本发明涉及船舶制造技术领域，具体地，涉及一种基于物联网的船舶小组立焊接工艺监控系统。
背景技术
船舶小组立是船舶装配作业的一个基本组成部分，是指拼板件或将两个以上的板材和型材零件经过一次或两次组装焊接后，形成片状结构组件的过程。船舶小组立过程同时也是这个船舶建造过程使用的零件连接方式主要为焊接连接。焊接工作量占船舶建造总工程的一半以上，但是焊接却是船舶建造过程中效率较低，劳动强度较大的作业工序，因而提高焊接效率特别是小组立阶段的焊接效率是缩短船舶建造时间的关键。其次焊接质量问题如焊接裂纹、气孔、夹渣、未焊透以及未融合等将直接导致船体漏水，寿命缩减等质量问题，焊接质量与船体质量存在紧密的联系。完备而合理的焊接工艺是保证焊接效率与质量的关键。
物联网技术是借助诸如rfid装置、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备将各种物理实体与网络连接在一起试下对物理实体的监控、识别、定位等操作的技术。考虑从全面质量管理理论中五个影响产品质量的因素：人、机、料、法、环入手利用物联网技术对船舶小组焊接过程涉及这五个因素的实际物理过程监控起来建立工艺过程数据库，但是工艺的影响因素与最终产品的生产效率，产品质量无法找到确定的函数关系。
经对现有技术的文件检索发现：专利cn103678797a，申请号201310644689.7，申请人：江苏新时代造船有限公司，公开了“船舶焊接信息管理方法”，该专利的技术方案为：首先在tribon系统中完成对接焊缝的焊接代码设计，并提供焊缝坡口代码、坡口型式、船厂规范，然后完成船体分段的装配焊缝的装配结构树型目录设计同时智能提取分段三维几何信息、焊缝和装配结构树，保存到相对应的目录，并将对应的三维几何结构模型、装配结构树信息导入infoget人工焊接信息管理系统；接下来用三维可视化定义分段制作焊接的基准面，内部小组立由系统自定义基面进行焊缝信息的初始化定义，根据分段实际焊接工艺要求利用三维可视化计算分段焊接信息，焊接信息的查询，提取每条焊缝的详细信息，并进行人工相关的焊接信息的确认与修改工作，根据分段各组立的制造阶段、焊接方法、焊接位置、焊缝类型、生产流程等方式混合统计；最后生成所需的分钟焊接信息报表、派发工单。
该专利涉及的技术有以下几点不足：
(1)上述专利只考虑了影响船舶焊接工艺质量的部分因素，没有通盘考虑人、机、料、法、环这五个影响焊接工艺的因素，无法保证工艺过程的完备性，也就无法从根本上保证船舶焊接的效率和质量。
(2)上述专利只是做了船舶焊接信息数据的管理，没有从大数据的角度对这些数据进行挖掘，也无法实现对后续焊接过程的优化。
(3)上述专利没有从数据形成知识，即没有建立起船舶焊接的专家系统，实现焊接工艺决策的智能化。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于物联网的船舶小组立焊接工艺监控系统，能实现焊接工艺决策的智能化，不断提高船舶小组立焊接的质量和船舶小组立焊接的生产效率。
为实现以上目的，本发明提供一种基于物联网的船舶小组立焊接工艺监控系统，包括：物联网模块、数据管理模块、后台总控模块以及工艺状态显示模块，其中：
所述物联网模块，用于实时跟踪和监控船舶小组立焊接工艺过程中涉及到的人、机、料、法、环影响因素，并将监测到的数据信息传输给数据管理模块；
所述数据管理模块，用于存储和处理物联网模块采集的监控数据，数据管理模块采用非关系型数据库完成船舶小组立焊接工艺过程监控数据的组织和存储；
所述后台总控模块，用于完成数据管理模块中所存储数据的实时处理与分析，将处理过的数据传递工艺状态显示模块进行实时显示，为不同使用成员分配权限以及异常信息处理，并基于数据管理模块构建船舶小组立焊接工艺知识库；
所述工艺状态显示模块，用于实时显示船舶小组立焊接现场的工艺状态。
优选地，所述物联网模块，包括：焊接工人监控子模块、焊接设备监控子模块、焊接物料监控子模块、焊接方法监控子模块以及焊接环境监控子模块；
所述焊接工人监控子模块包括rfid读卡器和第一数据传输接口，其中：所述rfid读卡器用于读取操作工人的员工卡信息，所述第一数据传输接口用于将rfid读卡器读取的员工卡信息传输至数据管理模块；
