尹葉秀

摘要：數(shù)控機床以其精度高、生產(chǎn)效率高、復(fù)合性好等優(yōu)勢迅速占據(jù)了制造業(yè)的大部分市場份額，具備高柔性和高剛性的緊湊型數(shù)控機床得到了廣泛應(yīng)用。FMS的大量應(yīng)用在一定程度上解決了制造業(yè)中存在的效率問題、成本問題以及質(zhì)量問題。但是隨著刀具種類和數(shù)量的不斷增加，如何對FMS中的數(shù)控刀具進行有效管理，提高刀具管理工作的質(zhì)量與效率是我國FMS企業(yè)發(fā)展中面臨的新挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：FMS；刀具管理系統(tǒng)：數(shù)控

1數(shù)控刀具管理系統(tǒng)的研究背景與意義

制造業(yè)是提高國民經(jīng)濟水平以及促進社會進步的重要的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是國家綜合性競爭力的重要組成部分。在改革開放之后，尤其是在市場經(jīng)濟中，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化中，世界上發(fā)達國家的制造業(yè)都紛紛轉(zhuǎn)向中國市場。

隨著信息技術(shù)在我國快速普及，以及多品種小批量產(chǎn)品加工制造自動化的需求，在制造業(yè)中，F(xiàn)MS（柔性制造系統(tǒng)）已經(jīng)成為非常重要的自動化管理平臺。通過數(shù)控裝置加工、物料存儲與運輸?shù)龋糜嬎銠C科學(xué)技術(shù)進行統(tǒng)一的組織和管理，制造業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了對制造過程的自動化、信息化控制與管理。在加工過程中，實現(xiàn)如何進行合理、科學(xué)、高效的自動化管理這些數(shù)控刀具是當前我國制造企業(yè)所面臨的重要挑戰(zhàn)和發(fā)展瓶頸之一。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，制造業(yè)在柔性制造系統(tǒng)中，在生產(chǎn)成本上數(shù)控刀具的投入占據(jù)了相當大的比例，制造業(yè)數(shù)控刀具的投資以及數(shù)控刀具的管理成本是當前制造業(yè)成本中的重要組成部分。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國外研究現(xiàn)狀

20世紀70年代，制造業(yè)開始了一場信息化大戰(zhàn)，數(shù)控加工中心以及柔性線中的刀具管理研究風(fēng)起云涌，西方發(fā)達國家的制造業(yè)自動化與信息化融合技術(shù)也不斷提升。隨著計算機輔助技術(shù)的快速興起，在數(shù)控刀具管理工作中，一些高端企業(yè)開始引入了信息管理系統(tǒng)來提高刀具管理效率，這些數(shù)控刀具管理信息系統(tǒng)的突出特征是刀具管理業(yè)務(wù)的信息化和自動化，能夠?qū)鹘y(tǒng)的單純依靠人工手動管理的刀具管理工作采用軟件平臺的方式進行處理，是制造業(yè)自動化進程中的重要發(fā)展趨勢。

調(diào)查研究表明，國外制造企業(yè)的數(shù)控刀具管理系統(tǒng)主要是通過搭建信息化的刀具自動化管理平臺，運用數(shù)據(jù)庫的實時傳輸和計算實現(xiàn)對刀具管理工作的實時處理。在CIMS，F(xiàn)MS以及VMS等制造系統(tǒng)快速得到普及后，在數(shù)控刀具的管理工作中國外的信息化與自動化管理水平得到了迅速的發(fā)展。在外國的數(shù)控刀具管理信息化系統(tǒng)和平臺中，計算機軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等是最基礎(chǔ)的實現(xiàn)技術(shù)，同時在部分數(shù)控刀具管理信息化平臺中還采用專家系統(tǒng)、智能算法等新興技術(shù)來進行數(shù)控刀具管理的智能化處理，在這些軟件平臺的部署方面通常包括了單機版和基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的分布式版本，并且以分布式版本為主，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控刀具管理工作中的信息內(nèi)部協(xié)調(diào)與溝通。

當前歐美市場中，大量的數(shù)控刀具自動化管理系統(tǒng)相繼問世，其中包括英國CTMS公司開發(fā)的計算機刀具管理系統(tǒng)、美國Cincinnati Milacron公司開發(fā)的具備刀具庫存準備、分配、調(diào)度與調(diào)運、檢測以及其他信息管理功能的McCormick系列刀具管理系統(tǒng)、德國DelKel公司開發(fā)的ToolManager系列刀具管理信息系統(tǒng)等。例如在美國Cincinnati Milacron公司的McCormick系列刀具管理系統(tǒng)軟件中，除了能夠?qū)?shù)控機床及其配套刀具信息進行統(tǒng)籌管理之外，還在上位機管理軟件中為刀具管理人員提供了決策輔助支持功能，能夠?qū)崿F(xiàn)按照操作現(xiàn)場的實際需求進行規(guī)范化的刀具調(diào)配與調(diào)運管理。并且該系統(tǒng)能夠按照管理人員的參數(shù)配置將刀具狀態(tài)檢測算法集成在現(xiàn)場的控制模塊中，能夠?qū)崿F(xiàn)刀具狀態(tài)的精確檢測，為數(shù)控機床刀具的智能化管理提供基礎(chǔ)平臺支持。同時，在德國政府近年來大力推行“工業(yè)4.0”的工業(yè)重振政策以來，憑借在傳統(tǒng)制造業(yè)中的長期優(yōu)勢地位，目前德國的八大重點機械工業(yè)制造領(lǐng)域已經(jīng)基本普及和實現(xiàn)了制造設(shè)備的信息化管理終端平臺，其中數(shù)控刀具的智能化和自動化管理是裝備制造自動化過程中的重要發(fā)展方向。

