刀具管理系統(tǒng)自主開發(fā)與應(yīng)用

梁其杲，范海斌，林紅昌，曹景友

珠海格力精密模具有限公司（廣東珠海 519070）

1 引言

在模具加工行業(yè)，當(dāng)CNC設(shè)備超過50臺后，刀具的使用量非常龐大，靠人工來判斷刀具的壽命及登記刀具的領(lǐng)取、使用、回收，存在刀具使用不當(dāng)或刀具濫用的現(xiàn)象。問題點包括：①現(xiàn)在靠人為去判斷刀具的壽命，對于員工的工作經(jīng)驗，崗位技能及工作責(zé)任心要求高；②同一規(guī)格的刀具特征一致，不能有效地監(jiān)控刀具的輸出，使用，回收；③刀具相關(guān)的加工質(zhì)量及成本的管理比較困難。

2 整體方案概述

（1）建立刀具提單，配送，回收的流程標(biāo)準(zhǔn)。

（2）自主開發(fā)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（下稱系統(tǒng)）：

a.生產(chǎn)計劃員使用系統(tǒng)管理及下發(fā)機(jī)臺計劃。

b.CNC操作員使用系統(tǒng)接收和管理加工任務(wù)，根據(jù)加工任務(wù)，通過系統(tǒng)提交加工信息。

c.系統(tǒng)通過讀取加工信息的加工卡數(shù)據(jù)，疊加加工信息，判斷刀具需求類型，加工時間及壽命，生成刀具需求訂單。

d.刀庫管理員根據(jù)刀具需求信息進(jìn)行刀具的配送及回收工作。

3 詳細(xì)技術(shù)方案

建立刀具提單、配送、回收的流程標(biāo)準(zhǔn)。如圖1所示，要把制造車間的加工計劃、刀具需求，加工技術(shù)部的刀具技術(shù)要求、規(guī)格、數(shù)據(jù)量，刀具庫物料管理員的刀具配送、回收，出放庫等3個方面的工作流程進(jìn)行管理。

根據(jù)本公司的生產(chǎn)流程及刀具使用情況，評審軟件的總體設(shè)計，軟件的功能及實現(xiàn)的算法，軟件的數(shù)據(jù)庫等，使用C語言編程將刀具管理系統(tǒng)設(shè)計為生產(chǎn)管理，借刀管理和刀具異常3大模板。其中生產(chǎn)管理模塊是核心，主要包括4大模塊，包括：①機(jī)床計劃模塊；②機(jī)床任務(wù)模塊；③刀庫管理模塊；④系統(tǒng)設(shè)置模塊。

生產(chǎn)管理模塊：

圖1 刀具物料管理流程圖

生產(chǎn)管理模塊是刀具管理系統(tǒng)的核心，其中：①機(jī)床計劃模塊面向CNC生產(chǎn)計劃員；②機(jī)床任務(wù)模塊面向CNC操作員；③刀庫管理模塊面向刀庫管理員；④系統(tǒng)設(shè)置模塊面向加工技術(shù)人員。把CNC加工中的生產(chǎn)計劃，實際生產(chǎn)及刀具應(yīng)用串連起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化，信息化管理。

（1）機(jī)床計劃模塊。

機(jī)床計劃模塊面向的對象是計劃員，開發(fā)的功能如下：機(jī)床任務(wù)查詢與分配，機(jī)床任務(wù)計劃與管理，機(jī)床任務(wù)預(yù)調(diào)與查詢，項目進(jìn)度查詢與預(yù)覽。計劃員通過查詢條件窗口，獲取零件的加工狀態(tài)及加工信息，使用任務(wù)分配窗口進(jìn)行機(jī)臺計劃的分配，而機(jī)床組別窗口則是提供與現(xiàn)場相匹配的機(jī)床編號。機(jī)床計劃模塊包括：①機(jī)床任務(wù)查詢與分配；②機(jī)床任務(wù)計劃與管理；③機(jī)床任務(wù)預(yù)調(diào)與查詢；④項目進(jìn)度查詢與預(yù)覽。

