Aktuální vydání

celé číslo

01

2020

Operátorské panely, HMI, SCADA

celé číslo

Čtečky čárových kódů pro použití ve výrobní logistice

Pojem čtečka představuje „univerzální zaklínadlo“ pro pojmenování veškerých zařízení, která jsou určena ke čtení čárového kódu. Z principu jde o pojmenování zcela logické. Prostřednictvím tohoto článku a přehledu trhu na str. 2527 se pokusíme přiblížit dvě skupiny zařízení, která se mohou pod pojmem čtečka čárového kódu skrývat, a to mobilní on-line terminály a ruční bezdrátové snímače. V článku jsou také poodhalena úskalí výběru nejvhodnějších kandidátů na použití ve výrobní logistice.

 

Základní informace o čárových kódech

Název čárový kód zahrnuje mnoho symbolik, které jsou definovány příslušnými normami. Všeobecně nejrozšířenější jsou tzv. 1D neboli lineární kódy. Představují čárové kódy v pravém slova smyslu, neboť jsou tvořeny prvky v podobě svislých čar a mezer. Mezi nejpoužívanější symboliky z této skupiny kódů patří např. GS1 (původní UPC/EAN), Code 128/GS1 128 nebo Code 39. Vedle zmíněných lineárních kódů však existují rovněž symboliky 2D neboli maticové kódy, které mají oproti lineárním četné výhody. Jmenujme např. schopnost pojmout několikanásobně větší množství dat při využití přibližně stejné, nebo dokonce menší plochy. Další užitečnou schopností je přečtení dat i při poškození povrchu kódu (poškození je procentuálně limitováno). V některých odvětvích, jako např. v automobilovém průmyslu, jsou již zvedenou metodou identifikace maticové kódy (2D) jako DataMatrix nebo PDF417. PDF 417 je ve své podstatě tzv. vršená symbolika 1D, která je tvořena několika řádky čárového kódu seřazenými pod sebe.
 
Do povědomí veřejnosti se však maticové kódy v posledních několika letech dostávají zejména díky dnes takřka všudypřítomným kódům QR (obr. 1). Kód QR byl vyvinut společností Denso-Wave počátkem 90. let minulého století. Zkratka QR, Quick Response, znamená rychlou odezvu. Kód QR se tedy rozšířil zejména jako prostředek, který je schopen ve spolupráci (nejen) s mobilním telefonem a internetovou konektivitou uživateli zprostředkovat rychlý přístup k informacím. Jeho rychlému rozšíření napomohla zejména skutečnost, že je možné jej využívat volně, bez licencí. Je tedy velmi oblíbeným marketingovým nástrojem. Kód QR v jednom z posledních vývojových stadií umožňuje rovněž vložit grafiku přímo do těla kódu.
 

Mobilní terminály a ruční snímače

Tento článek a tabulky přehledu trhu jsou zaměřeny na mobilní on-line terminály a ruční bezdrátové snímače jako dva zástupce z daleko širší skupiny zařízení, která jsou pro použití ve výrobní logistice typická. Mobilní terminál je ve své podstatě přenosný počítač, v mnoha případech téměř ve formátu moderního mobilního telefonu, leč v robustnějším provedení (obr. 2). Je opatřen snímacím modulem a klávesnicí. Mobilnímu terminálu dominuje displej LCD s dotykovým panelem pro snadné ovládání operačního systému či navigaci v uživatelském menu firemního informačního systému, resp. systému ERP. Výměna dat s informačním systémem může být realizována prostřednictvím zobrazení formulářů v internetovém prohlížeči, připojením ke vzdálené ploše serveru, lokální klientskou aplikací, popř. využitím terminálové emulace.
 
Oproti tomu ruční snímač v převážné většině obsahuje „pouze“ snímací modul s příslušnou řídicí elektronikou, to vše v přístroji snadno uchopitelném do ruky (obr. 3). Zatímco mobilní terminál je tedy plně autonomní systém, ruční snímač je zapotřebí připojit k jinému zařízení, do kterého se načtený kód přenese. Tímto zařízením může být jakékoliv PC, vozíkový terminál či v poslední době velmi populární tablet.
 
Jednou větou lze vhodnost použití jednoho nebo druhého typu zařízení v konkrétní aplikaci vyjádřit základním pravidlem: snímač čárového kódu nelze zavést tam, kde je v průběhu snímání nutná okamžitá interakce uživatele s informačním systémem, ať už ve formě okamžité zpětné vazby uživatele směrem k IS, nebo naopak při potřebě zpřístupnit informace z IS uživateli v reálném čase.
 

