Como o rastreamento logístico e a logística 4.0 podem gerenciar as interrupções da cadeia de suprimentos

O rastreamento logístico é cada vez mais essencial para gerenciar as interrupções da cadeia de suprimentos que se espera que continuem no futuro previsível. A logística é o processo de mover itens de um local para outro: dentro de uma instalação de fabricação ou um armazém ou entre locais geograficamente dispersos. O rastreamento logístico fornece um status da cadeia de suprimentos em tempo real, permitindo que sejam feitos os ajustes necessários para minimizar o impacto das interrupções da cadeia de suprimentos e garantir operações brandas, eficientes e lucrativas.

O surgimento da Internet industrial das coisas (IIoT) resultou no desenvolvimento da Logística 4.0 e da gestão inteligente da cadeia de suprimentos, incluindo a inteligência artificial (IA) para enfrentar novos desafios e trazer mais flexibilidade à gestão logística. A logística 4.0 permite visibilidade e controle de integridade da cadeia de suprimentos em tempo real para garantir a disponibilidade das informações necessárias para entregar os produtos certos, no momento, local, quantidade e condição certos, e ao custo certo. Dependendo da localização dentro da cadeia de suprimentos, o rastreamento logístico pode ser implementado utilizando uma série de tecnologias, incluindo; códigos de barras lineares (1D), códigos de barras 2D, identificação por radiofrequência (RFID), comunicação de campo próximo (NFC), Bluetooth, Wirepas (Bluetooth industrial) e tecnologias GPS.

Este artigo apresenta uma visão geral dos desafios logísticos, compara a utilidade das tecnologias selecionadas de rastreamento logístico e padrões industriais relacionados, e encerra apresentando exemplos de ferramentas de rastreamento da Banner Engineering e Würth Elektronik, junto com uma plataforma de avaliação para acelerar o processo de desenvolvimento.

A indústria 4.0 e a logística 4.0 estão interligadas, e ambas são necessárias para atingir o objetivo de uma personalização eficiente de massa de forma econômica. A logística 4.0 depende de informações em tempo real, altamente granulares e relacionadas a itens individuais, combinadas com redes, automação e comunicação de baixa latência para fornecer alertas antecipados de interrupções e permitir respostas rápidas para manter um fluxo ideal de mercadorias ao longo da cadeia de suprimentos. São necessárias várias tecnologias para se chegar a melhor solução logística para uma determinada situação.

Códigos de barras 1D e 2D

Os códigos de barras são uma forma barata e eficaz de automatizar a coleta de dados sobre itens individuais. Dependendo da quantidade de dados, há vários formatos de código de barras, inclusive:

• Os códigos de barras 1D ou lineares que podem conter informações tais como número de série, número do modelo e histórico do item.
• Os códigos de barras lineares empilhados utilizam múltiplos códigos de barras 1D empilhados em conjunto para fornecer densidades de dados mais altas.
• Os códigos de barras 2D são compostos de caixas ou células, com quantidades ainda maiores de dados armazenados em um formato de grade.

Os códigos de barras 1D são os mais comuns, e as informações do código de barras estão contidas na largura das barras e espaços em preto e branco e são lidas usando um scanner de código de barras que entende o formato específico que está sendo usado. Existem múltiplos formatos de códigos de barras 1D que foram otimizados para os dados necessários por aplicações específicas. Alguns exemplos incluem:

• Código 128, para manuseio de materiais
• Código 39, utilizado pelas agências militares e governamentais
• Intercalado 2 de 5, para aplicações industriais específicas
• UPC-A, amplamente utilizado no varejo nos Estados Unidos.
• Postnet, utilizado pelo Serviço Postal dos EUA (USPS)

Por exemplo, o formato do Código 128 inclui (Figura 1):

As barras que são linhas pretas para fornecer as informações. Nos códigos básicos, há dois tamanhos de barra — larga e estreita — traduzidos em informações binárias por um leitor. Outros formatos de código podem incluir larguras variáveis de barras e espaços brancos para comunicar mais detalhes.

O "Quiet Zone" é um espaço em branco nas bordas do código de barras para que o scanner possa identificar o início e o fim do código. É uma característica comum em todos os formatos de código de barras 1D.

Os códigos de "start" e "stop" são combinações específicas de barras e espaços que indicam o início e o fim do código de barras.

