基于RFID技術的船舶焊機管理系統研究

岳宗杰，劉 曼

（渤海船舶職業學院，遼寧興城125105）

0 引言

隨著德國工業4.0概念的提出，工業中開始出現“數字化工廠”“一體化工程”“工業云”“智能制造”等名詞，近幾年最為重要的主題就是“產業集成，探索未來”，以網絡化、智能化生產過程為著眼點，進而提高船舶生產力、造船效率以及船舶建造的靈活性?；诖吮尘?，中國提出“十三五”計劃，計劃中明確提出了信息化和工業化相融合，即“二化”[1]。工業部和信息部提出“互聯網+”的概念，這為我國船舶工業加快推進智能制造，實現“兩化”深度融合，順應“互聯網+”浪潮提供了契機。中國船舶企業在此背景下大力推行船舶設計、船舶生產、船舶管理一體化的全面建設，使船廠走向信息化發展道路，發展智能船舶，打造智能船廠，提供智能制造的系統解決方案，用數字化、信息化、智能化推動船舶建造的發展，為船舶工業帶來實質性進展。

焊機在船舶建造過程中是非常重要的設備，而且它的數量巨大，故障率較高。按照以往的焊機管理流程，無法掌握焊機的動態信息，只有當焊機出現故障時，由施工人員上報維修，管理部門組織人員維修，才能得知焊機的信息，造成此地方焊機數量減少，從而影響造船的生產效率。針對以上情況，本文提出了基于RFID技術管理船舶焊機，借此優化焊機管理流程，監測焊機的動態信息，提升造船效率。

1 RFID技術

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）是一種非接觸自動識別技術，至今已有60多年的歷史，它通過射頻信號自動識別目標并獲取相關數據[2]。隨著RFID技術的不斷完善，在各行各業得到了應用，尤其最近幾年在船舶工程中的應用越來越廣泛，如在船廠倉儲管理中的應用，在船舶建造過程中中間產品的跟蹤，以及托盤管理中都得到了廣泛的應用。傳統的RFID技術由于它的局限性，已經不能滿足船舶工業發展的需要，未來船舶工業的發展將逐漸向區域智能化的標簽過渡，主要呈現以下幾個特征：智能標簽會出現多種多樣，以便應用于各種各樣的功能之中，其芯片的容量、通信的通道以及發射的頻率會呈現百花齊放的趨勢；在船舶設備管理中會出現多標簽的應用，以滿足管理的需要；基于RFID信息管理的數據融合，方便管理者得出正確的結論，用來提升船舶的生產效率。

普通的RFID系統由電子標簽、閱讀器、中間件和應用系統軟件組成[3]?；竟ぷ髟硎怯砷喿x器通過發射天線輸出特定頻率的射頻信號，當信號能夠有效地讀出電子標簽時，會產生感應電流，從而獲得能量，電子標簽上的信息被激活，可以將自身攜帶的編碼、信息通過自帶的天線輸送出去。閱讀器中的接收裝置接到電子標簽中的信息，將接收的信息輸送到信號的處理模塊，在經過解調和解碼后將有用的信息輸送到后臺的主機處理[4]。計算機系統通過程序員編程的設計要求，分別對信息進行不同方式的處理及應用，通過設計的程序編碼進行信息的提取，進行智能化的信息提取、綜合、分析，從而得到人們最想要的結果，信息處理完成之后，就可以把這些信息通過輸送裝置輸送到上一級的信息處理中，實現信息的輸送、反饋、總結。通?？梢园裄FID工作原理分為三級：第一級對應焊機設備上的電子標簽，發出信號；第二級對應中間閱讀器，主要把信息呈現給現場的施工人員、班組長等，比如移動設備、手機、ipad等；第三級對應電腦終端，主要為管理人員服務，能夠實時提供管理人員所需要的信息，具體如圖1所示。

圖1 RFID簡單工作原理示意圖

2 焊機管理分析

2.1 傳統焊機管理的劣勢

由于船廠屬于勞動密集型制造企業，船舶的零件與零件之間、部件與部件之間、小分段與小分段之間、大分段與大分段之間都需要焊機把它們焊接起來，所以船廠焊機的工作量繁重，需要的焊機數量也非常巨大。按照傳統焊機的管理方式，為了保證船廠的正常運行，船廠需要購買大量的焊機，這就需要大量的資金投入。由于買來的焊機數量大，隨之需要大量的人力對其進行維修和管理，造成資金的大量浪費，國內骨干船廠的自動化水平比較高，已經開始使用焊接機器人，焊接機器人需要的資金、人力的維修等管理項會變得更加龐大。船廠在焊機管理中比較突出的問題表現在以下幾個方面：第一，每塊船板、舾裝件都需要焊接，所以需要的焊機很多，而傳統的焊機管理不能使其數量減少，從而造成了一定的浪費。第二，維修、管理中需要投入大量的人力來維護焊機的正常運行。第三，不能實時得到焊機的各種信息，比如焊機使用了多少年，維修過什么地方，以及容易出現故障的焊機有哪些，在什么位置、什么時間、哪些人在使用、是否符合焊接工藝、是否操作正確等。針對以上問題，提出利用RFID技術管理焊機，可有效解決上述所有問題。

