刀具管理系统模式探讨及发展趋势分析

    近年来，现代刀具管理技术获得了快速发展，越来越多的刀具制造商、工程软件和工程技术开发商推出了不同类型、各具特色的刀具管理模式和相应的软件。刀具管理在提高加工效率和数控机床利用率、保证产品质量、降低制造成本方面显示出很大的潜力。从企业的实际情况出发，积极采用适当的刀具管理技术已成为推动制造业刀具用户提高企业管理和制造技术水平的重要举措，因此受到越来越多企业的关注。
    现代刀具管理概念的提出可追溯到上世纪七八十年代CIMS系统的开发时期，刀具信息及实物的管理是CIMS系统中不可缺少的组成部分。“近年来，信息技术在制造业中的应用正不断深化，已逐步由数控制造技术层面向企业管理领域拓展。通过将企业内部分散的开发、制造、营销、管理等部门的信息管理子系统集成整合为统一的企业信息化管理系统，实现各子系统信息的交流与共享，大大提高了企业的运营效率。”国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长认为，在企业信息化管理的发展过程中，有关刀具和切削技术的信息与企业产品的创新设计及制造有着密切联系，决定着产品的设计开发水平和加工制造效率。因此，将刀具管理纳入企业信息化管理系统的工作开始受到企业重视。随着企业将非核心业务分离出来外包给专业化社会资源的进程不断加快，企业对刀具管理的需求也变得更加迫切，从而推动了刀具管理技术的应用与发展。
    与此同时，刀具和切削技术的发展速度不断加快，刀具新产品、新材料、新涂层、新工艺层出不穷、日新月异，一些大型刀具制造商每年推出的新产品成百上千，令人目不暇接。这些新产品能否为用户了解和认识？能否为用户带来直接的效益？怎样才能为用户带来效益？是摆在刀具制造商和用户面前的现实问题。国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长认为要想使新产品转化为用户的效益，刀具制造商必须变革经营模式，由单纯的刀具供货商转变为刀具产品与技术服务提供商，即不仅要为用户提供刀具新产品，而且要帮助用户用好新刀具，成为用户产品创新、提高制造效率可依赖的专业化社会资源和合作伙伴。在这种背景下，为用户提供刀具管理技术已成为刀具制造商竞相采用的服务项目之一。这项工作同样受到工程软件开发公司的关注，纷纷推出各种面向用户的刀具管理系统。
    对刀具管理系统的基本要求包括：
    (1)在产品的工程开发阶段应有足够的刀具记录，每件刀具包含2D/3D信息，并有一个很好的输入功能，能方便、快捷地补充刀具的新产品。更重要的是系统应能支持工艺创新，选用正确的刀具，合理设置切削参数，并提供刀具的应用技术(如走刀策略、高速旋转刀具的动平衡和装夹技术、刀具使用的安全技术等)。
    (2)在刀具的物流管理阶段应能跟踪刀具的物流过程，提供刀具的正确位置，动态反映刀具的库存及使用状况，并能对刀具管理的效果进行评估和监督，设置刀具的最低库存量。
    根据用户对刀具管理系统在两个不同阶段的不同需求，目前市场上出现了多种刀具管理模式。这些模式主要可以分为两大类：一类是以车间为使用对象、以物流管理为主的刀具管理系统。这种模式又可按服务内容多少和程度深浅分为不同的级别：低级别管理系统只负责刀具的采购和库存管理；较高级别的管理系统还负责生产现场的故障处理和刀具改进；目前最高级别的管理系统则采用全包形式，由刀具管理公司在企业内部设置常驻机构，全面管理生产现场的刀具，并对刀具进行优化。    对于前两种管理级别，通常由刀具供应商以在车间设置刀具自动仓储柜的方式或对车间的刀具库进行管理。这种刀具管理系统除了管理机床操作者对刀具的领用、归还以外，供应商还可通过网络管理仓储柜中的库存，及时补充刀具，并提供分析工人使用刀具情况的信息，可收到提高刀具使用率、降低刀具库存和行政管理成本的效果。目前此类系统主要由刀具制造商、大型刀具代理商或工程软件开发公司提供，分别具有不同的优缺点，刀具制造商和代理商推出的系统具有较强的专业优势，但对刀具的覆盖面有一定局限性；工程软件公司开发的系统则更多地引入了分析、推理、专家知识等功能，在功能的完整性与兼容性上具有一定优势。
    另一类模式是一体化的刀具管理系统。此类系统集成了工程开发和物流管理两个阶段的功能，将这两个阶段产生的信息通过数据库和信息数据的交换实现共享，工程开发阶段的信息为后面的
    制造及物流提供附加增值，而制造与物流管理过程的使用效果和切削参数调整可反馈到工程开发部分，供技术经济分析使用，二者相互促进，实现刀具的最优化配置，系统也不断自我完善。
    据国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长介绍，文翔数控刀具公司自行开发的一体化刀具管理系统集成了工艺设计、刀具设计制造和加工制造几个环节的相关信息，实现了工艺设计阶段的刀具选用与制造阶段的刀具使用信息的交换与共享。在工艺设计阶段，系统具有较强的正确选刀能力，可通过刀具查询与知识库推理相结合的方法，按刀具材料、被加工工件材料和刀具切削性能等因素进行刀具选择，体现出较强的专业性。在刀具使用及物流阶段，系统集成了车间管理系统与工具总库管理系统，除对刀具进行物流管理外，还可对工装、量具等工具进行管理，因此更符合我国工具管理的现状，具有较好的实用性。
