刀具管理的作用及發(fā)展趨勢(shì)

一、刀具管理是企業(yè)信息化管理的需要和刀具行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物

    近年來(lái)，現(xiàn)代刀具管理技術(shù)獲得了快速發(fā)展，越來(lái)越多的刀具制造商、工程軟件和工程技術(shù)開(kāi)發(fā)商推出了不同類(lèi)型、各具特色的刀具管理模式和相應(yīng)的軟件。刀具管理在提高加工效率和數(shù)控機(jī)床利用率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本方面顯示出很大的潛力。從企業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，積極采用適當(dāng)?shù)牡毒吖芾砑夹g(shù)已成為推動(dòng)制造業(yè)刀具用戶提高企業(yè)管理和制造技術(shù)水平的重要舉措，因此受到越來(lái)越多企業(yè)的關(guān)注。

現(xiàn)代刀具管理概念的提出可追溯到上世紀(jì)七八十年代CIMS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)期，刀具信息及實(shí)物的管理是CIMS系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。近年來(lái)，信息技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用正不斷深化，已逐步由數(shù)控制造技術(shù)層面向企業(yè)管理領(lǐng)域拓展。通過(guò)將企業(yè)內(nèi)部分散的開(kāi)發(fā)、制造、營(yíng)銷(xiāo)、管理等部門(mén)的信息管理子系統(tǒng)集成整合為統(tǒng)一的企業(yè)信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)信息的交流與共享，大大提高了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率。在企業(yè)信息化管理的發(fā)展過(guò)程中，有關(guān)刀具和切削技術(shù)的信息與企業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及制造有著密切聯(lián)系，決定著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)水平和加工制造效率。因此，將刀具管理納入企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的工作開(kāi)始受到企業(yè)重視。隨著企業(yè)將非核心業(yè)務(wù)分離出來(lái)外包給專(zhuān)業(yè)化社會(huì)資源的進(jìn)程不斷加快，企業(yè)對(duì)刀具管理的需求也變得更加迫切，從而推動(dòng)了刀具管理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

與此同時(shí)，刀具和切削技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，刀具新產(chǎn)品、新材料、新涂層、新工藝層出不窮、日新月異，一些大型刀具制造商每年推出的新產(chǎn)品成百上千，令人目不暇接。這些新產(chǎn)品能否為用戶了解和認(rèn)識(shí)？能否為用戶帶來(lái)直接的效益？怎樣才能為用戶帶來(lái)效益？是擺在刀具制造商和用戶面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。要想使新產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為用戶的效益，刀具制造商必須變革經(jīng)營(yíng)模式，由單純的刀具供貨商轉(zhuǎn)變?yōu)榈毒弋a(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)提供商，即不僅要為用戶提供刀具新產(chǎn)品，而且要幫助用戶用好新刀具，成為用戶產(chǎn)品創(chuàng)新、提高制造效率可依賴的專(zhuān)業(yè)化社會(huì)資源和合作伙伴。在這種背景下，為用戶提供刀具管理技術(shù)已成為刀具制造商競(jìng)相采用的服務(wù)項(xiàng)目之一。這項(xiàng)工作同樣受到工程軟件開(kāi)發(fā)公司的關(guān)注，紛紛推出各種面向用戶的刀具管理系統(tǒng)。

二、刀具管理的重要作用

    刀具管理最基本的功能是降低企業(yè)的刀具費(fèi)用，從而降低企業(yè)的制造成本。企業(yè)的刀具費(fèi)用可分為兩部分：①刀具的直接成本，即采購(gòu)刀具的費(fèi)用。這部分費(fèi)用因企業(yè)的具體情況而各不相同，一般占零件制造成本的2%～5%。對(duì)于這部分刀具費(fèi)用，目前比較一致的看法是：不要片面追求降低這部分刀具費(fèi)用，因?yàn)樗鼘?duì)降低制造成本的貢獻(xiàn)十分有限，而積極采用高性能刀具以提高加工效率，對(duì)于降低制造成本的效果更大。②企業(yè)為使用和管理刀具而發(fā)生的間接費(fèi)用，包括刀具的采購(gòu)、存儲(chǔ)、組裝、調(diào)試、重磨、重涂等環(huán)節(jié)發(fā)生的人員工資、房屋和設(shè)備折舊等費(fèi)用，還包括多余采購(gòu)占用的資金利息和不合理使用造成的浪費(fèi)等。有資料稱，這部分費(fèi)用占到生產(chǎn)成本的15%甚至30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)刀具的直接成本。

