基于RFID技术的船舶焊机管理系统研究

岳宗杰，刘 曼

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）

0 引言

随着德国工业4.0概念的提出，工业中开始出现“数字化工厂”“一体化工程”“工业云”“智能制造”等名词，近几年最为重要的主题就是“产业集成，探索未来”，以网络化、智能化生产过程为着眼点，进而提高船舶生产力、造船效率以及船舶建造的灵活性。基于此背景，中国提出“十三五”计划，计划中明确提出了信息化和工业化相融合，即“二化”[1]。工业部和信息部提出“互联网+”的概念，这为我国船舶工业加快推进智能制造，实现“两化”深度融合，顺应“互联网+”浪潮提供了契机。中国船舶企业在此背景下大力推行船舶设计、船舶生产、船舶管理一体化的全面建设，使船厂走向信息化发展道路，发展智能船舶，打造智能船厂，提供智能制造的系统解决方案，用数字化、信息化、智能化推动船舶建造的发展，为船舶工业带来实质性进展。

焊机在船舶建造过程中是非常重要的设备，而且它的数量巨大，故障率较高。按照以往的焊机管理流程，无法掌握焊机的动态信息，只有当焊机出现故障时，由施工人员上报维修，管理部门组织人员维修，才能得知焊机的信息，造成此地方焊机数量减少，从而影响造船的生产效率。针对以上情况，本文提出了基于RFID技术管理船舶焊机，借此优化焊机管理流程，监测焊机的动态信息，提升造船效率。

1 RFID技术

射频识别技术（Radio Frequency Identification，简称RFID）是一种非接触自动识别技术，至今已有60多年的历史，它通过射频信号自动识别目标并获取相关数据[2]。随着RFID技术的不断完善，在各行各业得到了应用，尤其最近几年在船舶工程中的应用越来越广泛，如在船厂仓储管理中的应用，在船舶建造过程中中间产品的跟踪，以及托盘管理中都得到了广泛的应用。传统的RFID技术由于它的局限性，已经不能满足船舶工业发展的需要，未来船舶工业的发展将逐渐向区域智能化的标签过渡，主要呈现以下几个特征：智能标签会出现多种多样，以便应用于各种各样的功能之中，其芯片的容量、通信的通道以及发射的频率会呈现百花齐放的趋势；在船舶设备管理中会出现多标签的应用，以满足管理的需要；基于RFID信息管理的数据融合，方便管理者得出正确的结论，用来提升船舶的生产效率。

普通的RFID系统由电子标签、阅读器、中间件和应用系统软件组成[3]。基本工作原理是由阅读器通过发射天线输出特定频率的射频信号，当信号能够有效地读出电子标签时，会产生感应电流，从而获得能量，电子标签上的信息被激活，可以将自身携带的编码、信息通过自带的天线输送出去。阅读器中的接收装置接到电子标签中的信息，将接收的信息输送到信号的处理模块，在经过解调和解码后将有用的信息输送到后台的主机处理[4]。计算机系统通过程序员编程的设计要求，分别对信息进行不同方式的处理及应用，通过设计的程序编码进行信息的提取，进行智能化的信息提取、综合、分析，从而得到人们最想要的结果，信息处理完成之后，就可以把这些信息通过输送装置输送到上一级的信息处理中，实现信息的输送、反馈、总结。通常可以把RFID工作原理分为三级：第一级对应焊机设备上的电子标签，发出信号；第二级对应中间阅读器，主要把信息呈现给现场的施工人员、班组长等，比如移动设备、手机、ipad等；第三级对应电脑终端，主要为管理人员服务，能够实时提供管理人员所需要的信息，具体如图1所示。

图1 RFID简单工作原理示意图

2 焊机管理分析

2.1 传统焊机管理的劣势

由于船厂属于劳动密集型制造企业，船舶的零件与零件之间、部件与部件之间、小分段与小分段之间、大分段与大分段之间都需要焊机把它们焊接起来，所以船厂焊机的工作量繁重，需要的焊机数量也非常巨大。按照传统焊机的管理方式，为了保证船厂的正常运行，船厂需要购买大量的焊机，这就需要大量的资金投入。由于买来的焊机数量大，随之需要大量的人力对其进行维修和管理，造成资金的大量浪费，国内骨干船厂的自动化水平比较高，已经开始使用焊接机器人，焊接机器人需要的资金、人力的维修等管理项会变得更加庞大。船厂在焊机管理中比较突出的问题表现在以下几个方面：第一，每块船板、舾装件都需要焊接，所以需要的焊机很多，而传统的焊机管理不能使其数量减少，从而造成了一定的浪费。第二，维修、管理中需要投入大量的人力来维护焊机的正常运行。第三，不能实时得到焊机的各种信息，比如焊机使用了多少年，维修过什么地方，以及容易出现故障的焊机有哪些，在什么位置、什么时间、哪些人在使用、是否符合焊接工艺、是否操作正确等。针对以上问题，提出利用RFID技术管理焊机，可有效解决上述所有问题。

