數(shù)控設(shè)備刀具管理軟件的研究

蘭 平

（成都晉林工業(yè)制造有限責任公司，四川成都 611930）

0 引言

諸如加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控鉆床和銑床之類的數(shù)控設(shè)備正越來越多地引入現(xiàn)代加工企業(yè)，許多數(shù)控工具出現(xiàn)在生產(chǎn)一線上，成為數(shù)控設(shè)備加工應用的主要特點，實現(xiàn)社會化批量生產(chǎn)的不斷發(fā)展。高精度、低價格與獨特的加工特點，使得數(shù)控技術(shù)人員優(yōu)先考慮有效使用數(shù)控刀具和優(yōu)化數(shù)控刀具資源配置。數(shù)控刀具管理軟件的開發(fā)應用為解決此類問題提供了嶄新的途徑與思路。

1 數(shù)控設(shè)備刀具管理軟件產(chǎn)生背景

制造業(yè)作為我國經(jīng)濟和社會進步的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，更是中國整體競爭力的重要組成部分。當今我國面臨的重要挑戰(zhàn)是怎樣從大制造向強制造方向成功轉(zhuǎn)型，怎樣增強制造業(yè)的高科技元素，以及如何利用現(xiàn)代信息手段促進我國制造業(yè)的高速發(fā)展。

（1）數(shù)控設(shè)備刀具管理軟件的用途與特殊性。數(shù)控刀具是加工中心、數(shù)控鉆銑床的專用工具，由于數(shù)控設(shè)備自動化的程度較高，對數(shù)控刀具設(shè)施的標準也極其嚴格。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上來看，數(shù)控設(shè)備刀具分為模塊化刀具與集成化刀具，模塊化工具通常由四部分組成：全銷、手柄、延長桿和頭部。整個系統(tǒng)由三大部分組成：整個銷、手柄與頭部。對于刀具參數(shù)來說，加工數(shù)控設(shè)備刀具軟件包括具體位置號、刀具長度值、刀具直徑和銷類型，參數(shù)錯誤會給生產(chǎn)環(huán)境帶來損失。由于數(shù)控設(shè)備的高度自動化，數(shù)控機床具有很高的精度，并且具有價格高、結(jié)構(gòu)復雜、加工獨特等特點。

（2）科學選擇數(shù)控設(shè)備刀具管理軟件的意義。數(shù)控工具對于靈活制造、柔性制造是昂貴的消耗資源，隨著數(shù)控設(shè)備和加工零件類型的增加，刀具零件和資源信息變得越來越復雜，投資比例也在增加。由于生產(chǎn)和加工的要求，刀庫與機床和機器之間有很多交流，傳統(tǒng)的工具管理模式不能滿足柔性制造的要求。選擇合適的數(shù)控刀具是提高數(shù)控效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，通過正確選擇數(shù)控刀具，合理分配數(shù)控刀具資源，可以避免因單個刀具閑置而浪費資源。另外，不要經(jīng)常租用個人工具。

（3）數(shù)控刀具管理歷史狀況以及研究背景。自1990 年代以來，國內(nèi)對制造系統(tǒng)靈活性的需求不斷增加，與數(shù)控工具加工相關(guān)的制造類型和規(guī)格的數(shù)量發(fā)生了質(zhì)的變化。制造業(yè)中的數(shù)控工具已經(jīng)演變成具有多個部件的微系統(tǒng)，并且該過程所需的投資比例正在快速增長。據(jù)統(tǒng)計，在柔性制造系統(tǒng)中，數(shù)控工具占生產(chǎn)成本的很大部分，制造數(shù)控工具的投資與管理成本是綜合制造成本的重要組成部分。當前產(chǎn)品加工的質(zhì)量和效率是由機床和數(shù)控工具決定的，如何增強數(shù)控設(shè)備的整體管理層次、降低制造的運營管理成本，對于機械加工具有極其重要的意義與利用價值。目前為止，數(shù)控設(shè)備刀具的管理方式已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的手工管理方法，制造過程必須將數(shù)控刀具管理與調(diào)用集成在一起。管理中的材料管理和加工信息管理相結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)控刀具預調(diào)、數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、傳輸、刀具自動化、刀具采購、壽命預測和管理的自動化。因此，利用信息技術(shù)自動管理數(shù)控工具中的信息已經(jīng)成為現(xiàn)代柔性制造的一大特征。