O "Check Digit" é usado para verificar a precisão dos dados e proteger contra erros de leitura de dados.

O Código de Leitura Humana não faz parte da informação legível pela máquina no código de barras.

A largura do módulo é a altura/largura da menor célula ou barra no código de barras e determina a resolução mínima necessária por um scanner para ler o código com precisão.

Figura 1: Estrutura de um código de barras 1D usando o formato do Código 128 (as cores são apenas para identificação). (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Os códigos de barras 2D são mais complexos e contêm maiores quantidades de dados. Alguns dos códigos de barras 2D comuns incluem:

• DataMatrix utilizado em aplicações automotivas, eletrônicas e USPS
• Código QR também utilizado no setor automotivo, bem como em marketing comercial
• Aztec encontrada nos bilhetes de viagem e em alguns documentos de registro de veículos
• Maxicode utilizado para manuseio de materiais e pelo correio UPS

O formato DataMatrix inclui (Figura 2):

Células que são áreas quadradas em preto e branco dentro da matriz 2D que contém os dados.

O "Quiet zone" é um espaço vazio ao redor do perímetro de um código de barras 2D para que o scanner possa identificar o início e o fim do código.

O padrão Finder (ou "L") orienta o leitor para que ele possa identificar a maneira correta de ler o código.

O padrão de sincronização ou "clocking" está no lado oposto do padrão Finder e informa ao leitor o tamanho das células dentro do código e o número de linhas e colunas no código de barras.

Figura 2: Estrutura DataMatrix do código de barras 2D (as cores são apenas para identificação). (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Os códigos de barras 2D também contêm dados de correção de erros. Dependendo do código, os dados de correção de erros podem ser incluídos três vezes para melhorar a qualidade da coleta de dados dos leitores.

Leitura dos códigos de barras

Os scanners a laser proporcionam uma maneira simples e econômica de ler códigos de barras 1D. O laser é dirigido através do código de barras usando um espelho rotativo, e a luz refletida é medida usando um fotodiodo. As medidas de luz são então traduzidas em uma saída digital. Os scanners a laser de alta velocidade podem realizar até 1.300 varreduras por segundo, mas não conseguem ler códigos de barras 2D.

Os leitores de imagens podem ser usados para ler tanto códigos de barras 1D quanto 2D. Estes leitores capturam uma imagem do código de barras, que é analisada usando um software de processamento de imagem que pode localizar, orientar e ler o código de barras. Em comparação com um leitor a laser, um leitor de imagem tem uma maior profundidade de campo para leitura em várias alturas e pode ler simultaneamente vários códigos de barras. A velocidade do processo de leitura depende da capacidade da câmera de imagem e do software de processamento.

Redes móveis auto-formantes Wirepas

Além dos códigos de barras, as etiquetas sem fio e o IIoT podem ser usados para fornecer identificação, localização e condição do item em toda a cadeia de suprimentos. O Wirepas é um protocolo autônomo de conectividade sem fio auto-formante projetado para fornecer a escala e a densidade, necessárias para suportar aplicações de logística 4.0. As redes de malha tradicionais como o Bluetooth podem ter dificuldades para atingir grandes escalas devido a congestionamentos e limitações da largura de banda. O Wirepas remove essas barreiras descentralizando a inteligência da rede para os nós, resultando em uma rede auto-regenerativa com uso de espectro de rádio sem colisões (Figura 3).

Figura 3: Em aplicações de rastreamento logístico com alto número de itens a gerenciar, Wirepas pode oferecer uma alternativa aos protocolos sem fio Bluetooth ou proprietários. (Fonte da imagem: Würth Elektronik)

O software Wirepas Mesh é projetado para redes de grande escala e alimentadas por bateria. Cada nó...

• Escaneia o ambiente da rede e escolhe o caminho ideal
• Ajusta a potência de transmissão com base na proximidade de nós próximos
• Pode funcionar como um nó de roteamento ou não roteamento, ou um sumidouro
• Pode alternar entre os modos de baixa potência e baixa latência
• Seleciona a frequência ideal
• É tolerante a interferências

A Digital Container Shipping Association (DCSA), uma organização independente fundada por várias das maiores empresas de transporte de contêineres, publicou normas de interface de conectividade sem fio para o transporte de contêineres. O Wirepas está em conformidade com a norma DCSA.

