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來源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 供應鏈中斷在可預見的未來將持續存在，物流跟蹤管理的重要性日益彰顯。物流是將物品從一個地方轉移到另一個地方的過程，發生在生產基地內、倉庫內或地理分散的地點之間。物流跟蹤管理可以提供實時供應鏈狀態，支持根據需要進行調整，以盡量減少供應鏈中斷的影響，確保運營順利、高效且有利可圖。 隨著工業物聯網 (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 實現了實時供應鏈可見性和完整性控制，以確保具備所需的信息，從而在正確的時間、地點和條件下以合適的成本交付適當數量的正確產品。根據在供應鏈中的位置，可以利用一系列技術實現物流跟蹤管理，包括線性（一維）條碼、二維條碼、射頻識別 (RFID)、近場通訊 (NFC)、藍牙、Wirepas（工業藍牙）和 GPS 技術。 本文概述了物流挑戰，比較了幾種物流跟蹤技術和相關行業標準的效用，最后介紹了 Banner Engineering 和 Würth Elektronik 提供的跟蹤工具示例，以及加速開發過程的評估平臺。 工業 4.0 和物流 4.0 相互關聯，要以經濟的方式實現高效大規模定制的目標，二者均不可少。物流 4.0 依賴于與各種物品相關的高度細化且實時的信息，結合網絡化、自動化和低延時通信來實現對供應鏈中斷的早期預警和快速響應，以維持整個供應鏈中貨物的最優流動。在特定情況下，需要多種技術才能實現最佳物流解決方案。 一維和二維條碼 為了實現各種物品的數據收集自動化，條碼是一種廉價而有效的方式。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。 · 堆疊式線性條碼，使用多個緊密堆疊在一起的一維條碼來提供更高密度的數據。 · 二維條碼，由方框或單元格組成，以網格格式存儲更大數量的數據。 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，這些格式針對特定應用所需的數據進行了優化。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，用于特定工業應用 · UPC-A，廣泛用于美國零售業 · 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頭和結尾。這是所有一維條碼格式的一個共同特征。 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尾。 校驗碼用于驗證數據的準確性，防止數據讀取錯誤。 人類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）。（圖片來源：Banner Engineering） 二維條碼更復雜，包含的數據量更大。一些常見的二維條碼包括： · DataMatrix，用于汽車、電子和 USPS 應用 · 二維碼，也用于汽車以及商業營銷外 · Aztec，用于旅行票據和一些車輛登記文件 · Maxicode，用于物料處理和聯合包裹服務公司 (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量。 讀取條碼 激光掃描器是一種簡單且經濟的一維條碼讀取方式。激光通過旋轉鏡照射在條碼上，其反射光通過光電二極管進行測量。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。此類讀取器捕捉條碼的圖像，然后用圖像處理軟件進行分析，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，可在多個高度進行讀取，并可同時讀取多個條碼。讀取過程的速度取決于成像相機和處理軟件的能力。 Wirepas 自組移動網絡 除條碼外，無線標簽和 IIoT 也可用于整個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線連接協議，旨在實現物流 4.0 應用所需的規模和密度。由于擁堵和帶寬限制，藍牙等傳統網狀網絡很難達到較大規模。Wirepas 通過將網絡智能分散到各節點來克服這一障礙，形成一個使用無沖突無線電頻譜的自愈型網絡（圖 3）。
圖 3：在需要管理大量物品的物流跟蹤應用中，Wirepas 可替代藍牙或專有無線協議。（圖片來源：Würth Elektronik） Wirepas Mesh 軟件專為大規模和電池供電的網絡而設計。每個節點： · 掃描網絡環境并選擇最優路徑 · 根據附近節點的接近程度調整傳輸功率 · 可用作路由或非路由節點，也可用作匯聚節點。 · 可在低功耗和低延遲模式之間切換 · 選擇最優頻率 · 抗干擾 數字化集裝箱航運協會 (DCSA) 是一個由多家大型集裝箱航運公司創立的獨立組織。該組織發布了航運集裝箱的無線連接接口標準。Wirepas 符合 DCSA 標準。 實現一維和二維條碼 設計采用一維或二維條碼的物流 4.0 跟蹤系統時，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）。它在出廠時已在三個對焦位置（45 mm、70 mm 和 125 mm）進行了校準，而且具有一個連續對焦范圍，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電腦使用 Banner 的 Barcode Manager 軟件完成。鏡頭選項（包括軟件可調自動對焦）可進一步簡化設置和配置。設備集成和 IIoT 數據收集可以通過工業以太網、串行或 USB 連接進行配置。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 網狀網絡通信協議。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 資產跟蹤設備中（圖 5）。其發射 (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 網狀網絡協議的 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 網狀網絡協議）的物流 4.0 應用的開發，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 USB 無線電貼片和三個傳感器節點（圖 6）。幾分鐘時間便可建立一個正常運行的 Wirepas 網狀原型網絡，EDV 套件中的每個組件（mini-EV 板、USB 無線電貼片和傳感器節點）皆可單獨購買以擴大原型網絡。
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 USB 無線電貼片和三個傳感器節點。（圖片來源：Digi-Key） mini-EV 板支持與主機微控制器連接以進行應用開發。傳感器節點是一塊 31 mm × 32 mm 電池供電板，上面帶有一個壓力傳感器和一個濕度傳感器。傳感器數據由無線電模塊自動讀取，并傳輸到網狀網絡。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、網絡配置和傳感器數據監控。 總結 物流 4.0 依賴于供應鏈中所有物品的實時、細粒度的信息，并且需要利用網絡系統、自動化和低延遲通信與工業 4.0 相結合，以提供對供應鏈中斷的早期預警。實施一個成功的物流系統需要多種跟蹤技術。本文介紹了與一維和二維條碼相關的各種選擇以及高度可擴展的無線 Wirepas 網絡，它們可以在物流 4.0 解決方案中協同工作。 |
