切削刀具網(wǎng)絡(luò)平臺研究進(jìn)展

胡賢金，肖文俊，邱易

1成都工具研究所有限公司；2 成都伊高智能科技有限公司

1 引言

新一代信息通信技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)的融合發(fā)展推動著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅速擴(kuò)張，企業(yè)戰(zhàn)略布局的中心開始圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺生態(tài)建設(shè)。而構(gòu)建特定行業(yè)和特定場景下工業(yè)關(guān)聯(lián)關(guān)系模型是形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)微服務(wù)能力的核心。

隨著航空航天技術(shù)及汽車制造技術(shù)的快速革新，企業(yè)對重要零部件精度和質(zhì)量的要求也逐漸提高，對精準(zhǔn)選擇數(shù)控刀具的需求也越來越高。然而大多數(shù)工程技術(shù)人員缺乏完善的理論知識體系，常通過搜索紙質(zhì)樣本選擇加工刀具或依據(jù)長時間的經(jīng)驗(yàn)積累使用近似的切削參數(shù)創(chuàng)建CAM程序，具有較強(qiáng)的主觀性，不能穩(wěn)定地保證零件的加工質(zhì)量。據(jù)國際生產(chǎn)工程研究會(CIRP)研究報告，美國制造行業(yè)刀具的正確選擇率只有50%左右，在最佳切削用量下的刀具切削時間僅有58%，且僅38%的刀具被完全使用到最佳壽命。

為了根據(jù)實(shí)際加工工況向用戶推薦合適的刀具選擇方案，網(wǎng)絡(luò)共享是較好的方式。國外知名刀具生產(chǎn)商陸續(xù)推出智能選刀軟件，提高了制造加工的精度、質(zhì)量與效率，而國內(nèi)關(guān)于智能選刀的研究相對落后很多。每個制造商均可或已開發(fā)出獨(dú)特的格式描述工具，而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享需要同一種語言。國際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了這一功能，如ISO13399和通用工具目錄(GTC)[1]。

除此以外，在以服務(wù)型制造和智能制造改變傳統(tǒng)制造的進(jìn)程中，數(shù)控刀具服務(wù)必然要向智能化發(fā)展。刀具服務(wù)不僅體現(xiàn)在提供實(shí)物產(chǎn)品上，更需使刀具數(shù)據(jù)及其切削參數(shù)高效集成于CAD/CAM/CAE/PDM等系統(tǒng)中，沒有統(tǒng)一且標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口會使設(shè)備與平臺之間以及企業(yè)內(nèi)部之間難以實(shí)現(xiàn)信息或數(shù)據(jù)的集成和共享，造成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各組件之間完全獨(dú)立，形成“信息孤島”。刀具數(shù)據(jù)正在成為金屬加工制造業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的命脈，如Siemens PLM的制造資源庫(MRL)支持讀取，滿足ISO13399的切削刀具數(shù)據(jù)，使用引導(dǎo)式組件搜索選擇刀具組件，并創(chuàng)建刀具組件和3D模型。該資源庫可包含多個刀具供應(yīng)商目錄，用戶能在同一刀具組件中自定義匹配來自不同供應(yīng)商的組件[2]。當(dāng)最大限度地利用和集成此類數(shù)據(jù)，就能更好地穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”國家戰(zhàn)略。

數(shù)控刀具智能選用服務(wù)平臺是指采用某種方式幫助終端用戶更準(zhǔn)確地選擇刀具，并通過人機(jī)交互界面連接刀具制造商和終端用戶，使刀具制造商為終端用戶提供更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)。數(shù)控刀具智能選用服務(wù)平臺可作為信息的集成系統(tǒng)，也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重要的外圍組件，服務(wù)于整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

國內(nèi)制造業(yè)整體數(shù)字化和信息化水平較低，中小企業(yè)眾多且發(fā)展差異極大，大多仍然處于工業(yè)2.0和3.0階段，制約了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)中的應(yīng)用，短時間內(nèi)這些企業(yè)難以完成信息化和智能化改造[3]。在這樣的現(xiàn)狀下，制造業(yè)應(yīng)采取相應(yīng)措施：①依托基礎(chǔ)技術(shù)和軟件在云端平臺的應(yīng)用，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)最基本的信息化改造；②基于基礎(chǔ)性平臺建立可以提供更加專業(yè)服務(wù)的行業(yè)級平臺，通過對數(shù)據(jù)的應(yīng)用和管理提供更加專業(yè)和豐富的服務(wù)；③建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合標(biāo)準(zhǔn)化體系，缺少統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口將難以實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的集成和共享，形成“信息孤島”。