在數(shù)控刀具管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)方面，國外已經(jīng)取得了非常大的成績。無論在功能上還是在性能上，國外企業(yè)所開發(fā)的數(shù)控刀具管理系統(tǒng)都已經(jīng)達到了較高水平。這些數(shù)控刀具管理系統(tǒng)能夠?qū)ぜ庸み^程中刀具的準備、加工過程中刀具的狀態(tài)、工況等進行實時的查詢和監(jiān)控。同時這些數(shù)控管理系統(tǒng)還能夠?qū)Φ毒叩膸齑婧蛨髲U管理進行信息化處理，極大地提高了數(shù)控刀具庫存管理的效率與質(zhì)量。這些數(shù)控刀具管理系統(tǒng)在柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)線的可靠性、設(shè)備的利用率提高等方面都有著重要的促進和提高作用。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在開發(fā)與研究刀具的計算機管理方面，我國與國外發(fā)達國家相比還有很大的差距，在通過積極引進國外先進技術(shù)和經(jīng)驗的同時，雖然也積累了一定的刀具計算機管理經(jīng)驗，從整體上而言，我國的制造企業(yè)在刀具管理工作中仍未完全實現(xiàn)自動化和信息化，人工參與管理比例過高，相關(guān)的軟件平臺相對缺乏。

近幾年來，我國制造業(yè)的信息化技術(shù)發(fā)展步伐不斷向前邁進，部分制造企業(yè)、制造行業(yè)科研機構(gòu)以及高校也開始對數(shù)控刀具管理系統(tǒng)方面非常感興趣，在研究與開發(fā)數(shù)控刀具管理系統(tǒng)方面開始投入了很多人力和物力，并且也取得了一定的成就。但是，從制造業(yè)市場的整體發(fā)展情況來看，我國的制造業(yè)領(lǐng)域的信息化管理平臺仍然主要依靠國外引進，在數(shù)控刀具管理信息化的平臺工具方面的自主研發(fā)能力還相對比較落后，目前常用的一些數(shù)控刀具管理軟件平臺中的自動化和智能化水平依然處于相對比較低的水平。

目前隨著我國加強對傳統(tǒng)制造業(yè)的政策性扶持，同時加強與發(fā)達國家之間的技術(shù)交流和溝通，通過跨國合作的方式來研發(fā)工業(yè)制造現(xiàn)場自動化管理平臺已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的主要發(fā)展趨勢。在此背景下，國內(nèi)一些比較優(yōu)秀的數(shù)控刀具自動化管理軟件產(chǎn)品也開始問世。例如，北京航空航天大學(xué)研發(fā)出了基于CIMS的數(shù)控刀具自動化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺是Oracle數(shù)據(jù)庫，采用計算機信息化處理系統(tǒng)解決了企業(yè)內(nèi)部在數(shù)控刀具管理工作中的問題，提高了數(shù)控刀具管理的水平和生產(chǎn)效率。同時沈陽飛機制造廠組織開發(fā)的刀具管理平臺也在其內(nèi)部集成了刀具計劃管理、刀具自動調(diào)度、庫存管理、刀具發(fā)放、測量以及刃磨發(fā)送的自動化，極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)工藝水平與制造效率。

同時，從行業(yè)發(fā)展的整體情況來看，目前我國的制造業(yè)中仍舊以中小型企業(yè)為主，中小型企業(yè)在整個行業(yè)中的占比超過了70%以上。對于這些企業(yè)而言，上述大型的綜合式數(shù)控刀具管理信息化平臺的引進和部署成本比較高，在當前國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展面臨瓶頸的背景下，這無疑會大大增加企業(yè)的運營壓力。所以，在現(xiàn)行的市場環(huán)境下，這些占行業(yè)主體地位的中小型企業(yè)對于數(shù)控刀具信息化管理的內(nèi)在需求是否能夠得到滿足，是決定未來我國制造業(yè)發(fā)展趨勢的重要因素。本文的研究工作就是針對這些中小型制造企業(yè)的數(shù)控刀具管理問題，采用相對比較簡單的方式進行系統(tǒng)平臺研發(fā)，系統(tǒng)的功能嚴格按照中小企業(yè)的實際發(fā)展情況而設(shè)置，具有比較強的針對性，同時系統(tǒng)的研發(fā)以及部署成本也比較低。

從整體上來看，我國制造業(yè)中的FMS技術(shù)還處于比較落后的地位。與國外發(fā)達國家相比，制造業(yè)中的數(shù)控刀具管理技術(shù)的差距較為明顯?，F(xiàn)在，我國的數(shù)控刀具管理系統(tǒng)主要還是采用靜態(tài)管理模式，數(shù)控刀具管理系統(tǒng)在對刀具的實時狀態(tài)監(jiān)控、智能化調(diào)度、實時報廢采購報警等動態(tài)處理功能還需要進一步探究。

3我國數(shù)控刀具管理面臨挑戰(zhàn)

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，制造業(yè)的產(chǎn)品在質(zhì)量、外觀以及性能方面都有了很大提升，傳統(tǒng)的零件加工以及制造精度已經(jīng)無法滿足當前的需求，如何采用新的技術(shù)、方法與概念來促進制造業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量與效率是我國制造行業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。數(shù)控刀具在FMS中具有重要的地位，但是由于國內(nèi)企業(yè)在管理技術(shù)與理念上的落后，刀具管理效率低下已經(jīng)成為制約我國FMS發(fā)展的主要因素之一。如何對FMS中的數(shù)控刀具進行有效管理，提高刀具管理工作的質(zhì)量與效率是我國FMS企業(yè)發(fā)展中面臨的新挑戰(zhàn)。