刀具管理的作用及發(fā)展趨勢

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)展的產物

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

現(xiàn)代刀具管理概念的提出可追溯到上世紀七八十年代CIMS系統(tǒng)的開發(fā)時期，刀具信息及實物的管理是CIMS系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。近年來，信息技術在制造業(yè)中的應用正不斷深化，已逐步由數(shù)控制造技術層面向企業(yè)管理領域拓展。通過將企業(yè)內部分散的開發(fā)、制造、營銷、管理等部門的信息管理子系統(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)的運營效率。在企業(yè)信息化管理的發(fā)展過程中，有關刀具和切削技術的信息與企業(yè)產品的創(chuàng)新設計及制造有著密切聯(lián)系，決定著產品的設計開發(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)的工作開始受到企業(yè)重視。隨著企業(yè)將非核心業(yè)務分離出來外包給專業(yè)化社會資源的進程不斷加快，企業(yè)對刀具管理的需求也變得更加迫切，從而推動了刀具管理技術的應用與發(fā)展。

與此同時，刀具和切削技術的發(fā)展速度不斷加快，刀具新產品、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品成百上千，令人目不暇接。這些新產品能否為用戶了解和認識？能否為用戶帶來直接的效益？怎樣才能為用戶帶來效益？是擺在刀具制造商和用戶面前的現(xiàn)實問題。要想使新產品轉化為用戶的效益，刀具制造商必須變革經營模式，由單純的刀具供貨商轉變?yōu)榈毒弋a品與技術服務提供商，即不僅要為用戶提供刀具新產品，而且要幫助用戶用好新刀具，成為用戶產品創(chuàng)新、提高制造效率可依賴的專業(yè)化社會資源和合作伙伴。在這種背景下，為用戶提供刀具管理技術已成為刀具制造商競相采用的服務項目之一。這項工作同樣受到工程軟件開發(fā)公司的關注，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)的刀具費用，從而降低企業(yè)的制造成本。企業(yè)的刀具費用可分為兩部分：①刀具的直接成本，即采購刀具的費用。這部分費用因企業(yè)的具體情況而各不相同，一般占零件制造成本的2%～5%。對于這部分刀具費用，目前比較一致的看法是：不要片面追求降低這部分刀具費用，因為它對降低制造成本的貢獻十分有限，而積極采用高性能刀具以提高加工效率，對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)生的間接費用，包括刀具的采購、存儲、組裝、調試、重磨、重涂等環(huán)節(jié)發(fā)生的人員工資、房屋和設備折舊等費用，還包括多余采購占用的資金利息和不合理使用造成的浪費等。有資料稱，這部分費用占到生產成本的15%甚至30%，遠遠超過刀具的直接成本。

通過科學的刀具管理，可降低刀具的庫存，減少對人員、資金、廠房、設備的占用，減少備刀差錯，從而顯著降低刀具的間接費用，對降低生產成本有著很大潛力。已有的實例表明，刀具管理可減少刀具品種達20%，降低周轉的刀具數(shù)量達30%以上。

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

三、刀具管理系統(tǒng)的基本要求和不同模式

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

系統(tǒng)的前一部分應用于產品設計、工藝編制和NC編程階段。這是產品的工程開發(fā)階段，是通過信息技術在CAD、CAM、CAPP和刀具工藝數(shù)據(jù)庫的基礎上產生正確的刀具清單和調刀圖，并可提供刀具的2D圖紙和3D造型，對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，所產生的刀具清單和調刀圖信息將作為刀具管理必需的物流信息。

系統(tǒng)的后一部分應用于產品制造階段，主要是物流管理，即對刀具的采購、倉儲、調刀、使用、維護的物流過程進行信息化管理。

對刀具管理系統(tǒng)的基本要求包括：

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

（2）在刀具的物流管理階段應能跟蹤刀具的物流過程，提供刀具的正確位置，動態(tài)反映刀具的庫存及使用狀況，并能對刀具管理的效果進行評估和監(jiān)督，設置刀具的最低庫存量。

根據(jù)用戶對刀具管理系統(tǒng)在兩個不同階段的不同需求，目前市場上出現(xiàn)了多種刀具管理模式。這些模式主要可以分為兩大類：一類是以車間為使用對象、以物流管理為主的刀具管理系統(tǒng)。這種模式又可按服務內容多少和程度深淺分為不同的級別：低級別管理系統(tǒng)只負責刀具的采購和庫存管理；較高級別的管理系統(tǒng)還負責生產現(xiàn)場的故障處理和刀具改進；目前最高級別的管理系統(tǒng)則采用全包形式，由刀具管理公司在企業(yè)內部設置常駐機構，全面管理生產現(xiàn)場的刀具，并對刀具進行優(yōu)化。對于前兩種管理級別，通常由刀具供應商以在車間設置刀具自動倉儲柜的方式或對車間的刀具庫進行管理。這種刀具管理系統(tǒng)除了管理機床操作者對刀具的領用、歸還以外，供應商還可通過網絡管理倉儲柜中的庫存，及時補充刀具，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、降低刀具庫存和行政管理成本的效果。目前此類系統(tǒng)主要由刀具制造商、大型刀具代理商或工程軟件開發(fā)公司提供，分別具有不同的優(yōu)缺點，刀具制造商和代理商推出的系統(tǒng)具有較強的專業(yè)優(yōu)勢，但對刀具的覆蓋面有一定局限性；工程軟件公司開發(fā)的系統(tǒng)則更多地引入了分析、推理、專家知識等功能，在功能的完整性與兼容性上具有一定優(yōu)勢。

