從管理方面和技術方面加強對數(shù)控刀具的管理，是實現(xiàn)數(shù)控機床增效的重要途徑。國防科技工業(yè)局在全行業(yè)內(nèi)開展千臺數(shù)控機床增效工程，通過以切削仿真優(yōu)化為主的工藝技術創(chuàng)新，在提高數(shù)控機床加工效率方面進行了有益嘗試，取得了顯著成效。與之相配合，進一步加強對數(shù)控刀具的選用、準備、流通、維護等完整業(yè)務過程的管理，實現(xiàn)“在正確的時間、將正確的刀具、以正確的數(shù)量、送到正確的地點、進行正確的使用，可以進一步減少在時間、成本方面的浪費，是提升數(shù)控機床利用率的重要保證。本課題從數(shù)控機床增效、工藝優(yōu)化的角度對數(shù)控刀具管理業(yè)務流程、存在問題、關鍵技術環(huán)節(jié)、信息系統(tǒng)建設、企業(yè)應用實踐等內(nèi)容進行說明，闡述數(shù)控刀具管理解決方案。

1 數(shù)控刀具管理業(yè)務

　　1.1 特點

　　與傳統(tǒng)普通刀具比較，數(shù)控刀具的應用表現(xiàn)出以下3個方面的顯著特點。

　　(1)專業(yè)性強。數(shù)控刀具在新材料、新涂層、新工藝方面發(fā)展迅速，新產(chǎn)品層出不窮、更新速度很快，要求企業(yè)用戶具備更全面的數(shù)控刀具專業(yè)知識。

　　(2)數(shù)據(jù)量大。以機夾式為主的數(shù)控刀具為生產(chǎn)提供了很大的便利，但同時也帶來了大量不同刀具廠商、不同類型、不同特點且相互之間又具有多種組合關系的刀具組件，數(shù)據(jù)量巨大。

　　(3)業(yè)務過程復雜。數(shù)控刀具管理業(yè)務包括工程設計階段的刀具選擇、數(shù)控程序編制、加工仿真等，生產(chǎn)制造階段的刀具計劃、采購、庫存、刀具拼裝、預調(diào)、配送、修磨等，是一個涉及到多個部門的復雜過程。很強的專業(yè)性、巨大的數(shù)據(jù)量、復雜的業(yè)務過程使得企業(yè)在數(shù)控刀具管理方面面臨著如何有效積累并利用刀具應用知識、如何有效管理并共享數(shù)控刀具數(shù)據(jù)、如何集成信息以協(xié)同各項管理業(yè)務的巨大挑戰(zhàn)。

　　1.2 業(yè)務描述

　　數(shù)控刀具管理業(yè)務所涉及到的一些主要活動及相互關系如圖1所示。

圖1 數(shù)控刀具管理業(yè)務示意圖

　　可以將企業(yè)數(shù)控刀具管理業(yè)務大致劃分成3個階段：刀具技術方案確定階段、刀具生產(chǎn)準備階段、現(xiàn)場刀具加工使用階段。

　　1.2.1 刀具技術方案確定階段

　　此階段的主要任務是根據(jù)加工工藝要求正確、合理地選擇刀具，確定刀具技術方案，是整個數(shù)控刀具管理業(yè)務的源頭，指導后續(xù)相關業(yè)務的開展。

　　此階段主要包括2個方面的工作：一是面向企業(yè)內(nèi)部的刀具選型，一是面向企業(yè)外部刀具供應商的刀具選型。

　　根據(jù)加工工藝要求，包括工件材料、加工精度、加工尺寸、機床等，首先需要在企業(yè)內(nèi)部的刀具數(shù)據(jù)庫中去搜索、匹配，查找合適的刀具，確定包括刀具類型、刀具組件、幾何參數(shù)、切削參數(shù)等信息，完成刀具選擇。如果企業(yè)內(nèi)部沒有能夠滿足需要的刀具，則要從外部供應商處獲取新刀信息，綜合考慮刀具技術性能、價格等因素，并進行試刀，確定刀具方案，包括品牌、型號、價格、主要參數(shù)等，完成刀具選型。

