1 绪论
1.1 研究背景
近 10 年间，中国新接船舶订单量、手持船舶订单量和造船完工量三大指标长期占据世界第一，世界船舶工业形成了中日韩“三足鼎立”的竞争格局，欧美各国则主要保留军船和豪华邮轮的建造优势。截至 2019 年底，中国新接船舶订单量比去年下降了 20.7%，报 2907 万载重吨；船舶手持订单量比去年下降了 8.6%，报 8166 万载重吨；中国船舶建造完工量比去年增加 6.2%，报 3672 万载重吨。中国在国际造船市场份额仍然保持世界领先，新接船舶订单量、手持船舶订单量、造船完工量分别占世界市场份额的 44.5%、43.5%和 37.2%。
自 2008 年世界金融次货危机后，船舶工业遭遇寒冬，2016 年世界新造船订单跌到2982.3 万载重吨，创出历史低点，相比 2007 年历史高点(26234.3 万载重吨)，跌幅达88.6%。2017 年后，世界新造船订单尽管稍有增多，但由于航运萧条、贸易争端和新冠肺炎疫情爆发等诸多因素影响，新造船市场依然不景气，预计 2020 年世界造船市场新船成交量将不足 4000 万载重吨。虽然经过多年的调整，全球造船产能回落至 1.5 亿载重吨左右，但仍远高于全球新船需求量。与此同时，当前产能过剩主要是结构性产能过剩，即低端产能过剩而高端产能不足，集中表现在大型 LNG 船、VLGC 等高端船型的产能明显不足。可以预见，未来一段时间，造船业供过于求的竞争格局仍将持续，造船企业之间的竞争将更趋激烈。全球新造船订单各国占比如图 1.1 所示。
图 1.1 全球新造船订单各国占比
1.2 研究的目的和意义
目前在智能和自动化领域应用比较广泛的技术是射频识别（RFID ，Radio Frequency Identification）。基于射频原理的 RFID 技术被认为是无接触、识别距离较远、存储数量较大的自动识别技术，并且可以一次性识别多个对象，对工作环境的要求较低。引入 RFID 技术可以实现造船与物联网的紧密结合，通过对船舶物料各个环节进行跟踪识别，实现船舶物料在制造、物流、装配过程的可追溯性，以便科学合理、高效透明地开展船舶物料的管理，从而实现船舶智能制造和船厂精益生产。
本文运用物联网关键技术 RFID 技术对船舶建造过程中船舶物料的管理开展了深入地研究，分析并设计实践了相应的船舶物料管理系统，目的是改变传统落后的手工填写、纸质表单反馈、电脑数据录入的不可靠、不高效的信息流通方式，并且改变船舶物料在造船供应链中重要信息缺失的情况，自动实时对船舶建造所用物料进行监控，包括对建造物料变化路径的追踪，船舶物料工艺、质检、安全等方面人员确认的追溯，船舶物料库存时进行高效盘查和便捷堆场查找，船舶物料和装船完整性动态扫描检测，从而减少人为因素导致的信息登记不准确、反馈不及时、更新滞后和其他不准确，利用 RFID 技术自动识别的特点将员工劳动力从日常简单、枯燥和重复记录的工作中解放出来，实现船舶建造过程中信息流动的高效、透明和可视化，提高船舶企业的建造效率和实力，使得中国造船企业能更好的屹立在世界造船之林。
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2 RFID 技术及物料管理概述
2.1 RFID 研究现状
RFID 技术产生于 20 世纪 40 年代，是伴随着雷达技术的使用和改进应运而生的，刚开始主要应用于军事领域，比如用于飞机上进行敌我识别。RFID 技术发展历程大概可以分为如下几个阶段：1940-1950 年间，哈里斯托克曼发表了“利用反射功率的通讯”，奠定 RFID 技术的理论基础；1950-1960 年间，人们对 RFID 技术还停留在实验室研究阶段；1960-1970 年间，RFID 技术不断被更新，产品研究不断被深入，测试进一步加速；1980-1990 年间，人们开发出丰富的 RFID 技术和产品，出现了多种领域的应用；1990-2000 年间，人们开始对 RFID 标准化问题给予重视，世界范围内产生了五大开展RFID 标准化的组织；2000 年后，RFID 标准化进展顺利，RFID 技术已经广泛使用于制造领域、物流领域、零售领域、医疗领域、军事领域、防伪安全领域、资产管理领域、交通领域、食品领域、图书领域、动物领域等，RFID 产品的种类也是相当丰富。