2.2 利用RFID技术管理焊机的优势

利用RFID技术管理焊机比传统管理方式存在着明显的优势，主要表现在以下几个方面：第一，通过RFID技术可以使焊机的数量减少，降低使用资金，提高船舶生产效率。比如通过智能标签可以实时知道哪些焊机在使用，还有多少焊机在闲置，通过电脑软件的分析，已达到焊机数量的最优解，保证造船过程的稳定、持续。第二，通过RFID技术可以减少维修人员及管理人员，利用RFID技术只需要一个工作人员手持终端，记录每个焊机的状态并及时地反馈给电脑中的数据库，数据库中就会有该焊机的信息，并及时地分析出焊机可能会出现的状况，传送给管理人员做决定，管理人员依据该数据可以一目了然地知道焊机的情况。第三，RFID技术实时掌握焊机的动态信息，通过反馈的信息得出最优的管理方式，还可以记录焊机的信息，比如：记录生产厂家的信息用来确定维修时是否返厂，记录生产日期用来确保使用的年限，记录焊机使用的各种参数用来保证造船的效率，记录焊机的流通方向用来保证造船过程的有序进行，甚至还可以记录焊机使用部门、使用者、正在干什么、操作是否正确、工艺是否达到标准，实时掌握造船动态。利用RFID技术管理焊机，通过实时监测对焊机进行实时管理，提高了焊机的使用效率，缩短了船舶建造周期。

3 RFID技术在焊机管理中的应用

RFID技术在焊机管理过程中的应用可以分为三大部分：焊机前期信息的收集，输送、收集信息的处理和计算机终端的显示。

第一，焊机前期信息的收集，在焊机上贴上带有其信息的标签，通过RFID技术识别该信息模块，读取焊机上的信息，然后通过传送装置把信息输送给数据库及系统终端，用到的主要装置是手持终端、电子标签以及传送装置等，具体工作流程如图2所示。

图2 信息的收集

第二，焊机管理中的信息都是通过无线的传感网络来实现的，前期的信息收集通过输送装置传到数据库，数据库在对信息进行处理、反馈、储存等，加工的信息最终呈现到表现层。编程人员通过设计代码，使数据库具有数据的更新、增加、修改、查询等主要功能。

第三，计算机系统就是把数据库及业务逻辑层的信息处理结果展示给管理人员，以便管理人员得到焊机的实时动态信息。界面显示的信息主要包括焊机的基本信息、焊机状态、焊接工人状态、焊接工艺、预警界面、焊接维修等。焊机的基本信息包括生产商、使用年限、出厂日期、购买日期、购买人等；焊机状态包括焊机位置、空载状态、工作状态、闲置状态、超负荷工作状态等；焊接工人状态主要监控工人是否疲劳工作，保证人员安全及生产效率；预警界面主要通过分析焊机经常出现的故障、工人的操作、使用年限等，得出预警信息，保证生产的持续性。

通过以上描述，焊机管理系统可以分为三层结构：表现层、业务逻辑层、数据访问层，通过分层把复杂的焊机管理系统变得简单化，保证焊机管理系统的稳定性、安全性、科学性，具体如图3所示。

图3 系统的三层结构

4 结论

通过构建焊机的无线网络管理，中国船舶企业信息化得到有效提升，中国船舶企业在管理方面相比较发达国家船企存在着一定的差距，在焊机管理中应用RFID技术，可以弥补我国船厂企业焊机管理方面的不足，也是实现智能化造船不可缺少的因素。本文在构建焊机管理中用到的RFID技术，有利于实时分析焊机的工作状态，监控焊接工艺是否达到标准，实现焊机数量的最优解，以最少的设备完成最大的工作量，减少资金、人员的投入，增加船厂的收益。本文初步构建了焊机管理系统的思路，为实现智能化船厂提供了理论上的支持。