a.機(jī)床任務(wù)查詢與分配功能。

連接模具公司的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合模具公司的生產(chǎn)流程及工藝，使用系統(tǒng)可以通過項目編號，工裝編號，監(jiān)控號，工序名稱，機(jī)床類型，工序狀態(tài)，分配狀態(tài)，備刀情況等按鍵進(jìn)行條件選擇，查詢模具公司生產(chǎn)系統(tǒng)上任何一個零件的生產(chǎn)狀態(tài)。為實現(xiàn)快速查找，增加勾選時間查詢按鈕，可選擇某一時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢。查找到需要安排機(jī)臺計劃的零件信息后，通過任務(wù)分配窗口選擇要下發(fā)的CNC加工作任務(wù)，并通機(jī)床組別窗口選擇要下發(fā)任務(wù)的機(jī)床，實現(xiàn)機(jī)臺計劃的下發(fā)。

b.機(jī)床任務(wù)計劃與管理功能。

可以讓計劃員實時、快速了解到機(jī)床正在加工的零件及下機(jī)的時間，待加工零件及工時等。并且可以適當(dāng)調(diào)整加工任務(wù)的先后順序。

c.機(jī)床任務(wù)預(yù)調(diào)與查詢功能。

計劃員可以提前將工件已經(jīng)到達(dá)現(xiàn)場，編程沒用完成任務(wù)預(yù)先安排到機(jī)床，系統(tǒng)同時發(fā)信息提示編程員零件上機(jī)的時間及機(jī)床，使計劃更精確。

d.項目進(jìn)度查詢與預(yù)覽功能。

計劃員可以了解整個項目工件的加工狀態(tài)。

（2）機(jī)床任務(wù)模塊。

機(jī)床任務(wù)面向的對象時操作員，開發(fā)的功能如下：機(jī)床任務(wù)及刀具管理，機(jī)床稼動率異常記錄。操作員通過此模塊管理本人所負(fù)責(zé)的機(jī)床的任務(wù)，刀具需求提單及機(jī)床稼動率。機(jī)床任務(wù)模塊包括：①機(jī)床任務(wù)及刀具管理；②機(jī)床稼動率異常記錄。

a.機(jī)床任務(wù)及刀具管理功能。

操作員使用刀具管理系統(tǒng)獲取加工任務(wù)，提交備刀信息時，使用加工卡及NC程式自動推送功能，自動下載加工卡（圖片）及NC程式到相對應(yīng)的機(jī)床服務(wù)器上，使加工信息傳遞方便，高效及準(zhǔn)確。

b.機(jī)床稼動率異常記錄。

操作員需對機(jī)床稼動率負(fù)責(zé)，所以造成機(jī)床稼動率異常的原因需要在刀具管理系統(tǒng)上登記。

（3）刀庫管理模塊。

刀庫管理模塊面向的對象是刀庫人員，開發(fā)的功能分別是：刀具訂單查詢與管理，備刀數(shù)據(jù)查詢與管理，刀具流程查詢與管理，刀具描碼輸入與輸出，刀具庫績效數(shù)據(jù)等方面。刀庫管理模塊包括：①刀具訂單查詢與管理；②備刀數(shù)據(jù)查詢與管理；③刀具流轉(zhuǎn)查詢與管理；④刀具描碼輸入與輸出；⑤刀具庫績效數(shù)據(jù)。

（4）系統(tǒng)設(shè)置模塊。

系統(tǒng)設(shè)置模塊面向的對象是系統(tǒng)管理員，開發(fā)的功能有機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置與管理，刀庫數(shù)據(jù)設(shè)置與管理，刀頭參數(shù)設(shè)置與維護(hù)和刀具參數(shù)設(shè)置與維護(hù)。主要用于機(jī)床，刀庫，刀具及刀頭不的參數(shù)設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)置模塊包括：①機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置與管理；②刀庫數(shù)據(jù)設(shè)置與管理；③刀頭參數(shù)設(shè)置與維護(hù)；④刀具參數(shù)設(shè)置與維護(hù)。