通過(guò)科學(xué)的刀具管理，可降低刀具的庫(kù)存，減少對(duì)人員、資金、廠房、設(shè)備的占用，減少備刀差錯(cuò)，從而顯著降低刀具的間接費(fèi)用，對(duì)降低生產(chǎn)成本有著很大潛力。已有的實(shí)例表明，刀具管理可減少刀具品種達(dá)20%，降低周轉(zhuǎn)的刀具數(shù)量達(dá)30%以上。

在上述刀具管理基本功能的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代刀具管理還具有優(yōu)化加工過(guò)程、提高加工效率的高級(jí)功能。在設(shè)計(jì)編制加工工藝時(shí)，刀具管理軟件可根據(jù)被加工工件材料、所使用的機(jī)床等加工條件選擇更好的刀具和更佳的切削參數(shù)，達(dá)到提高切削效率、保證加工質(zhì)量的效果。此外，及時(shí)、正確的供刀還可以減少數(shù)控機(jī)床停機(jī)待刀的時(shí)間，提高昂貴的數(shù)控機(jī)床的利用率（根據(jù)各企業(yè)的不同情況，可提高數(shù)控機(jī)床利用率5%～50%），同樣能為企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益。

三、刀具管理系統(tǒng)的基本要求和不同模式

    有專(zhuān)家把對(duì)刀具管理系統(tǒng)的要求表述為：將正確的刀具以正確的數(shù)量在正確的時(shí)間送到正確的地方。為了實(shí)現(xiàn)這里提出的四個(gè)“正確”，刀具管理系統(tǒng)必須能產(chǎn)生正確的刀具信息以及對(duì)信息進(jìn)行正確的管理。為此，可將刀具管理系統(tǒng)分為前后兩大部分。

系統(tǒng)的前一部分應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝編制和NC編程階段。這是產(chǎn)品的工程開(kāi)發(fā)階段，是通過(guò)信息技術(shù)在CAD、CAM、CAPP和刀具工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生正確的刀具清單和調(diào)刀圖，并可提供刀具的2D圖紙和3D造型，對(duì)于需要制造的刀具還可提供制造工藝，3D造型可供模擬切削的干涉檢驗(yàn)，所產(chǎn)生的刀具清單和調(diào)刀圖信息將作為刀具管理必需的物流信息。

系統(tǒng)的后一部分應(yīng)用于產(chǎn)品制造階段，主要是物流管理，即對(duì)刀具的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、調(diào)刀、使用、維護(hù)的物流過(guò)程進(jìn)行信息化管理。

對(duì)刀具管理系統(tǒng)的基本要求包括：

（1）在產(chǎn)品的工程開(kāi)發(fā)階段應(yīng)有足夠的刀具記錄，每件刀具包含2D/3D信息，并有一個(gè)很好的輸入功能，能方便、快捷地補(bǔ)充刀具的新產(chǎn)品。更重要的是系統(tǒng)應(yīng)能支持工藝創(chuàng)新，選用正確的刀具，合理設(shè)置切削參數(shù)，并提供刀具的應(yīng)用技術(shù)（如走刀策略、高速旋轉(zhuǎn)刀具的動(dòng)平衡和裝夾技術(shù)、刀具使用的安全技術(shù)等）。

