王財(cái)先，胡小鋒

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200240)

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項(xiàng)目型產(chǎn)品加工刀具配送管理研究與應(yīng)用

王財(cái)先，胡小鋒

(上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200240)

項(xiàng)目型產(chǎn)品加工刀具差異較大，容易造成刀具的錯(cuò)誤領(lǐng)用和隨意性使用，嚴(yán)重影響產(chǎn)品表面加工質(zhì)量。針對(duì)該問(wèn)題，首先，在研究數(shù)控刀具分類編碼、刀具信息標(biāo)識(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了數(shù)控刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；然后，規(guī)范項(xiàng)目型產(chǎn)品加工刀具配送流程，提升了數(shù)控刀具配送的準(zhǔn)確性與效率；最后，開(kāi)發(fā)了基于客戶端/服務(wù)器(C/S)的數(shù)控刀具配送管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目型產(chǎn)品加工刀具配送管理流程化，標(biāo)準(zhǔn)化。

項(xiàng)目型產(chǎn)品；刀具配送；配送流程；分類編碼；刀具標(biāo)識(shí)

0 引言

隨著先進(jìn)機(jī)械裝備制造技術(shù)和新材料研發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工數(shù)控刀具的種類、數(shù)量日益增多[1]。生產(chǎn)自動(dòng)化水平的不斷提高對(duì)數(shù)控刀具快速響應(yīng)能力提出了更高的要求[2]。與標(biāo)準(zhǔn)零部件的流水型批量加工制造不同，項(xiàng)目型產(chǎn)品面向訂單制造，產(chǎn)品類型多變，加工工藝存在較大的差異，導(dǎo)致選用的加工刀具各有不同，這增加了刀具領(lǐng)用時(shí)的出錯(cuò)率和刀具使用的隨意性。根據(jù)山特維克官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：16%的作業(yè)計(jì)劃由于缺乏刀具停止，30%～60%的刀具庫(kù)存不在控制之中，工藝人員20%的時(shí)間花費(fèi)在查找刀具上，監(jiān)督人員40%～80%的時(shí)間花費(fèi)在尋求刀具上[3]。因此，有必要對(duì)項(xiàng)目型產(chǎn)品刀具的配送管理技術(shù)進(jìn)行研究。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在刀具配送管理方面進(jìn)行了積極探索，張聘等[4]采用J2EE架構(gòu)開(kāi)發(fā)了基于Web的數(shù)控車間刀具準(zhǔn)時(shí)配送管理系統(tǒng)，有效縮短了刀具配送時(shí)間；白哲等[5]對(duì)傳統(tǒng)的刀具管理系統(tǒng)進(jìn)行延伸，采用分布式Web Service平臺(tái)技術(shù)對(duì)ERP、CAPP系統(tǒng)進(jìn)行信息集成，縮短刀具準(zhǔn)備時(shí)間；宋豫川等[6]將車間生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度信息與生產(chǎn)工具的使用信息相結(jié)合，建立了一種基于動(dòng)態(tài)配送的加工車間現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工具的管理方法。上述的研究雖然取得了一定成果，但都沒(méi)有涉及到刀具配送管理中的刀具清單與生產(chǎn)工單，容易造成刀具錯(cuò)誤領(lǐng)用和隨意性使用，無(wú)法保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，同時(shí)，影響刀具配送的準(zhǔn)確性和效率[7-10]。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文首先對(duì)刀具進(jìn)行分類編碼、標(biāo)識(shí)，建立刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上形成刀具清單，然后規(guī)范刀具配送流程，并開(kāi)發(fā)了基于客戶端/服務(wù)器(C/S)的數(shù)控刀具配送管理系統(tǒng)。

1 數(shù)控刀具清單

刀具清單由工藝人員根據(jù)零件加工工藝選用合適刀具生成。為了利用計(jì)算機(jī)輔助生成刀具清單，需要對(duì)刀具進(jìn)行分類編碼，在分類編碼的基礎(chǔ)上形成刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.1 刀具分類編碼

