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刀具管理系统研究与应用1

刀具管理系统研究与应用

1 引言

在模具加工等切削加工中，加工效率、工件的尺寸精度和表面质量等都与刀具相关；

刀具的性能、质量及其管理直接影响到企业的产品质量、生产成本和生产效率。据

山特维克统计，16%的计划作业停止由于缺乏刀具造成、30%～60%的刀具库存不在控制之中、机床操作人员20%的时间花费在查找刀具上。因此在诸多模具加工行业中，刀具管理单独作为一个重要管理模块，逐渐浮出水面。本文系统的概括了刀具

管理含义、国内外研究应用现状和关键技术。

理想的刀具管理模式应该涵盖刀具规划、采购、物流、调整、刃磨、修理、现场技术支持、加工问题分析和解决、刀具优化和刀具成本控制等多方面内容，有一套完善的体系来运作和控制，以期达到预定的目标，涉及到企业管理、质量管理、物流管理、刀具技术、制造工程、信息与数据库技术、财务与成本控制、人力资源管理等多个方面的工作，是一个系统性的问题。

当前的刀具管理系统一般由刀具的加工和计划两大部分组成，包括刀具库存管理、刀具采购、NC编程参数查询等功能模块，功能结构示意图。

2.2刀具管理系统的意义

良好的刀具管理可以减少初期投资、工作人员、库存资金以及采购管理成本翻。据TDM刀具管理系统的用户的反馈，实施刀具管理系统后，在刀具计划环节上节约费用约25%；在制造环节因减少设置和停顿时间而节约费用约10%，因减少刀具调整节约费用约15%。

以刀具库存管理为例，通过刀具管理系统，用户可管理加工车间、调刀室、刀具库房、维修等刀具流通部门所放刀具的品种、规格、数量等详细信息。不但如此，还可生成刀具成本评估清单和刀具利用情况统计表，以优化刀具使用成本及使用频率。

这些信息将有助于设备管理部门实现优化管理，降低制造成本的目标问。此外，通过条码识别或无线射频识等别技术，还可以方便快捷地监测刀具的入库和流出、精确地管理刀具及其参数，大大提高刀具的管理效率。

3 国内外刀具管理系统的研究与应用现状

由于刀具管理是一个系统性的问题，涉及研究内容较广，因此以往研究者一般只对

其中某一方面的问题做出研究。如荷兰7rwente大学的R．M．Boogert等人对刀具描述数据结构做了比较详细的研究，提出刀具的描述需要是数字和图片相结合。

世界范围来看，奥地利的刀具咨询管理公司(TCM International Tool Consulting & Management)最早在1996年开展了系统性较强的刀具管理外包服务，至今刀具管理服务已形成一

定的规模。已经有一些发展比较成熟的刀具管理系统，比较典型的如TDMSystem (Tool Data Management System)、KATMS(Kennametal Automated Tool Management Solutions)、eTMS(Enterprise Tool Management Software)等。其软件实现、功能模块以及软件开发商见下表所示。

在刀具管理系统应用方面，国内的李毅、杨晓等从加工费用角度，分析了刀具对生产效率的影响达20%～30%H；达世亮、张书桥等，从发动机制造业的角度，分析了刀具管理的模式、重要性以及复杂性等。

在刀具管理系统平台方面，国内大部分研究也着眼于刀具管理系统的某一方面，如刀具参数数据库、刀具调度、刀具寿命等相关课题。较为系统地研究刀具管理系统的有西北工业大学，对刀具全寿命周期管理进行了研究；河北科技大学也对基于Web 网络平台的刀具管理系统的模型做了一定的研究；上海交通大学提出了基于B/S结构的刀具管理，该系统以一家烟草企业现有刀具库为基础，通过企业内部局域网以及与ERP和PDM的数据接口实现了与ERP/PDM的信息集成与整合，从软件实现方面介绍了烟草刀具管理系统同。国内比较典型的刀具管理系统软件有Smart Crib，

4 刀具管理系统的关键技术

刀具的管理实质是对刀具流的跟踪、管理与优化，因此刀具的数据描述及存储、定位识别、状态监控以及调度优化等，是必不可少的核心实现技术。

4.1 刀具管理系统中刀具数据关系模型的建模与存储

1.刀具管理系统的数据存储平台。刀具管理系统中，每一把刀具的各种原始参数

和使用参数，都需要存储、查询、修改，因此数据存储是刀具管理系统必要基础。对于刀具量较大的生产厂家，刀具相关的信息量是很大的，因此传统的文件存储信息机制已经不能胜任大量数据操作以及与ERP等管理软件的

整合，需要专业的数据库平台。当前应用比较广泛的商业数据库平台有甲骨文公司的Oracle、微软的SQLServer、IBM的DB2等。由于开源(Open Source)数据库的不断发展和完善，如PostgreSQL、MySQL等开放源代码的数据库平台也将是合适的选择。

2.刀具管理系统中刀具的数据描述。刀具自身参数以及加工环境繁多种类，决定

了数据关系的复杂性，需要有一个较通用的刀具全寿命周期模型，同时具备

一定的可扩展性。如Kennametal公司在其产品电子档案(EPP，Electronic

Product Profile)管理过程中，按尺寸规范，对刀具及夹具做了规范性的数据

描述罔。为了准确地描述刀具的状态，将刀具信息分为静态信息和动态参数

来进行建模，可以更好地实现不同刀具厂商的刀具管理。

随着对刀具管理理论模型的深入研究，刀具管理被细分为刀具基础数据库管理、工艺数据库管理、库存数据库管理、采购数据库管理、现场数据库管理、刃磨数据库管理和系统数据库管理等功能模块，形成了基于全寿命周期的刀具管理信息系统概念。

此外，数据库相关的还有数据库平台的选择、安全性以及扩展性等问题，也是在部署刀具管理系统中不可忽略的因素。

4.2刀具管理系统中的刀具识别与定位

刀具管理过程中，刀具的识别与定位是一个不可回避的问题。传统刀具管理的识别主要靠条码、刻字或刀座上的码盘等来识别，人工录人信息，对刀具进行跟踪、测量、记录。随着加工效率和自动化程度的提高、换刀更加频繁，这种传统的人工跟踪刀具信息的方式已难以满足目前的加工对刀具信息的需求。因此刀具本身或者刀具用户，需要一个自动化的刀具识别系统——刀具的电子标签应运面生。其意义在于识别和监控刀具，确保加工过程中都有合适的刀具。根据对刀具数据的读取方式，刀具识别电子标签可分为接触式和非接触式。当前刀具识别的主要非接触式识别技术有：

1.刀具管理系统中的条码识别技术。条形码(Bar Code)，是用一组黑白相间、粗

细不同的条状符号来表示刀具的名称、产地、价格、种类等信息的工具。条

形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。在刀具管理系统应用中