Snímání dat ve výrobě – bezdrátové přenosy

V mnoha podnicích dochází k automatizovanému sběru dat z výrobních linek. Způsobů, jak toto činit, je nepřeberné množství – od ručního zápisu, přes ručně snímané čárové (1D) kódy, 2D kódy, RFID tagy atd. až po automatizovaný sběr (zejména u vysokoobrátkové, sériové výroby). Tato data mohou být rovněž přepravována od svého zdroje, ke svému cíli, několika způsoby. V tomto článku se budu věnovat ručnímu čtení čárových kódů s bezdrátovým přenosem.

Topologie linek ve výrobních halách může vytvářet a zpravidla také vytváří, velmi složité prostředí pro šíření bezdrátového signálu. Pro eliminaci negativních vlivů, které snižují efektivitu datových přenosů prostřednictvím bezdrátové sítě (dále WLAN), bylo vymyšleno mnoho způsobů a „fíglů“. Nutno předeslat, že žádný způsob není beze zbytku univerzální, protože, jak všichni cítí, co prostředí, to odlišné parametry. Nicméně, existuje několik obecných pomůcek, které mohou pomoci z nejhoršího v případě, že se dotyční lidé, zodpovědní za provoz ekosystému sběru dat, dostanou do potíží.

Unifikace

Před několika lety, kdy se ve výrobní sféře bezdrátové technologie začaly hojně využívat, vypadal klasický model následovně. Ve výrobních prostorách bylo instalováno několik přístupových bodů (AP), jež bylo nutno nastavit tak, aby mezi nimi nedocházelo ke vzájemnému rušení (nebo interferenci) a koncová zařízení byla schopná se bez problémů k AP připojit. Protože však bezdrátové vysílání není možné přesně ohraničit, docházelo k případům interference/rušení i přes relativně poctivé nastavení celé sítě. Do hry vstupují též hojné lomy a odrazy, pasti ve formě Fresnelových zón [1][2], do jisté míry také skrytých uzlů [1] apod. Pro zjednodušení a především z důvodů úspor byly nasazeny všesměrové antény místo sektorových (start-up firmy tlačí manažery redukovat náklady na nejmenší možnou míru – strašák červených čísel v mnoha případech přebije v méně progresivních manažerech pochopení pro reálné a nutné požadavky, které jsou zpravidla později vyžadované, ovšem nutně za mnohokrát vyšších nákladů a problémů s tím spojených, ale to je jiná kapitola 🙂 ) atd.

Výsledkem byla celkem funkční síť, jejíž využitelnost ovšem se stoupajícím zájmem o její využívání… klesala. Odvážnější firmy tedy neváhaly investovat do pokrokovějších systémů – centralizovaných řešení (např. Cisco Unified Wireless Network [1]). Tato řešení již obsahují inteligentní algoritmy pro automatické nastavování vysílacího výkonu na AP, selekci vysílacích kanálů podle stavu prostředí, vykrývání vyřazených AP (z důvodů odstávky např.), mesh[1] topologii apod.

I přes zvyšující se „chytrost“ hardware a software pro provoz bezdrátové sítě, vyskytuje se mnoho problémů, které je nutno řešit jediným možným nástrojem – lidským mozkem.

Síť versus koncová zařízení

Modelový příklad: firma povýšila svou bezdrátovou síť na unifikované řešení (Cisco WCS [1]). Protože také koncová zařízení, staré bezdrátové čtečky 1D kódů (Denso BHT-7500W [1]), vykazovaly stále častější poruchy, došlo k náhradě části starších čteček za čtečky modernější (Denso BHT-200 [1]). V dalším kroku pak zbytek nejstarších nahradily nejnovější (BHT-700 [1]), protože BHT-200 toho času již byly nahrazeny BHT-700 řadou.

Dokud nebyly nároky na sběr dat příliš přísné (tolerance chybovosti čtení byla poměrně benevolentní, neboť se chyby eliminovaly ruční kontrolou), o problémech téměř nebylo vidu ani slechu. Když se však firma rozhodla implementovat systém sběru dat, který měl sloužit jako podklad pro rozhodovací procesy – plánování výroby, nákup, traceabilitu výrobků apod. (prostě MES [1]), chyby ve sběru najednou byly výrazné, protože bylo požadováno on-line sledování.

Problémy ve výpadcích sběru dat byly zajímavé v tom, že se vyskytovaly na relativně moderních (byť japonských) čtečkách Denso BHT-200 a 700, a to stejně výrazně, jako na zbytku nejstarších BHT-7500W. Tyto problémy by se daly kategorizovat takto:

  1. přerušení spojení mezi čtečkou a serverem po „usnutí“ čtečky
  2. opožděné zápisy čtených kódů na server, zpomalená zpětná vazba
  3. občasné „vytuhnutí“ čteček během sběru dat
Po vyloučení/korekci vlivu mimo bezdrátovou infrastrukturu (tj. po optimalizaci informačního systému, upgradu firmware na „pevných“ síťových prvcích Cisco, updatu terminálového software na čtečkách atd.), byly řešeny výše zmíněné problémy následovně:
  1. úpravou nastavení ve Windows CE bylo zakázáno „usínání“ bezdrátového modulu čtečky, obecné usínání čtečky jako celku bylo již dříve vypnuto přes nastavení vlastností napájení přímo ve Windows [1]
  2. Tato chyba (stejně jako následující) byla poměrně náročná na klasifikaci. Ve výsledku šlo o to, že Cisco systém poskytuje tzv. CCX [1], které, ve zkratce, umožňuje používat vylepšení pro zařízení, která tento Cisco „standard“ podporují. Bohužel však starší BHT-200 s Win CE 5 není pro CCX testována (narozdíl od BHT-700 – také s Win CE 5 – které podporují nejvyšší verzi 4). Tato kombinace, tj. zapnutá podpora CCX na Cisco sítí a absence kompatibility na BHT-200 způsobovala část problémů s výpadky čteček. Po „vypnutí“ podpory CCX na Cisco kontrolerech (Aironet IE = disabled), došlo na řešení zbytku problémů (zároveň dle vyjádření Cisco partnerů by tato funkcionalita neměla mít žádný vliv na zařízení, která ji nepodporují – ha ha ha). Ty způsobovala defaultně nastavená hodnota MTU (resp. Fragmentation Threshold) – 2346 b. Protože prostředí bylo velmi náročné na šíření signálu (velká složitost, mnoho různě velkých předmětů z různých materiálů), docházelo k vysoké chybovosti přenosu datových paketů mezi čtečkami a AP. Proto bylo nutné časté replikování nedoručených paketů, což při výše zmíněné velikosti (2346) znamenalo velkou náročnost na přenosovou kapacitu. Snížením hodnoty na standardních (Ethernet) 1500 bajtů, došlo k velmi výraznému pokroku a problémy téměř vymizely.
  3. Viz bod 2
Závěr
Nastavení bezdrátových sítí v prostředí, které je velmi různorodé z hlediska množství a tvaru objektů, není vyladění bezdrátového signálu jednoduchá záležitost. Nicméně, při vynaložení jistého úsilí se dá i ze zdánlivého nic vybudovat efektivní něco, které pomůže měřitelným způsobem zajišťovat kontinuitu sběru dat, přeneseně tedy pozitivně ovlivňovat rozhodovací procesy a tedy business kontinuitu firmy. A o tom IT v podnicích přesně je.