（2）在刀具的物流管理階段應(yīng)能跟蹤刀具的物流過(guò)程，提供刀具的正確位置，動(dòng)態(tài)反映刀具的庫(kù)存及使用狀況，并能對(duì)刀具管理的效果進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)督，設(shè)置刀具的最低庫(kù)存量。

根據(jù)用戶對(duì)刀具管理系統(tǒng)在兩個(gè)不同階段的不同需求，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種刀具管理模式。這些模式主要可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是以車(chē)間為使用對(duì)象、以物流管理為主的刀具管理系統(tǒng)。這種模式又可按服務(wù)內(nèi)容多少和程度深淺分為不同的級(jí)別：低級(jí)別管理系統(tǒng)只負(fù)責(zé)刀具的采購(gòu)和庫(kù)存管理；較高級(jí)別的管理系統(tǒng)還負(fù)責(zé)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的故障處理和刀具改進(jìn)；目前最高級(jí)別的管理系統(tǒng)則采用全包形式，由刀具管理公司在企業(yè)內(nèi)部設(shè)置常駐機(jī)構(gòu)，全面管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的刀具，并對(duì)刀具進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于前兩種管理級(jí)別，通常由刀具供應(yīng)商以在車(chē)間設(shè)置刀具自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)柜的方式或?qū)��?chē)間的刀具庫(kù)進(jìn)行管理。這種刀具管理系統(tǒng)除了管理機(jī)床操作者對(duì)刀具的領(lǐng)用、歸還以外，供應(yīng)商還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理倉(cāng)儲(chǔ)柜中的庫(kù)存，及時(shí)補(bǔ)充刀具，并提供分析工人使用刀具情況的信息，可收到提高刀具使用率、降低刀具庫(kù)存和行政管理成本的效果。目前此類(lèi)系統(tǒng)主要由刀具制造商、大型刀具代理商或工程軟件開(kāi)發(fā)公司提供，分別具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，刀具制造商和代理商推出的系統(tǒng)具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，但對(duì)刀具的覆蓋面有一定局限性；工程軟件公司開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)則更多地引入了分析、推理、專(zhuān)家知識(shí)等功能，在功能的完整性與兼容性上具有一定優(yōu)勢(shì)。

另一類(lèi)模式是一體化的刀具管理系統(tǒng)。此類(lèi)系統(tǒng)集成了工程開(kāi)發(fā)和物流管理兩個(gè)階段的功能，將這兩個(gè)階段產(chǎn)生的信息通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和信息數(shù)據(jù)的交換實(shí)現(xiàn)共享，工程開(kāi)發(fā)階段的信息為后面的制造及物流提供附加增值，而制造與物流管理過(guò)程的使用效果和切削參數(shù)調(diào)整可反饋到工程開(kāi)發(fā)部分，供技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析使用，二者相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)刀具的最優(yōu)化配置，系統(tǒng)也不斷自我完善。

現(xiàn)以我國(guó)西安易博軟件公司開(kāi)發(fā)的一體化刀具管理系統(tǒng)為例，進(jìn)一步了解此類(lèi)系統(tǒng)的構(gòu)成。該系統(tǒng)集成了工藝設(shè)計(jì)、刀具設(shè)計(jì)制造和加工制造幾個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了工藝設(shè)計(jì)階段的刀具選用與制造階段的刀具使用信息的交換與共享。在工藝設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的正確選刀能力，可通過(guò)刀具查詢與知識(shí)庫(kù)推理相結(jié)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進(jìn)行刀具選擇，體現(xiàn)出較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性。在刀具使用及物流階段，系統(tǒng)集成了車(chē)間管理系統(tǒng)與工具總庫(kù)管理系統(tǒng)，除對(duì)刀具進(jìn)行物流管理外，還可對(duì)工裝、量具等工具進(jìn)行管理，因此更符合我國(guó)工具管理的現(xiàn)狀，具有較好的實(shí)用性。目前該系統(tǒng)已在我國(guó)航空航天工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，并收到了較好效果，有望進(jìn)一步推廣。