2.2 利用RFID技術管理焊機的優勢

利用RFID技術管理焊機比傳統管理方式存在著明顯的優勢，主要表現在以下幾個方面：第一，通過RFID技術可以使焊機的數量減少，降低使用資金，提高船舶生產效率。比如通過智能標簽可以實時知道哪些焊機在使用，還有多少焊機在閑置，通過電腦軟件的分析，已達到焊機數量的最優解，保證造船過程的穩定、持續。第二，通過RFID技術可以減少維修人員及管理人員，利用RFID技術只需要一個工作人員手持終端，記錄每個焊機的狀態并及時地反饋給電腦中的數據庫，數據庫中就會有該焊機的信息，并及時地分析出焊機可能會出現的狀況，傳送給管理人員做決定，管理人員依據該數據可以一目了然地知道焊機的情況。第三，RFID技術實時掌握焊機的動態信息，通過反饋的信息得出最優的管理方式，還可以記錄焊機的信息，比如：記錄生產廠家的信息用來確定維修時是否返廠，記錄生產日期用來確保使用的年限，記錄焊機使用的各種參數用來保證造船的效率，記錄焊機的流通方向用來保證造船過程的有序進行，甚至還可以記錄焊機使用部門、使用者、正在干什么、操作是否正確、工藝是否達到標準，實時掌握造船動態。利用RFID技術管理焊機，通過實時監測對焊機進行實時管理，提高了焊機的使用效率，縮短了船舶建造周期。

3 RFID技術在焊機管理中的應用

RFID技術在焊機管理過程中的應用可以分為三大部分：焊機前期信息的收集，輸送、收集信息的處理和計算機終端的顯示。

第一，焊機前期信息的收集，在焊機上貼上帶有其信息的標簽，通過RFID技術識別該信息模塊，讀取焊機上的信息，然后通過傳送裝置把信息輸送給數據庫及系統終端，用到的主要裝置是手持終端、電子標簽以及傳送裝置等，具體工作流程如圖2所示。

圖2 信息的收集

第二，焊機管理中的信息都是通過無線的傳感網絡來實現的，前期的信息收集通過輸送裝置傳到數據庫，數據庫在對信息進行處理、反饋、儲存等，加工的信息最終呈現到表現層。編程人員通過設計代碼，使數據庫具有數據的更新、增加、修改、查詢等主要功能。

第三，計算機系統就是把數據庫及業務邏輯層的信息處理結果展示給管理人員，以便管理人員得到焊機的實時動態信息。界面顯示的信息主要包括焊機的基本信息、焊機狀態、焊接工人狀態、焊接工藝、預警界面、焊接維修等。焊機的基本信息包括生產商、使用年限、出廠日期、購買日期、購買人等；焊機狀態包括焊機位置、空載狀態、工作狀態、閑置狀態、超負荷工作狀態等；焊接工人狀態主要監控工人是否疲勞工作，保證人員安全及生產效率；預警界面主要通過分析焊機經常出現的故障、工人的操作、使用年限等，得出預警信息，保證生產的持續性。

通過以上描述，焊機管理系統可以分為三層結構：表現層、業務邏輯層、數據訪問層，通過分層把復雜的焊機管理系統變得簡單化，保證焊機管理系統的穩定性、安全性、科學性，具體如圖3所示。

圖3 系統的三層結構

4 結論

通過構建焊機的無線網絡管理，中國船舶企業信息化得到有效提升，中國船舶企業在管理方面相比較發達國家船企存在著一定的差距，在焊機管理中應用RFID技術，可以彌補我國船廠企業焊機管理方面的不足，也是實現智能化造船不可缺少的因素。本文在構建焊機管理中用到的RFID技術，有利于實時分析焊機的工作狀態，監控焊接工藝是否達到標準，實現焊機數量的最優解，以最少的設備完成最大的工作量，減少資金、人員的投入，增加船廠的收益。本文初步構建了焊機管理系統的思路，為實現智能化船廠提供了理論上的支持。