所述焊接设备监控子模块包括：状态传感器、信号转换子模块和第二数据传输接口，其中：所述状态传感器用于实时监测焊机的电流、电压以及送丝速度；所述信号转换子模块用于将状态传感器监测到的信号转换为计算机能够识别的标准的电压信号；所述第二数据传输接口用于将监测到的数据，即信号转换模块转换处理后的电压信号传递至数据管理模块；
所述焊接物料监控子模块包括：激光打标机、扫码枪和第三数据传输接口，其中：所述激光打标机用于在待焊接船板上标刻二维码，该二维码包含唯一的船板信息，从而锁定待焊接船板的参数，据此选定最优的焊接参数；所述扫码枪用于扫描待焊接船板上的二维码，由此实现对焊接物料的监控以及对应焊接参数的自动选择；所述第三数据传输接口用于将焊接物料监控子模块的监控数据，即焊接物料的到位信息、物料的参数信息传递至数据管理模块；
所述焊接方法监控子模块包括：打印机、扫码枪和第四数据传输接口，其中：所述打印机用于打印带有条形码的焊接图纸；所述扫码枪用于扫描焊接图纸上的条形码，由此保证焊接图纸与待焊接船板的对应关系；所述第四数据传输接口用于将焊接方法监控子模块的监测数据，即焊接方法(焊接图纸)的到位信息、焊接方法与待焊物料的匹配信息传递至数据管理模块；
所述焊接环境监控子模块包括：温湿度传感器和第五数据传输接口，其中：所述温湿度传感器用于检测焊接作业环境的信息；所述第五数据传输接口用于将焊接环境监控子模块监测的温湿度环境数据信息传递至数据管理模块。
更优选地，所述焊接图纸上的条形码包含与图上船板相对应的信息，包括舰号、船板编号以及焊接工艺信息。
更优选地，所述二维码包括舰号、船板厚度、坡口形式信息。
优选地，所述数据管理模块采用非关系型的数据库技术完成物联网模块所获监测数据的组织与存储，包括：焊接工人数据、焊接设备数据、焊接物料数据、焊接方法数据以及焊接环境数据；其中：
所述焊接工人数据来自物联网模块的焊接工人监控子模块，以反映焊接工人的分工情况、水平等级和到岗情况；
所述焊接设备数据来自物联网模块的焊接设备监控子模块，以反映焊接设备的使用情况、参数选用情况；
所述焊接物料数据来自物联网模块的焊接物料监控子模块，以反映焊接物料的到位情况、生产材料形状和特征参数；
所述焊接方法数据来自于物联网模块的焊接方法监控子模块，以反映焊接方法的到位情况以及与生产材料的匹配情况；
所述焊接环境数据来自物联网模块的焊接环境监控子模块，以反映焊接环境的温度和湿度情况。
优选地，所述后台总控模块包括：专家系统子模块、异常处理子模块、数据分析子模块、后台操作子模块；其中：
所述专家系统子模块，建立在数据管理模块的基础上，用于指导新的船舶产品小组立焊接工艺方法的选择；
所述异常处理子模块，用于处理船舶小组立焊接工艺过程中出现的焊接工人未到岗、焊接设备异常、焊接参数选择错误、焊接物料未到位、到位的焊接物料出错、焊接方法错误、焊接环境不符合要求的异常状况；
所述数据分析子模块，用于分析处理数据管理模块中的数据，通过统计算法和深度学习算法分析焊接工人数据、焊接设备数据、焊接物料数据和焊接环境数据，以最终船舶小组立焊接产品的质量为目标函数对这数据进行优化筛选，更新原有数据；
所述后台操作子模块，用于根据不同用户进行权限分配和显示不同的内容，设计人员通过此模块下焊接生产所用的图纸及生产计划。
优选地，所述工艺状态显示模块包括：生产看板、现场电脑端、各部门电脑端和平板端；其中：
所述生产看板，用于显示船舶小组立焊接生产的生产状态和生产进度；
所述现场电脑端，用于现场焊接工人查看焊接工艺，包括焊接图纸、焊接参数，指导工人进行焊接生产；
所述各部门电脑端，用于显示生产现场中跟各部门相关的信息，在生产现场出现异常时，在相应部门电脑会显示异常信息；
所述移动端，用于方便随时随地查看生产现场的生产状态和生产进度。
本发明利用物联网技术跟踪监控船舶小组立焊接过程中涉及到的操作人员、焊接设备、待焊工件、焊接参数与方法以及焊接环境五个因素，记录五个因素中涉及的所有资源；所述系统通过各种信息传感技术实时采集船舶小组立焊接过程的数据，实时分析监控数据，并将数据存入数据库，在此基础上进行数据迭代优化，形成专家系统的船舶小组立焊接工艺知识库，同时将生产现场的数据实时反映到各部门电脑端，生产现场的任何异常如因资源缺失引起的生产迟滞可以实时反映到各部门的电脑端从而实现各部门快速协调，生产看板、移动端也会实时显示这些数据。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所述系统利用物联网模块将影响小组立焊接工艺质量的五个因素关联并实时监控起来，就将工艺参数和过程监测数据关联到了加工资源的最小单位(焊接工人、焊接设备等)，对于数据的有效性和准确度具有重要意义。