開發(fā)一個具備數(shù)據(jù)集成、集眾多專家經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)算法為一體的刀具智能選用服務(wù)平臺必然會提高加工效率和加工質(zhì)量且降低制造成本。此外，刀具智能選用服務(wù)平臺可滿足國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的要求，符合國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際發(fā)展，同時也為國內(nèi)工具制造企業(yè)提供產(chǎn)品開發(fā)所需切削數(shù)據(jù)支撐，從而實(shí)現(xiàn)國內(nèi)高端制造行業(yè)刀具應(yīng)用水平和刀具開發(fā)水平雙向“彎道超車”。因此，研發(fā)符合國際標(biāo)準(zhǔn)且具備統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口的行業(yè)性專業(yè)級數(shù)控刀具智能服務(wù)平臺已成為實(shí)現(xiàn)智能制造目標(biāo)的“快車道”。

2 平臺類型與應(yīng)用現(xiàn)狀

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不斷深入各個行業(yè)和領(lǐng)域，直至輻射到工量具行業(yè)。伴隨著用戶對信息集成、數(shù)據(jù)管理和技術(shù)服務(wù)等需求的不斷提高，各企業(yè)也在加速研發(fā)并推出具備包括采購、查詢、刀具管理和更多功能的平臺。

2.1 依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類

由美國Borland公司研發(fā)的C/S模式和美國微軟公司研發(fā)的B/S模式是當(dāng)今開發(fā)模式技術(shù)架構(gòu)的兩大主流。這兩項(xiàng)技術(shù)均已被廣泛應(yīng)用，且各有優(yōu)劣勢和一定的市場占比與客戶群。

客戶機(jī)和服務(wù)器(Client/Server)結(jié)構(gòu)模式稱為C/S模式。采用C/S架構(gòu)開發(fā)的軟件或平臺，其應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)負(fù)荷較輕，且數(shù)據(jù)儲存管理功能較為透明。該模式的缺點(diǎn)也非常明顯——需選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的真正統(tǒng)一，且傳統(tǒng)C/S結(jié)構(gòu)的軟件需要針對不同操作系統(tǒng)開發(fā)不同版本的軟件，因此需要高昂的維護(hù)成本和非常大的投資。由于產(chǎn)品的更新?lián)Q代很快，Java語言出現(xiàn)后該模式在一定情況下已不適應(yīng)工作需求。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，以Java技術(shù)為核心、J2EE為平臺的計算模式——Browser/Server結(jié)構(gòu)模式誕生，被稱為瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)模式，即B/S模式。B/S模式軟件維護(hù)和升級方式簡單，所有客戶端均為瀏覽器，開發(fā)者或者管理員只需要維護(hù)服務(wù)器即可，節(jié)省了用戶的人力、物力、時間和費(fèi)用，其應(yīng)用管理軟件安裝在Linux服務(wù)器上即可安全使用。但在該模式下，應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)的負(fù)荷較重，一旦發(fā)生服務(wù)器“崩潰”等問題，后果不堪設(shè)想。因此，許多單位都備有本地數(shù)據(jù)庫存儲服務(wù)器以防萬一。

對企業(yè)來說，從以往的技術(shù)水平看，B/S模式特別適用于系統(tǒng)同用戶交互量不大的應(yīng)用，而需要大量頻繁、高速交互的應(yīng)用系統(tǒng)多選擇C/S模式。但隨著云計算技術(shù)不斷迭代，越來越多的企業(yè)將開發(fā)重心轉(zhuǎn)向B/S模式，將原C/S架構(gòu)移植或集成到B/S系統(tǒng)中。采用B/S模式無需全部取代傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)，特別是從近期的發(fā)展來看，二者應(yīng)用界限并不清晰，通常能互相補(bǔ)充、相輔相成，因此，實(shí)際應(yīng)用中新的B/S模式需要能和傳統(tǒng)C/S模式結(jié)合[4]。