Volba zařízení na základě typu zabudovaného snímacího modulu

Volba vhodného zařízení se započne výběrem odpovídajícího snímacího modulu, tedy prvku, který je pro obě skupiny zařízení společný. Snímací moduly odpovídají jednotlivým skupinám kódů, lze je tudíž v základu rovněž rozdělit na 1D a 2D. Zatímco snímacími moduly 1D lze přečíst pouze čárové kódy, snímací moduly 2D naopak dokážou číst vedle maticových (2D) rovněž kódy čárové, jsou tedy z tohoto úhlu pohledu všestrannější.
 
Obecným parametrem snímacích modulů je tzv. čtecí vzdálenost neboli hloubka pole (range). Ta je přímo závislá na hustotě tisku kódu (density). Zde se lze setkat se snímači označenými jako High Density, Short Range, Long Range, Extra Long Range, popř. jinými. Uvedené výrazy jsou pouze orientační a u jednotlivých výrobců se liší. Odstupňování čtecí vzdálenosti je však zachováno v přibližně stejných krocích. Volbu snímače je tedy v této souvislosti nutné přizpůsobit zamýšlenému účelu. Je třeba mít na paměti, že s rostoucí čtecí vzdáleností se zákonitě musí snižovat hustota kódu (růst velikosti snímaného kódu) a naopak se zvyšující se hustotou tisku čtecí vzdálenost klesá. Pro představu uveďme dva různé příklady. Bude-li uživatel číst malé kódy s vysokou hustotou tisku, je zapotřebí volit snímač HD, který je schopen takto malý kód přečíst. Takto zvolené velikosti kódu, resp. snímacímu modulu, rovněž odpovídá velmi malá čtecí vzdálenost. Oproti tomu potřebuje-li obsluha vysokozdvižného vozíku přečíst kód na paletě vzdálené 2 až 3 m, použije snímač LR. U nových generací snímacích modulů se lze setkat i s termínem Full Range, který označuje, že zařízení je schopno číst v rozsahu vzdáleností od několika centimetrů až po několik metrů.
 
Co se týče způsobu snímání, mohou být snímací moduly 1D vybaveny buď laserovým snímačem, nebo snímačem pracujícím na principu CCD; v oboru je pro tyto přístroje používáno označení linear imager nebo 1D imager. Pro maticové (2D) kódy jsou používány snímače pracující rovněž na principu CCD, které jsou označovány názvem 2D (area) imager. Volba způsobu snímání závisí na konkrétní aplikaci a prostředí (obr. 4). Do hry mohou vstupovat rušivé prvky jako např. světlo, prašnost, snímání přes fólie apod. Obecně lze říci, že např. s ostrým světlem a s nekvalitně natištěními kódy se lépe vyrovnají snímače CCD. I přes zkušenost na straně dodavatele je ideální provést testy snímání.
 
Samostatnou kategorií jsou snímací moduly DPM (Direct Part Marking), určené ke čtení kódů napřímo označených částí, které jsou typicky označeny kódem již v průběhu výroby, a to přímo na svém povrchu. Toto označení může být provedeno několika technologiemi, z nichž jsou na obr. 5 ukázány: značení laserovým paprskem (laser etching), inkoustový tisk (ink-jet) a značení mikroúderem (dot peening). Pro přímé značení DPM je typický maticový kód DataMatrix, ovšem používají se zde rovněž lineární kódy.
 
Vzhledem k náročnosti značení DPM je třeba pro tento typ značení specifický snímač. U malých dílů je nutné vměstnat kód na co nejmenší prostor, často na nerovný povrch (např. oblý nebo válcový). Problémy může působit povrch výrobku, zejména odrazy světla od lesklého materiálu, resp. odrazy světla od kuželových jamek vyražených mikroúderem. Proto se používají snímače DPM zvláštní konstrukce, které obsahují snímací moduly HD (high density) využívající tzv. tekuté čočky, umožňující měnit ohniskovou vzdálenost pro optimální zaostření snímaného kódu. Další typickou vlastností snímačů DPM je možnost variabilního osvětlení snímané oblasti – lze použít osvětlení s různou intenzitou, v odlišném barevném spektru, popř. lze místo přímého osvitu oblasti nasvětlit součást pod úhlem nebo rozptýleným světlem.
 
Pro některé méně náročné aplikace DPM lze spolehlivě použít běžné snímací moduly současné generace. Jsou cenově přijatelnější, nejsou však „všespásné“. Náročnější aplikace DPM si budou žádat plnohodnotný snímač DPM, a tedy adekvátní investici.
 

Volba terminálu

Při zvažování pro a proti jednotlivých modelů terminálů je nutné vycházet ze dvou podstatných skupin parametrů. První skupinou jsou výkonové parametry a druhou parametry související s bezdrátovou konektivitou terminálu.
 