(2)本发明所述系统实时监控船板的焊接过程，将焊接过程中实际的焊接参数和焊接过程的检测数据进行存储和分析建立船舶小组立焊接专家系统，指导新产品的船舶小组立焊接过程；将这些数据与历史数据进行对比分析，进行迭代优化；同时将这些数据录入数据库作为下次焊接的历史数据，实现焊接工艺参数的自我分析比较、自动更新功能，从而不断提高船舶小组立焊接的质量。
(3)本发明所述系统通过对焊接过程监控数据的实时分析处理，得出船舶小组立焊接生产的生产进度，焊接工人的焊接工工时、焊接质量、焊机的占用率信息，并且实时发现和上报焊接过程中的异常状况，从而实现各部门的协调工作，提高船舶小组立焊接的生产效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的系统结构框图；
图2为本发明一实施例的系统工作流程图；
图中：
物联网模块1，数据管理模块2，后台总控模块3，工艺状态显示模块4；
焊接工人监控子模块11，焊接设备监控子模块12，焊接物料监控子模块13，焊接方法监控子模块14，焊接环境监控子模块15；
焊接工人数据21，焊接设备数据22，焊接物料数据23，焊接方法数据24，焊接环境数据25；
专家系统子模块31，异常处理子模块32，数据分析子模块33，后台操作子模块34；
生产看板41，现场电脑端42，各部门电脑端43，移动端44；
rfid读卡器111，数据传输接口112；
状态监测传感器121，信号转换子模块122，数据传输接口123；
激光打标机131，扫码枪132，数据传输接口133；
打印机141，扫码枪142，数据传输接口143；
温湿度传感器151，数据传输接口152。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于物联网的船舶小组立焊接工艺监控系统的实施例施意图，包括：物联网模块1、数据管理模块2、后台总控模块3、工艺状态显示模块4；
所述物联网模块1用于实时监控、跟踪船舶小组立焊接过程中影响焊接质量的五种因素，即操作人员、焊接设备、待焊工件、焊接参数与方法以及焊接环境；
所述数据管理模块2用于存储和处理物联网模块1采集的监控数据，采用非关系型数据库完成船舶小组立焊接工艺过程监控数据的组织和存储；
所述后台总控模块3用于完成数据管理模块2中所存储数据的实时处理与分析，将处理过的数据传递工艺状态显示模块进行实时显示，为不同使用成员分配权限以及异常信息处理，并基于数据管理模块构建船舶小组立焊接工艺知识库；
所述工艺状态显示模块4，用于实时显示船舶小组立焊接现场的工艺状态。
具体的，对上述各个模块的优选实现说明如下。
(一)物联网模块1
此模块包括：焊接工人监控子模块11、焊接设备监控子模块12、焊接物料监控子模块13、焊接方法监控子模块14、焊接环境监控子模块15；其中：
(1)所述焊接工人监控子模块11包括rfid读卡器111和数据传输接口112：rfid读卡器111用于读取员工的rfid型卡片，每个员工拥有唯一与之对应的员工卡，在进行焊接作业之前，先用rfid读卡器111读取员工信息；通过数据传输接口112将工人到岗信息传递至数据管理模块2，并且开启焊接设备的启动权限；
(2)所述焊接设备监控子模块12包括状态监测传感器121、信号转换子模块122、数据传输接口123：状态监测传感器121用于监测焊机的电流、电压及使用气体保护焊时焊机的送丝速度；信号转换子模块122用于将状态监测传感器121监测的焊机的电压与电流信号转换为计算机能够处理的标准的电压信号；数据传输接口123用于将信号转换模块122转换后的信号传递至数据管理模块2；
(3)所述焊接物料监控子模块13包括激光打码机131、扫码枪132和数据传输接口133：激光打码机131根据设计部门下达的船板与焊缝编码在待焊接船板上打上包含上述信息的二维码；焊接工人通过使用扫码枪132扫描此二维码确定物料到位，并且通过数据传输接口133将二维码中包含的信息传递至数据管理模块2，数据管理模块2调取与之匹配的焊接物料数据、焊接图纸数据显示在现场电脑端42，若未能调取返回异常消息到工艺状态显示模块4；