數(shù)控刀具管理始終基于數(shù)控技術(shù)人員的經(jīng)驗和與工人相關(guān)的記錄，包括刀具選擇、刀具分配和刀具維護，目標是保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，提高加工效率，優(yōu)化數(shù)控工具的資源配置。然而在產(chǎn)品生產(chǎn)中，由于新產(chǎn)品開發(fā)成本低、生產(chǎn)進度要求高，需要借用不同的設(shè)備、產(chǎn)品、部件工具，給工具管理帶來很大困難，給生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量保證帶來很大危害。隨著數(shù)字控制和新產(chǎn)品類型的增加，生產(chǎn)要求只能通過技術(shù)人員的工作經(jīng)驗以及現(xiàn)場工具的搜索和管理方法來滿足，現(xiàn)代生產(chǎn)迫切需要采用先進的工具管理方法來實現(xiàn)工具的科學管理。

2 傳統(tǒng)刀具管理模式存在的弊端

傳統(tǒng)的工具管理是將工具信息記錄在紙上或存儲在人腦中，而工具的動態(tài)信息管理是無法遵循的。每個管理員對工具信息的掌握程度不同，管理水平因人而異，記錄的信息很容易在很長一段時間內(nèi)丟失。隨著柔性工作場所數(shù)控設(shè)備和用戶數(shù)量的增加，數(shù)控工具的數(shù)量也在增加，傳統(tǒng)管理模式的弊端日益明顯。

由于刀具掌握在個人手中，刀具管理人員無法掌握生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)控刀具的動態(tài)使用，因此數(shù)控刀具無法平均分配，無法充分利用現(xiàn)有刀具。租賃刀具的人不使用刀具，不能共享數(shù)控刀具的資源。一些運營商指出，每年都頻繁增加新工具，工具數(shù)量仍然不足。

工具經(jīng)理不了解車間的工具狀況，無法按時補充庫存，也無法計劃整個工具的成本。因為工具在個人手中，工具經(jīng)常損壞和丟失又不想補償，不得不暫時用會嚴重影響生產(chǎn)周期和產(chǎn)品質(zhì)量的替代工具。作為一種消耗品，刀片通常不受特別控制，但是在數(shù)控切削中使用的刀片若不受約束地浪費，成本十分昂貴。

由于經(jīng)濟市場環(huán)境的變化和市場需求的多樣化，傳統(tǒng)的產(chǎn)品很難有盈利價值，絕大多數(shù)的企業(yè)更愿意利用購買許多先進的自動化設(shè)備來彌補這一短缺。通過多樣化的高質(zhì)量產(chǎn)品來提高市場競爭力，這給更多的自動化設(shè)備、工具、程序、材料和企業(yè)帶來了另一個問題，即缺乏與設(shè)備、工具、程序、材料、研究和生產(chǎn)管理系統(tǒng)相兼容的系統(tǒng)信息管理計劃，缺乏集成信息的互動平臺，有限的數(shù)據(jù)共享和分析能力、有限的生產(chǎn)管理以及企業(yè)信息管理中的開發(fā)延遲正變得日益突出。企業(yè)通常采用人工管理模式，管理效率低，出錯率高。

數(shù)控刀具管理軟件是工作場所管理的重要組成部分，是解決這些問題的重要途徑。數(shù)控刀具系統(tǒng)通過自動化、連續(xù)性和數(shù)字化技術(shù)，將加工車間的整個設(shè)備和工具集成、管理到智能系統(tǒng)中。應用智能數(shù)字控制、傳感器的識別技術(shù)，制造執(zhí)行系統(tǒng)以及其他先進的設(shè)備和控制技術(shù)，以改善生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)收集、通信、啟發(fā)式分析和決策反饋能力。

