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來(lái)源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 供應鏈中斷在可預見(jiàn)的未來(lái)將持續存在，物流跟蹤管理的重要性日益彰顯。物流是將物品從一個(gè)地方轉移到另一個(gè)地方的過(guò)程，發(fā)生在生產(chǎn)基地內、倉庫內或地理分散的地點(diǎn)之間。物流跟蹤管理可以提供實(shí)時(shí)供應鏈狀態(tài)，支持根據需要進(jìn)行調整，以盡量減少供應鏈中斷的影響，確保運營(yíng)順利、高效且有利可圖。 隨著(zhù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的出現，物流 4.0 和智能供應鏈管理（包括人工智能）應運而生，以應對新的挑戰并提高物流管理的靈活性。物流 4.0 實(shí)現了實(shí)時(shí)供應鏈可見(jiàn)性和完整性控制，以確保具備所需的信息，從而在正確的時(shí)間、地點(diǎn)和條件下以合適的成本交付適當數量的正確產(chǎn)品。根據在供應鏈中的位置，可以利用一系列技術(shù)實(shí)現物流跟蹤管理，包括線(xiàn)性（一維）條碼、二維條碼、射頻識別 (RFID)、近場(chǎng)通訊 (NFC)、藍牙、Wirepas（工業(yè)藍牙）和 GPS 技術(shù)。 本文概述了物流挑戰，比較了幾種物流跟蹤技術(shù)和相關(guān)行業(yè)標準的效用，最后介紹了 Banner Engineering 和 Würth Elektronik 提供的跟蹤工具示例，以及加速開(kāi)發(fā)過(guò)程的評估平臺。 工業(yè) 4.0 和物流 4.0 相互關(guān)聯(lián)，要以經(jīng)濟的方式實(shí)現高效大規模定制的目標，二者均不可少。物流 4.0 依賴(lài)于與各種物品相關(guān)的高度細化且實(shí)時(shí)的信息，結合網(wǎng)絡(luò )化、自動(dòng)化和低延時(shí)通信來(lái)實(shí)現對供應鏈中斷的早期預警和快速響應，以維持整個(gè)供應鏈中貨物的最優(yōu)流動(dòng)。在特定情況下，需要多種技術(shù)才能實(shí)現最佳物流解決方案。 一維和二維條碼 為了實(shí)現各種物品的數據收集自動(dòng)化，條碼是一種廉價(jià)而有效的方式。根據數據量的不同，條碼有多種格式，包括： · 一維或線(xiàn)性條碼，可以包含序列號、型號和物品歷史記錄等信息。 · 堆疊式線(xiàn)性條碼，使用多個(gè)緊密堆疊在一起的一維條碼來(lái)提供更高密度的數據。 · 二維條碼，由方框或單元格組成，以網(wǎng)格格式存儲更大數量的數據。 一維條碼最常見(jiàn)，條碼信息包含在黑條和空白組成的一定寬度當中，使用能夠理解所用特定格式的條碼掃描器來(lái)讀取。一維條碼有多種格式，這些格式針對特定應用所需的數據進(jìn)行了優(yōu)化。示例如下： · Code 128，用于物料處理 · Code 39，由軍事和政府機構使用 · Interleaved 2 of 5，用于特定工業(yè)應用 · UPC-A，廣泛用于美國零售業(yè) · Postnet，由美國郵政總局 (USPS) 使用 例如，Code 128 的格式包括（圖 1）： 黑條是傳遞信息的黑線(xiàn)。在基本編碼中，黑條有兩種尺寸——寬和窄，由讀取器翻譯成二進(jìn)制信息。其他條碼格式可能包括不同寬度的黑條和空白，以傳達更多詳細信息。 靜態(tài)區域是條形碼邊緣的空白，其作用是讓掃描器能夠識別條碼的開(kāi)頭和結尾。這是所有一維條碼格式的一個(gè)共同特征。 起始碼和停止碼是黑條和空白的特定組合，表示條碼的開(kāi)頭和結尾。 校驗碼用于驗證數據的準確性，防止數據讀取錯誤。 人類(lèi)可讀碼不是條碼中機器可讀信息的一部分。 模塊寬度指條碼中最小單元或黑條的高度/寬度，決定了掃描器準確讀取代碼所需的最小分辨率。 