(4)所述焊接方法监控子模块14包括打印机141、扫码枪142和数据传输接口143：在扫码确定焊接物料到位后，数据管理模块2调用与待焊接物料相匹配的图纸信息传送至打印机141，打印机141打印带有二维码的纸质焊接图纸，其中二维码中包含该焊接图纸的内容信息，焊接工人通过使用扫码枪142扫描此二维码确认焊接图纸到位，并且将焊接图纸信息通过数据传输接口143传回数据管理模块2进行匹配，匹配成功后向现场电脑端42返回匹配成功的消息，否则返回异常消息到工艺状态显示模块4；
(5)所述焊接环境监控子模块15包括温湿度传感器151和数据传输接口152：温湿度传感器151用于实时监测环境的温、湿度，并将监测到的信息通过数据传输接口152传递至数据管理模块2，数据管理模块2将实际焊接环境数据与焊接作业标准中的焊接环境数据进行比较，然后向现场电脑端42与相应的部门电脑端返回开始生产或者采取手段调节环境的建议。
(二)数据管理模块2
所述数据管理模块2用于完成船舶小组立焊接工艺过程监控数据，即：焊接工人数据21、焊接设备数据22、焊接物料数据23、焊接方法数据24和焊接环境数据25(均由联网模块1检测传输过来)的组织和存储；接收、对比和存储物联网模块1和后台总控模块3传送过来的信息，并将结果输出至工艺状态显示模块4。
(三)后台总控模块3
所述后台总控模块3，包括专家系统子模块31、异常处理子模块32、数据分析子模块33、后台操作子模块34；其中：
专家系统子模块31在数据管理模块2的基础上建立焊接工艺知识库，为之后新产品的焊接工艺提供专家意见；
异常处理子模块32处理数据管理模块2数据对比后产生的异常，具体的：焊接工人未到岗异常、人员与岗位不匹配异常、焊接设备异常、焊接参数异常、焊接物料未到异常、焊接物料信息与存储信息不匹配异常、焊接图纸未到异常、焊接图纸与焊接物料不匹配异常、焊接环境异常以及其他情况异常，并将这些异常消息传送到工艺状态显示模块4；
数据分析子模块33使用统计算法与基于神经网络的深度学习算法对数据管理模块2的数据进行分析，并进行优化迭代，最终使得焊接工艺趋于最优；
后台操作子模块34为不同部门的人员分配使用该船舶小组立焊接监控系统的权限。
本实施例中，焊接工人数据21、焊接设备数据22、焊接物料数据23、焊接方法数据24和焊接环境数据25，上述这些数据集合结构化组织之后形成焊接工艺数据库，并在此基础上采用常用的推理规则如正向推理、逆向推理等建立推理机制从而形成焊接工艺知识库。
本实施例中，后台总控模块3采用大数据挖掘，对数据运用统计算法和深度学习算法分析数据，发现焊接工艺影响因素与最终产品质量、生产效率之间的联系。
(四)工艺状态显示模块4
所述工艺状态显示模块4，包括生产看板41、现场电脑端42、各部门电脑端43、移动端44：生产看板41用于显示现场正在进行的生产进程，现场电脑端42用于显示具体的工艺信息指导工人生产，并在出现异常时提醒工人进行检查；各部门电脑端43用于显示现场的生产进程，并在现场生产出现异常时显示异常；移动端44用于方便随时随地了解现场的生产过程信息，包括生产状态和生产进度。
上述各个模块的实施例是本发明中的优选结构设计的一种，当然在其他实施例中，各个优选结构可以单独使用，在互相不冲突的前提下，也可以任意组合使用，组合使用时效果会更好。
本发明利用物联网模块将影响小组立焊接工艺质量的操作人员、焊接设备、待焊工件、焊接参数与方法以及焊接环境这五个因素关联并实时监控起来，这就将工艺参数和过程监测数据关联到了加工资源的最小单位(焊接工人、焊接设备等)；通过各种信息传感技术实时采集船舶小组立焊接过程的数据，实时分析监控数据，并将数据存入数据库，在此基础上进行数据迭代优化，形成专家系统的船舶小组立焊接工艺知识库，同时将生产现场的数据实时反映到各部门电脑端，生产现场的任何异常如因资源缺失引起的生产迟滞可以实时反映到各部门的电脑端从而实现各部门快速协调，生产看板、移动端也会实时显示这些数据，这对于数据的有效性和准确度具有重要意义。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。