本文通過(guò)給每種類型刀具一個(gè)唯一而特有的物料編號(hào)，將繁瑣的刀具信息轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的物料編碼信息。刀具物料編碼使用12位字符表示，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 刀具物料編碼結(jié)構(gòu)

圖3 刀具數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)模型

第12、11位代表刀具大類，采用00-99數(shù)字表示：01表示銑刀、02表示車刀……

第10、9位代表刀具中類，采用00-99數(shù)字表示。刀具中類在相應(yīng)刀具大類下展開(kāi)，以銑刀為例：01表示圓柱銑刀、02表示鍵槽銑刀……

第8位代表刀具材料，采用A-Z字母表示：A表示高速鋼、B表示整體硬質(zhì)合金……

第7、6位代表刀具柄部形式，采用00-99表示：01表示圓柱式刀柄、02表示普通側(cè)固式刀柄……

第5、4位代表刀具小類，采用00-99表示。刀具小類在相應(yīng)的刀具中類下展開(kāi)，以圓柱銑刀為例：01表示立銑刀、02表示玉米銑刀……

第3、2、1位代表刀具物料號(hào)，采用000-999數(shù)字表示具有不同參數(shù)的同種刀具。

刀具物料編碼使每種類型的刀具對(duì)應(yīng)唯一的編碼信息。然而，相同參數(shù)刀具并不唯一，故物料編碼并未實(shí)現(xiàn)對(duì)每一把刀具的有效標(biāo)識(shí)。因此，需要給定每把數(shù)控刀具一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)——刀具序列號(hào)。

刀具序列號(hào)是由刀具編碼信息結(jié)合當(dāng)前日期自動(dòng)生成，序列號(hào)由9位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 刀具序列號(hào)編碼結(jié)構(gòu)

第9、8位代表序列號(hào)生成的年份，使用年份的后兩位數(shù)字。

第7、6位代表序列號(hào)生成的月份。

第5、4位代表序列號(hào)生成的日期。

第3、2、1位代表序列流水號(hào)，采用001-999數(shù)字表示，其實(shí)際意義為打印當(dāng)天生成的序列號(hào)順序。

綜上可知，2015年4月3日生成的第100個(gè)刀具序列號(hào)為150403100。

1.2 刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)控刀具數(shù)量巨大，種類繁多，要建立數(shù)控刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，首先要確定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)方案，合理有效的存儲(chǔ)方式可以減少存儲(chǔ)空間。本文采用關(guān)系型數(shù)據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，其實(shí)體—聯(lián)系(E-R)模型如圖3所示。

1.3 生成刀具清單

生成刀具清單的過(guò)程就是工藝人員根據(jù)零件加工工藝要求選用刀具的過(guò)程。系統(tǒng)提供了多種查詢方式來(lái)選用刀具，可以根據(jù)刀具編碼查詢，也可以根據(jù)刀具序列號(hào)查詢。

同時(shí)，還可以查詢刀柄、接柄、刀頭、刀片和量具。在選擇刀具生成刀具清單時(shí)，系統(tǒng)只顯示庫(kù)存中的刀具以供選用，保證刀具清單的有效性。

選擇完所有加工刀具之后，將刀具清單提交。所有提交的刀具清單形成刀具清單列表，可以通過(guò)刀具清單列表查看每張刀具清單的基礎(chǔ)信息和清單明細(xì)。

2 數(shù)控刀具配送

要實(shí)現(xiàn)數(shù)控刀具配送，涉及到刀具信息的實(shí)時(shí)追蹤、刀具倉(cāng)庫(kù)的管理等技術(shù)。同時(shí)，為了提高刀具配送的準(zhǔn)確性和效率，還需規(guī)范刀具配送流程。

2.1 刀具二維碼標(biāo)識(shí)

刀具的表面使用激光標(biāo)刻會(huì)形成一定深度的永久性的二維碼圖像，將這些二維碼圖像經(jīng)過(guò)二維碼識(shí)別設(shè)備進(jìn)行掃描和解碼處理，并將得到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出，直接集成到刀具配送管理系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)刀具數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新。刀具二維碼打印流程如圖4所示。