2.2 依據(jù)功能分類

(1)具備傳統(tǒng)電商供銷功能

除學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的平臺不具備該功能外，大部分企業(yè)開發(fā)的平臺或軟件均具備該功能，且功能大同小異，不同點(diǎn)在于用戶的體驗(yàn)設(shè)計。

(2)具備精密工具產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)交換功能

產(chǎn)品信息是連接產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、物料管理、生產(chǎn)管理和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)之間的紐帶。因此，產(chǎn)品信息在不同系統(tǒng)間的統(tǒng)一表達(dá)和交互直接影響企業(yè)信息化的步伐。例如，意大利制造的切削刀片必須精確安裝在巴西制造的銑刀中，而這種組合又可安裝在日本銑床上。此外，銑刀的生產(chǎn)可能會轉(zhuǎn)包給韓國公司，且原始刀具和仿制刀具必須在角度和線性尺寸上保持一致。考慮到相關(guān)公司可能使用不同的計算機(jī)系統(tǒng)和不同的CAD/CAM程序，因此可能會使用不同基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置的機(jī)器，甚至可能不在同一平面，此時轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜[5]。

目前，產(chǎn)品信息的交互、應(yīng)用較多的是STEP(Standard Exchange of Product data model)，它在不同系統(tǒng)中將產(chǎn)品信息統(tǒng)一。STEP即ISO 10303《工業(yè)自動化系統(tǒng)——產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換》標(biāo)準(zhǔn)，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織下TC184“工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成”技術(shù)委員會中的SC4“工業(yè)數(shù)據(jù)”小組及國際電工委員會于1984年啟動的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，其目的是解決工業(yè)中貫穿產(chǎn)品整個生命周期且獨(dú)立于任何特定系統(tǒng)描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制問題，并將產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品分開，因此該標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于中性文件交換，還為共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫和長期存檔提供了基礎(chǔ)[6]。同時，在精密工具產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)表達(dá)交換領(lǐng)域，ISO 13399《切削刀具數(shù)據(jù)表達(dá)與交換》系列標(biāo)準(zhǔn)是在ISO 10303《工業(yè)自動化系統(tǒng)——產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換》體系下作為具體領(lǐng)域切削刀具產(chǎn)品實(shí)例化的一系列標(biāo)準(zhǔn)。ISO 13399系列標(biāo)準(zhǔn)的切削刀具數(shù)據(jù)包括但不限于幾何形狀和尺寸數(shù)據(jù)、標(biāo)識和名稱數(shù)據(jù)、各種零件和備用零件數(shù)據(jù)以及切削材料數(shù)據(jù)和部件連接性等。刀具制造商和供應(yīng)商必須了解和評估其切削刀具及使用特征，以便作出制造決策和執(zhí)行制造加工[7]。該功能在業(yè)務(wù)流程設(shè)計上具有相似性(見圖1)。

圖1 產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)表達(dá)交換標(biāo)準(zhǔn)化體系

通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口編譯由形式化語言EXPRRESS構(gòu)成的.step文件成為該領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。德國LKSOFT公司開發(fā)的JSDAI軟件和美國STEP Tools公司的ST-Developer軟件是目前應(yīng)用范圍最廣的兩款軟件。

JSDAI軟件是德國LKSOFT公司開發(fā)的應(yīng)用程序編程接口軟件(API)，用于讀取、寫入和運(yùn)行時操作基于EXPRESS的數(shù)據(jù)模型定義的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)。此類模型廣泛用于STEP(ISO 10303)、PLIB(ISO 13584)和其它ISO、IEC、DIN標(biāo)準(zhǔn)。JSDAI軟件的重要用途是根據(jù)EXPRESS模式中定義的規(guī)則驗(yàn)證數(shù)據(jù)[8]。其主頁面見圖2。

圖2 JSDAI主頁面

目前，JSDAI軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并可以提供的現(xiàn)成COTS產(chǎn)品有EXPRESS語言編譯器、STEP庫、STEP-Book AP203、STEP-Book AP210、JSDAI-SQL橋以及STEP-Book AP214。涵蓋裝配結(jié)構(gòu)、三維形狀表示、二維繪圖、PDM、工藝規(guī)劃和運(yùn)動學(xué)等領(lǐng)域。由于JSDAI軟件的開源特點(diǎn)，瑞典山特維克可樂滿開發(fā)的CoroPlus軟件、成都伊高智能科技有限公司開發(fā)的Tools Era刀具智能選用平臺以及Machining Cloud等軟件在數(shù)據(jù)信息模型的建設(shè)上均采用了該軟件。

