鋼板預處理作業管理系統設計研究

摘 要：文章對船體制造過程中前道工序鋼板預處理進行研究，通過對預處理作業現狀的描述，進行了系統功能設計與業務流程再造。與設計管理系統（PDM）集成獲取鋼板預處理托盤數據，與制造執行系統（MES）集成獲取預處理任務計劃數據，系統打通了預處理產線上設備層鏈路，實現作業過程可視化。通過派工、報工與噴碼設備、檢測設備等系統集成實現鋼板預處理作業過程精細化管理，提升管理效率，在此基礎上對鋼板可識別標簽進行研究，為后續印字劃線以及鋼板下料提供掃碼支持，最終形成預處理過程信息化解決方案。

關鍵詞：預處理；可識別標簽；精細化管理

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2025）02-0185-05

Design and Research on Steel Plate Pretreatment Operation Management System

QUAN Xianjiang

（Jiangsu JARI Information Technology Co.， Ltd.， Lianyungang 222042， China）

Abstract： The paper studies steel plate pretreatment of the front process in the hull manufacturing process， and carries out the design of system functions and business process reengineering by the description of the current status of pretreatment operations. It integrates with the Product Data Management （PDM） system to obtain steel plate pretreatment pallet data， and integrates with the Manufacturing Execution System （MES） to acquire pretreatment task scheduling data. The system connects the equipment layer link on the pretreatment production line， achieving operation process visualization. The refined management of the steel plate pretreatment operation process is achieved through the integration of work order dispatching， work reporting and coding equipment， inspection equipment， and other systems， thereby improving management efficiency. On this basis， research on identifiable tags for steel plates is conducted to provide scanning support for subsequent marking and scribing as well as steel plate cutting. Finally， the information solution of pretreatment process is formed.

Keywords： pretreatment; identifiable tag; refined management

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2025.02.035

0 引 言

船舶制造企業中一個非常重要的環節是鋼板預處理，鋼板進廠后，存儲在鋼板堆場中，在鋼板下料前需對鋼板表面進行預處理，除去表面的氧化皮和銹蝕，達到除銹標準后涂上保護鋼板底漆，以確保鋼板在加工制造構件過程中不會再繼續腐蝕[1]，然后再進行麻點板檢測，這一階段的鋼板處理我們稱之為鋼材的表面預處理，其優點是施工方便、保證涂裝質量、節約人力財力、縮短后期涂裝的施工周期。其缺點是檢測過程都是基于人工目視，存在檢測遺漏以及無法追溯等情況，且目前大多數企業預處理都是實行外包服務，無法對鋼板預處理進行精細化派工處理[2]，作業過程信息管控不及時，生產過程不透明。

1 鋼板預處理工藝流程

鋼板預處理線工藝是指鋼板在加工前（即原材料狀態）進行表面拋丸除銹并涂上一層保護底漆的加工工藝。預處理工藝包括鋼板上料、預熱除濕、拋丸除銹、噴漆、烘干以及麻點板檢測等[3]，對于麻點缺陷較小的可以進行打磨處理[4]，過大的只能退出他用。預處理主要工藝流程如圖1所示。

2 鋼板預處理現狀

目前多數船廠預處理作業都是基于手工紙質派工、反饋，無信息化系統進行管控，生產過程不透明，檢測過程基于目視，手工記錄檢測結果，無法對檢測數據進行質量追溯，二次修補打磨作業無法進行再次派工，整個預處理作業過程無法實現精細化管理。

基于以上現狀問題，進行鋼板預處理作業管控系統設計，基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合研究，構建預處理作業管控系統，實現與預處理作業相關的人、機、料、法、環、測七個層面進行綜合管控，從完善船體車間生產管理體系和提升核心競爭能力出發，運用現代管理理念，圍繞船體車間預處理作業業務過程，以生產任務計劃為驅動，工藝流程為牽引，生產過程為主線，構建預處理作業管控系統，打通物流，信息流，實現生產計劃執行過程可視監控，設備加工信息實時跟蹤、產品成本精準核算等核心業務管控功能，促進生產管理科學化、信息化、精細化和透明化。

