數控刀具管理系統的研究背景與現狀

尹葉秀

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

關鍵詞：FMS；刀具管理系統：數控

1數控刀具管理系統的研究背景與意義

制造業是提高國民經濟水平以及促進社會進步的重要的基礎性產業，也是國家綜合性競爭力的重要組成部分。在改革開放之后，尤其是在市場經濟中，在產業結構調整與優化中，世界上發達國家的制造業都紛紛轉向中國市場。

隨著信息技術在我國快速普及，以及多品種小批量產品加工制造自動化的需求，在制造業中，FMS（柔性制造系統）已經成為非常重要的自動化管理平臺。通過數控裝置加工、物料存儲與運輸等，利用計算機科學技術進行統一的組織和管理，制造業已經實現了對制造過程的自動化、信息化控制與管理。在加工過程中，實現如何進行合理、科學、高效的自動化管理這些數控刀具是當前我國制造企業所面臨的重要挑戰和發展瓶頸之一。

根據相關統計，制造業在柔性制造系統中，在生產成本上數控刀具的投入占據了相當大的比例，制造業數控刀具的投資以及數控刀具的管理成本是當前制造業成本中的重要組成部分。

2國內外研究現狀

2.1國外研究現狀

20世紀70年代，制造業開始了一場信息化大戰，數控加工中心以及柔性線中的刀具管理研究風起云涌，西方發達國家的制造業自動化與信息化融合技術也不斷提升。隨著計算機輔助技術的快速興起，在數控刀具管理工作中，一些高端企業開始引入了信息管理系統來提高刀具管理效率，這些數控刀具管理信息系統的突出特征是刀具管理業務的信息化和自動化，能夠將傳統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，是制造業自動化進程中的重要發展趨勢。

調查研究表明，國外制造企業的數控刀具管理系統主要是通過搭建信息化的刀具自動化管理平臺，運用數據庫的實時傳輸和計算實現對刀具管理工作的實時處理。在CIMS，FMS以及VMS等制造系統快速得到普及后，在數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展。在外國的數控刀具管理信息化系統和平臺中，計算機軟件技術、網絡技術、數據庫技術等是最基礎的實現技術，同時在部分數控刀具管理信息化平臺中還采用專家系統、智能算法等新興技術來進行數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場總線網絡的分布式版本，并且以分布式版本為主，能夠實現數控刀具管理工作中的信息內部協調與溝通。

當前歐美市場中，大量的數控刀具自動化管理系統相繼問世，其中包括英國CTMS公司開發的計算機刀具管理系統、美國Cincinnati Milacron公司開發的具備刀具庫存準備、分配、調度與調運、檢測以及其他信息管理功能的McCormick系列刀具管理系統、德國DelKel公司開發的ToolManager系列刀具管理信息系統等。例如在美國Cincinnati Milacron公司的McCormick系列刀具管理系統軟件中，除了能夠對數控機床及其配套刀具信息進行統籌管理之外，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，能夠實現按照操作現場的實際需求進行規范化的刀具調配與調運管理。并且該系統能夠按照管理人員的參數配置將刀具狀態檢測算法集成在現場的控制模塊中，能夠實現刀具狀態的精確檢測，為數控機床刀具的智能化管理提供基礎平臺支持。同時，在德國政府近年來大力推行“工業4.0”的工業重振政策以來，憑借在傳統制造業中的長期優勢地位，目前德國的八大重點機械工業制造領域已經基本普及和實現了制造設備的信息化管理終端平臺，其中數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展方向。

在數控刀具管理系統的研究與開發方面，國外已經取得了非常大的成績。無論在功能上還是在性能上，國外企業所開發的數控刀具管理系統都已經達到了較高水平。這些數控刀具管理系統能夠對工件加工過程中刀具的準備、加工過程中刀具的狀態、工況等進行實時的查詢和監控。同時這些數控管理系統還能夠對刀具的庫存和報廢管理進行信息化處理，極大地提高了數控刀具庫存管理的效率與質量。這些數控刀具管理系統在柔性制造系統生產線的可靠性、設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國內研究現狀

在開發與研究刀具的計算機管理方面，我國與國外發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和經驗的同時，雖然也積累了一定的刀具計算機管理經驗，從整體上而言，我國的制造企業在刀具管理工作中仍未完全實現自動化和信息化，人工參與管理比例過高，相關的軟件平臺相對缺乏。

近幾年來，我國制造業的信息化技術發展步伐不斷向前邁進，部分制造企業、制造行業科研機構以及高校也開始對數控刀具管理系統方面非常感興趣，在研究與開發數控刀具管理系統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，從制造業市場的整體發展情況來看，我國的制造業領域的信息化管理平臺仍然主要依靠國外引進，在數控刀具管理信息化的平臺工具方面的自主研發能力還相對比較落后，目前常用的一些數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制造業的政策性扶持，同時加強與發達國家之間的技術交流和溝通，通過跨國合作的方式來研發工業制造現場自動化管理平臺已經成為業內的主要發展趨勢。在此背景下，國內一些比較優秀的數控刀具自動化管理軟件產品也開始問世。例如，北京航空航天大學研發出了基于CIMS的數控刀具自動化管理系統。該系統采用的基礎數據平臺是Oracle數據庫，采用計算機信息化處理系統解決了企業內部在數控刀具管理工作中的問題，提高了數控刀具管理的水平和生產效率。同時沈陽飛機制造廠組織開發的刀具管理平臺也在其內部集成了刀具計劃管理、刀具自動調度、庫存管理、刀具發放、測量以及刃磨發送的自動化，極大地提高了企業的生產工藝水平與制造效率。

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

從整體上來看，我國制造業中的FMS技術還處于比較落后的地位。與國外發達國家相比，制造業中的數控刀具管理技術的差距較為明顯?，F在，我國的數控刀具管理系統主要還是采用靜態管理模式，數控刀具管理系統在對刀具的實時狀態監控、智能化調度、實時報廢采購報警等動態處理功能還需要進一步探究。

3我國數控刀具管理面臨挑戰

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