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來源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 供應(yīng)鏈中斷在可預(yù)見的未來將持續(xù)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(zhuǎn)移到另一個(gè)地方的過程，發(fā)生在生產(chǎn)基地內(nèi)、倉庫內(nèi)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(yīng)鏈狀態(tài)，支持根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以盡量減少供應(yīng)鏈中斷的影響，確保運(yùn)營順利、高效且有利可圖。 隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的出現(xiàn)，物流 4.0 和智能供應(yīng)鏈管理（包括人工智能）應(yīng)運(yùn)而生，以應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)并提高物流管理的靈活性。物流 4.0 實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)供應(yīng)鏈可見性和完整性控制，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(dāng)數(shù)量的正確產(chǎn)品。根據(jù)在供應(yīng)鏈中的位置，可以利用一系列技術(shù)實(shí)現(xiàn)物流跟蹤管理，包括線性（一維）條碼、二維條碼、射頻識(shí)別 (RFID)、近場(chǎng)通訊 (NFC)、藍(lán)牙、Wirepas（工業(yè)藍(lán)牙）和 GPS 技術(shù)。 本文概述了物流挑戰(zhàn)，比較了幾種物流跟蹤技術(shù)和相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的效用，最后介紹了 Banner Engineering 和 Würth Elektronik 提供的跟蹤工具示例，以及加速開發(fā)過程的評(píng)估平臺(tái)。 工業(yè) 4.0 和物流 4.0 相互關(guān)聯(lián)，要以經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)高效大規(guī)模定制的目標(biāo)，二者均不可少。物流 4.0 依賴于與各種物品相關(guān)的高度細(xì)化且實(shí)時(shí)的信息，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和低延時(shí)通信來實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈中斷的早期預(yù)警和快速響應(yīng)，以維持整個(gè)供應(yīng)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(xiàn)最佳物流解決方案。 一維和二維條碼 為了實(shí)現(xiàn)各種物品的數(shù)據(jù)收集自動(dòng)化，條碼是一種廉價(jià)而有效的方式。根據(jù)數(shù)據(jù)量的不同，條碼有多種格式，包括： · 一維或線性條碼，可以包含序列號(hào)、型號(hào)和物品歷史記錄等信息。 · 堆疊式線性條碼，使用多個(gè)緊密堆疊在一起的一維條碼來提供更高密度的數(shù)據(jù)。 · 二維條碼，由方框或單元格組成，以網(wǎng)格格式存儲(chǔ)更大數(shù)量的數(shù)據(jù)。 一維條碼最常見，條碼信息包含在黑條和空白組成的一定寬度當(dāng)中，使用能夠理解所用特定格式的條碼掃描器來讀取。一維條碼有多種格式，這些格式針對(duì)特定應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)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(jī)構(gòu)使用 · Interleaved 2 of 5，用于特定工業(yè)應(yīng)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。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(dá)更多詳細(xì)信息。 靜態(tài)區(qū)域是條形碼邊緣的空白，其作用是讓掃描器能夠識(shí)別條碼的開頭和結(jié)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，表示條碼的開頭和結(jié)尾。 校驗(yàn)碼用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤。 人類可讀碼不是條碼中機(jī)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)（顏色僅用于識(shí)別）。（圖片來源：Banner Engineering） 二維條碼更復(fù)雜，包含的數(shù)據(jù)量更大。一些常見的二維條碼包括： · DataMatrix，用于汽車、電子和 USPS 應(yīng)用 · 二維碼，也用于汽車以及商業(yè)營銷外 · Aztec，用于旅行票據(jù)和一些車輛登記文件 · 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(nèi)包含數(shù)據(jù)的黑色和白色方塊區(qū)域。 靜態(tài)區(qū)域是二維條碼周邊的空白，其作用是讓掃描器能夠識(shí)別條碼的開頭和結(jié)尾。 查找器（或“L”）模式確定了讀碼器的方向，以便它能夠識(shí)別正確的讀碼方式。 定時(shí)模式與查找器模式相對(duì)，指示讀取器條碼內(nèi)部單元格的大小以及條碼中的行數(shù)和列數(shù)。
圖 2：二維條碼 DataMatrix 結(jié)構(gòu)（顏色僅用于識(shí)別）。（圖片來源：Banner Engineering） 二維條碼還包含糾錯(cuò)數(shù)據(jù)。根據(jù)條碼的不同，糾錯(cuò)數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)三次，以提高讀取器的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。 讀取條碼 激光掃描器是一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)的一維條碼讀取方式。激光通過旋轉(zhuǎn)鏡照射在條碼上，其反射光通過光電二極管進(jìn)行測(cè)量。然后，將光的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。高速激光掃描器每秒可執(zhí)行多達(dá) 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。讀取過程的速度取決于成像相機(jī)和處理軟件的能力。 Wirepas 自組移動(dòng)網(wǎng)絡(luò) 除條碼外，無線標(biāo)簽和 IIoT 也可用于整個(gè)供應(yīng)鏈中的物品識(shí)別、定位和狀況確定。Wirepas 是一種自主性自組無線連接協(xié)議，旨在實(shí)現(xiàn)物流 4.0 應(yīng)用所需的規(guī)模和密度。由于擁堵和帶寬限制，藍(lán)牙等傳統(tǒng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)很難達(dá)到較大規(guī)模。Wirepas 通過將網(wǎng)絡(luò)智能分散到各節(jié)點(diǎn)來克服這一障礙，形成一個(gè)使用無沖突無線電頻譜的自愈型網(wǎng)絡(luò)（圖 3）。