3 鋼板預處理作業管控系統功能設計

鋼板預處理作業管控系統設計考慮到后期下料車間MES系統管理業務將延伸到預處理工位，該系統可以單獨運行也可以與MES系統進行深度集成統一運行。鋼板預處理主要與下料車間MES系統、鋼板堆場管理系統、鋼板表面缺陷檢測系統以及自動噴碼系統存在數據交互，系統架構如圖2所示。

系統以滿足鋼板預處理現場作業為需求，對作業過程中涉及的人、機、料、法進行綜合管控，系統分為基礎模塊、計劃管理、預處理作業、麻點板檢測作業、打磨作業、鋼板標識管理、理料緩存區管理以及統計分析，詳細內容如下：

1）基礎模塊分為人員管理、班組管理、菜單管理、權限管理等，是系統運行的基礎保障，同時為后續其他模塊提供數據支撐。

2）計劃管理模塊指的是對預處理作業計劃進行管理，系統支持計劃自動導入、手動Excel導入或手動添加，預處理計劃以分段下料為父級節點計劃，最終落實到每張鋼板預處理節點的顆粒度。

3）預處理計劃形成后發送至物資供應部，物資供應部按照鋼板需求進行出庫作業，系統接收現場打板單，打板單作為預處理作業實際派工的作業源頭派發至現場。

4）系統支持班組人員作業角色設置，包括上料人員、操作設備人員、麻點板人工檢測人員、下料人員、打磨人員等，各作業工序完成后系統自動記錄對應作業人員信息。

5）打磨作業模塊根據麻點板檢測不合格鋼板，自動產生打磨作業派工單，系統記錄打磨過程信息。

6）系統支持設置鋼板標識信息，可傳遞信息至噴碼系統進行鋼板標識噴碼作業。

7）系統通過理料緩存區管理模塊對預處理后的鋼板進行庫存管理，實時記錄每一堆沒出入庫信息，為現場翻板找料提升效率。

8）統計分析模塊實現對預處理作業過程統計分析，實現預處理作業追溯管理。

4 預處理系統流程設計

預處理作業現場精細化生產要求需要對其進行精細化派工處理，預處理過程的精細化派工包括鋼板預處理派工、麻點板檢測派工、鋼板二次打磨派工、理料區出庫派工等。其業務流程如3圖所示。

1）上游業務系統根據下料車間作業計劃產生鋼板預處理作業計劃，預處理計劃下發至物資供應部進行鋼板出庫作業。

2）物資供應部進行鋼板出庫作業，出庫至預處理線緩存工位，出庫完成后形成預處理作業打板單，打板單詳細記錄緩存工位鋼板信息，包括緩存工位、層號、鋼板規格、爐批號、船級社、工程號、分段號、程序號等[2]，該單據可以是人工Excel導入或者是上游業務系統通過接口直接導入。在出庫過程中操作人員檢查鋼板是否彎曲，若彎曲程度較大則退回鋼板庫。

3）預處理班組接收預處理作業任務進行預處理作業，噴漆完成后進入麻點板檢測環節，系統支持作業完成后按照系統提示進行噴碼操作，噴碼作業可以與設備集成一體[5]，也可以手動操作噴碼，然后進入鋼板理料緩存區，同時班組長對作業人員進行報工。