3 數(shù)控設(shè)備刀具管理軟件

工具管理是一種工具，用于跟蹤和管理車間的所有使用流程。根據(jù)工具管理流程的性質(zhì)，整個工具管理流程可以分為6 個模塊：基礎(chǔ)信息管理，流程信息管理，倉庫信息管理，工具日常管理，審批管理，統(tǒng)計分析。

（1）基本信息是識別和使用工具所需的基本信息。包括工具制造商、工具分類、倉庫貨架、工具庫、工具特性、工具數(shù)量和過程模板，這些信息是以標準的方式編寫和編號的，每個工具都需要適當?shù)幕拘畔ⅰ?/p>

（2）流程信息管理構(gòu)建了專家數(shù)據(jù)庫和私有過程數(shù)據(jù)庫之間的連接。切削專家數(shù)據(jù)庫建立了針對每種刀具優(yōu)化的切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫，以便技術(shù)人員可以從刀具的最佳參數(shù)中學習，在制造過程中保持最佳條件，并提高了使用工具的效率。個人流程庫存儲了員工常用的各種流程，可以在生產(chǎn)前隨時查看，因此員工習慣于使用流程和預防措施來提高工作準確性。

（3）倉庫管理是對工具倉儲、工具搜索、工具組裝、倉庫庫存和倉庫警報的管理。在考慮工具的裝運和接收時，需要記錄工具的名稱，數(shù)量和時間。通過“工具搜索”，您可以根據(jù)員工的特定要求，如工具類型、規(guī)格和位置，快速找到所需的工具。根據(jù)工具組件，它決定是否應該再次組裝工具，組裝時有沒有合適的部件。倉庫使用管理包括倉庫庫存和倉庫警報，清單需要定期計算清單中的不同工具，并分析不同工具的使用。對于過量消耗的工具，應該分析是否有任何異常用于識別生產(chǎn)環(huán)境中的潛在問題。倉庫警報限制了庫存工具的數(shù)量，如果數(shù)量低于限制，員工必須進行購買。

（4）刀具的日常管理是管理刀具的使用。物流管理應跟蹤每個工具的數(shù)據(jù)信息，并始終查詢磨削信息，如加工零件的數(shù)量、匹配的附件、使用的設(shè)備、磨削時間和合適的銑削參數(shù)。工具使用管理包括采購、管理倉庫、組裝、拆卸、廢料和研磨過程管理。其中，要對磨削數(shù)據(jù)進行有效分析，進行磨削，以延長刀具壽命。工具處理必須自動檢測是否滿足處理條件，建議定期處理工具，并控制所用工具的質(zhì)量。同時，對報廢工具進行數(shù)據(jù)挖掘和分析，為工藝改進提供數(shù)據(jù)支持，有效降低異常廢品率。此外，必須實時獲取單個產(chǎn)品的工具信息，系統(tǒng)可以自動警告差異性，以便能夠有效防止人為錯誤。

（5）審核和批準管理是對各種流程的管理。如刀庫經(jīng)理的采購和處置需要標準化的流程，由相關(guān)部門的員工進行審查和批準，以進行閉環(huán)管理。

4 總結(jié)

工具管理和應用程序可以記錄每個數(shù)控工具的整個生命周期的信息，以確保業(yè)務(wù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)的完整性，顯著減少工具損失，提高庫存工具的利用率，并防止重復購買。技術(shù)人員可以選擇刀具來提高工作效率，降低了企業(yè)成本，最大限度地提高了數(shù)控工具的加工質(zhì)量，并提高了生產(chǎn)率和效率。通過實時監(jiān)視產(chǎn)品設(shè)計、制造和物流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理并加強產(chǎn)品質(zhì)量控制。作為對產(chǎn)品質(zhì)量有重大影響的工具，數(shù)字制造車間需要一套完整的刀具管理軟件，以降低生產(chǎn)成本，規(guī)范刀具的使用，延長刀具的使用壽命。工具管理系統(tǒng)的設(shè)計，必須根據(jù)軟件技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的生產(chǎn)過程進行合理設(shè)計，才能構(gòu)建高效的工具管理平臺。