ST-Developer是美國STEP Tools公司面向STEP標(biāo)準(zhǔn)和VC+ +開發(fā)環(huán)境所開發(fā)的集成工具包(見圖3)。該軟件的主要功能是支持JAVA和C+ +等高級編程語言與EXPRESS語言進(jìn)行聯(lián)編和二次開發(fā)，將STEP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為物理交換文件格式，供其它軟件讀取EXPRESS信息模型中定義的內(nèi)容。ST-Developer集成工具包中包含的模塊及功能有：可以查看、編輯STEP Part21格式文件的Part21 文件瀏覽器；將EXPRESS格式文件轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的C+ +類，以方便在VC+ +環(huán)境下通過程序的二次開發(fā)來實(shí)例化EXPRESS文件里實(shí)體信息的EXPRESS編譯器，該模塊是ST-Developer的核心功能[9]；可以查看、修改但無法編輯EXPRESS-G格式文件的EXPRESS-G編輯器；對文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的EXPRESS-G轉(zhuǎn)換器、DXF與STEP格式互轉(zhuǎn)器、IGES與STEP格式互轉(zhuǎn)工具等各類轉(zhuǎn)換器。

圖3 ST-Developer

大部分三維建模軟件在生成STEP交互文件時均采用該軟件，具備三維幾何模型瀏覽和下載功能的平臺或生成三維幾何模型的交互文件時也采用了該軟件，例如瑞典山特維克可樂滿開發(fā)的CoroPlus軟件和成都伊高智能科技有限公司開發(fā)的ToolsEra刀具智能選用平臺及Machining Cloud等軟件。

2.3 具備在線個性化定制功能

在線個性化定制通過產(chǎn)品供應(yīng)商和終端用戶在線協(xié)同完成。目前主流是使用在線參數(shù)化設(shè)計的方法完成此過程，部分企業(yè)是在用戶使用時通過調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)器上的UG、SolidWorks及AutoCAD等二維、三維建模軟件來達(dá)到效果。通過在線參數(shù)化設(shè)計實(shí)現(xiàn)該功能的開發(fā)周期較長，針對不同產(chǎn)品需開發(fā)多套參數(shù)化程序，用戶操作簡單，支持多個用戶同時操作且響應(yīng)迅速，新迪3D零件庫、米思米、伊高和山特維克都采用了該方法；通過遠(yuǎn)程服務(wù)器所需的開發(fā)周期短，用戶使用友好度更高，但響應(yīng)慢、同時間段只允許一名用戶使用是其不足之處。

目前，在線參數(shù)化設(shè)計主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是利用開源的三維底層技術(shù)通過自主開發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)，開發(fā)者具有獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，但開發(fā)周期長、難度大；二是對已有的商業(yè)軟件二次開發(fā)，相較于利用三維底層技術(shù)自主開發(fā)，此方法開發(fā)周期短且難度低，但開發(fā)者不具備獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，極易受其影響。

山特維克和米思米等軟件分別采用了對UG和SolidWorks軟件的二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)在線個性化定制功能。成都伊高智能開發(fā)的Tools Era則通過開源的幾何造型內(nèi)核Open CASCADE，利用Cad Query中描述的三維圖形函數(shù)表達(dá)式，在這些函數(shù)表達(dá)式中置入ISO 13399參考詞典庫中的類與特性標(biāo)識符，利用Python編程調(diào)取數(shù)據(jù)庫中的源數(shù)據(jù)值，經(jīng)過參考詞典的標(biāo)識識別從而實(shí)現(xiàn)三維驅(qū)動；同時，Open CASCADE支持ISO 10303 STEP數(shù)據(jù)接口，可滿足產(chǎn)品三維模型與其它CAD/CAM軟件交互的需求；同理，在Visual Studio軟件中采用共用繪圖程序包可生成產(chǎn)品二維DXF文件，以上是后臺驅(qū)動過程，用戶端通過填寫必要的參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)在線個性化定制(見圖4)。