　　為獲得好的刀具技術方案，此階段重點關注刀具應用知識、數(shù)據(jù)的積累和有效利用，包括企業(yè)內(nèi)部的以及外部的刀具應用數(shù)據(jù)，涉及到典型零件、結構、特征等的刀具應用方案，刀具典型應用場合，不同加工環(huán)境下的切削參數(shù)，刀具使用經(jīng)驗、使用性能，刀具詳細參數(shù)等方面的內(nèi)容。

　　此階段的業(yè)務活動與工藝設計、數(shù)控編程、加工仿真等業(yè)務環(huán)節(jié)緊密的關聯(lián)在一起。最終，在工藝規(guī)程、數(shù)控程序中體現(xiàn)具體的刀具方案，并以刀具清單、工裝目錄等形式將刀具信息傳遞到后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

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　　1.2.2 刀具生產(chǎn)準備階段

　　此階段主要任務是依據(jù)刀具技術方案及生產(chǎn)計劃、任務的安排，完成包括刀具需求計劃、刀具供應、存儲管理、刀具拼裝、預調(diào)、配送等方面的刀具生產(chǎn)準備工作。

　　此階段的業(yè)務主要可以劃分成2個方面：一是以刀具能力規(guī)劃為主的刀具計劃，一是以刀具調(diào)度執(zhí)行為主的刀具準備。

　　依據(jù)刀具技術方案和主生產(chǎn)計劃的要求，評估現(xiàn)有刀具庫存、刀具壽命并考慮財務指標，刀具計劃業(yè)務要確定一段時期內(nèi)的刀具需求計劃，以滿足技術和生產(chǎn)上對刀具能力的要求。根據(jù)具體的生產(chǎn)任務安排和刀具配送清單，刀具準備業(yè)務需要按時、按量完成所需刀具拼裝、預調(diào)、配送等工作，確保實際加工任務的順利完成。刀具存儲業(yè)務管理刀具及組件庫存、出入庫、修磨情況等，根據(jù)庫存控制策略提出補貨計劃。刀具供應根據(jù)刀具需求、補貨計劃，對供應商、采購過程進行管理，完成刀具供給。

　　為高效完成刀具生產(chǎn)準備，此階段重點關注各項業(yè)務之間的信息集成、數(shù)據(jù)共享、物流順暢，需要全面、準確的企業(yè)刀具管理數(shù)據(jù)庫的支持，涉及到刀具類別、編碼、管理信息、狀態(tài)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)交換等方面的內(nèi)容。此階段的業(yè)務活動與資源計劃、生產(chǎn)管理、制造執(zhí)行等業(yè)務環(huán)節(jié)緊密地關聯(lián)在一起，如圖3所示。最終，實現(xiàn)“在正確的時間、將正確的刀具、以正確的數(shù)量、送到正確的地點的目標。

　　1.2.3 現(xiàn)場刀具加工使用階段

　　此階段的主要任務是根據(jù)刀具技術方案及刀具準備結果，完成刀具加工使用過程，積累實際使用數(shù)據(jù)。此階段需要完成刀具在機床上的正確安裝、調(diào)整，正確設置參數(shù)補償，實時監(jiān)控刀具狀態(tài)、加工質(zhì)量，完成實際的加工任務，并將刀具使用情況反饋到企業(yè)刀具應用數(shù)據(jù)庫中。也可以在現(xiàn)場進行專門的刀具切削試驗，優(yōu)化刀具使用參數(shù)，并積累到企業(yè)刀具應用數(shù)據(jù)庫中。

　　此階段工作是刀具技術方案階段所需依據(jù)的企業(yè)刀具應用知識、數(shù)據(jù)的重要來源，需要建立起規(guī)范的數(shù)據(jù)收集、反饋、積累機制。

　　此階段的業(yè)務活動與現(xiàn)場管理、DNC控制、生產(chǎn)監(jiān)控等業(yè)務環(huán)節(jié)緊密地關聯(lián)在一起。最終，實現(xiàn)刀具切削加工、數(shù)據(jù)收集。

　　1.3 目前存在的主要問題

　　上述數(shù)控刀具管理業(yè)務是一個完整的過程，在理想的情況下，在完善的知識庫、數(shù)據(jù)庫、信息協(xié)調(diào)機制的支持下，實現(xiàn)數(shù)控刀具各項業(yè)務的緊密協(xié)同，是最佳的結果。然而，在企業(yè)實際生產(chǎn)過程中，目前在數(shù)控刀具管理各個階段都還普遍存在一些問題，主要包括以下方面。