4）系統支持與麻點板檢測系統集成，獲取鋼板麻點板檢測數據，支持人工檢測，錄入檢測結果，系統根據麻點板檢測結果，形成打磨處理還是退回處理的處理意見。

5）對于重新需要人工打磨的板材，系統形成打磨派工單，執行操作后進行鋼板打磨反饋，系統實時記錄操作人員、操作時間以及操作對象等。

6）系統根據鋼板預處理過程信息形成每日鋼板預處理日報輸出以及預處理設備狀況輸出等信息，供上游業務系統實時調用。

5 核心模塊設計與開發

鋼板預處理作業管控系統核心模塊主要是預處理托盤數據的接收，預處理作業派工以及反饋。

預處理托盤數據接收包括分段要素表、預處理托盤目錄和預處理托盤數據三個層級，分段要素表包括項目編號、項目類型、合同交付日期、總組段號、預組段號、分段號、分段類型、分段重量、焊接米數、切割米數、長、寬、高、投影長、投影寬、投影高等，如圖4所示。

預處理托盤目錄數據在分段要素表后進行導入，依據項目編號和分段號進行關聯，托盤數據關聯在托盤目錄下，包括套料卡號、爐批號、物資代碼、切割分道代碼、船級社、材質、重量、長度、寬度、厚度、預處理工時等，如圖5所示。

接收到預處理作業任務，系統與鋼板庫管理系統進行聯動，發送鋼板出庫請求，出庫完畢，形成預處理作業清單，系統將預處理作業派工單發送至現場進行預處理作業，派工單如圖6所示。

作業班組長接收派工單，按照派工單內容進行作業，支持班組長二次派工，班組內成員共享未二次派工的作業任務，按照預處理單張板材進行報工，報工過程中系統自動將板材信息發送至預處理線末端的噴碼系統，噴碼系統按照接收順序進行噴碼作業。

6 系統集成設計

系統通過與下料車間MES系統、鋼板堆場管理系統、表面缺陷檢測系統以及噴碼管理系統全面實現預處理作業業務集成，集成內容如圖7所示。

1）與下料車間MES集成主要獲取分段下料信息和分段包含的預處理托盤信息，系統根據分段下料信息生成預處理作業計劃，向其傳遞預處理作業信息。

2）下料MES與鋼板堆場集成主要發送鋼板出庫信息以及反饋出庫信息。

3）與鋼板堆場集成主要獲取鋼板打板單信息，系統根據打板單信息進行預處理作業。

4）與標簽缺陷檢測系統集成向其傳遞鋼板信息，同時獲取檢測結果與過程數據，包括缺陷檢測過程圖片等[6]。

5）與噴碼管理系統集成，傳遞鋼板信息，滿足鋼板噴碼需求。

同時系統支持將理料區緩存庫位鋼板信息傳遞至車間物流管理系統，方便下料車間實現快速找料，提升現場找料效率。

通過系統集成，實現預處理作業過程中業務數據的交換與共享，提高數據傳輸的效率，增強數據可靠性，系統支持多種集成方式包括Web Service、 API接口、中間數據庫以及物理文件擺渡方式的導入等，支持雙方接口定制開發，推薦優先使用API接口，提高系統互操作性、數據交互實時性，

7 鋼板可識別標簽設計

鋼板是船舶制造過程中最常用的原料之一，如何對鋼板進行身份標識，關系到后續工序找料效率的提升，目前多數船廠是基于手寫作業進行身份標識[7]，存在書寫不規范，容易出錯等缺點，本文將提供兩種方式對鋼板進行身份標識：

1）采用手持噴碼機EBS260對鋼板進行唯一碼標識，噴碼的內容包括爐批號、船級社、材質、版規、船號、分段號、程序號，二維碼由船號加程序號組成[8]，系統支持通過接口或EXCEL的形式導入鋼板信息，二維碼格式可以選擇QR碼或DM碼，噴碼效果如圖8所示。

2）在預處理線后增加自動噴碼設備，自動噴碼設備支持接收上游系統下發的噴碼作業任務，下發內容包括預處理任務號、船號、分段號、爐批號、套料卡號、材質、規格等[9]，支持人工Excel導入噴碼任務，支持按照下發順序自動噴印和人工選擇作業任務噴印，噴印完畢，系統按照預處理任務號向上游系統回傳作業結果，系統通過API接口傳遞預處理鋼板信息至噴碼系統，支持單張發送和批量發送，傳遞JSON主體如下：

