從管理方面和技術方面加強對數控刀具的管理，是實現數控機床增效的重要途徑。國防科技工業局在全行業內開展千臺數控機床增效工程，通過以切削仿真優化為主的工藝技術創新，在提高數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，進一步加強對數控刀具的選用、準備、流通、維護等完整業務過程的管理，實現“在正確的時間、將正確的刀具、以正確的數量、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，是提升數控機床利用率的重要保證。本課題從數控機床增效、工藝優化的角度對數控刀具管理業務流程、存在問題、關鍵技術環節、信息系統建設、企業應用實踐等內容進行說明，闡述數控刀具管理解決方案。

1 數控刀具管理業務

　　1.1 特點

　　與傳統普通刀具比較，數控刀具的應用表現出以下3個方面的顯著特點。

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

　　(2)數據量大。以機夾式為主的數控刀具為生產提供了很大的便利，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，數據量巨大。

　　(3)業務過程復雜。數控刀具管理業務包括工程設計階段的刀具選擇、數控程序編制、加工仿真等，生產制造階段的刀具計劃、采購、庫存、刀具拼裝、預調、配送、修磨等，是一個涉及到多個部門的復雜過程。很強的專業性、巨大的數據量、復雜的業務過程使得企業在數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控刀具數據、如何集成信息以協同各項管理業務的巨大挑戰。

　　1.2 業務描述

　　數控刀具管理業務所涉及到的一些主要活動及相互關系如圖1所示。

圖1 數控刀具管理業務示意圖

　　可以將企業數控刀具管理業務大致劃分成3個階段：刀具技術方案確定階段、刀具生產準備階段、現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，是整個數控刀具管理業務的源頭，指導后續相關業務的開展。

　　此階段主要包括2個方面的工作：一是面向企業內部的刀具選型，一是面向企業外部刀具供應商的刀具選型。

　　根據加工工藝要求，包括工件材料、加工精度、加工尺寸、機床等，首先需要在企業內部的刀具數據庫中去搜索、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、切削參數等信息，完成刀具選擇。如果企業內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、數據的積累和有效利用，包括企業內部的以及外部的刀具應用數據，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，不同加工環境下的切削參數，刀具使用經驗、使用性能，刀具詳細參數等方面的內容。

　　此階段的業務活動與工藝設計、數控編程、加工仿真等業務環節緊密的關聯在一起。最終，在工藝規程、數控程序中體現具體的刀具方案，并以刀具清單、工裝目錄等形式將刀具信息傳遞到后續的生產環節。

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　　1.2.2 刀具生產準備階段

　　此階段主要任務是依據刀具技術方案及生產計劃、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、配送等方面的刀具生產準備工作。

　　此階段的業務主要可以劃分成2個方面：一是以刀具能力規劃為主的刀具計劃，一是以刀具調度執行為主的刀具準備。

　　依據刀具技術方案和主生產計劃的要求，評估現有刀具庫存、刀具壽命并考慮財務指標，刀具計劃業務要確定一段時期內的刀具需求計劃，以滿足技術和生產上對刀具能力的要求。根據具體的生產任務安排和刀具配送清單，刀具準備業務需要按時、按量完成所需刀具拼裝、預調、配送等工作，確保實際加工任務的順利完成。刀具存儲業務管理刀具及組件庫存、出入庫、修磨情況等，根據庫存控制策略提出補貨計劃。刀具供應根據刀具需求、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準備，此階段重點關注各項業務之間的信息集成、數據共享、物流順暢，需要全面、準確的企業刀具管理數據庫的支持，涉及到刀具類別、編碼、管理信息、狀態數據、數據交換等方面的內容。此階段的業務活動與資源計劃、生產管理、制造執行等業務環節緊密地關聯在一起，如圖3所示。最終，實現“在正確的時間、將正確的刀具、以正確的數量、送到正確的地點的目標。

