如何透過物流追蹤和物流 4.0 管理供應鏈中斷狀況

我們可預見未來供應鏈中斷的情形將持續發生，因此日後將更需要透過物流追蹤來管理此問題。物流是將物品從甲地移至乙地的過程：在製造工廠或倉庫內部移轉物品，或是在不同地理位置之間移轉都包含在此範疇。物流追蹤可提供供應鏈的即時狀態並可在需要時進行調整，以將供應鏈中斷的影響降至最低，並確保營運順暢、高效且可獲利。

工業物聯網 (IIoT) 的出現，促進了物流 4.0 及智慧型供應鏈管理的發展，其中包括引進人工智慧 (AI) 來因應新挑戰，進而提升物流管理的靈活性。物流 4.0 可促成即時供應鏈的能見度和完整性控制，可確保在正確的時間、地點、數量、條件和成本下，取得交付產品所需的資訊。根據供應鏈中的位置，可使用一系列技術來實作物流追蹤，包括線性 (一維) 條碼、二維條碼、無線射頻識別 (RFID)、近場通訊 (NFC)、藍牙、Wirepas (工業藍牙) 和 GPS 等技術。

本文將概述物流面臨的挑戰，同時比較一些物流追蹤技術的實用性及相關的工業標準，最後再以 Banner Engineering 與 Würth Elektronik 推出的追蹤工具舉例說明，並介紹加速開發流程的評估平台。

工業 4.0 與物流 4.0 息息相關，若想以經濟實惠的方式達到高效率大規模客製化的目標，兩者缺一不可。物流 4.0 依賴與每個物件相關的高度精細和即時的資訊，同時還結合了網路、自動化和低延遲通訊，可針對中斷情況發出預警並促進快速回應，以便在整個供應鏈中保持貨物運輸順暢。若想針對特定情況打造最佳物流解決方案，就需要使用多種技術。

一維和二維條碼

條碼是一種經濟有效的方法，可自動收集每個物件的資料。根據資料量的不同，條碼也分為多種格式，包括：

• 一維或線性條碼，可能包含序號、型號及物件記錄等資訊。
• 堆疊式線性條碼，將多個一維條碼密集堆疊而成，可提供較高的資料密度。
• 二維條碼，由方塊或單元格組成，能以網格形式儲存更大量的資料。

一維條碼是最常見的條碼，條碼資訊包含在一定寬度的黑白線條和空白中，需透過能夠辨識指定使用格式的條碼掃描器來讀取。一維條碼有多種格式，且均已針對特定應用所需的資料進行最佳化處理。相關範例包括：

• 128 碼，用於物料處理
• 39 碼，為軍事和政府機關所用
• 交錯式 25 碼，用於特定的工業應用
• UPC-A 碼，廣泛用於美國零售業
• POSTNET 碼，為美國郵政總局 (USPS) 所用

比如說，128 碼格式包括 (圖 1)：

黑色線條，可提供資訊。在基本代碼中，線條有寬窄兩種尺寸，會由讀取器轉換成二進制資訊。其他代碼格式可能包括多種寬度的線條和空白，藉此傳遞更多細節。

靜止區，即條碼邊緣的空白空間，能讓掃描器識別條碼的起點和終點。所有一維條碼格式都具備此特徵。

起始碼和停止碼，即由線條和空白所組成的特定組合，可指示條碼的起點和終點。

檢查碼，用於檢驗資料準確性，並可防止資料讀取發生錯誤。

人類可辨讀碼，即條碼中非機器可讀取的資訊。

模組寬度，即條碼中最小單元格或線條的高度／寬度，此寬度會決定掃描器準確讀取條碼所需的最小解析度。

圖 1：使用 128 碼格式的一維條碼結構 (顏色僅供識別)。(圖片來源：Banner Engineering)

二維條碼更為複雜，包含的資料量也更多。一些常見的二維條碼包括：

• DataMatrix 碼，用於汽車、電子產品與 USPS 應用
• QR 碼，也可用於汽車及商業行銷用途
• Aztec 碼，用於旅遊交通票券和一些車輛登記文件
• Maxicode 碼，用於物料處理且為聯合包裹服務公司 (UPS) 所用

DataMatrix 碼格式包括 (圖 2)：

單元格，即二維條碼內包含資料的黑色和白色方塊區域。

靜止區，即圍繞二維條碼周邊的空白空間，能讓掃描器識別條碼的起點和終點。

取景 (或「L」) 圖案，用於確定讀取器方向，確保按照正確方式讀取條碼。

時鐘圖案，位於取景圖案的對側，可告訴讀取器代碼中單元格的大小，以及條碼中的行列數。

圖 2：DataMatrix 二維條碼的結構 (顏色僅供識別)。(圖片來源：Banner Engineering)

二維條碼也包含錯誤修正資料。視代碼而定，可能會納入三次的錯誤修正資料，以提高讀取器的資料收集品質。

條碼讀取

雷射掃描器能以簡單且符合成本效益的方式讀取一維條碼。雷射會透過旋轉鏡傳導至條碼，而反射光線會透過光電二極體進行測量。接著會將光線測量結果轉換成數位輸出。高速雷射掃描器每秒可執行多達 1,300 次掃描，但無法讀取二維條碼。