圖 3：在需要管理大量物品的物流跟蹤應(yīng)用中，Wirepas 可替代藍(lán)牙或?qū)Ｓ袩o線協(xié)議。（圖片來源：Würth Elektronik） Wirepas Mesh 軟件專為大規(guī)模和電池供電的網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)： · 掃描網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并選擇最優(yōu)路徑 · 根據(jù)附近節(jié)點(diǎn)的接近程度調(diào)整傳輸功率 · 可用作路由或非路由節(jié)點(diǎn)，也可用作匯聚節(jié)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(shù)字化集裝箱航運(yùn)協(xié)會(huì) (DCSA) 是一個(gè)由多家大型集裝箱航運(yùn)公司創(chuàng)立的獨(dú)立組織。該組織發(fā)布了航運(yùn)集裝箱的無線連接接口標(biāo)準(zhǔn)。Wirepas 符合 DCSA 標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)現(xiàn)一維和二維條碼 設(shè)計(jì)采用一維或二維條碼的物流 4.0 跟蹤系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)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）。它在出廠時(shí)已在三個(gè)對(duì)焦位置（45 mm、70 mm 和 125 mm）進(jìn)行了校準(zhǔn)，而且具有一個(gè)連續(xù)對(duì)焦范圍，可針對(duì)各種應(yīng)用提供微調(diào)。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。（圖片來源：Banner Engineering） 所有標(biāo)準(zhǔn)一維和二維 ABR 3000 系列讀取器都被設(shè)置為讀取 DataMatrix 條碼，可通過板載按鈕輕松配置以讀取其他樣式的條碼，更復(fù)雜的配置則可通過電腦使用 Banner 的 Barcode Manager 軟件完成。鏡頭選項(xiàng)（包括軟件可調(diào)自動(dòng)對(duì)焦）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)置和配置。設(shè)備集成和 IIoT 數(shù)據(jù)收集可以通過工業(yè)以太網(wǎng)、串行或 USB 連接進(jìn)行配置。型號(hào) ABR3009-WSU2 的防護(hù)等級(jí)為 IP65，可防止灰塵和從噴嘴噴出的水進(jìn)入其中。 Wirepas 無線電模塊 Würth Elektronik 的 Thetis-I 是一款 2.4 GHz 無線電模塊，支持 Wirepas 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。設(shè)計(jì)人員可以使用編號(hào)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(shè)備中（圖 5）。其發(fā)射 (Tx) 功率為 6 dBm，接收靈敏度 (Rx) 高達(dá) -92 dBm，傳輸速率高達(dá) 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 無線電模塊（圖片來源：Würth Elektronik） 為了加快采用 Thetis-I 無線電模塊（其支持 Wirepas 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）的物流 4.0 應(yīng)用的開發(fā)，設(shè)計(jì)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 無線電貼片和三個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)（圖 6）。幾分鐘時(shí)間便可建立一個(gè)正常運(yùn)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 無線電貼片和傳感器節(jié)點(diǎn)）皆可單獨(dú)購買以擴(kuò)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 無線電貼片和三個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。（圖片來源：Digi-Key） mini-EV 板支持與主機(jī)微控制器連接以進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。傳感器節(jié)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(shù)據(jù)由無線電模塊自動(dòng)讀取，并傳輸?shù)骄W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。EV 套件還包括 Würth 的 PC 工具 Wirepas Commander 軟件，該軟件支持與無線電模塊通信、網(wǎng)絡(luò)配置和傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)控。 總結(jié) 物流 4.0 依賴于供應(yīng)鏈中所有物品的實(shí)時(shí)、細(xì)粒度的信息，并且需要利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、自動(dòng)化和低延遲通信與工業(yè) 4.0 相結(jié)合，以提供對(duì)供應(yīng)鏈中斷的早期預(yù)警。實(shí)施一個(gè)成功的物流系統(tǒng)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(kuò)展的無線 Wirepas 網(wǎng)絡(luò)，它們可以在物流 4.0 解決方案中協(xié)同工作。 |