　　(1)缺乏對刀具應用知識、數(shù)據(jù)的有效積累、利用，選刀困難。

　　如上所述，刀具技術方案階段的工作是源頭，對整個數(shù)控刀具管理業(yè)務影響最大，然而也恰恰是在這個階段，相關的工作最為薄弱，主要體現(xiàn)在：

　　已有的刀具技術方案、應用經(jīng)驗停留在各種技術文件、技術人員的頭腦里，沒有進行整理、歸納，難以查找、共享。

　　依靠翻閱紙質(zhì)刀具樣本、手冊、生產(chǎn)現(xiàn)場查找、口頭交流、個人經(jīng)驗等方式完成刀具選擇，困難較大，合理性較難保證。

　　偏重于對刀具一般日常管理方面信息的維護，普遍缺乏對刀具詳細技術參數(shù)數(shù)據(jù)的結構化表達、描述，包括幾何參數(shù)、切削參數(shù)、材料等，導致很難根據(jù)具體的加工要求去匹配適當?shù)牡毒摺?/p>

　　(2)業(yè)務環(huán)節(jié)之間缺乏并行、協(xié)同，難以優(yōu)化、效率較低。

　　數(shù)控刀具管理各項業(yè)務之間以及與其他相關業(yè)務環(huán)節(jié)之間在業(yè)務邏輯上是緊密關聯(lián)，然而目前在企業(yè)以職能劃分為主的分散管理模式中，各業(yè)務環(huán)節(jié)之間并行、協(xié)同性較低，難以實現(xiàn)在時間、成本方面的優(yōu)化，業(yè)務執(zhí)行效率較低，主要體現(xiàn)在以下方面。

　工藝技術人員不能準確、及時了解生產(chǎn)單位刀具存儲、使用情況，刀具技術方案確定較難考慮實際的刀具狀況，造成設計階段和生產(chǎn)階段刀具信息的脫節(jié)，加大了生產(chǎn)準備的難度，延長了準備周期。

　　生產(chǎn)準備階段，刀具計劃、準備、存儲業(yè)務與生產(chǎn)計劃、任務安排之間脫節(jié)，易造成刀具庫存居高不下，刀具準備周期長。

　　刀具在生產(chǎn)現(xiàn)場的加工使用往往相對獨立，與上層其他刀具管理業(yè)務的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)反饋缺乏有效的手段，難以實現(xiàn)相關刀具數(shù)據(jù)的及時更新。

　　1.4 關鍵技術環(huán)節(jié)

　　解決上述存在的問題，加強數(shù)控刀具管理，需要重點關注刀具應用知識管理和刀具業(yè)務協(xié)同，其中涉及到一些關鍵的技術環(huán)節(jié)，簡要說明如下。

　　(1)刀具管理模式變革。

　　傳統(tǒng)的各自為政、分散式刀具管理不利于實現(xiàn)刀具應用知識的積累、共享，不利于實現(xiàn)刀具管理業(yè)務的協(xié)同，在針對具體業(yè)務采取具體技術改進措施的同時，都應該在管理模式上進行相匹配的變革，否則很可能只能局限在某一個局部業(yè)務的改進，不能對整體產(chǎn)生影響。促進刀具技術人員專業(yè)化、刀具數(shù)據(jù)統(tǒng)一化、刀具業(yè)務過程集成化，應該是刀具管理模式變革的方向。

　　(2)刀具應用知識庫。　　包括切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫、刀具典型應用數(shù)據(jù)庫、刀具使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫等在內(nèi)的刀具應用知識庫，是企業(yè)最為重要的智力資產(chǎn)，需要借助相關的輔助工具，建立起知識收集、整理、歸納、管理的機制。而在企業(yè)外部，刀具廠商和研究機構則可以提供更為通用的刀具應用知識庫，供企業(yè)參考。

　　(3)統(tǒng)一的刀具信息數(shù)據(jù)庫。

　　通常來說，企業(yè)中的數(shù)控刀具種類多、數(shù)量大，包括通用、專用、進口、國產(chǎn)、非標等，涉及到不同的刀具廠商、刀具品牌，在分類、名稱、參數(shù)描述等方面存在多種不同的表達方式，相互之間缺乏參照。不同的業(yè)務之間也有各自關注的各種管理信息。在這樣的情況下，建立規(guī)范的數(shù)控刀具分類編碼體系，實現(xiàn)刀具數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達和交換，建立統(tǒng)一的刀具信息數(shù)據(jù)庫，就成為一項重要的基礎性工作，必須重點加以考慮。

