基于RFID技術(shù)的船舶焊機(jī)管理系統(tǒng)研究

岳宗杰，劉 曼

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

0 引言

隨著德國工業(yè)4.0概念的提出，工業(yè)中開始出現(xiàn)“數(shù)字化工廠”“一體化工程”“工業(yè)云”“智能制造”等名詞，近幾年最為重要的主題就是“產(chǎn)業(yè)集成，探索未來”，以網(wǎng)絡(luò)化、智能化生產(chǎn)過程為著眼點(diǎn)，進(jìn)而提高船舶生產(chǎn)力、造船效率以及船舶建造的靈活性。基于此背景，中國提出“十三五”計(jì)劃，計(jì)劃中明確提出了信息化和工業(yè)化相融合，即“二化”[1]。工業(yè)部和信息部提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念，這為我國船舶工業(yè)加快推進(jìn)智能制造，實(shí)現(xiàn)“兩化”深度融合，順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”浪潮提供了契機(jī)。中國船舶企業(yè)在此背景下大力推行船舶設(shè)計(jì)、船舶生產(chǎn)、船舶管理一體化的全面建設(shè)，使船廠走向信息化發(fā)展道路，發(fā)展智能船舶，打造智能船廠，提供智能制造的系統(tǒng)解決方案，用數(shù)字化、信息化、智能化推動(dòng)船舶建造的發(fā)展，為船舶工業(yè)帶來實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

焊機(jī)在船舶建造過程中是非常重要的設(shè)備，而且它的數(shù)量巨大，故障率較高。按照以往的焊機(jī)管理流程，無法掌握焊機(jī)的動(dòng)態(tài)信息，只有當(dāng)焊機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由施工人員上報(bào)維修，管理部門組織人員維修，才能得知焊機(jī)的信息，造成此地方焊機(jī)數(shù)量減少，從而影響造船的生產(chǎn)效率。針對(duì)以上情況，本文提出了基于RFID技術(shù)管理船舶焊機(jī)，借此優(yōu)化焊機(jī)管理流程，監(jiān)測(cè)焊機(jī)的動(dòng)態(tài)信息，提升造船效率。

1 RFID技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）是一種非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，至今已有60多年的歷史，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。隨著RFID技術(shù)的不斷完善，在各行各業(yè)得到了應(yīng)用，尤其最近幾年在船舶工程中的應(yīng)用越來越廣泛，如在船廠倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用，在船舶建造過程中中間產(chǎn)品的跟蹤，以及托盤管理中都得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的RFID技術(shù)由于它的局限性，已經(jīng)不能滿足船舶工業(yè)發(fā)展的需要，未來船舶工業(yè)的發(fā)展將逐漸向區(qū)域智能化的標(biāo)簽過渡，主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)特征：智能標(biāo)簽會(huì)出現(xiàn)多種多樣，以便應(yīng)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(fā)射的頻率會(huì)呈現(xiàn)百花齊放的趨勢(shì)；在船舶設(shè)備管理中會(huì)出現(xiàn)多標(biāo)簽的應(yīng)用，以滿足管理的需要；基于RFID信息管理的數(shù)據(jù)融合，方便管理者得出正確的結(jié)論，用來提升船舶的生產(chǎn)效率。

普通的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀器、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件組成[3]?；竟ぷ髟硎怯砷喿x器通過發(fā)射天線輸出特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)信號(hào)能夠有效地讀出電子標(biāo)簽時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量，電子標(biāo)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(biāo)簽中的信息，將接收的信息輸送到信號(hào)的處理模塊，在經(jīng)過解調(diào)和解碼后將有用的信息輸送到后臺(tái)的主機(jī)處理[4]。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過程序員編程的設(shè)計(jì)要求，分別對(duì)信息進(jìn)行不同方式的處理及應(yīng)用，通過設(shè)計(jì)的程序編碼進(jìn)行信息的提取，進(jìn)行智能化的信息提取、綜合、分析，從而得到人們最想要的結(jié)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(jí)的信息處理中，實(shí)現(xiàn)信息的輸送、反饋、總結(jié)。通?？梢园裄FID工作原理分為三級(jí)：第一級(jí)對(duì)應(yīng)焊機(jī)設(shè)備上的電子標(biāo)簽，發(fā)出信號(hào)；第二級(jí)對(duì)應(yīng)中間閱讀器，主要把信息呈現(xiàn)給現(xiàn)場(chǎng)的施工人員、班組長等，比如移動(dòng)設(shè)備、手機(jī)、ipad等；第三級(jí)對(duì)應(yīng)電腦終端，主要為管理人員服務(wù)，能夠?qū)崟r(shí)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(jī)管理分析

2.1 傳統(tǒng)焊機(jī)管理的劣勢(shì)

由于船廠屬于勞動(dòng)密集型制造企業(yè)，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(jī)把它們焊接起來，所以船廠焊機(jī)的工作量繁重，需要的焊機(jī)數(shù)量也非常巨大。按照傳統(tǒng)焊機(jī)的管理方式，為了保證船廠的正常運(yùn)行，船廠需要購買大量的焊機(jī)，這就需要大量的資金投入。由于買來的焊機(jī)數(shù)量大，隨之需要大量的人力對(duì)其進(jìn)行維修和管理，造成資金的大量浪費(fèi)，國內(nèi)骨干船廠的自動(dòng)化水平比較高，已經(jīng)開始使用焊接機(jī)器人，焊接機(jī)器人需要的資金、人力的維修等管理項(xiàng)會(huì)變得更加龐大。船廠在焊機(jī)管理中比較突出的問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，每塊船板、舾裝件都需要焊接，所以需要的焊機(jī)很多，而傳統(tǒng)的焊機(jī)管理不能使其數(shù)量減少，從而造成了一定的浪費(fèi)。第二，維修、管理中需要投入大量的人力來維護(hù)焊機(jī)的正常運(yùn)行。第三，不能實(shí)時(shí)得到焊機(jī)的各種信息，比如焊機(jī)使用了多少年，維修過什么地方，以及容易出現(xiàn)故障的焊機(jī)有哪些，在什么位置、什么時(shí)間、哪些人在使用、是否符合焊接工藝、是否操作正確等。針對(duì)以上問題，提出利用RFID技術(shù)管理焊機(jī)，可有效解決上述所有問題。

