici di start e di stop sono combinazioni specifiche di barre e spazi che indicano l'inizio e la fine del codice a barre.

La cifra di controllo (o check digit) viene utilizzata per verificare l'accuratezza dei dati e per prevenire errori di lettura dei dati.

Il codice leggibile dall'uomo non fa parte delle informazioni leggibili dalla macchina contenute nel codice a barre.

La larghezza del modulo è l'altezza/larghezza della cella o della barra più piccola del codice a barre e determina la risoluzione minima necessaria a uno scanner per leggere il codice con precisione.

Figura 1: Struttura di un codice a barre 1D nel formato Code 128. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

I codici a barre 2D sono più complessi e contengono una maggiore quantità di dati. Ecco alcuni dei codici a barre 2D più comuni:

• DataMatrix, utilizzato in applicazioni automotive, di elettronica e USPS
• Codice QR (o QR Code), anche questo utilizzato nel settore automotive e nel marketing commerciale.
• Aztec, presente sui biglietti di viaggio e su alcuni documenti di immatricolazione dei veicoli
• Maxicode, utilizzato per la movimentazione dei materiali e dal corriere UPS

Il formato DataMatrix presenta le seguenti caratteristiche (Figura 2):

Le celle sono aree quadrate bianche e nere contenenti i dati, che si trovano all'interno della matrice 2D.

La "Quiet Zone" è uno spazio vuoto attorno al perimetro di un codice a barre 2D che consente allo scanner di identificare l'inizio e la fine del codice.

Il "modello finder" (o "a L") consente al lettore di identificare il giusto orientamento durante la lettura del codice.

Il "modello di sincronizzazione" si trova sul lato opposto del modello finder e indica al lettore la dimensione delle celle all'interno del codice e il numero di righe e colonne del codice a barre.

Figura 2: Struttura del codice a barre 2D DataMatrix (i colori sono stati utilizzati solo per semplificare l'identificazione). (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

I codici a barre 2D contengono anche dati di correzione degli errori. A seconda del codice, i dati di correzione degli errori possono essere inclusi tre volte per migliorare la qualità della raccolta dei dati da parte dei lettori.

Lettura dei codici a barre

Gli scanner laser rappresentano un modo semplice ed economico per leggere i codici a barre 1D. Il laser viene diretto sul codice a barre mediante uno specchio rotante e la luce riflessa viene misurata mediante un fotodiodo. Le misurazioni di luce vengono quindi tradotte in un'uscita digitale. Gli scanner laser ad alta velocità possono eseguire fino a 1.300 scansioni al secondo, ma non possono leggere i codici a barre 2D.

I lettori con sistema di visione possono essere utilizzati per leggere codici a barre 1D e 2D. Questi lettori acquisiscono un'immagine del codice a barre, che viene analizzata con un software di elaborazione delle immagini in grado di individuare, orientare e leggere il codice a barre. Rispetto a uno scanner laser, un lettore con sistema di visione ha una profondità di campo più ampia per la lettura a più altezze e può leggere contemporaneamente più codici a barre. La velocità del processo di lettura dipende dalla capacità della telecamera e del software di elaborazione.

Reti mobili autoformanti Wirepas

Per fornire l'identificazione, la posizione e le condizioni degli articoli lungo tutta la supply chain, è possibile utilizzare, oltre ai codici a barre, anche i tag wireless e l'IIoT. Wirepas è un protocollo di connettività wireless autonomo e autoformante, progettato per fornire la scala e la densità necessarie a supportare le applicazioni di Logistica 4.0. Le reti a maglie tradizionali, come il Bluetooth, faticano a raggiungere grandi dimensioni a causa della congestione e delle limitazioni della larghezza di banda. Wirepas elimina queste barriere decentralizzando l'intelligenza della rete ai nodi, ottenendo una rete autorigenerante con un utilizzo dello spettro radio privo di collisioni (Figura 3).

Figura 3: Nelle applicazioni di tracciamento logistico con un elevato numero di articoli da gestire, Wirepas può rappresentare un'alternativa al Bluetooth o ai protocolli wireless proprietari. (Immagine per gentile concessione di Würth Elektronik)

Il software Wirepas Mesh è progettato per reti su larga scala e alimentate a batteria. Ogni nodo...

• Esegue la scansione dell'ambiente di rete e sceglie il percorso ottimale
• Regola la potenza di trasmissione in base alla prossimità dei nodi vicini.
• Può funzionare come nodo di instradamento, non di instradamento o come sink.
• Può passare dalla modalità a bassa potenza a quella a bassa latenza
• Seleziona la frequenza ottimale
• È tollerante alle interferenze

La Digital Container Shipping Association (DCSA), un'organizzazione indipendente fondata da molte delle maggiori compagnie di spedizione di container, ha pubblicato gli standard di interfaccia per la connettività wireless dei container. Wirepas è conforme allo standard DCSA.