　　(4)刀具搜索引擎。

　　在刀具應用知識庫、信息數(shù)據(jù)庫的基礎上，實現(xiàn)刀具搜索引擎，能夠方便地根據(jù)加工的具體要求，如加工材料、加工方式、加工特征、尺寸要求、機床條件等，在刀具應用知識庫和信息數(shù)據(jù)庫中快速匹配、選擇、組裝恰當?shù)牡毒?，這將是數(shù)控刀具管理最為重要的一個應用人口。

　　(5)數(shù)據(jù)獲取機制。

　　建立包括切削參數(shù)、加工性能、刀具壽命參數(shù)、使用狀態(tài)等在內(nèi)的刀具數(shù)據(jù)的動態(tài)獲取機制，是重點也是難點技術。通過實際生產(chǎn)、試驗、仿真等手段，加強刀具標識與自動識別、實時數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化等方面的工作，不斷采集、積累、更新相關的刀具數(shù)據(jù)，是優(yōu)化數(shù)控刀具使用的關鍵。而加強與企業(yè)外部刀具廠商、研究機構的交流、溝通，及時了解新的刀具應用技術數(shù)據(jù)，也是一個重要的途徑。

　　1.5 向數(shù)控刀具管理要效益

　　加強數(shù)控刀具管理，可以幫助企業(yè)在增加收益和降低成本2個方面獲得效益，對促進數(shù)控機床增效具有最直接的作用。

2 數(shù)控刀具管理信息化平臺系統(tǒng)

　　2.1 不同信息系統(tǒng)中的刀具

　　充分利用信息技術、工具是加強數(shù)控刀具管理不可缺少的手段。隨著企業(yè)信息化進程的不斷深化，PDM、CAD、CAM、CAPP、ERP、MES、DNC等信息化系統(tǒng)的應用越來越廣泛，每個系統(tǒng)都從不同的角度或多或少地提供了部分刀具管理的功能，以支持相關業(yè)務功能的展開，刀具信息可以說是“無孑L不入”。這一方面說明了刀具信息的重要性，但另一方面也造成實際上對完整刀具管理業(yè)務的割裂，形成了許多“信息孤島”，不能充分體現(xiàn)信息化在刀具管理中的作用。而一般的刀具管理信息系統(tǒng)，則更多的是關注刀具存儲管理方面的業(yè)務，包括庫房臺帳管理、出入庫、領用歸還、調(diào)撥、送修、報廢、統(tǒng)計等，較少涉及到刀具選擇、準備、切削參數(shù)管理等方面的業(yè)務，管理范圍有限。

　　在這樣的情況下，要切實加強數(shù)控刀具管理，就需要以數(shù)控刀具一體化管理為目標，建立起能支持整個數(shù)控刀具管理業(yè)務的信息化平臺，為包括工藝設計環(huán)節(jié)的刀具選擇和制造環(huán)節(jié)的刀具使用等在內(nèi)的各業(yè)務環(huán)節(jié)提供信息溝通、業(yè)務協(xié)調(diào)的手段，優(yōu)化刀具選擇、使用、管理、維護流程，幫助制造企業(yè)實現(xiàn)對數(shù)控刀具整個生命周期全過程的信息化管理。

　　2.2 系統(tǒng)結構

　　數(shù)控刀具管理信息化平臺結構如示意圖6所示。企業(yè)內(nèi)部、外部刀具資源數(shù)據(jù)庫和應用知識庫構成了數(shù)控刀具管理信息化平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎，在用戶應用層面，實現(xiàn)刀具搜索引擎、刀具臺帳目錄、刀具數(shù)據(jù)維護、業(yè)務管理工具；在業(yè)務邏輯層面，支持包括刀具計劃、刀具供應、刀具存儲、刀具準備、刀具使用等在內(nèi)的各項管理業(yè)務。實現(xiàn)與CAPP、CAM系統(tǒng)的集成，完成數(shù)控刀具技術方案階段的業(yè)務協(xié)同；實現(xiàn)與ERP、MES系統(tǒng)的集成，完成數(shù)控刀具準備階段的業(yè)務協(xié)同；實現(xiàn)與生產(chǎn)現(xiàn)場、DNC系統(tǒng)的集成，完成刀具加工使用階段的業(yè)務協(xié)同。