Implementando códigos de barras 1D e 2D

Os projetistas podem recorrer ao leitor de código de barras baseado em imagem ABR3009-WSU2 WVGA (752 × 480 pixels) da Banner Engineering ao projetar sistemas de rastreamento da Logística 4.0 usando códigos de barras 1D ou 2D (Figura 4). É calibrado de fábrica em três posições de foco ou 45 mm, 70 mm e 125 mm, e tem uma faixa contínua de foco para proporcionar um ajuste fino para aplicações individuais. A ABR3009-WSU2 pode capturar 57 quadros por segundo.

Figura 4: A ABR3009-WSU2 da Banner Engineering lê uma biblioteca completa de códigos de barras 1D e 2D. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Todos os leitores padrão 1D e 2D da série ABR 3000 estão definidos para ler códigos de barras DataMatrix e podem ser facilmente configurados para ler outros estilos usando push-buttons na placa para configurações simples ou com um PC usando o software Barcode Manager da Banner para configurações mais complexas. As opções de lente, incluindo o software de foco automático ajustável, podem simplificar ainda mais a definição e a configuração. A integração do dispositivo e a coleta de dados IIoT podem ser configuradas através de conexões industriais Ethernet, seriais ou USB. O modelo ABR3009-WSU2 tem classificação IP65, está protegido da poeira e contra água esguichada a partir de um bico.

Módulo de rádio Wirepas

O Thetis-I da Würth Elektronik é um módulo de rádio de 2,4 gigahertz (GHz) que suporta o protocolo de comunicação em malha Wirepas. Os projetistas podem usar o número de peça 2611011021010, com um alcance de linha de visão de 400 metros (m), para integrar Wirepas aos dispositivos de rastreamento de ativos de Logística 4.0 (Figura 5). Tem uma potência de transmissão (Tx) de 6 dBm, uma sensibilidade de recepção (Rx) de até -92 dBm, e uma taxa de transmissão de até 1 megabit por segundo (Mbps). O 2611011021010 requer 18,9 miliamperes (mA) em modo Tx, 7,7 mA em modo Rx e 3,16 microamperes (µA) em modo de suspensão. Mede 8 x 12 x 2 mm.

Figura 5: O módulo de rádio Thetis-I de 2,4 GHz com protocolo de rede Wirepas. (Fonte da imagem: Würth Elektronik)

Para acelerar o desenvolvimento de aplicações de Logística 4.0 usando o módulo de rádio Thetis-I com protocolo de rede Wirepas, os projetistas podem usar o kit EV Thetis-I que inclui uma miniplaca EV, um pen-drive de rádio USB e três nós sensores (Figura 6). Um protótipo de rede Wirepas em funcionamento pode ser configurado em poucos minutos, e cada um dos componentes do kit EDV (miniplaca EV, pen-drive de rádio USB e nós sensores) pode ser adquirido separadamente para ampliar o protótipo de rede.

Figura 6: O kit EV Thetis-I é equipado com um módulo de malha Thetis-I Wirepas e inclui uma miniplaca EV, um pen-drive de rádio USB, e três nós sensores. (Fonte da imagem: DigiKey)

A miniplaca EV suporta conexão com um microcontrolador host para o desenvolvimento de aplicações. O nó sensor é uma placa operada à bateria de 31 mm x 32 mm e inclui um sensor de pressão e um sensor de umidade. Os dados dos sensores são lidos automaticamente pelo módulo de rádio e transmitidos para a rede de malha. O kit EV também inclui o software PC Tool Wirepas Commander da Würth que suporta a comunicação com os módulos de rádio, configuração de rede e monitoramento de dados dos sensores.

Resumo

A logística 4.0 depende de informações em tempo real, granulares sobre todos os itens da cadeia de suprimentos e precisa ser integrada com a indústria 4.0 usando sistemas de rede, automação e comunicação de baixa latência para fornecer alertas antecipados de interrupções na cadeia de suprimentos. São necessárias várias tecnologias de rastreamento para implementar um sistema logístico de sucesso. Este artigo apresentou várias escolhas relacionadas a códigos de barras 1D e 2D e redes Wirepas sem fio altamente escaláveis que podem trabalhar em colaboração em uma solução de logística 4.0.