另一類模式是一體化的刀具管理系統(tǒng)。此類系統(tǒng)集成了工程開發(fā)和物流管理兩個階段的功能，將這兩個階段產生的信息通過數(shù)據(jù)庫和信息數(shù)據(jù)的交換實現(xiàn)共享，工程開發(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程的使用效果和切削參數(shù)調整可反饋到工程開發(fā)部分，供技術經濟分析使用，二者相互促進，實現(xiàn)刀具的最優(yōu)化配置，系統(tǒng)也不斷自我完善。

現(xiàn)以我國西安易博軟件公司開發(fā)的一體化刀具管理系統(tǒng)為例，進一步了解此類系統(tǒng)的構成。該系統(tǒng)集成了工藝設計、刀具設計制造和加工制造幾個環(huán)節(jié)的相關信息，實現(xiàn)了工藝設計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。在工藝設計階段，系統(tǒng)具有較強的正確選刀能力，可通過刀具查詢與知識庫推理相結合的方法，按刀具材料、被加工工件材料和刀具切削性能等因素進行刀具選擇，體現(xiàn)出較強的專業(yè)性。在刀具使用及物流階段，系統(tǒng)集成了車間管理系統(tǒng)與工具總庫管理系統(tǒng)，除對刀具進行物流管理外，還可對工裝、量具等工具進行管理，因此更符合我國工具管理的現(xiàn)狀，具有較好的實用性。目前該系統(tǒng)已在我國航空航天工業(yè)領域得到應用，并收到了較好效果，有望進一步推廣。

四、刀具管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

（1）增強刀具管理系統(tǒng)的專業(yè)技術含量，提升正確選刀能力，滿足刀具應用條件。正確選刀是保證加工質量和效率的前提，而提供必要的應用技術（如高速旋轉刀具的動平衡和裝夾技術、刀具安全技術等）可以充分發(fā)揮刀具的加工性能。此外，刀具管理系統(tǒng)應能反映行業(yè)特點。機械工業(yè)中刀具應用的各重點行業(yè)（如汽車、模具、航空航天、發(fā)電設備制造等）在加工工藝、生產批量、被加工工件材料等方面各具特點，對刀具也有不同的要求，一個好的刀具管理系統(tǒng)應能在技術上反映出不同行業(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型制造業(yè)的發(fā)展方向，也符合當前刀具行業(yè)改變經營模式、提高服務能力的轉型方向，因此具有廣闊的發(fā)展前景。刀具管理的外包可分為單項、局部外包和全面外包。前者較為靈活，易于引入，適應面廣，尤其是結合刀具自動倉儲柜的模式，在美、德等國發(fā)展較快、應用較多。后者如上海通用汽車公司采用的刀具管理全面外包項目，由刀具管理專業(yè)公司代替了通用公司內部刀具管理部門的全部運作，據(jù)報道其經濟技術效益十分顯著。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的工廠，其產品、工藝及刀具均相對比較穩(wěn)定，運行中產生的大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)有助于進行科學的經濟技術分析。目前對全面外包也存在一種擔憂，認為這樣做不利于企業(yè)技術訣竅的保密和刀具專業(yè)技術的積累。

（3）適時將刀具編碼與ISO13399標準接軌。ISO13399是適應制造業(yè)信息化技術發(fā)展的需要而制訂的關于刀具產品描述和交換的國際標準。編制該標準的目的是提供一個統(tǒng)一的格式來描述有關刀具的信息，實現(xiàn)刀具信息在各應用領域之間的無障礙交換和利用，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）關注ISO14649（STEP-NC）標準的開發(fā)和實施進程。STEP-NC是一個面向對象的新型NC編程數(shù)據(jù)接口國際標準，將取代目前廣泛使用的ISO6983標準，并能實現(xiàn)CAD、CAM與CNC的雙向數(shù)據(jù)流動，將對數(shù)控制造技術領域產生深刻的影響，也將對刀具管理系統(tǒng)提出新的要求并帶來新的功能。

刀具管理系統(tǒng)的應用在我國還剛剛起步，隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，刀具管理有著很大的應用潛力和廣闊的發(fā)展前景，它的應用將加快企業(yè)信息化步伐和實現(xiàn)精益生產的進度，提高企業(yè)的生產效率和市場競爭實力，也符合企業(yè)落實科學發(fā)展觀的要求。