圖4 在線個性化定制

2.4 具備自適應(yīng)裝配模擬功能

具有在線自適應(yīng)模擬裝配功能的軟件或平臺大多參考了ISO 13399標(biāo)準(zhǔn)中的方法。該標(biāo)準(zhǔn)對不同產(chǎn)品之間的連接接口特征進(jìn)行了定義：一個工具通常兩端或至少一端具有此類連接接口。兩端分別被定義為機(jī)床側(cè)(CCMS)和工件側(cè)(CCWS)，接口連接機(jī)床方向時，被稱為機(jī)床側(cè)；連接工件方向時，被稱為工件側(cè)。為所有產(chǎn)品的信息模型綁定參考詞典中的連接代碼，以便分析其裝配關(guān)系，當(dāng)兩個產(chǎn)品不同接口側(cè)具有相同連接代碼時，即可完成這組產(chǎn)品的裝配關(guān)系。通過對具有裝配關(guān)系的兩個或多個三維模型進(jìn)行幾何變換，即可完成裝配過程。不同軟件有不同的三維模型可視化業(yè)務(wù)流程，根據(jù)其業(yè)務(wù)流程將裝配體展示出來，可實(shí)現(xiàn)在線裝配。裝配體模型通過執(zhí)行ISO 10303三維模型數(shù)據(jù)交互規(guī)范，使裝配體文件可導(dǎo)出并導(dǎo)入至相關(guān)CAD軟件中進(jìn)行下一步處理。實(shí)現(xiàn)過程見圖5。

圖5 自適應(yīng)裝配

2.5 具備刀具智能選用功能

刀具智能選用屬于專業(yè)性非常強(qiáng)的功能，需要在系統(tǒng)中建立專業(yè)性極高的核心數(shù)據(jù)庫，包括數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)庫、通用夾具數(shù)據(jù)庫、工件模型數(shù)據(jù)庫、工件材料數(shù)據(jù)庫、切削刀具數(shù)據(jù)庫、刀具材料數(shù)據(jù)庫、涂層材料數(shù)據(jù)庫和切削液數(shù)據(jù)庫等，通過專業(yè)知識建立切削要素關(guān)聯(lián)關(guān)系數(shù)學(xué)模型及專家模型，從而建立工具智能選用系統(tǒng)的核心算法。

CoroPlus、ITA、Machining Cloud及Tools Era等軟件均具備此功能，其業(yè)務(wù)流程大同小異，用戶輸入加工需求數(shù)據(jù)后，核心算法幫助系統(tǒng)自動獲取決策信息并輸出加工解決方案，包含最優(yōu)刀具組合和最佳切削參數(shù)，還可通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口將方案打包導(dǎo)入CAM系統(tǒng)中作碰撞仿真，最后輸出NC代碼并通過評價體系反饋加工數(shù)據(jù)，也能通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口將方案打包導(dǎo)入CAE系統(tǒng)并進(jìn)行切削仿真，其不同點(diǎn)在于核心數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和切削要素關(guān)系數(shù)據(jù)模型的精確程度。成都伊高智能科技研發(fā)的Tools Era還考慮到通過方案評價體系收集用戶的切削試驗(yàn)和切削仿真等反饋數(shù)據(jù)，而后通過反饋數(shù)據(jù)對原有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行優(yōu)化，形成數(shù)據(jù)反哺數(shù)據(jù)的良性循環(huán)，為未來“加工優(yōu)化解決方案”的優(yōu)化系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。實(shí)際流程見圖6。

圖6 刀具智能選用

2.6 具備行業(yè)信息統(tǒng)計服務(wù)功能

隨著社會的不斷發(fā)展，機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)對信息的收集、分析和發(fā)布的及時性與實(shí)效性要求越來越高，對行業(yè)信息統(tǒng)計服務(wù)工作提出了更高要求。移動互聯(lián)網(wǎng)智能終端已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，在科技期刊移動互聯(lián)技術(shù)開發(fā)的前景下，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺具有發(fā)布信息及時、快捷、準(zhǔn)確和清晰的功能特點(diǎn)，且可即時建立編輯與作者在文字、圖片及視頻等方面的進(jìn)一步聯(lián)系，是實(shí)現(xiàn)科技期刊同步推送信息和交流的橋梁[10]。