a.機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置與管理。

機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)置與管理功能，主要是管理機(jī)床的機(jī)床編號，機(jī)床類型，機(jī)床類別及加工卡圖片和NC程式的推送功能。

b.刀庫數(shù)據(jù)設(shè)置與管理。

刀庫數(shù)據(jù)設(shè)置與管理功能，用作配置各機(jī)床刀具庫的類型，固定刀和活動刀的刀號。

c.刀頭參數(shù)設(shè)置與維護(hù)。

刀頭參數(shù)設(shè)置與維護(hù)，管理刀頭的二維碼編號，刀頭規(guī)格，并且可以記錄刀頭的使用次數(shù)，管理刀頭的使用壽命。

d.刀具參數(shù)設(shè)置與維護(hù)。

刀具參數(shù)設(shè)置與維護(hù)功能，用作配置刀具的各種信息及標(biāo)準(zhǔn)壽命。

4 問題攻關(guān)記錄

（1）編程加工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化：刀具管理系統(tǒng)需要編程標(biāo)準(zhǔn)化的支持，所以進(jìn)一步推進(jìn)了編程加工卡標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）刀具壽命的研究及其標(biāo)準(zhǔn)化：通過測試各種參數(shù)下刀具的壽命，制定刀具壽命標(biāo)準(zhǔn)。

（3）機(jī)床計劃的信息化：通過刀具管理系統(tǒng)，可以實時了解到每臺機(jī)正在加工的零件，零件上機(jī)時間，計劃下機(jī)時間，已安排的待加工零件及加工工時等，使加工計劃更準(zhǔn)確。

（4）刀具管理系統(tǒng)增加加工卡及NC程式自動推送功能：操作員在刀具管理系統(tǒng)獲取加工任務(wù)，提交備刀信息時，自動下載加工卡及NC程式到相對應(yīng)的機(jī)床服務(wù)器上，每次只需幾秒鐘，使加工藝信息傳遞方便、高效、準(zhǔn)確。

（5）二維碼技術(shù)的應(yīng)用：本公司刀具庫需要每天為155臺CNC配送和回收約1,000把刀具。數(shù)量如此多，并且相同規(guī)格的刀具和刀柄是一模一樣的，所以使用二維碼技術(shù)在刀頭上雕刻二維碼，賦予刀頭身份ID，刀具配送前，使用無線條碼槍掃刀二維度碼，在刀具管理系統(tǒng)上綁定刀具信息，輔助完成刀具訂單需求，刀具配送，刀具壽命管理及刀具回收的工作。

（6）大數(shù)據(jù)應(yīng)有（數(shù)據(jù)的收集和分析）：物資管理，每天從刀具管理系統(tǒng)導(dǎo)出現(xiàn)刀具的使用數(shù)據(jù)，并盤點二級庫的實際使用量，使物料管理更規(guī)范，刀具使用具有可追溯性。

（7）成本管理，可以分析單元，機(jī)床，個人刀具使用量，進(jìn)一步管控刀具成本。

（8）刀具應(yīng)用管理，可以分析刀庫使用的合理性，常用刀具的種類及刀具壽命分析，提高刀具應(yīng)用技術(shù)。

5 刀具管理系統(tǒng)操作界面

刀具管理系統(tǒng)操作界面如圖2所示。

圖2 刀具管理系統(tǒng)操作界面

6 應(yīng)用前景

目前模具行業(yè)大力推進(jìn)智能制造以及無人工廠，但是都沒有解決機(jī)床刀具自動化切換問題，就無法實現(xiàn)真正的無人化。刀具自動化切換是無人工廠的刀具基礎(chǔ)研究項目，是黑燈工廠的前提，是智能制造關(guān)鍵技術(shù)之一，刀具管理系統(tǒng)是刀具自動化的前題，是數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。隨著刀具管理系統(tǒng)的功能需要不斷在完善,后續(xù)可以進(jìn)等智能排產(chǎn)，對CNC加工任務(wù)進(jìn)行智能排產(chǎn)，協(xié)同管理刀具壽命，自動生成刀具配送及回收訂單。應(yīng)用前景非常廣范。