    刀具管理系统的发展趋势
    (1)增强刀具管理系统的专业技术含量，提升正确选刀能力，满足刀具应用条件。正确选刀是保证加工质量和效率的前提，而提供必要的应用技术(如高速旋转刀具的动平衡和装夹技术、刀具安全技术等)可以充分发挥刀具的加工性能。此外，刀具管理系统应能反映行业特点。机械工业中刀具应用的各重点行业(如汽车、模具、航空航天、发电设备制造等)在加工工艺、生产批量、被加工工件材料等方面各具特点，对刀具也有不同的要求，一个好的刀具管理系统应能在技术上反映出不同行业的特色与差异。
    (2)发展外包管理模式，最大限度地发挥刀具管理系统的潜力。国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长认为，刀具管理外包的模式符合服务型制造业的发展方向，也符合当前刀具行业改变经营模式、提高服务能力的转型方向，因此具有广阔的发展前景。刀具管理的外包可分为单项、局部外包和全面外包。前者较为灵活，易于引入，适应面广，尤其是结合刀具自动仓储柜的模式，在美、德等国发展较快、应用较多。后者如上海通用汽车公司采用的刀具管理全面外包项目，由刀具管理专业公司代替了通用公司内部刀具管理部门的全部运作，据报道其经济技术效益十分显著。从目前的整体状况分析，这种外包模式较适合大批量流水线生产的工厂，其产品、工艺及刀具均相对比较稳定，运行中产生的大量统计数据有助于进行科学的经济技术分析。目前对全面外包也存在一种担忧，认为这样做不利于企业技术诀窍的保密和刀具专业技术的积累。
    (3)适时将刀具编码与ISO13399标准接轨。ISO13399是适应制造业信息化技术发展的需要而制订的关于刀具产品描述和交换的国际标准。编制该标准的目的是提供一个统一的格式来描述有关刀具的信息，实现刀具信息在各应用领域之间的无障碍交换和利用，极大地方便了信息的交换，提高了信息交换速度，为用户选刀、用刀提供了更广阔的视野。
    (4)关注ISO14649(STEP-NC)标准的开发和实施进程。STEP-NC是一个面向对象的新型NC编程数据接口国际标准，将取代目前广泛使用的ISO6983标准，并能实现CAD、CAM与CNC的双向数据流动，将对数控制造技术领域产生深刻的影响，也将对刀具管理系统提出新的要求并带来新的功能。
    刀具管理系统的应用在我国还刚刚起步，随着我国制造业的发展，刀具管理有着很大的应用潜力和广阔的发展前景，它的应用将加快企业信息化步伐和实现精益生产的进度，提高企业的生产效率和市场竞争实力，也符合企业落实科学发展观的要求。
    刀具管理任重道远
    刀具管理最基本的功能是降低企业的刀具费用，从而降低企业的制造成本。企业的刀具费用可分为两部分：①刀具的直接成本，即采购刀具的费用。这部分费用因企业的具体情况而各不相同，一般占零件制造成本的2%～5%。对于这部分刀具费用，目前比较一致的看法是：不要片面追求降低这部分刀具费用，因为它对降低制造成本的贡献十分有限，而积极采用高性能刀具以提高加工效率，对于降低制造成本的效果更大。②企业为使用和管理刀具而发生的间接费用，包括刀具的采购、存储、组装、调试、重磨、重涂等环节发生的人员工资、房屋和设备折旧等费用，还包括多余采购占用的资金利息和不合理使用造成的浪费等。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会调查显示，这部分费用占到生产成本的15%甚至30%，远远超过刀具的直接成本。
    “通过科学的刀具管理，可降低刀具的库存，减少对人员、资金、厂房、设备的占用，减少备刀差错，从而显著降低刀具的间接费用，对降低生产成本有着很大潜力。”国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长认为，刀具管理可减少刀具品种达20%，降低周转的刀具数量达30%以上。
    在上述刀具管理基本功能的基础上，现代刀具管理还具有优化加工过程、提高加工效率的高级功能。在设计编制加工工艺时，刀具管理软件可根据被加工工件材料、所使用的机床等加工条件选择更好的刀具和更佳的切削参数，达到提高切削效率、保证加工质量的效果。此外，及时、正确的供刀还可以减少数控机床停机待刀的时间，提高昂贵的数控机床的利用率(根据各企业的不同情况，可提高数控机床利用率5%～50%)，同样能为企业带来直接的经济效益。
    刀具管理系统模式探讨
    刀具管理系统的要求是将正确的刀具以正确的数量在正确的时间送到正确的地方。为了实现这里提出的四个“正确”，刀具管理系统必须能产生正确的刀具信息以及对信息进行正确的管理。为此，可将刀具管理系统分为前后两大部分。
    系统的前一部分应用于产品设计、工艺编制和NC编程阶段。    这是产品的工程开发阶段，是通过信息技术在CAD、CAM、CAPP和刀具工艺数据库的基础上产生正确的刀具清单和调刀图，并可提供刀具的2D图纸和3D造型，对于需要制造的刀具还可提供制造工艺，3D造型可供模拟切削的干涉检验，所产生的刀具清单和调刀图信息将作为刀具管理必需的物流信息。
    系统的后一部分应用于产品制造阶段，主要是物流管理，即对刀具的采购、仓储、调刀、使用、维护的物流过程进行信息化管理。