3 平臺研究進(jìn)展和趨勢

瑞典山特維克可樂滿CoroPlus軟件是對工業(yè)4.0進(jìn)行探索的最新成果之一。該軟件基于C/S架構(gòu)，需要用戶自行下載安裝。在CoroPlus軟件中包含Tool Guide、Tool Library及Tool Path三種功能模塊。CoroPlus Tool Guide功能模塊通過人機(jī)交互，基于加工任務(wù)、加工材料和機(jī)床幫助終端用戶推薦適合當(dāng)前工況的刀具和切削參數(shù)等工藝信息，并能直接與用戶的CAM或刀具管理軟件對接；CoroPlus Tool Library是山特維克可樂滿自身產(chǎn)品的刀具數(shù)據(jù)庫，通過開放式應(yīng)用程序接口(API)連接到用戶現(xiàn)有軟件環(huán)境中，提供雙向連接。它為終端用戶提供了基于ISO 13399國際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化信息，包括二維、三維及純文本信息，同時，用戶也能利用CoroPlus Tool Library將任何符合ISO 13399標(biāo)準(zhǔn)的刀具數(shù)據(jù)信息模型導(dǎo)入其中，從而創(chuàng)建刀具組裝模型；Tool Path是針對特定加工特征的模塊化軟件，可快速生成高效的NC代碼[11]。為滿足多種用戶需求，山特維克可樂滿也將CoroPlus軟件部分功能集成于B/S架構(gòu)中，通過瀏覽器即可訪問(見圖7)。類似的還有伊斯卡(ISCAR)基于自身產(chǎn)品開發(fā)的切削刀具選用軟件。

圖7 coroplus ToolLibrary軟件主界面

上述切削刀具選用軟件均基于自身產(chǎn)品開發(fā)，其數(shù)據(jù)庫中僅有公司自身的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，很難滿足終端用戶不同的需求。Machining Cloud是美國加利福尼亞州Machining Cloud Gmbh開發(fā)的一款專門提供刀具產(chǎn)品數(shù)據(jù)的軟件，由肯納金屬提供技術(shù)支持(見圖8)。其功能模塊與CoroPlus相似，包含刀具數(shù)據(jù)庫、智能選刀和在線裝配等功能，最大的不同之處是Machining Cloud集成了若干供應(yīng)商的刀具數(shù)據(jù)，包括山高、威迪亞、瓦爾特、肯納和伊斯卡等知名刀具企業(yè)。該軟件最開始以C/S架構(gòu)進(jìn)行研發(fā)，用戶可下載桌面應(yīng)用程序自行安裝使用，目前已將部分功能集成至云端，用戶可通過瀏覽器訪問。

圖8 Machining Cloud主界面

MISUMI-VONA是由日本企業(yè)米思米推出的工業(yè)品電商平臺，以電商思維整合服務(wù)商資源，通過提供一站式采購解決方案來提高用戶采購效率和降低采購成本，通過與服務(wù)商的協(xié)力合作保證服務(wù)質(zhì)量，但缺少如智能選刀功能等領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)支持(見圖9)。

圖9 MISUMI-VONA主界面

國內(nèi)特定細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)的智能選刀、在線參數(shù)化設(shè)計及平臺研發(fā)等功能因?qū)Ｓ眯暂^強(qiáng)，需要開發(fā)眾多數(shù)學(xué)模型，故對其進(jìn)行研究主要集中在高等院校。而大部分企業(yè)著眼于刀具銷售平臺的研發(fā)，產(chǎn)品多樣但缺乏技術(shù)支持，部分企業(yè)則依托阿里巴巴、京東等電商平臺進(jìn)行純貿(mào)易活動。成都工具研究所有限公司開發(fā)的中國工具信息網(wǎng)和中國工具集市等與切削刀具相關(guān)的網(wǎng)站，可查看各種切削刀具產(chǎn)品信息、產(chǎn)品圖片、生產(chǎn)廠家信息和參考價格等貿(mào)易信息(見圖10和圖11)。

圖10 中國工具信息網(wǎng)主界面

圖11 中國工具集市網(wǎng)主界面

國家科技基礎(chǔ)條件平臺項(xiàng)目“先進(jìn)制造與自動化科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)”是機(jī)械科學(xué)研究總院聯(lián)合國內(nèi)17家原機(jī)械部的科研院所開發(fā)的B/S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)平臺，其中“先進(jìn)切削技術(shù)”是子集，其資源體系設(shè)計見圖12。

