Cómo el seguimiento de la logística y la Logística 4.0 pueden gestionar las interrupciones de la cadena de suministro

El seguimiento de la logística es cada vez más importante para gestionar las interrupciones de la cadena de suministro que se prevé que continúen en un futuro próximo. La logística es el proceso de mover artículos de un lugar a otro: dentro de una instalación de fabricación o un almacén o entre lugares geográficamente dispersos. El seguimiento de la logística proporciona un estado de la cadena de suministro en tiempo real, lo que permite realizar los ajustes necesarios para minimizar el impacto de las interrupciones de la cadena de suministro y garantizar unas operaciones fluidas, eficientes y rentables.

La aparición del internet industrial de las cosas (IIoT) ha dado lugar al desarrollo de la Logística 4.0 y la gestión inteligente de la cadena de suministro, incluyendo la inteligencia artificial (IA) para hacer frente a los nuevos retos y aportar mayor flexibilidad a la gestión logística. La Logística 4.0 permite la visibilidad de la cadena de suministro en tiempo real y el control de la integridad para garantizar la disponibilidad de la información necesaria para entregar los productos correctos, en el momento, el lugar, la cantidad y las condiciones adecuadas, y al costo correcto. Dependiendo de la ubicación dentro de la cadena de suministro, el seguimiento logístico puede implementarse utilizando una serie de tecnologías, incluyendo códigos de barras lineales (1D), códigos de barras 2D, identificación por radiofrecuencia (RFID), comunicación de campo cercano (NFC), Bluetooth, Wirepas (Bluetooth industrial) y tecnologías GPS.

Este artículo presenta una visión general de los retos logísticos, compara la utilidad de las tecnologías de seguimiento logístico seleccionadas y los estándares industriales relacionados, y termina presentando ejemplos de herramientas de seguimiento de Banner Engineering y Würth Elektronik, junto con una plataforma de evaluación para acelerar el proceso de desarrollo.

La Industria 4.0 y la Logística 4.0 están interconectadas, y ambas son necesarias para alcanzar el objetivo de la personalización masiva eficiente de forma económica. La Logística 4.0 se basa en información altamente granular y en tiempo real relacionada con artículos individuales, combinada con la creación de redes, la automatización y la comunicación de baja latencia para proporcionar alertas tempranas de interrupciones y permitir respuestas rápidas para mantener un flujo óptimo de mercancías a lo largo de la cadena de suministro. Se necesitan múltiples tecnologías para llegar a la mejor solución logística para una situación determinada.

Códigos de barras 1D y 2D

Los códigos de barras son una forma barata y eficaz de automatizar la recogida de datos sobre artículos individuales. En función de la cantidad de datos, existen varios formatos de códigos de barras, entre ellos

• Los códigos de barras 1D o lineales pueden contener información como el número de serie, el número de modelo y el historial del artículo.
• Códigos de barras lineales apilados que utilizan múltiples códigos de barras 1D apilados estrechamente para ofrecer mayores densidades de datos.
• Los códigos de barras 2D se componen de cajas o celdas, con cantidades de datos aún mayores almacenadas en un formato de cuadrícula.

Los códigos de barras 1D son los más comunes y la información del código de barras está contenida en el ancho de las barras blancas y negras y en los espacios y se lee utilizando un escáner de código de barras que entienda el formato específico que se está utilizando. Existen múltiples formatos de códigos de barras 1D que han sido optimizados para los datos que necesitan las aplicaciones específicas. Algunos ejemplos son:

• Código 128, para la manipulación de materiales
• Código 39, utilizado por el ejército y las agencias gubernamentales
• Intercalado 2 de 5, para aplicaciones industriales específicas
• UPC-A, ampliamente utilizado en el comercio minorista de Estados Unidos.
• Postnet, utilizado por el Servicio Postal de Estados Unidos (USPS)

Por ejemplo, el formato del Código 128 incluye (Figura 1):

Las barras son líneas negras que entregan la información. En los códigos básicos, hay dos tamaños de barra -ancha y estrecha- que un lector traduce en información binaria. Otros formatos de código pueden incluir diferentes anchos de barras y espacios en blanco para comunicar más detalles.

La zona de silencio es un espacio en blanco en los bordes del código de barras para que el escáner pueda identificar el principio y el final del código. Es una característica común en todos los formatos de códigos de barras 1D.

Los códigos de inicio y fin son combinaciones específicas de barras y espacios que indican el inicio y el final del código de barras.

