基于互聯網的船體分段智能建造車間信息采集系統的設計

王永安　范迪　秦東

【摘 要】“互聯網+”的浪潮席卷而來，然而目前船廠仍然存在建造車間信息數據無法準確查詢、信息缺失等問題，導致了船廠生產效率過低。為了解決這一問題，精確生產過程、縮短生產周期，基于物聯網技術，研發了一套完整的信息采集系統，從而實現船舶整個分段建造的數據信息完整化。系統基于RFID無線射頻技術、條形碼技術以及各種專業傳感器對船廠建造車間的信息數據進行采集。試驗結果表明系統數據采集準確，在未來將會受到船廠的廣泛青睞。

【關鍵詞】互聯網；信息采集；RFID；條形碼技術

0 引言

物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸，它利用感知技術與智能裝置，對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯，進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物之間的信息交互和連接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。

早年韓國兩大造船企業大宇造船和三星重工就已經開始在船舶智能化建造技術方面部署了一些具體的實施方案和規劃。2011年韓國大宇造船開發了分段制造過程生產管理系統，通過互聯網技術將造船中期計劃系統的包括各個工作子系統、分段運輸系統和質量控制系統的所有信息綜合集為一體，使管理人員能及時、準確地掌握工作過程中的任何偏差，得以迅速采取措施加以糾正。三星重工于2002年提出了“數字化船廠”的發展目標，擬投資60億韓元建成一套數字化造船系統，可在虛擬化環境下模擬從開工到下水的整個造船過程。通過與CAD 系統的接口，該系統可在實際生產前對人力負荷、建造方法、物流及自動化應用等建造過程進行快速模擬和優化，大幅提高生產效率，預計每年巨濟船廠因此可以削減船塢的成本400 億韓元。但中國目前智能化和數字化程度相對較低，生產節奏與日韓這些造船強國完全無法相提并論。

本文在前期研究成果的基礎上，通過研發一套信息采集系統，可實現對于船廠數據的充分準確采集，實現對船廠人員，材料，經濟調動的全局掌控，通過RFID技術及相應傳感器技術記錄工廠操作人及操作人信息、加工參數等，若出現質量問題后，可快速確定責任人和操作歷史數據，方便問題分析。

1 緒論

數據采集的對象是分段裝配預處理，焊接，切割等信息，該信息主要包括操作人員、裝配零部件、施工技術參數等，通常采用傳感器實現信息轉化成數字信號。其中對于操作人員、施工地點信息的采集主要采用RFID無線射頻技術；零部件識別采用條形碼技術；焊機技術參數采集主要是采用專業傳感器，主要涉及到模數轉換、去噪濾波等技術。同時還需要通過單片機對各采集模塊進行整合，研發分段加工設備信息采集的下位機。

2 智能建造車間數據采集系統的關鍵技術

2.1 RFID技術在船廠智能車間中的應用

在船廠的船體分段智能建造車間中有三處需要用到RFID技術。第一，鋼材在預處理之前需要對其貼上電子標簽存放在堆場以記錄其在堆場存放位置和鋼材材料、用途等信息，通過射頻無線電波與安裝在堆場入口和出口的電子標簽讀寫器進行數據的交換，并且將數據顯示在上位機上。第二，對鋼板切割后的零部件進行管理，將性質與用途相同的零部件存放在同一托盤，將托盤貼上電子標簽，存放在車間相應的位置上。第三，工人刷采用RFID技術的工作卡工作，當某一工人使用焊機時，用自己的工作卡啟動焊機，工作卡上貼有電子標簽，焊機上裝有對應的讀寫器，當工人啟動焊機時，焊機會自動記錄工人的所有身份信息、當前的工作內容和焊機此時的焊接參數等信息，并且將數據顯示到焊機的顯示屏和上位機上。

2.2 條形碼技術

2.2.1 條形碼技術的定義及優點

條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規則排列，用以表達一組信息的圖形標識符，通常用條形碼掃描儀來讀取其內對應的唯一的信息。由于條形碼技術具有掃描操作方便易行、條碼制作簡單、信息采集速度快、信息采集量極大等優點，使其被廣泛應用于諸如物流、醫學、零售業等的大領域。

2.2.2 條形碼技術在船廠智能車間中的應用

板材經過前期預處理后，需要在船廠的智能分段建造車間進行下一步的切割工作。由于目前船廠板材切割大都使用傳統方法，效率極低，耗費大量時間。故本系統采用條形碼技術，制作出載有板材類型、板材尺寸參數等信息的條碼，將其貼在對應的板材上，當工人用條形碼掃描儀讀取條碼時可得板材信息，再通過與庫文件中記載的相應板材信息進行對比從而找出板材的切割圖形及切割尺寸等信息。同樣，此技術也被應用于接下來的零部件焊接過程中。通過條形碼掃描儀掃描兩塊零部件采集相應的焊接參數，判斷零部件此時能否被焊接，通過對比不同零部件的焊接參數等信息，判斷兩零部件之間是否有焊接關系，從而避免了焊接順序、焊接過程出現不必要的差錯，對于提高建造車間工作效率有極大的幫助。

2.3 傳感器技術

傳感器技術廣泛應用于各個領域，生活中的各個角落都離不開傳感器，船廠也不例外。作為一種極為方便的信息采集裝置，本系統用到溫濕度傳感器，用于采集在預處理、板材切割、焊接、倉庫管理等各個階段的溫度以及濕度。用到電流及電壓傳感器，采集各個焊接過程中用到的電流及電壓，通過傳輸系統上傳到數據庫進行對比，判斷焊接過程電流及電壓等參數是否合理，從而保證了焊接過程正確進行，減少材料損失。

3 系統總體框架

【參考文獻】

[1]朱航，曹來江，朱國盛.物聯網技術在船舶工業的應用綜述[J].造（下轉第61頁）（上接第40頁）船技術，2012（6）：5-8+32.

[2]曹博，譚松，王庚.日韓造船業智能化之路[J].船舶物資與市場，2016（4）：9-12.

[3]郭文懋，蔣志勇，王岳.RFID技術在船舶工業的應用綜述[J].中國水運（下半月），2013（12）：105-106.

[4]王炬成，莊方銘，卞鋼勇.RFID技術在船廠倉儲管理中的研究與應用[J].造船技術，2014（5）：1-3+39.

[5]陳宇.條形碼技術在物流中的應用研究[J].石家莊鐵道學院學報，2006（S1）：180-182.

[6]亦恒.多種傳感器融合技術在智能家居中的應用[J].電子技術與軟件工程，2016（24）：134.

[責任編輯：田吉捷]