Zde do výběru terminálu vstupují požadavky dodavatele informačního systému (IS) a dodavatele, resp. správce bezdrátové sítě WLAN (Wi-Fi). V případě dodavatele IS (ERP) je třeba vzít v úvahu podporovaný operační systém, rozlišení displeje, popř. jiné výkonové parametry. Co se týče WiFi konektivity terminálu, zde se volba týká především podporovaného standardu (IEEE 802.11 a/b/g/n) a požadovaného zabezpečení, které je dáno firemní, resp. korporátní bezpečnostní politikou.
 
Z pohledu hardwarové kompatibility je ideální situace, kdy je dodavatel mobilních terminálů zároveň dodavatelem bezdrátové sítě. Dodávku mobilních terminálů si však v mnoha případech nárokuje rovněž dodavatel IS, na jehož straně je naopak podstatná softwarová kompatibilita.
 
V případě, že nelze z důvodu charakteru výroby či skladového hospodářství využít k připojení infrastrukturu WiFi, představuje alternativu modul GPRS (WWAN), který umožňuje po vložení karty SIM datové připojení prostřednictvím mobilního operátora. Ne všechna zařízení je však standardně nabízejí, a je tedy zapotřebí volit takovou konfiguraci terminálu, ve které modul GPRS figuruje.
 
Nezanedbatelný význam má také formát zařízení a jeho fyzikální vlastnosti, které lze označit pojmem uživatelská ergonomie. Na trhu jsou zařízení ve formátu PDA, která skvěle padnou do ruky a lze je snadno skrýt do kapsy. Mnohá z nich lze pořídit v konfiguraci se snímacím modulem umístěným pod určitým úhlem, popř. s možností natočit ho v určitém směru. Takové konstrukční řešení usnadňuje snímání obtížně dostupných kódů a uživatel má zároveň přehled, co se děje na displeji. Terminály ve formě PDA rovněž disponují fotoaparátem a při vhodně napsané aplikaci lze též pořídit fotodokumentaci. Vedle formátu PDA jsou na trhu také robustnější terminály, které je možné v převážné většině pořídit s rukojetí. Zde je však nutné počítat s větší hmotností zařízení, která ovlivňuje uživatelský komfort. U menších terminálů je naopak třeba brát zřetel i na menší displej, kde menší zobrazení textů mnohdy představuje pro uživatele problém. Volitelný bývá také typ klávesnice, u níž lze zvolit optimální rozložení kláves pro danou aplikaci.
 

Volba bezdrátového ručního snímače

Volba vhodného ručního bezdrátového snímače se může oproti volbě mobilního terminálu jevit jako snadnější záležitost, ale v praxi tomu tak nemusí být. Pomineme-li volbu vhodného snímacího modulu, která byla již podrobněji zmíněna, je nutné se v případě bezdrátového snímače z principu funkce zaměřit na volbu vhodného bezdrátového připojení. U bezdrátových snímačů se lze setkat se spojením Bluetooth, popř. s radiofrekvenčním přenosem. Oba typy spojení mají svá pro a proti. Bluetooth (dále BT) je všeobecně rozšířenější. Umožňuje přímé připojení snímače k libovolnému zařízení disponujícímu modulem BT. V minulosti měla zařízení s připojením BT oproti radiofrekvenčním zařízením obecně menší dosah, s použitím současné generace BT se však rozdíly již stírají. Dosah signálu v otevřeném prostoru, tedy za ideálních podmínek, se u obou typů připojení v průměru blíží 100 m. Radiofrekvenční připojení dovoluje při kombinaci vhodných komunikačních jednotek sestavit systém, který v podstatě představuje bezdrátovou síť na frekvenci 433 MHz. Toto řešení v konečném důsledku umožňuje pracovníkovi operativní pokrytí větší oblasti.
 
Vzhledem k tomu, že ruční snímač musí být připojen k dalšímu zařízení, je třeba věnovat pozornost i komunikačnímu rozhraní. Snímače Bluetooth tedy umožňují přímé připojení k jinému zařízení s BT. Není-li tato možnost využívána, je zařízení standardně bezdrátově připojeno k tzv. komunikační základně, která je dodávána společně se snímačem. Stejně je tomu v základní konfiguraci u snímačů s radiofrekvenčním připojením. Zvolenému rozhraní odpovídá příslušný komunikační kabel. V současné době již převládá připojení USB (rozhraní USB HID a USB COM), ale pro určité aplikace je stále využíván kabel s koncovkou COM (rozhraní RS-232). Meziklávesnicové připojení zmiňme již pouze z historických důvodů.
 
U snímačů postrádajících displej je zpětná informace o správném načtení kódu uživateli zprostředkovávána akusticky, popř. rozsvícením indikační LED, vibrací rukojeti nebo rozsvícením indikátoru ve snímané oblasti. Tato indikace je užitečná zejména v hlučných provozech.
 