[{

\"taskNo\"： \"2024012413392000\"，

\"plateNo\"： \"23102925140101\"，

\"batchNo\"： \"E3850237300\"，

\"ccs\"： \"CCS/ABS\"，

\"material\"： \"A32\"，

\"specifications\"： \"12x1840x10700\"，

\"shipNo\"： \"H1839A\"，

\"partNo\"： \"CW05P\"，

\"programNo\"： \"111111111\"，

\"memo\"： \"\"

}，

{

\"taskNo\"： \"2024012413420122\"，

\"plateNo\"： \"23102161820112\"，

\"batchNo\"： \"E3905084200\"，

\"ccs\"： \"CCS/ABS\"，

\"material\"： \"A32\"，

\"specifications\"： \"15x1840x9250\"，

\"shipNo\"： \"H1839A\"，

\"partNo\"： \"EB03P\"，

\"programNo\"： \"2222222222\"，

\"memo\"： \"\"

}

]

噴碼系統返回接收成功或失敗，并在噴碼結束后反饋執行結果，噴碼系統調用預處理作業管控系統接口，JSON主體中包含任務號加上執行時間進行反饋，系統自動記錄噴碼完成情況，實現噴碼作業精細化管理。

8 結 論

本文針對船舶制造過程中前道工序鋼板預處理進行系統研究，根據精細化派工要求，對作業任務進行精細化劃分，形成預處理作業任務信息化解決方案，為后期船舶制造物料追溯提供數據支撐。本文研究成果已成功應用于國內某總裝船廠，對預處理作業實行精細化管理以及下料車間切割找料工序效率有明顯提升，主要表現如下：

1）鋼板預處理作業實現無紙化派工，透明化生產，可視化管理，提升管理效率。

2）與鋼板庫系統進行聯動，按照分段自動進行預處理托盤齊套檢查。

3）預處理產線檢驗過程數據自動采集記錄，并與鋼板信息一一對應，方便后期進行板材質量追溯。

4）與噴碼系統進行對接，實現預處理作業后自動噴碼，避免人為書寫錯誤。

在智能制造2025的背景下，本研究也可為船體車間其他工序作業提供參考和借鑒，助力船舶制造進行數字化轉型升級，并在此基礎上形成預處理后鋼板可識別標簽碼解決方案，為后續鋼板印字劃線和下料切割工序提供身份識別。

參考文獻：

[1] 應長春.船舶工藝技術 [M].上海：上海交通大學出版社，2013.

[2] 姚振宇.船舶板材切割車間數字化制造管控系統開發 [D].鎮江：江蘇大學，2020.

[3] 郜丙興.鋼板預處理線控制系統的設計與應用 [D].秦皇島：燕山大學，2013.

[4] 孫程程.船舶建造物料控制標準研究 [J].中國標準化，2024（16）：99-102.

[5] 周靜，張強，榮羽霄，等.鋼板預處理流水線改造工程技術 [J].科學技術創新，2020（18）：41-42.

[6] 戴潤達.鋼橋鋼板預處理涂裝的質量控制 [J].涂料技術與文摘，2015，36（11）：25-27+32.

[7] 石杰，郭亞男，楊朝霖，等.基于多級網絡的鋼板表面噴碼識別方法 [J].冶金自動化，2023，47（6）：103-111.

[8] 趙星，朱軍，張環宇.榮勝波鋼管自動噴碼系統研究與設計 [J].制造業自動化，2013，35（6）：27-31.

[9] 張俊杰，商用噴碼機在不銹鋼鋼板生產過程中的應用 [J].山西冶金，2010，33（5）：29-31.

作者簡介：全先江（1985—），男，漢族，江蘇連云港人，工程師，本科，研究方向：智能制造信息系統。

收稿日期：2024-07-08

基金項目：連云港市科技項目（CG2328）