　　1.2.3 現場刀具加工使用階段

　　此階段的主要任務是根據刀具技術方案及刀具準備結果，完成刀具加工使用過程，積累實際使用數據。此階段需要完成刀具在機床上的正確安裝、調整，正確設置參數補償，實時監控刀具狀態、加工質量，完成實際的加工任務，并將刀具使用情況反饋到企業刀具應用數據庫中。也可以在現場進行專門的刀具切削試驗，優化刀具使用參數，并積累到企業刀具應用數據庫中。

　　此階段工作是刀具技術方案階段所需依據的企業刀具應用知識、數據的重要來源，需要建立起規范的數據收集、反饋、積累機制。

　　此階段的業務活動與現場管理、DNC控制、生產監控等業務環節緊密地關聯在一起。最終，實現刀具切削加工、數據收集。

　　1.3 目前存在的主要問題

　　上述數控刀具管理業務是一個完整的過程，在理想的情況下，在完善的知識庫、數據庫、信息協調機制的支持下，實現數控刀具各項業務的緊密協同，是最佳的結果。然而，在企業實際生產過程中，目前在數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、數據的有效積累、利用，選刀困難。

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

　　已有的刀具技術方案、應用經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。

　　依靠翻閱紙質刀具樣本、手冊、生產現場查找、口頭交流、個人經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數據的結構化表達、描述，包括幾何參數、切削參數、材料等，導致很難根據具體的加工要求去匹配適當的刀具。

　　(2)業務環節之間缺乏并行、協同，難以優化、效率較低。

　　數控刀具管理各項業務之間以及與其他相關業務環節之間在業務邏輯上是緊密關聯，然而目前在企業以職能劃分為主的分散管理模式中，各業務環節之間并行、協同性較低，難以實現在時間、成本方面的優化，業務執行效率較低，主要體現在以下方面。

　工藝技術人員不能準確、及時了解生產單位刀具存儲、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階段刀具信息的脫節，加大了生產準備的難度，延長了準備周期。

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

　　刀具在生產現場的加工使用往往相對獨立，與上層其他刀具管理業務的數據交換、數據反饋缺乏有效的手段，難以實現相關刀具數據的及時更新。

　　1.4 關鍵技術環節

　　解決上述存在的問題，加強數控刀具管理，需要重點關注刀具應用知識管理和刀具業務協同，其中涉及到一些關鍵的技術環節，簡要說明如下。

　　(1)刀具管理模式變革。

　　傳統的各自為政、分散式刀具管理不利于實現刀具應用知識的積累、共享，不利于實現刀具管理業務的協同，在針對具體業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務的改進，不能對整體產生影響。促進刀具技術人員專業化、刀具數據統一化、刀具業務過程集成化，應該是刀具管理模式變革的方向。

　　(2)刀具應用知識庫。　　包括切削參數數據庫、刀具典型應用數據庫、刀具使用經驗數據庫等在內的刀具應用知識庫，是企業最為重要的智力資產，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，供企業參考。

　　(3)統一的刀具信息數據庫。

　　通常來說，企業中的數控刀具種類多、數量大，包括通用、專用、進口、國產、非標等，涉及到不同的刀具廠商、刀具品牌，在分類、名稱、參數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，建立規范的數控刀具分類編碼體系，實現刀具數據的統一表達和交換，建立統一的刀具信息數據庫，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、信息數據庫的基礎上，實現刀具搜索引擎，能夠方便地根據加工的具體要求，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據庫中快速匹配、選擇、組裝恰當的刀具，這將是數控刀具管理最為重要的一個應用人口。

　　(5)數據獲取機制。

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

　　1.5 向數控刀具管理要效益

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

2 數控刀具管理信息化平臺系統

　　2.1 不同信息系統中的刀具

　　充分利用信息技術、工具是加強數控刀具管理不可缺少的手段。隨著企業信息化進程的不斷深化，PDM、CAD、CAM、CAPP、ERP、MES、DNC等信息化系統的應用越來越廣泛，每個系統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務的割裂，形成了許多“信息孤島”，不能充分體現信息化在刀具管理中的作用。而一般的刀具管理信息系統，則更多的是關注刀具存儲管理方面的業務，包括庫房臺帳管理、出入庫、領用歸還、調撥、送修、報廢、統計等，較少涉及到刀具選擇、準備、切削參數管理等方面的業務，管理范圍有限。