Obecně mají bezdrátové snímače pistolový tvar, jsou tedy tvořeny rukojetí a čtecí hlavou. Většina produktů na trhu se až na výjimky ergonomicky liší pouze minimálně a uživatelům po této stránce vesměs vyhovují.
 

Volba příslušenství

Současně s volbou zařízení samotného je zapotřebí věnovat pozornost rovněž výběru příslušných periferií. U obou typů zařízení jde zejména o komunikační, resp. dobíjecí základny. Zatímco v případě snímačů lze zakoupit zařízení se základnou v tzv. kitu, v případě terminálů je zpravidla nutné ji vybírat. Možnosti konektivity komunikační základny snímače byly podrobně popsány v předešlé kapitole. Komunikační a dobíjecí základna mobilního terminálu standardně nabízí připojení USB k PC (lze dodat také s RS-232 a LAN) a rovněž poskytuje možnost současného dobíjení terminálu i náhradní baterie v samostatné pozici. Současné dobíjení snímače a náhradní baterie umožňují i některé modely bezdrátových snímačů.
Základny určené k dobíjení celého zařízení jsou výrobcem zpravidla dodávány též ve sdružených variantách, kdy je možné dobíjet např. čtyři zařízení současně. Jako alternativní řešení výrobci také dodávají dobíjecí základny určené k samostatnému dobíjení několika baterií. Pro mnoho modelů mobilních terminálů jsou dostupné baterie s rozdílnou kapacitou. Zde proti sobě stojí delší výdrž baterie a menší hmotnost. Volba kapacity baterie a nabíječky baterií vychází z typu provozu, a je tedy úzce spjata se směnovým režimem. Jestliže je zařízení vytíženo neustále, je zapotřebí kalkulovat s náhradní sadou baterií a nabíječkou, aby bylo možné při vybití baterie sáhnout po náhradní nabité sadě. Naopak zůstává-li zařízení provozně nevytíženo v takových časových intervalech, že je schopno se průběžně nabíjet, postačí standardní základna a baterie se dobíjí přímo v zařízení.
 

Odolnost zařízení a servisní balíčky

Rovněž je nutné zvážit rizikovost prostředí ve vztahu k možnému poškození zařízení. Vybere-li uživatel robustní zařízení, schopné vydržet téměř vše, je třeba počítat s větší hmotností a velikostí, což je zapotřebí zvážit zejména ve vztahu k pracovníkovi jako koncovému uživateli. Robustnost ve většině případů zároveň představuje nárůst pořizovacích nákladů.
 
Nejčastěji se terminály a snímače poškodí pádem na zem. Přestože výrobci uvádějí tabulkové hodnoty zahrnující počet pádů, které je zařízení schopno vydržet, jde spíše „o loterii“. Když zařízení špatně spadne, tabulky mu nepomůžou. V tomto ohledu je k poškození nejnáchylnější zejména displej, popř. antény a jiné „vyčnívající“ prvky. Možná rizika poškození zařízení lze minimalizovat použitím vhodného příslušenství. Na trhu jsou k dispozici kožená pouzdra, pro snímače závěsné systémy apod. Jestliže však chce mít uživatel jistotu, že případné poškození zařízení a jeho následná oprava nepovedou již k žádným nákladům navíc, je vhodné si v rámci nákupu celé sady rovněž pořídit servisní balíček. Ten garantuje opravu v servisním středisku výrobce v rámci stanoveného času, a co je nejpodstatnější, kryje veškerá poškození zařízení, včetně mechanického. Balíčky bývají standardně na tři roky a je možné je před koncem platnosti v jednoročních intervalech opětovně rozšířit.
 

Závěr

Problematika volby správného zařízení je velmi komplexní a článek se dotýká jednotlivých úskalí velmi okrajově. Tak jako jiná elektronika, rovněž i čtečky čárových kódů se neustále vyvíjejí. Vývojem procházejí i veškeré technologie s těmito zařízeními úzce spjaté. Co platilo před pěti lety, je dnes historie. Proto se doporučuje obrátit se na spolehlivého a znalého dodavatele, který pomůže zodpovědět veškeré dotazy, doporučí nejvhodnější zařízení a rovněž je zapůjčí k vyzkoušení.
Radoslav Nowak,
Gaben, spol. s r. o.
 
Obr. 1. Ukázky použití kódů QR
Obr. 2. Mobilní on-line terminál pro čtení identifikačních kódů
Obr. 3. Ruční bezdrátový snímač identifikačních kódů se snímacím modulem 2D
Obr. 4. Snímání s jednotlivými typy snímacích modulů v pořadí: a) laser, b) CCD, c) 2D imager
Obr. 5. Ukázky značení k DPM: a) laser, b) inkoustový tisk, c) mikroúder