El dígito de control se utiliza para verificar la exactitud de los datos y protegerlos contra los errores de lectura.

El código legible por el ser humano no forma parte de la información legible por la máquina en el código de barras.

El ancho del módulo es la altura/el ancho de la celda o barra más pequeña del código de barras y determina la resolución mínima que necesita un escáner para leer el código con precisión.

Figura 1: Estructura de un código de barras 1D con el formato Código 128 (los colores son solo para su identificación). (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Los códigos de barras 2D son más complejos y contienen mayor cantidad de datos. Algunos de los códigos de barras 2D más comunes son:

• DataMatrix se utiliza en aplicaciones de automoción, electrónica y USPS.
• El código QR también se utiliza en la automoción, así como en el marketing comercial.
• El azteca se encuentra en los billetes de viaje y en algunos documentos de matriculación de vehículos.
• Maxicode utilizado para la manipulación de materiales y por United Parcel Service (UPS)

El formato DataMatrix incluye (Figura 2):

Las celdas son áreas cuadradas blancas y negras dentro de la matriz 2D que contienen los datos.

La zona de silencio es un espacio en blanco alrededor del perímetro de un código de barras 2D para que el escáner pueda identificar el principio y el final del código.

El patrón Finder (o "L") orienta al lector para que pueda identificar la forma correcta de leer el código.

El patrón de relojería se encuentra en el lado opuesto del patrón del buscador y le indica al lector el tamaño de las celdas dentro del código y el número de filas y columnas del código de barras.

Figura 2: Estructura de la DataMatrix del código de barras 2D (los colores son solo para su identificación). (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Los códigos de barras 2D también contienen datos de corrección de errores. Según el código, los datos de corrección de errores pueden incluirse tres veces para mejorar la calidad de la recogida de datos por parte de los lectores.

Lectura de códigos de barras

Los escáneres láser ofrecen una forma sencilla y rentable de leer los códigos de barras 1D. El láser se dirige a través del código de barras mediante un espejo giratorio y la luz reflejada se mide con un fotodiodo. Las mediciones de luz se traducen en una salida digital. Los escáneres láser de alta velocidad pueden realizar hasta 1300 escaneos por segundo, pero no pueden leer códigos de barras 2D.

Los lectores de imágenes pueden utilizarse para leer códigos de barras 1D y 2D. Estos lectores capturan una imagen del código de barras, que se analiza mediante un software de procesamiento de imágenes que puede localizar, orientar y leer el código de barras. En comparación con un escáner láser, un lector de imágenes tiene una mayor profundidad de campo para leer a varias alturas y puede leer simultáneamente varios códigos de barras. La velocidad del proceso de lectura depende de la capacidad de la cámara de imagen y del software de procesamiento.

Redes móviles autoformadas Wirepas

Además de los códigos de barras, las etiquetas inalámbricas y la IIoT pueden utilizarse para proporcionar la identificación, la ubicación y el estado de los artículos en toda la cadena de suministro. Wirepas es un protocolo de conectividad inalámbrica autónomo y autoformado diseñado para ofrecer la escala y la densidad necesarias para soportar las aplicaciones de Logística 4.0. Las redes de malla tradicionales, como Bluetooth, pueden tener dificultades para alcanzar grandes escalas debido a la congestión y las limitaciones de ancho de banda. Wirepas elimina esas barreras descentralizando la inteligencia de la red hacia los nodos, lo que da lugar a una red autorreparadora con un uso del espectro radioeléctrico sin colisiones (Figura 3).

Figura 3: En las aplicaciones de seguimiento logístico con un elevado número de artículos que gestionar, Wirepas puede ofrecer una alternativa a Bluetooth o a los protocolos inalámbricos propietarios. (Fuente de la imagen: Würth Elektronik)

El software Wirepas Mesh está diseñado para redes a gran escala y alimentadas por batería. Cada nodo...

• Explora el entorno de la red y elige la ruta óptima
• Ajusta la potencia de transmisión en función de la proximidad de los nodos cercanos
• Puede funcionar como nodo de enrutamiento o no, o como sumidero
• Puede cambiar entre los modos de bajo consumo y baja latencia
• Selecciona la frecuencia óptima
• Es tolerante a las interferencias

La Digital Container Shipping Association (DCSA), organización independiente fundada por varias de las mayores empresas de transporte marítimo de contenedores, ha publicado normas de interfaz de conectividad inalámbrica para contenedores marítimos. Wirepas cumple con la norma DCSA.