圖4 刀具二維碼打印流程

(1)系統(tǒng)根據(jù)刀具編碼信息、當(dāng)前日期生成刀具序列號(hào)，然后，將刀具的分類編碼信息和序列號(hào)信息轉(zhuǎn)換為二維碼。

(2)刀具二維碼傳送至激光打印機(jī)之前需要檢查該二維碼的刀具序列號(hào)是否重復(fù)，保證二維碼的唯一性。

(3)二維碼傳送至激光打印機(jī)后，需要根據(jù)刀具尺寸及打印處光滑程度選擇合適打印模板。例如，大黑掃底模板，表示二維碼尺寸較大且主色為黑色，對(duì)打印面進(jìn)行拋光，適用于打印面粗糙的尺寸較大的刀具。

(4)為了提高二維碼的打印效果，需要調(diào)節(jié)激光打印機(jī)與刀具之間的距離，保證兩者間距等于激光打印機(jī)的焦距。

(5)打印二維碼之前判斷需打印刀具的數(shù)量，如果有多把相同的刀具需要打印，則需要進(jìn)行序列號(hào)的批量分配，即自動(dòng)生成連續(xù)的序列號(hào)及其二維碼，將這批序列號(hào)與二維碼分配給這些刀具。例如，當(dāng)前生成的序列號(hào)為150403100，此時(shí)有5把相同的刀具需要打印二維碼，則自動(dòng)將150403100、150403101、150403102、150403103和150403104及其相應(yīng)的二維碼分配給這5把刀具，并進(jìn)行連續(xù)打印，提高打印效率。

(6)選擇打印模板，調(diào)整打印間距，分配序列號(hào)之后就可以打印二維碼。然后確認(rèn)打印效果，利用二維碼識(shí)別設(shè)備進(jìn)行掃描，確保二維碼可被準(zhǔn)確、快速地識(shí)別。同時(shí)，檢查二維碼對(duì)應(yīng)的序列號(hào)是否唯一，因?yàn)榇蛴≌`差或者打印面過(guò)于彎曲等因素，可能造成二維碼變形失真。若未達(dá)到要求，則重新打印二維碼。對(duì)于符合打印要求的刀具，則進(jìn)行后續(xù)的入庫(kù)處理。

刀具信息識(shí)別主要依靠二維碼識(shí)別設(shè)備，其由掃描模塊、信號(hào)整形和譯碼處理組成。掃描模塊由光電轉(zhuǎn)換元器件組成，它的主要功能是完成對(duì)二維碼的光學(xué)掃描，并通過(guò)光電探測(cè)器，將二維碼圖案的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)整形由信號(hào)縮放、濾波處理、波形處理組成，負(fù)責(zé)將二維碼掃描的光電信號(hào)轉(zhuǎn)化為矩形波信號(hào)；譯碼的功能是對(duì)上級(jí)的矩形波信號(hào)進(jìn)行處理，將最終結(jié)果輸出至二維碼應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集端。二維碼識(shí)別裝置原理如圖5所示。

圖5 二維碼識(shí)別裝置原理圖

為了實(shí)現(xiàn)刀具二維碼的有效、快速、安全標(biāo)識(shí)，需要成套設(shè)備，包括：激光打印機(jī)、二維碼掃描槍、激光煙霧凈化器、安全光柵、升降機(jī)構(gòu)、打印工作平臺(tái)和安全防護(hù)欄等。

2.2 刀具立體倉(cāng)庫(kù)

數(shù)控刀具完成二維碼打印之后，進(jìn)行入庫(kù)處理，立體倉(cāng)庫(kù)采用Kardex垂直回轉(zhuǎn)式存儲(chǔ)系統(tǒng)。一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)擁有90個(gè)托盤，每個(gè)托盤包含36個(gè)庫(kù)位。刀具存放于各個(gè)庫(kù)位中，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示每個(gè)托盤的使用情況和每個(gè)庫(kù)位存放的刀具信息。