　　在這樣的情況下，要切實加強數控刀具管理，就需要以數控刀具一體化管理為目標，建立起能支持整個數控刀具管理業務的信息化平臺，為包括工藝設計環節的刀具選擇和制造環節的刀具使用等在內的各業務環節提供信息溝通、業務協調的手段，優化刀具選擇、使用、管理、維護流程，幫助制造企業實現對數控刀具整個生命周期全過程的信息化管理。

　　2.2 系統結構

　　數控刀具管理信息化平臺結構如示意圖6所示。企業內部、外部刀具資源數據庫和應用知識庫構成了數控刀具管理信息化平臺系統的數據基礎，在用戶應用層面，實現刀具搜索引擎、刀具臺帳目錄、刀具數據維護、業務管理工具；在業務邏輯層面，支持包括刀具計劃、刀具供應、刀具存儲、刀具準備、刀具使用等在內的各項管理業務。實現與CAPP、CAM系統的集成，完成數控刀具技術方案階段的業務協同；實現與ERP、MES系統的集成，完成數控刀具準備階段的業務協同；實現與生產現場、DNC系統的集成，完成刀具加工使用階段的業務協同。

　　2.3 系統性能

　　數控刀具管理信息化平臺系統性能要求主要包含：

　　(1)統一的數據庫架構，能滿足各種不同類型數控刀具各種參數、管理數據的表達、存儲要求；

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

　　(3)實現與CAPP、CAM、MES、ERP等軟件系統及生產現場自動貨柜、條碼、對刀等硬件設備的集成；

　　(4)具有開放性，可以聯接外部的刀具數據庫、知識庫，或者將其納入到平臺系統中來；

　　(5)具備數據積累、更新機制，能方便、及時地更新數據；

　　(6)實現方便、快速、準確的刀具搜索。

　　2.4 系統實施規劃

　　企業實施數控刀具管理信息化系統，需要重點關注以下幾個方面的工作：

　　(1)明確目標，進行適當的數控刀具管理模式變革，建立企業內在的動力和機制；

　　(2)建立、完善數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)加強數控刀具基礎數據、應用知識方面的管理，建立有效的數據積累、利用機制；

　　(4)做好信息化系統實施規劃和需求分析，避免局部應用、信息孤島；

　　(5)數控刀具管理信息化系統選型，以支持一體化管理系統為主要目標。

3 慶安集團數控刀具管理實踐

　　中航工業慶安集團有限公司在數控化發展的過程中，改革傳統管理模式，著力打造數控刀具管理系統。

　　(1)建立企業的數控刀具編碼標準，并建立了企業級的數據庫，為實現數控刀具的信息化管理以及企業信息系統的整合創造了條件。

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

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

　　(4)實現數控刀具管理與PDM、CAPP、ERP、DNC和MES系統的信息共享，打破企業各信息系統之間的信息孤島，實現企業的信息系統整合。

　　數控刀具管理系統的實現，提升了企業的數控編程效率，有效縮短了數控加工準備時間，有力地促進了企業的數控化發展。

4 結束語

　　隨著先進制造、知識經濟的不斷發展，為提高核心競爭力，制造企業在推動知識管理、協同制造方面的工作力度正不斷加大，數控刀具作為最重要的一種生產制造資源，正需要借助深人開展刀具應用知識管理和刀具業務協同來實現數控增效、工藝優化，直接提升企業制造能力。在企業生產過程中，數控刀具管理業務目標明確，范圍清楚，有足夠的業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，直接與生產相關并影響生產績效，這些特點使得圍繞數控刀具業務開展知識管理和業務協同、推動數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。