成像讀取器可用於讀取一維和二維條碼。這些讀取器會擷取條碼的影像，並使用影像處理軟體來分析，對條碼進行定位、定向和讀取。與雷射掃描器相比，成像讀取器具有更寬的景深，可在多種高度下讀取，並可同時讀取多個條碼。讀取過程的速度取決於成像攝影機和處理軟體的處理能力。

Wirepas 自形成行動網路

除了條碼之外，無線標籤和 IIoT 也可在供應鏈間提供物件的識別、位置和狀況。Wirepas 是一種自主、自行成的無線連線協定，可提供支援物流 4.0 應用所需的規模和密度。礙於網路壅塞和頻寬限制，傳統的網狀網路 (如藍牙) 難以達到大規模的範圍。Wirepas 可將網路智慧分散到各節點，藉此消除上述障礙，形成一個自行修復的網路，且不會導致無線電頻譜使用衝突 (圖3)。

圖 3：在需要管理眾多物件的物流追蹤應用中，Wirepas 可以替代藍牙或專有無線協定。(圖片來源：Würth Elektronik)

Wirepas Mesh 軟體專為大規模的電池供電型網路而設計。每個節點皆可…

• 掃描網路環境並選擇最佳路徑
• 根據鄰近節點的接近程度調整傳輸功率
• 當作路由或非路由節點，或當作匯聚節點使用
• 在低功耗和低延遲兩種模式之間切換
• 選擇最佳頻率
• 不受干擾影響

數位貨櫃運輸協會 (DCSA) 是由多家貨櫃運輸龍頭企業成立的獨立組織，已發佈運輸貨櫃用的無線連線介面標準。Wirepas 符合 DCSA 標準。

一維和二維條碼的實作

設計人員在使用一維或二維條碼設計物流 4.0 追蹤系統時，可以採用 Banner Engineering 的 ABR3009-WSU2 WVGA (752 × 480 像素) 圖像式條碼讀取器 (圖 4)。此產品在出廠時已對三個焦點位置 (45 mm、70 mm 和 125 mm) 進行校準，並且具有連續的焦距範圍，可針對各個應用提供微調功能。ABR3009-WSU2 每秒可擷取 57 個訊框。

圖 4：Banner Engineering 的 ABR3009-WSU2 可讀取全套的一維和二維條碼資料庫。(圖片來源：Banner Engineering)

所有標準的一維和二維 ABR 3000 系列讀取器，均已設定為讀取 DataMatrix 條碼，並可輕鬆進行設定，可使用板載按鈕來讀取其他樣式，以進行簡單的設定，或在電腦上使用 Banner 的 Barcode Manager 軟體進行更複雜的設定。軟體可調整自動對焦等鏡頭選項，可進一步簡化配置與設定。裝置整合和 IIoT 資料收集，可透過工業用乙太網路、串列或 USB 連線進行配置。ABR3009-WSU2 型號具有 IP65 等級，可防灰塵和從噴嘴中噴出的水。

Wirepas 無線電模組

Würth Elektronik 的 Thetis-I 是一款 2.4 GHz 無線電模組，可支援 Wirepas 網狀通訊協定。設計人員可以使用零件編號 2611011021010 元件 (視線範圍為 400 m)，將 Wirepas 整合至物流 4.0 資產追蹤裝置中 (圖 5)。產品的發射 (Tx) 功率為 6 dBm，接收靈敏度 (Rx) 可達 -92 dBm，且傳輸率高達 1 Mbps。2611011021010 在 Tx 模式下需要 18.9 mA，在 Rx 模式下需要 7.7 mA，在睡眠模式下則需要 3.16 µA。尺寸為 8 x 12 x 2 mm。

圖 5：採用 Wirepas 網狀協定的 2.4 GHz Thetis-I 無線電模組。(圖片來源：Würth Elektronik)

若要透過採用 Wirepas 網狀協定的 Thetis-I 無線電模組來加速開發物流 4.0 應用，設計人員可以使用 Thetis-I 評估套件，其中含有一個 mini-EV 板、一個 USB 無線棒和三個感測器節點 (圖 6)。在幾分鐘內就可搭建可運作的 Wirepas 網狀原型網路，而 EDV-Kit 中的每個元件 (mini-EV 板、USB 無線棒和感測器節點) 都可以單獨購買以擴充原型網路。

圖 6：Thetis-I 評估套件配備 Thetis-I Wirepas 網狀模組，並含有一個 mini EV 板、一個 USB 無線棒和三個感測器節點。(圖片來源：DigiKey)

mini-EV 板可連接主機微控制器進行應用開發。感測器節點是一個 31 mm x 32 mm 的電池供電型電路板，其中含有一個壓力感測器和一個溼度感測器。無線電模組會自動讀取感應器資料，並傳送到網狀網路。此評估套件還包括 Würth 的 PC Tool Wirepas Commander 軟體，可支援與無線電模組的通訊、網路設定以及感應器資料的監測。

結論

物流 4.0 仰賴供應鏈中所有物件的相關即時精細資訊，而且需要使用網路系統、自動化和低延遲通訊與工業 4.0 進行整合，以在供應鏈中斷時提供預警。若想順利實作物流系統，需要使用多種追蹤技術。本文介紹多種一維和二維條碼系統，以及可在物流 4.0 解決方案中協作的高度可擴充無線 Wirepas 網路。