RFID 技术在造船行业的应用主要分为物流与供应链、船舶生产建造和施工人员与物料安全监控三个方面。
(1) 物流与供应链方面的应用
中国的宝钢公司[1]将 RFID 技术应用于船用钢板的供应链管理方面，将超高频 RFID标签粘贴在船用钢板上，通过搭建长兴岛造船厂与宝钢钢厂间船板的供应链系统，能够及时获得供应链中钢板信息，实现了对其出入库、盘库、装运等过程的追踪，并对配送和堆垛进行优化，成功完成了供应链物流和生产物流间的紧密链接，缩短了供货时间，提高了仓库的运营效率。刘宇晶等[2]将 RFID 技术应用于船板配送之中，极大减少了各环节物料的清算耗时。王炬成等[3]使用 RFID 技术对船厂仓储管理开展了研究，对船舶舾装件分类贴标，然后利用 RFID 系统对船舶物料实施可视化管理，改善了以前物料管理混乱的局面，提高了船厂的物流效率。
(2) 船舶生产建造方面的应用
依托 RFID 技术可以实现对原材料、船用设备、大型分段等物料的动态识别与过程跟踪，从而减少人工识别的出错率与数据采集成本。实现船舶物料的及时配送到场，完成物料的制作、加工和装配，是追求敏捷制造、JIT 生产的船舶企业一直梦寐以求的目标。周红梅等人[4]针对传统人工检测中经常发生的船体结构散件漏装和漏检现象，提出了基于 RFID 技术的自动检测方案。在船舶生产建造方面，王平[5]利用射频技术对船舶管件制作流程进行了研究，对管件制作过程重新进行设计，完成了对管件制作全过程的数据采集和实时监控，从而解决了船厂管件加工中生产组织科学性差、生产过程盲目化的问题。秦一氓等[6]结合纸质 RFID 标签的特性，使用标签折叠和悬出贴装方法，很好解决了船板对射频信号屏蔽的问题。通过现场实测，提出了方便施工人员进行贴标的流程，并发明了特殊的贴标装置。靳超[7]为了实现对船舶分段建造过程中物料信息的追踪，对船体分段建造中物料信息过程进行了动态分析，发现了积存已久的问题并提出了改进的方案，提出了利用 RFID 技术对分段建造过程中的物料信息进行跟踪管理，实现了基于 RFID 的分段建造物料追踪管理系统。
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2.2 RFID 技术介绍
2.2.1 RFID 技术模型
在万千电子识别应用之中，RFID 技术是应用较为成熟的一种，它通过对无线射频信号的传递与接收来获取物体相关信息，从而能够自动识别目标物体。RFID 技术不需要与待识别物体直接接触，能够快捷准确的实现对物体标签数据的采集，目前主要应用于仓储物流追踪、医疗物品追踪、航空行李托运、车辆高速收费、智能停车识别、卡证和商品标签等方面。RFID 系统主要包括 RFID 标签、RFID 读写器、RFID 中间件、RFID 应用系统。安全性高、抗污力强、容量较大是 RFID 的主要特点，相比于其他条码技术有相当大的应用优势。当 RFID 标签被写入待标记物体的数据后，被粘贴在物体表面实现对物体的标记，能够被 RFID 读写器读取数据，将信息数据传递给 RFID 中间件，根据其设置的数据规则，对数据进行洗涤过滤，最后进入到企业的数据库中。RFID 中间件是 RFID标签数据处理软件，起到桥梁作用，将读写器与应用系统连接起来，中间件为软件系统开发用户提供一组通用的应用程序接口（API），用户根据软件系统的功能需求可以直接调用 API，获取数据库中已存储的数据。中间件完成的是 RFID 标签数据的过滤、分组和计数，从而减少和避免发往数据库的数据量和数据的错读与多读。企业应用系统包括实现特定功能的软件系统和系统基础数据库，软件系统对存储到数据库中的数据进行二次挖掘，从而使得企业的具体业务得以实现。RFID 技术的基本模型如图 2.1 所示[22]。
图 2.1 射频识别系统组成
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3 DSIC 船舶物料追踪管理分析......................................21
3.1 DSIC 企业背景 ..............................................21
