基于互联网的船体分段智能建造车间信息采集系统的设计

王永安　范迪　秦东

【摘 要】“互联网+”的浪潮席卷而来，然而目前船厂仍然存在建造车间信息数据无法准确查询、信息缺失等问题，导致了船厂生产效率过低。为了解决这一问题，精确生产过程、缩短生产周期，基于物联网技术，研发了一套完整的信息采集系统，从而实现船舶整个分段建造的数据信息完整化。系统基于RFID无线射频技术、条形码技术以及各种专业传感器对船厂建造车间的信息数据进行采集。试验结果表明系统数据采集准确，在未来将会受到船厂的广泛青睐。

【关键词】互联网；信息采集；RFID；条形码技术

0 引言

物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置，对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物之间的信息交互和连接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。

早年韩国两大造船企业大宇造船和三星重工就已经开始在船舶智能化建造技术方面部署了一些具体的实施方案和规划。2011年韩国大宇造船开发了分段制造过程生产管理系统，通过互联网技术将造船中期计划系统的包括各个工作子系统、分段运输系统和质量控制系统的所有信息综合集为一体，使管理人员能及时、准确地掌握工作过程中的任何偏差，得以迅速采取措施加以纠正。三星重工于2002年提出了“数字化船厂”的发展目标，拟投资60亿韩元建成一套数字化造船系统，可在虚拟化环境下模拟从开工到下水的整个造船过程。通过与CAD 系统的接口，该系统可在实际生产前对人力负荷、建造方法、物流及自动化应用等建造过程进行快速模拟和优化，大幅提高生产效率，预计每年巨济船厂因此可以削减船坞的成本400 亿韩元。但中国目前智能化和数字化程度相对较低，生产节奏与日韩这些造船强国完全无法相提并论。

本文在前期研究成果的基础上，通过研发一套信息采集系统，可实现对于船厂数据的充分准确采集，实现对船厂人员，材料，经济调动的全局掌控，通过RFID技术及相应传感器技术记录工厂操作人及操作人信息、加工参数等，若出现质量问题后，可快速确定责任人和操作历史数据，方便问题分析。

1 绪论

数据采集的对象是分段装配预处理，焊接，切割等信息，该信息主要包括操作人员、装配零部件、施工技术参数等，通常采用传感器实现信息转化成数字信号。其中对于操作人员、施工地点信息的采集主要采用RFID无线射频技术；零部件识别采用条形码技术；焊机技术参数采集主要是采用专业传感器，主要涉及到模数转换、去噪滤波等技术。同时还需要通过单片机对各采集模块进行整合，研发分段加工设备信息采集的下位机。

2 智能建造车间数据采集系统的关键技术

2.1 RFID技术在船厂智能车间中的应用

在船厂的船体分段智能建造车间中有三处需要用到RFID技術。第一，钢材在预处理之前需要对其贴上电子标签存放在堆场以记录其在堆场存放位置和钢材材料、用途等信息，通过射频无线电波与安装在堆场入口和出口的电子标签读写器进行数据的交换，并且将数据显示在上位机上。第二，对钢板切割后的零部件进行管理，将性质与用途相同的零部件存放在同一托盘，将托盘贴上电子标签，存放在车间相应的位置上。第三，工人刷采用RFID技术的工作卡工作，当某一工人使用焊机时，用自己的工作卡启动焊机，工作卡上贴有电子标签，焊机上装有对应的读写器，当工人启动焊机时，焊机会自动记录工人的所有身份信息、当前的工作内容和焊机此时的焊接参数等信息，并且将数据显示到焊机的显示屏和上位机上。

2.2 条形码技术

2.2.1 条形码技术的定义及优点

条形码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符，通常用条形码扫描仪来读取其内对应的唯一的信息。由于条形码技术具有扫描操作方便易行、条码制作简单、信息采集速度快、信息采集量极大等优点，使其被广泛应用于诸如物流、医学、零售业等的大领域。

2.2.2 条形码技术在船厂智能车间中的应用

板材经过前期预处理后，需要在船厂的智能分段建造车间进行下一步的切割工作。由于目前船厂板材切割大都使用传统方法，效率极低，耗费大量时间。故本系统采用条形码技术，制作出载有板材类型、板材尺寸参数等信息的条码，将其贴在对应的板材上，当工人用条形码扫描仪读取条码时可得板材信息，再通过与库文件中记载的相应板材信息进行对比从而找出板材的切割图形及切割尺寸等信息。同样，此技术也被应用于接下来的零部件焊接过程中。通过条形码扫描仪扫描两块零部件采集相应的焊接参数，判断零部件此时能否被焊接，通过对比不同零部件的焊接参数等信息，判断两零部件之间是否有焊接关系，从而避免了焊接顺序、焊接过程出现不必要的差错，对于提高建造车间工作效率有极大的帮助。

2.3 传感器技术

传感器技术广泛应用于各个领域，生活中的各个角落都离不开传感器，船厂也不例外。作为一种极为方便的信息采集装置，本系统用到温湿度传感器，用于采集在预处理、板材切割、焊接、仓库管理等各个阶段的温度以及湿度。用到电流及电压传感器，采集各个焊接过程中用到的电流及电压，通过传输系统上传到数据库进行对比，判断焊接过程电流及电压等参数是否合理，从而保证了焊接过程正确进行，减少材料损失。

3 系统总体框架

【参考文献】

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[责任编辑：田吉捷]