Implementazione dei codici a barre 1D e 2D

Per la progettazione di sistemi di tracciamento Logistica 4.0 che utilizzano codici a barre 1D o 2D, i progettisti possono prendere in considerazione il lettore di codici a barre con sistema di visione WVGA (752 × 480 pixel) ABR3009-WSU2 di Banner Engineering (Figura 4). È calibrato in fabbrica su tre posizioni di messa a fuoco (45 mm, 70 mm e 125 mm) e dispone di un intervallo di messa a fuoco continuo che consente una regolazione fine per le singole applicazioni. ABR3009-WSU2 è in grado di acquisire 57 fotogrammi al secondo.

Figura 4: ABR3009-WSU2 di Banner Engineering acquisisce una libreria completa di codici a barre 1D e 2D. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

Tutti i lettori standard 1D e 2D della serie ABR 3000 sono impostati per la lettura di codici a barre DataMatrix e possono essere facilmente configurati per l'acquisizione di altri stili mediante l'uso dei pulsanti integrati per configurazioni semplici o con un PC utilizzando il software Barcode Manager di Banner per le configurazioni più complesse. Le opzioni delle lenti, compresa la messa a fuoco automatica regolabile via software, possono semplificare ulteriormente l'impostazione e la configurazione. L'integrazione dei dispositivi e la raccolta dei dati IIoT possono essere configurati tramite connessioni Industrial Ethernet, seriali o USB. Il modello ABR3009-WSU2 è classificato IP65, protetto dalla polvere e dall'acqua proiettata da un ugello.

Modulo radio Wirepas

Thetis-I di Würth Elektronik è un modulo radio a 2,4 GHz che supporta il protocollo di comunicazione a maglie Wirepas. I progettisti possono utilizzare il codice componente 2611011021010, con una portata con visuale libera di 400 m, per integrare Wirepas nei dispositivi per la gestione delle risorse in movimento di Logistica 4.0 (Figura 5). Ha una potenza di trasmissione (Tx) di 6 dBm, una sensibilità di ricezione (Rx) fino a -92 dBm e una velocità di trasmissione fino a 1 Mbps. Il modello con codice componente 2611011021010 richiede 18,9 mA in modalità Tx, 7,7 mA in modalità Rx e 3,16 µA in modalità di sospensione. Il prodotto misura 8 x 12 x 2 mm.

Figura 5: Il modulo radio Thetis-I a 2,4 GHz con protocollo di rete a maglie Wirepas. (Immagine per gentile concessione di Würth Elektronik)

Per accelerare lo sviluppo di applicazioni di Logistica 4.0 che utilizzano il modulo radio Thetis-I con protocollo di rete a maglie Wirepas, i progettisti possono utilizzare il kit di valutazione Thetis-I EV-Kit che comprende una minischeda di valutazione, uno stick radio USB e tre nodi sensore (Figura 6). Una rete a maglie prototipo Wirepas operativa può essere configurata in pochi minuti e ciascuno dei componenti dell'EV-Kit (minischeda di valutazione, stick radio USB e nodi sensore) può essere acquistato separatamente per ampliare la rete prototipo.

Figura 6: Il kit di valutazione Thetis-I EV-Kit è dotato di un modulo per reti a maglie Thetis-I e comprende una minischeda di valutazione, uno stick radio USB e tre nodi sensore. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

La minischeda di valutazione supporta il collegamento con un microcontroller host per lo sviluppo di applicazioni. Il nodo sensore è una scheda di 31 x 32 mm alimentata a batteria e comprende un sensore di pressione e un sensore di umidità. I dati dei sensori vengono letti automaticamente dal modulo radio e trasmessi alla rete a maglie. Il kit di valutazione comprende anche il software per PC Wirepas Commander di Würth, che supporta la comunicazione con i moduli radio, la configurazione della rete e il monitoraggio dei dati dei sensori.

Conclusione

La Logistica 4.0 si basa su informazioni granulari in tempo reale su tutti gli articoli della supply chain e deve essere integrata con Impresa 4.0 utilizzando sistemi di rete, automazione e comunicazione a bassa latenza per fornire avvisi tempestivi di interruzioni della supply chain. Per implementare un sistema logistico di successo sono necessarie diverse tecnologie di tracciamento. In questo articolo sono state presentate varie opzioni relative ai codici a barre 1D e 2D e alle reti wireless Wirepas altamente scalabili che possono lavorare in modo collaborativo in una soluzione Logistica 4.0.