然而，上述功能中每次只能顯示單個(gè)庫(kù)位的刀具信息，不利于刀具信息整體查詢。因此，開(kāi)發(fā)了立庫(kù)查詢功能，可同時(shí)查詢不同立庫(kù)中各個(gè)庫(kù)位的刀具存放情況。

2.3 刀具清單配送流程

為了簡(jiǎn)化刀具選擇過(guò)程，提高刀具選擇準(zhǔn)確性；減少機(jī)床等待時(shí)間，提高刀具配送效率；防止刀具隨意使用，降低刀具領(lǐng)用錯(cuò)誤率。本文對(duì)刀具的配送過(guò)程進(jìn)行了梳理并規(guī)范，具體配送過(guò)程如圖6所示。

圖6 刀具配送流程

(1)工藝人員根據(jù)加工工藝要求從刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中選取加工刀具生成刀具清單，然后將刀具清單保存提交。形成刀具清單時(shí)，只考慮刀庫(kù)中是否存在所需刀具，暫不考慮刀具存儲(chǔ)位置。

(2)為了保證加工刀具選用的準(zhǔn)確性，工藝組長(zhǎng)需要對(duì)刀具清單校核。合格的刀具清單通過(guò)審批，進(jìn)入生產(chǎn)計(jì)劃組；不合格刀具清單，反饋修改建議，退回工藝人員修改。

(3)生產(chǎn)計(jì)劃組結(jié)合車間的加工計(jì)劃將審批合格的刀具清單轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)工單，刀具配送人員就可以根據(jù)生產(chǎn)工單在倉(cāng)庫(kù)指定庫(kù)位選取所需的刀具。

(4)同一庫(kù)位存放數(shù)把相同刀具，刀具配送人員根據(jù)生產(chǎn)工單要求在指定庫(kù)位領(lǐng)取刀具，所有刀具選取完成后，由倉(cāng)庫(kù)管理員利用紅外掃描槍掃描每把刀具的二維碼生成刀具出庫(kù)移動(dòng)憑證，出庫(kù)的每把刀具對(duì)應(yīng)唯一的序列號(hào)。刀具配送人員根據(jù)刀具出庫(kù)移動(dòng)憑證配送刀具。刀具出庫(kù)移動(dòng)憑證一式兩份，分別由倉(cāng)庫(kù)和刀具配送人員保管。

(5)根據(jù)刀具出庫(kù)移動(dòng)憑證上刀具使用時(shí)間節(jié)點(diǎn)，刀具配送人員主動(dòng)從車間回收所有數(shù)控刀具。

(6)數(shù)控刀具的流通速度較快，為了提高刀具立庫(kù)的使用效率，回收刀具之前的庫(kù)位可能已經(jīng)被其他刀具占用，需要重新規(guī)劃刀具存儲(chǔ)位置。紅外掃描槍逐一掃描回收刀具的二維碼，生成刀具入庫(kù)移動(dòng)憑證，根據(jù)刀具入庫(kù)移動(dòng)憑證將刀具歸還到指定庫(kù)存地點(diǎn)，這樣就完成了刀具使用的一次循環(huán)。

整個(gè)刀具配送由刀具配送人員全程負(fù)責(zé)，這不僅可以提高刀具配送的效率，而且，專人負(fù)責(zé)還能防止刀具錯(cuò)誤領(lǐng)用，對(duì)于配送過(guò)程中突發(fā)的意外情況也有專人處理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與配送實(shí)例

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

刀具配送管理系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，并以企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)為應(yīng)用環(huán)境。系統(tǒng)的總體組成如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

刀具配送管理系統(tǒng)模塊間既相互獨(dú)立，又有信息共享和交互，它包含了刀具配送管理的各個(gè)方面，并充分利用了計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，為刀具配送管理工作提供了一個(gè)現(xiàn)代化手段。整體功能框架如圖8所示。

3.2 刀具配送實(shí)例

刀具配送管理系統(tǒng)集成了物料編碼管理、序列號(hào)管理、物料移動(dòng)管理、刀具清單管理、工單管理等共數(shù)十個(gè)功能模塊。每個(gè)功能模塊包含了不同的子功能模塊，如刀具清單管理包含：刀具清單主數(shù)據(jù)維護(hù)、刀具清單查詢、刀具清單校核、刀具清單審批、刀具清單設(shè)置等子功能模塊。