圖 1：使用 Code 128 碼格式的一維條碼結構（顏色僅用于識別）。（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 二維條碼更復雜，包含的數據量更大。一些常見(jiàn)的二維條碼包括： · DataMatrix，用于汽車(chē)、電子和 USPS 應用 · 二維碼，也用于汽車(chē)以及商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)外 · Aztec，用于旅行票據和一些車(chē)輛登記文件 · Maxicode，用于物料處理和聯(lián)合包裹服務(wù)公司 (UPS) DataMatrix 格式包括（如圖 2）： 單元格是二維矩陣內包含數據的黑色和白色方塊區域。 靜態(tài)區域是二維條碼周邊的空白，其作用是讓掃描器能夠識別條碼的開(kāi)頭和結尾。 查找器（或“L”）模式確定了讀碼器的方向，以便它能夠識別正確的讀碼方式。 定時(shí)模式與查找器模式相對，指示讀取器條碼內部單元格的大小以及條碼中的行數和列數。
圖 2：二維條碼 DataMatrix 結構（顏色僅用于識別）。（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 二維條碼還包含糾錯數據。根據條碼的不同，糾錯數據可能出現三次，以提高讀取器的數據采集質(zhì)量。 讀取條碼 激光掃描器是一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟的一維條碼讀取方式。激光通過(guò)旋轉鏡照射在條碼上，其反射光通過(guò)光電二極管進(jìn)行測量。然后，將光的測量結果轉換為數字輸出。高速激光掃描器每秒可執行多達 1300 次掃描，但不能讀取二維條碼。 圖像讀取器既可讀取一維條碼，也可讀取二維條碼。此類(lèi)讀取器捕捉條碼的圖像，然后用圖像處理軟件進(jìn)行分析，以定位、定向和讀取條碼。與激光掃描器相比，圖像讀取器具有更寬的景深，可在多個(gè)高度進(jìn)行讀取，并可同時(shí)讀取多個(gè)條碼。讀取過(guò)程的速度取決于成像相機和處理軟件的能力。 Wirepas 自組移動(dòng)網(wǎng)絡(luò ) 除條碼外，無(wú)線(xiàn)標簽和 IIoT 也可用于整個(gè)供應鏈中的物品識別、定位和狀況確定。Wirepas 是一種自主性自組無(wú)線(xiàn)連接協(xié)議，旨在實(shí)現物流 4.0 應用所需的規模和密度。由于擁堵和帶寬限制，藍牙等傳統網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )很難達到較大規模。Wirepas 通過(guò)將網(wǎng)絡(luò )智能分散到各節點(diǎn)來(lái)克服這一障礙，形成一個(gè)使用無(wú)沖突無(wú)線(xiàn)電頻譜的自愈型網(wǎng)絡(luò )（圖 3）。
圖 3：在需要管理大量物品的物流跟蹤應用中，Wirepas 可替代藍牙或專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)協(xié)議。（圖片來(lái)源：Würth Elektronik） Wirepas Mesh 軟件專(zhuān)為大規模和電池供電的網(wǎng)絡(luò )而設計。每個(gè)節點(diǎn)： · 掃描網(wǎng)絡(luò )環(huán)境并選擇最優(yōu)路徑 · 根據附近節點(diǎn)的接近程度調整傳輸功率 · 可用作路由或非路由節點(diǎn)，也可用作匯聚節點(diǎn)。 · 可在低功耗和低延遲模式之間切換 · 選擇最優(yōu)頻率 · 抗干擾 數字化集裝箱航運協(xié)會(huì ) (DCSA) 是一個(gè)由多家大型集裝箱航運公司創(chuàng )立的獨立組織。該組織發(fā)布了航運集裝箱的無(wú)線(xiàn)連接接口標準。Wirepas 符合 DCSA 標準。 實(shí)現一維和二維條碼 設計采用一維或二維條碼的物流 4.0 跟蹤系統時(shí)，設計人員可以借助 Banner Engineering 的基于圖像的 WVGA（752 × 480 像素）條碼讀取器 ABR3009-WSU2（圖4）。它在出廠(chǎng)時(shí)已在三個(gè)對焦位置（45 mm、70 mm 和 125 mm）進(jìn)行了校準，而且具有一個(gè)連續對焦范圍，可針對各種應用提供微調。ABR3009-WSU2 每秒可以捕捉 57 幀。