　　2.3 系統(tǒng)性能

　　數(shù)控刀具管理信息化平臺系統(tǒng)性能要求主要包含：

　　(1)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫架構，能滿足各種不同類型數(shù)控刀具各種參數(shù)、管理數(shù)據(jù)的表達、存儲要求；

　　(2)靈活的數(shù)控刀具分類、屬性定義管理工具，適應多樣化的查詢、管理應用要求；

　　(3)實現(xiàn)與CAPP、CAM、MES、ERP等軟件系統(tǒng)及生產(chǎn)現(xiàn)場自動貨柜、條碼、對刀等硬件設備的集成；

　　(4)具有開放性，可以聯(lián)接外部的刀具數(shù)據(jù)庫、知識庫，或者將其納入到平臺系統(tǒng)中來；

　　(5)具備數(shù)據(jù)積累、更新機制，能方便、及時地更新數(shù)據(jù)；

　　(6)實現(xiàn)方便、快速、準確的刀具搜索。

　　2.4 系統(tǒng)實施規(guī)劃

　　企業(yè)實施數(shù)控刀具管理信息化系統(tǒng)，需要重點關注以下幾個方面的工作：

　　(1)明確目標，進行適當?shù)臄?shù)控刀具管理模式變革，建立企業(yè)內(nèi)在的動力和機制；

　　(2)建立、完善數(shù)控刀具分類編碼體系，這是最基礎也是最重要的工作之一；

　　(3)加強數(shù)控刀具基礎數(shù)據(jù)、應用知識方面的管理，建立有效的數(shù)據(jù)積累、利用機制；

　　(4)做好信息化系統(tǒng)實施規(guī)劃和需求分析，避免局部應用、信息孤島；

　　(5)數(shù)控刀具管理信息化系統(tǒng)選型，以支持一體化管理系統(tǒng)為主要目標。

3 慶安集團數(shù)控刀具管理實踐

　　中航工業(yè)慶安集團有限公司在數(shù)控化發(fā)展的過程中，改革傳統(tǒng)管理模式，著力打造數(shù)控刀具管理系統(tǒng)。

　　(1)建立企業(yè)的數(shù)控刀具編碼標準，并建立了企業(yè)級的數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)數(shù)控刀具的信息化管理以及企業(yè)信息系統(tǒng)的整合創(chuàng)造了條件。

　　(2)建立刀具應用知識庫，使企業(yè)的制造技術得以延續(xù)和傳承，促進了企業(yè)數(shù)控技術的進步。

　　(3)完善刀具搜索引擎，給數(shù)控編程人員創(chuàng)造了一個合理選擇數(shù)控刀具的信息平臺，提升了編程效率和刀具選擇的準確度。

　　(4)實現(xiàn)數(shù)控刀具管理與PDM、CAPP、ERP、DNC和MES系統(tǒng)的信息共享，打破企業(yè)各信息系統(tǒng)之間的信息孤島，實現(xiàn)企業(yè)的信息系統(tǒng)整合。

　　數(shù)控刀具管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，提升了企業(yè)的數(shù)控編程效率，有效縮短了數(shù)控加工準備時間，有力地促進了企業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。

4 結束語

　　隨著先進制造、知識經(jīng)濟的不斷發(fā)展，為提高核心競爭力，制造企業(yè)在推動知識管理、協(xié)同制造方面的工作力度正不斷加大，數(shù)控刀具作為最重要的一種生產(chǎn)制造資源，正需要借助深人開展刀具應用知識管理和刀具業(yè)務協(xié)同來實現(xiàn)數(shù)控增效、工藝優(yōu)化，直接提升企業(yè)制造能力。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)控刀具管理業(yè)務目標明確，范圍清楚，有足夠的業(yè)務覆蓋面又不是非常復雜、知識含量高，但缺乏足夠的技術支持，直接與生產(chǎn)相關并影響生產(chǎn)績效，這些特點使得圍繞數(shù)控刀具業(yè)務開展知識管理和業(yè)務協(xié)同、推動數(shù)控刀具管理信息化更容易落到實處并取得實效，是很好的人手點。