2.2 利用RFID技術(shù)管理焊機(jī)的優(yōu)勢(shì)

利用RFID技術(shù)管理焊機(jī)比傳統(tǒng)管理方式存在著明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，通過RFID技術(shù)可以使焊機(jī)的數(shù)量減少，降低使用資金，提高船舶生產(chǎn)效率。比如通過智能標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)知道哪些焊機(jī)在使用，還有多少焊機(jī)在閑置，通過電腦軟件的分析，已達(dá)到焊機(jī)數(shù)量的最優(yōu)解，保證造船過程的穩(wěn)定、持續(xù)。第二，通過RFID技術(shù)可以減少維修人員及管理人員，利用RFID技術(shù)只需要一個(gè)工作人員手持終端，記錄每個(gè)焊機(jī)的狀態(tài)并及時(shí)地反饋給電腦中的數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中就會(huì)有該焊機(jī)的信息，并及時(shí)地分析出焊機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)的狀況，傳送給管理人員做決定，管理人員依據(jù)該數(shù)據(jù)可以一目了然地知道焊機(jī)的情況。第三，RFID技術(shù)實(shí)時(shí)掌握焊機(jī)的動(dòng)態(tài)信息，通過反饋的信息得出最優(yōu)的管理方式，還可以記錄焊機(jī)的信息，比如：記錄生產(chǎn)廠家的信息用來確定維修時(shí)是否返廠，記錄生產(chǎn)日期用來確保使用的年限，記錄焊機(jī)使用的各種參數(shù)用來保證造船的效率，記錄焊機(jī)的流通方向用來保證造船過程的有序進(jìn)行，甚至還可以記錄焊機(jī)使用部門、使用者、正在干什么、操作是否正確、工藝是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)掌握造船動(dòng)態(tài)。利用RFID技術(shù)管理焊機(jī)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)焊機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，提高了焊機(jī)的使用效率，縮短了船舶建造周期。

3 RFID技術(shù)在焊機(jī)管理中的應(yīng)用

RFID技術(shù)在焊機(jī)管理過程中的應(yīng)用可以分為三大部分：焊機(jī)前期信息的收集，輸送、收集信息的處理和計(jì)算機(jī)終端的顯示。

第一，焊機(jī)前期信息的收集，在焊機(jī)上貼上帶有其信息的標(biāo)簽，通過RFID技術(shù)識(shí)別該信息模塊，讀取焊機(jī)上的信息，然后通過傳送裝置把信息輸送給數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)終端，用到的主要裝置是手持終端、電子標(biāo)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(jī)管理中的信息都是通過無線的傳感網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，前期的信息收集通過輸送裝置傳到數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫在對(duì)信息進(jìn)行處理、反饋、儲(chǔ)存等，加工的信息最終呈現(xiàn)到表現(xiàn)層。編程人員通過設(shè)計(jì)代碼，使數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)的更新、增加、修改、查詢等主要功能。

第三，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是把數(shù)據(jù)庫及業(yè)務(wù)邏輯層的信息處理結(jié)果展示給管理人員，以便管理人員得到焊機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。界面顯示的信息主要包括焊機(jī)的基本信息、焊機(jī)狀態(tài)、焊接工人狀態(tài)、焊接工藝、預(yù)警界面、焊接維修等。焊機(jī)的基本信息包括生產(chǎn)商、使用年限、出廠日期、購買日期、購買人等；焊機(jī)狀態(tài)包括焊機(jī)位置、空載狀態(tài)、工作狀態(tài)、閑置狀態(tài)、超負(fù)荷工作狀態(tài)等；焊接工人狀態(tài)主要監(jiān)控工人是否疲勞工作，保證人員安全及生產(chǎn)效率；預(yù)警界面主要通過分析焊機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的故障、工人的操作、使用年限等，得出預(yù)警信息，保證生產(chǎn)的持續(xù)性。

通過以上描述，焊機(jī)管理系統(tǒng)可以分為三層結(jié)構(gòu)：表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層，通過分層把復(fù)雜的焊機(jī)管理系統(tǒng)變得簡單化，保證焊機(jī)管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、科學(xué)性，具體如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

通過構(gòu)建焊機(jī)的無線網(wǎng)絡(luò)管理，中國船舶企業(yè)信息化得到有效提升，中國船舶企業(yè)在管理方面相比較發(fā)達(dá)國家船企存在著一定的差距，在焊機(jī)管理中應(yīng)用RFID技術(shù)，可以彌補(bǔ)我國船廠企業(yè)焊機(jī)管理方面的不足，也是實(shí)現(xiàn)智能化造船不可缺少的因素。本文在構(gòu)建焊機(jī)管理中用到的RFID技術(shù)，有利于實(shí)時(shí)分析焊機(jī)的工作狀態(tài)，監(jiān)控焊接工藝是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)焊機(jī)數(shù)量的最優(yōu)解，以最少的設(shè)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(gòu)建了焊機(jī)管理系統(tǒng)的思路，為實(shí)現(xiàn)智能化船廠提供了理論上的支持。