圖 4：Banner Engineering 的 ABR3009-WSU2 可讀取各種一維和二維條碼。（圖片來(lái)源：Banner Engineering） 所有標準一維和二維 ABR 3000 系列讀取器都被設置為讀取 DataMatrix 條碼，可通過(guò)板載按鈕輕松配置以讀取其他樣式的條碼，更復雜的配置則可通過(guò)電腦使用 Banner 的 Barcode Manager 軟件完成。鏡頭選項（包括軟件可調自動(dòng)對焦）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化設置和配置。設備集成和 IIoT 數據收集可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)、串行或 USB 連接進(jìn)行配置。型號 ABR3009-WSU2 的防護等級為 IP65，可防止灰塵和從噴嘴噴出的水進(jìn)入其中。 Wirepas 無(wú)線(xiàn)電模塊 Würth Elektronik 的 Thetis-I 是一款 2.4 GHz 無(wú)線(xiàn)電模塊，支持 Wirepas 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議。設計人員可以使用編號為 2611011021010、視距范圍為 400 m 的零件將 Wirepas 集成到物流 4.0 資產(chǎn)跟蹤設備中（圖 5）。其發(fā)射 (Tx) 功率為 6 dBm，接收靈敏度 (Rx) 高達 -92 dBm，傳輸速率高達 1 Mbps。2611011021010 在 Tx 模式下的功耗為 18.9 mA，在 Rx 模式下為 7.7 mA，在休眠模式下為 3.16 μA。其尺寸為 8 x 12 x 2 mm。
圖 5：支持 Wirepas 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的 2.4 GHz Thetis-I 無(wú)線(xiàn)電模塊（圖片來(lái)源：Würth Elektronik） 為了加快采用 Thetis-I 無(wú)線(xiàn)電模塊（其支持 Wirepas 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )協(xié)議）的物流 4.0 應用的開(kāi)發(fā)，設計人員可以使用 Thetis-I EV 套件。該套件包括一塊 mini-EV 板、一個(gè) USB 無(wú)線(xiàn)電貼片和三個(gè)傳感器節點(diǎn)（圖 6）。幾分鐘時(shí)間便可建立一個(gè)正常運行的 Wirepas 網(wǎng)狀原型網(wǎng)絡(luò )，EDV 套件中的每個(gè)組件（mini-EV 板、USB 無(wú)線(xiàn)電貼片和傳感器節點(diǎn)）皆可單獨購買(mǎi)以擴大原型網(wǎng)絡(luò )。
圖 6：Thetis-I EV 套件配備了 Thetis-I Wirepas Mesh 模塊，并且包括一塊 mini-EV 板、一個(gè) USB 無(wú)線(xiàn)電貼片和三個(gè)傳感器節點(diǎn)。（圖片來(lái)源：Digi-Key） mini-EV 板支持與主機微控制器連接以進(jìn)行應用開(kāi)發(fā)。傳感器節點(diǎn)是一塊 31 mm × 32 mm 電池供電板，上面帶有一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)濕度傳感器。傳感器數據由無(wú)線(xiàn)電模塊自動(dòng)讀取，并傳輸到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )。EV 套件還包括 Würth 的 PC 工具 Wirepas Commander 軟件，該軟件支持與無(wú)線(xiàn)電模塊通信、網(wǎng)絡(luò )配置和傳感器數據監控。 總結 物流 4.0 依賴(lài)于供應鏈中所有物品的實(shí)時(shí)、細粒度的信息，并且需要利用網(wǎng)絡(luò )系統、自動(dòng)化和低延遲通信與工業(yè) 4.0 相結合，以提供對供應鏈中斷的早期預警。實(shí)施一個(gè)成功的物流系統需要多種跟蹤技術(shù)。本文介紹了與一維和二維條碼相關(guān)的各種選擇以及高度可擴展的無(wú)線(xiàn) Wirepas 網(wǎng)絡(luò )，它們可以在物流 4.0 解決方案中協(xié)同工作。 |