本文以大型零件——汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子加工為例，論述整個(gè)刀具配送過(guò)程。

圖8 系統(tǒng)總體功能框架

(1)工藝人員根據(jù)轉(zhuǎn)子加工工藝要求從刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇合適刀具，生成刀具清單，刀具清單包含：零件信息和刀具信息，其中刀具信息包含：刀具名稱、刀號(hào)、工裝編號(hào)、刀具編碼、供應(yīng)商刀具編碼、刀片型號(hào)和程序號(hào)等。如圖9所示。

(2)轉(zhuǎn)子刀具清單結(jié)合車間機(jī)床的加工狀態(tài)生成用于刀具倉(cāng)庫(kù)實(shí)際選用刀具的生產(chǎn)工單，生產(chǎn)工單除了刀具清單信息外，還包括：機(jī)床信息、配送人員信息、刀具庫(kù)存位置、刀具領(lǐng)用數(shù)量等，生產(chǎn)工單分為刀具和刀片兩個(gè)部分，如圖10、圖11所示。

圖9 轉(zhuǎn)子刀具清單 圖10 刀具生產(chǎn)工單

圖11 刀片生產(chǎn)工單 圖12 刀具移動(dòng)憑證

(3)刀具配送人員根據(jù)生產(chǎn)工單領(lǐng)取刀具后，倉(cāng)庫(kù)管理員利用紅外掃描槍掃描每把刀具上的二維碼生成刀具出庫(kù)移動(dòng)憑證，刀具出庫(kù)移動(dòng)憑證除了刀具清單和生產(chǎn)工單的主要信息外，還包含：移動(dòng)憑證信息、刀具使用信息、使用人員信息。刀具回收入庫(kù)與刀具出庫(kù)過(guò)程相似，故刀具回收入庫(kù)移動(dòng)憑證與刀具出庫(kù)移動(dòng)憑證類似，如圖12所示。

由此，基于刀具配送管理系統(tǒng)完成了大型零件——汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子加工刀具的選配。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了有效解決項(xiàng)目型產(chǎn)品刀具配送中刀具錯(cuò)誤領(lǐng)用與隨意性使用等問(wèn)題，本文對(duì)數(shù)控刀具分類編碼，刀具信息標(biāo)識(shí)技術(shù)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了刀具信息追蹤，建立了數(shù)控刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，為刀具清單生成提供了基礎(chǔ)；然后，規(guī)范項(xiàng)目型產(chǎn)品刀具配送流程，提高了刀具配送的準(zhǔn)確性和效率；最后，進(jìn)行了基于C/S結(jié)構(gòu)的刀具配送管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部刀具信息共享，提升了刀具配送管理效率。

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(編輯 李秀敏)

The Research and Application on Tool Distribution and Management of Project-Based Product

WANG Cai-xian，HU Xiao-feng

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

There are large differences of cutting tools between project-based products. Which lead to the mistaken and arbitrary use of cutting tools easily, it will severely affect the surface accuracy of products. In the paper, cutting tool database is built on the basis of cutting tool sorting and coding, marking and identification. The accuracy and effectiveness of tool distribution are improved by standardizing tool distribution process. At last, the project-based product cutting tool distribution and management are processized and standardized by developing a C/S-based cutting tool distribution and management system.

project-based product; tool distribution; tool distribution process; tool sorting and coding; tool marking and identification

1001-2265(2016)11-0145-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.11.039

2015-12-28;

2016-01-12

國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目(51435009)，上海市科委項(xiàng)目(14111104802)

王財(cái)先(1990—)，男，福建龍巖人，上海交通大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造業(yè)刀具選配與管理方面研究，(E-mail)wang_caixian@163.com；胡小鋒(1977—)，男，浙江蘭溪人，上海交通大學(xué)副教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹圃爝^(guò)程可靠性與信息化管理，(E-mail)wshxf@sjtu.edu.cn。

TH16；TG506

A