圖12 先進(jìn)切削技術(shù)網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)

207XX(資源集合層1)-XX(資源集合層2)-XX(資源集合層3)-XX(資源集合層4)-XX(資源對象層)。資源集合層最多可有4層，第5層為資源對象層，即含有具體數(shù)據(jù)對象的層。

先進(jìn)切削技術(shù)科學(xué)數(shù)據(jù)共享體系涵蓋切削技術(shù)研究和應(yīng)用的各個領(lǐng)域，涉及材料、工藝、方法、設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)、安全及設(shè)計制造等方面，既包含基礎(chǔ)理論研究數(shù)據(jù)，又有具體的切削方法與工藝參數(shù)實(shí)例，并給切削技術(shù)新發(fā)展方面的內(nèi)容留有一定空間。

網(wǎng)站包含的資源文件格式有：html網(wǎng)頁文件、Word文檔資料文件、jpeg圖片文件、DB數(shù)據(jù)庫文件和動畫文件等多種形式。

PCD刀具智能選用平臺是江蘇大學(xué)研發(fā)的一款PCD車削刀具智能選用系統(tǒng)(見圖13)，建立了加工效率、表面粗糙度和切削力多目標(biāo)優(yōu)選模型，并完成約束條件處理，基于遺傳算法對多目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選計算，基于試驗(yàn)結(jié)果得出Pareto解集，平臺會根據(jù)輸入信息從Pareto解集中選擇出最佳切削參數(shù)，并給出適合的加工刀具[12]。

圖13 PCD刀具智能選用平臺主界面

刀具管理數(shù)據(jù)庫是上海交通大學(xué)利用開源數(shù)據(jù)庫等開源軟件實(shí)現(xiàn)的基于B/S架構(gòu)的刀具管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，提供包括出入庫和工具系統(tǒng)自適應(yīng)組合等功能[13]。

刀具聯(lián)盟是由溫嶺某刀具經(jīng)銷商創(chuàng)建的電商B2B平臺。利用溫嶺刀具聚散地的優(yōu)勢，通過網(wǎng)絡(luò)低價銷售各品牌刀具產(chǎn)品(見圖14)。通過整合上下游資源開展純貿(mào)易業(yè)務(wù)，無刀具技術(shù)支持。

圖14 刀具聯(lián)盟系統(tǒng)主界面

Tools Era刀具智能選用服務(wù)平臺是依托國家科技重大專項(xiàng)并聯(lián)合成都工具研究所有限公司、成都成量工具集團(tuán)公司、四川大學(xué)、上海交通大學(xué)及成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司等國內(nèi)知名企業(yè)和高校開發(fā)的具備精密工具產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)交換功能、在線個性化定制功能、自適應(yīng)裝配模擬功能、刀具智能選用功能和行業(yè)信息統(tǒng)計服務(wù)功能的B/S架構(gòu)平臺(見圖15)。

圖15 Tools Era刀具智能選用服務(wù)平臺主界面

4 結(jié)語

通過建立切削刀具網(wǎng)絡(luò)智能選用服務(wù)平臺，使用Java程序開發(fā)網(wǎng)絡(luò)版本的切削刀具智能選取，可在網(wǎng)絡(luò)平臺上將與切削刀具有關(guān)的信息數(shù)據(jù)以圖文并茂的方式展現(xiàn)在網(wǎng)頁上，并協(xié)同其它設(shè)計制造軟件對其進(jìn)行靈活調(diào)用，以達(dá)到數(shù)控刀具智能選用的目的，為開發(fā)其它網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用起到拋磚引玉的作用。

綜上所述，研發(fā)刀具智能選用服務(wù)平臺涉及多個學(xué)科，需要不同領(lǐng)域的專家通力合作。我國在刀具管理、選用系統(tǒng)研究和開發(fā)層次上還遠(yuǎn)落后于國外企業(yè)，絕大多數(shù)企業(yè)只是著眼一個點(diǎn)，功能單一，加上沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一，使得刀具管理系統(tǒng)和選用系統(tǒng)等單個系統(tǒng)間無法互聯(lián)，很難連接到用戶現(xiàn)有CAD/CAM/PDF等軟件環(huán)境中。但隨著市場需求和國家對該領(lǐng)域的重視程度不斷提高，已有部分企業(yè)正在著力追趕國外企業(yè)。