3.1.1 DSIC 发展历程与组织架构 ...............................21
3.1.2 DSIC 造船生产流程 ..........................................22
4 RFID 船舶物料追踪管理系统设计.......................................44
4.1 系统设计的目的及原则.....................................44
4.2 系统需求分析.......................................44
5 RFID 船舶物料追踪管理系统实现.........................58
5.1 系统开发工具.................................................58
5.2 关键场地系统的硬件环境实现.......................................58
5 RFID 船舶物料追踪管理系统实现
5.1 系统开发工具
RFID 船舶物料追踪管理系统选择 Java 语言（JDK 8.0）进行图形化界面开发，采用的 IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境）是 Eclipse。Eclipse是基于 Java 的可扩展开发平台，其源代码对外进行开放。Eclipse 对众多插件的支持，使得其拥有很强的灵活性，用户可以根据自身需要安装相应的插件进行系统开发。RFID船舶物料追踪管理系统使用的数据库软件是微软的 SQL Server 2012。SQL Server 数据解决方案具有全面、集成和端到端的特点，能够为用户提供安全和高效的企业应用数据支持，深受国内外用户的广泛青睐。
船舶制造企业外场作业区域空间尺度大且分散，室内室外混合作业，生产作业变动频繁，生产不确定因素多，现场情况复杂。目前，企业外场网络覆盖率较低，只在现场办公室区域配备了低带宽的有线网络，传输速率极低，难以实现 RFID 船舶物料追踪系统的数据传输请求。在建船舶的一些封闭的区域，如船舶舱室，钢板对信号的衰减程度较大，即使是手机窝蜂网络，信号也不太理想。所以根据 RFID 船舶物料追踪管理系统的应用要求，首先应该对企业外场的关键场地进行组网，设计高带宽、低延迟的有线+无线的混合网络，其次应该考虑将无线网络在船体内部进行扩展，使得阅读器即使放置于船舶舱室内部，也可以很好接收到 RFID 传来的射频信号，并将输出信息传回远程数据库服务器。
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结论
本文主要研究的是基于 RFID 技术的船舶物料追踪管理系统，首先在第一章阐述了论文的研究背景、目的和意义，然后在第二章开展了 RFID 相关技术的综述，研究了 RFID技术在船舶行业的最新进展，接着在第三章介绍了背景企业 DSIC 的船舶物料管理的现状并分析了存在的问题，最后在第四章和第五章实施了基于 RFID 物料追踪管理系统的设计和开发，取得了以下几点成果：
（1）当船舶物料贴上了 RFID 标签作为身份识别后，将会给船舶物料的管理带来质的飞越，本文详细叙述了 RFID 标签用于物料管理的优势所在，并根据自身所在企业的特点设计了适合企业内部的 RFID 物料追踪管理系统；
（2）首次以船舶总装阶段的视野，对船舶建造各个阶段的物料管理的内容和特点进行了通盘总结和梳理，使得未来同行业人员设计基于 RFID 技术的船舶物料系统时，能够作为参考，从而开发的系统能够更好的应用和服务于现场实际。
随着物联网技术与船舶工业的深度融合，提高船舶物料的管理效率是实现精益生产不可或缺的关键一步。目前 5G 已经开始在造船行业普及，无疑给物联网技术下数据的有效传递带来便利。本文顺应技术发展的潮流，就物联网中关键技术之一的 RFID 技术在造船业的应用方面展开了进一步研究。由于在工程管理与计算机技术方面个人的能力还有待提高，在 RFID 具体应用实施方面难免存在不足，本文只能本着求真务实的态度，以及多年来现场实际的工作经验，将个人的见解与看法付诸笔端。
参考文献（略）