基于互聯(lián)網的船體分段智能建造車間信息采集系統(tǒng)的設計

王永安　范迪　秦東

【摘 要】“互聯(lián)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(shù)據(jù)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(lián)網技術，研發(fā)了一套完整的信息采集系統(tǒng)，從而實現(xiàn)船舶整個分段建造的數(shù)據(jù)信息完整化。系統(tǒng)基于RFID無線射頻技術、條形碼技術以及各種專業(yè)傳感器對船廠建造車間的信息數(shù)據(jù)進行采集。試驗結果表明系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準確，在未來將會受到船廠的廣泛青睞。

【關鍵詞】互聯(lián)網；信息采集；RFID；條形碼技術

0 引言

物聯(lián)網是通信網和互聯(lián)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(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)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(yè)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(guī)劃。2011年韓國大宇造船開發(fā)了分段制造過程生產管理系統(tǒng)，通過互聯(lián)網技術將造船中期計劃系統(tǒng)的包括各個工作子系統(tǒng)、分段運輸系統(tǒng)和質量控制系統(tǒng)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(shù)字化船廠”的發(fā)展目標，擬投資60億韓元建成一套數(shù)字化造船系統(tǒng)，可在虛擬化環(huán)境下模擬從開工到下水的整個造船過程。通過與CAD 系統(tǒng)的接口，該系統(tǒng)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(yōu)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(shù)字化程度相對較低，生產節(jié)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(fā)一套信息采集系統(tǒng)，可實現(xiàn)對于船廠數(shù)據(jù)的充分準確采集，實現(xiàn)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(shù)等，若出現(xiàn)質量問題后，可快速確定責任人和操作歷史數(shù)據(jù)，方便問題分析。

1 緒論

數(shù)據(jù)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(shù)等，通常采用傳感器實現(xiàn)信息轉化成數(shù)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(shù)采集主要是采用專業(yè)傳感器，主要涉及到模數(shù)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(fā)分段加工設備信息采集的下位機。

2 智能建造車間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)據(jù)的交換，并且將數(shù)據(jù)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(shù)等信息，并且將數(shù)據(jù)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(yōu)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(guī)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(yōu)點，使其被廣泛應用于諸如物流、醫(yī)學、零售業(yè)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(tǒng)方法，效率極低，耗費大量時間。故本系統(tǒng)采用條形碼技術，制作出載有板材類型、板材尺寸參數(shù)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(shù)，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(shù)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)上傳到數(shù)據(jù)庫進行對比，判斷焊接過程電流及電壓等參數(shù)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(tǒng)總體框架

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[責任編輯：田吉捷]