Implantación de códigos de barras 1D y 2D

Los diseñadores pueden recurrir al lector de códigos de barras basado en imágenes ABR3009-WSU2 WVGA (752 × 480 píxeles) de Banner Engineering cuando diseñen sistemas de seguimiento Logistica 4.0 que utilicen códigos de barras 1D o 2D (Figura 4). Viene calibrada de fábrica en tres posiciones de enfoque: 45 mm, 70 mm y 125 mm, y tiene un rango de enfoque continuo para proporcionar un ajuste fino para aplicaciones individuales. El ABR3009-WSU2 puede capturar 57 imágenes por segundo.

Figura 4: El ABR3009-WSU2 de Banner Engineering lee una completa biblioteca de códigos de barras 1D y 2D. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

Todos los lectores estándar de la serie ABR 3000 de 1D y 2D están configurados para leer códigos de barras DataMatrix y pueden ser fácilmente configurados para leer otros estilos utilizando los pulsadores incorporados para configuraciones simples o con un PC utilizando el software Barcode Manager de Banner para configuraciones más complejas. Las opciones de objetivos, incluido el enfoque automático ajustable por software, pueden simplificar aún más la instalación y la configuración. La integración de dispositivos y la recopilación de datos del IIoT pueden configurarse a través de conexiones industriales Ethernet, serie o USB. El modelo ABR3009-WSU2 tiene un grado de protección IP65, protegido del polvo y del agua proyectada por una boquilla.

Módulo de radio Wirepas

El Thetis-I de Würth Elektronik es un módulo de radio de 2.4 gigahercios (GHz) que soporta el protocolo de comunicación en malla Wirepas. Los diseñadores pueden utilizar el número de pieza 2611011021010, con un alcance de línea de visión de 400 metros (m), para integrar Wirepas en los dispositivos de seguimiento de activos de Logística 4.0 (Figura 5). Tiene una potencia de transmisión (Tx) de 6 decibelios metros (dBm), una sensibilidad de recepción (Rx) de hasta -92 dBm y una velocidad de transmisión de hasta 1 megabit por segundo (Mbps). El 2611011021010 requiere 18.9 miliamperios (mA) en modo Tx, 7.7 mA en modo Rx y 3.16 microamperios (µA) en modo de espera. Mide 8 x 12 x 2 mm.

Figura 5: El módulo de radio Thetis-I de 2.4 GHz con el protocolo de malla Wirepas. (Fuente de la imagen: Würth Elektronik)

Para acelerar el desarrollo de las aplicaciones de Logística 4.0 que utilizan el módulo de radio Thetis-I con el protocolo de malla Wirepas, los diseñadores pueden utilizar el Thetis-I EV-Kit que incluye una placa mini-EV, una memoria de radio USB y tres nodos sensores (Figura 6). Una red prototipo Wirepas operativa puede configurarse en pocos minutos y cada uno de los componentes del kit EDV (placa mini-EV, memoria de radio USB y nodos sensores) puede adquirirse por separado para ampliar la red prototipo.

Figura 6: El kit Thetis-I EV está equipado con un módulo Thetis-I Wirepas Mesh e incluye una miniplaca EV, una memoria USB de radio y tres nodos sensores. (Fuente de la imagen: DigiKey).

La placa mini-EV admite la conexión con un microcontrolador anfitrión para el desarrollo de aplicaciones. El nodo sensor es una placa de 31 mm x 32 mm que funciona con pilas e incluye un sensor de presión y otro de humedad. Los datos de los sensores son leídos automáticamente por el módulo de radio y transmitidos a la red de malla. El kit EV también incluye el software Wirepas Commander de Würth, que permite la comunicación con los módulos de radio, la configuración de la red y la supervisión de los datos de los sensores.

Resumen

La Logística 4.0 se basa en información granular en tiempo real sobre todos los artículos de la cadena de suministro y debe integrarse con la Industria 4.0 mediante sistemas de red, automatización y comunicación de baja latencia para proporcionar alertas tempranas de las interrupciones de la cadena de suministro. Se necesitan múltiples tecnologías de seguimiento para implantar un sistema logístico de éxito. En este artículo se han presentado varias opciones relacionadas con los códigos de barras 1D y 2D y las redes inalámbricas Wirepas de alta escalabilidad que pueden trabajar en colaboración en una solución de Logística 4.0.