王永安　范迪　秦東

【摘 要】“互聯(lián)網(wǎng)+”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(zhǔn)確查詢、信息缺失等問題，導(dǎo)致了船廠生產(chǎn)效率過低。為了解決這一問題，精確生產(chǎn)過程、縮短生產(chǎn)周期，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(shù)、條形碼技術(shù)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(jié)果表明系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，在未來將會受到船廠的廣泛青睞。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)；信息采集；RFID；條形碼技術(shù)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝置，對物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)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(dá)到對物理世界實時控制、精確管理和科學(xué)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(jīng)開始在船舶智能化建造技術(shù)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(chǎn)管理系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(zhì)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(zhǔn)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(biāo)，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(chǎn)前對人力負(fù)荷、建造方法、物流及自動化應(yīng)用等建造過程進行快速模擬和優(yōu)化，大幅提高生產(chǎn)效率，預(yù)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(chǎn)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(chǔ)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(zhǔn)確采集，實現(xiàn)對船廠人員，材料，經(jīng)濟調(diào)動的全局掌控，通過RFID技術(shù)及相應(yīng)傳感器技術(shù)記錄工廠操作人及操作人信息、加工參數(shù)等，若出現(xiàn)質(zhì)量問題后，可快速確定責(zé)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(yù)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(shù)參數(shù)等，通常采用傳感器實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)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(shù)；零部件識別采用條形碼技術(shù)；焊機技術(shù)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(zhuǎn)換、去噪濾波等技術(shù)。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(shè)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(guān)鍵技術(shù)

2.1 RFID技術(shù)在船廠智能車間中的應(yīng)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(shù)。第一，鋼材在預(yù)處理之前需要對其貼上電子標(biāo)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(biāo)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(zhì)與用途相同的零部件存放在同一托盤，將托盤貼上電子標(biāo)簽，存放在車間相應(yīng)的位置上。第三，工人刷采用RFID技術(shù)的工作卡工作，當(dāng)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(biāo)簽，焊機上裝有對應(yīng)的讀寫器，當(dāng)工人啟動焊機時，焊機會自動記錄工人的所有身份信息、當(dāng)前的工作內(nèi)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(shù)

2.2.1 條形碼技術(shù)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(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符，通常用條形碼掃描儀來讀取其內(nèi)對應(yīng)的唯一的信息。由于條形碼技術(shù)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(yīng)用于諸如物流、醫(yī)學(xué)、零售業(yè)等的大領(lǐng)域。

2.2.2 條形碼技術(shù)在船廠智能車間中的應(yīng)用

板材經(jīng)過前期預(yù)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(shù)，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(yīng)的板材上，當(dāng)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(yīng)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(shù)也被應(yīng)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(yīng)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(guān)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(shù)

傳感器技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)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(yù)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(zé)任編輯：田吉捷]