四、刀具管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）增強(qiáng)刀具管理系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)含量，提升正確選刀能力，滿足刀具應(yīng)用條件。正確選刀是保證加工質(zhì)量和效率的前提，而提供必要的應(yīng)用技術(shù)（如高速旋轉(zhuǎn)刀具的動(dòng)平衡和裝夾技術(shù)、刀具安全技術(shù)等）可以充分發(fā)揮刀具的加工性能。此外，刀具管理系統(tǒng)應(yīng)能反映行業(yè)特點(diǎn)。機(jī)械工業(yè)中刀具應(yīng)用的各重點(diǎn)行業(yè)（如汽車(chē)、模具、航空航天、發(fā)電設(shè)備制造等）在加工工藝、生產(chǎn)批量、被加工工件材料等方面各具特點(diǎn)，對(duì)刀具也有不同的要求，一個(gè)好的刀具管理系統(tǒng)應(yīng)能在技術(shù)上反映出不同行業(yè)的特色與差異。

（2）發(fā)展外包管理模式，最大限度地發(fā)揮刀具管理系統(tǒng)的潛力。從總體上講，刀具管理外包的模式符合服務(wù)型制造業(yè)的發(fā)展方向，也符合當(dāng)前刀具行業(yè)改變經(jīng)營(yíng)模式、提高服務(wù)能力的轉(zhuǎn)型方向，因此具有廣闊的發(fā)展前景。刀具管理的外包可分為單項(xiàng)、局部外包和全面外包。前者較為靈活，易于引入，適應(yīng)面廣，尤其是結(jié)合刀具自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)柜的模式，在美、德等國(guó)發(fā)展較快、應(yīng)用較多。后者如上海通用汽車(chē)公司采用的刀具管理全面外包項(xiàng)目，由刀具管理專(zhuān)業(yè)公司代替了通用公司內(nèi)部刀具管理部門(mén)的全部運(yùn)作，據(jù)報(bào)道其經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益十分顯著。從目前的整體狀況分析，這種外包模式較適合大批量流水線生產(chǎn)的工廠，其產(chǎn)品、工藝及刀具均相對(duì)比較穩(wěn)定，運(yùn)行中產(chǎn)生的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有助于進(jìn)行科學(xué)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。目前對(duì)全面外包也存在一種擔(dān)憂，認(rèn)為這樣做不利于企業(yè)技術(shù)訣竅的保密和刀具專(zhuān)業(yè)技術(shù)的積累。

（3）適時(shí)將刀具編碼與ISO13399標(biāo)準(zhǔn)接軌。ISO13399是適應(yīng)制造業(yè)信息化技術(shù)發(fā)展的需要而制訂的關(guān)于刀具產(chǎn)品描述和交換的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。編制該標(biāo)準(zhǔn)的目的是提供一個(gè)統(tǒng)一的格式來(lái)描述有關(guān)刀具的信息，實(shí)現(xiàn)刀具信息在各應(yīng)用領(lǐng)域之間的無(wú)障礙交換和利用，極大地方便了信息的交換，提高了信息交換速度，為用戶選刀、用刀提供了更廣闊的視野。

（4）關(guān)注ISO14649（STEP-NC）標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施進(jìn)程。STEP-NC是一個(gè)面向?qū)ο蟮男滦蚇C編程數(shù)據(jù)接口國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，將取代目前廣泛使用的ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，并能實(shí)現(xiàn)CAD、CAM與CNC的雙向數(shù)據(jù)流動(dòng)，將對(duì)數(shù)控制造技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響，也將對(duì)刀具管理系統(tǒng)提出新的要求并帶來(lái)新的功能。

刀具管理系統(tǒng)的應(yīng)用在我國(guó)還剛剛起步，隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，刀具管理有著很大的應(yīng)用潛力和廣闊的發(fā)展前景，它的應(yīng)用將加快企業(yè)信息化步伐和實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的進(jìn)度，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，也符合企業(yè)落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的要求。