齿轮加工数字化车间刀夹具管理系统设计

白 雪，鄢 萍

(1.重庆工商大学融智学院 物流工程学院，重庆 401320；2.重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆 400044)

0 引言

两化融合与中国制造2025要求制造企业走向智能生产，以满足多品种、小批量、定制化、服务化的需求。随着网络技术、信息技术、工业技术、集成技术等的不断发展，建设数字化车间逐渐成为制造业升级转型的必要。刀夹具作为车间生产加工的重要工具，具有高成本、易损耗、类型相似、资源信息复杂等特点，而且随着需求的增加，其种类和数量也不断增加，随之而来的一系列管理与资源浪费问题影响了数字化车间的建设进程。因此，需要寻求一种先进的管理方法与数字制造结合，来实现车间刀夹具的数字化管理，以提高生产效率，减少制造成本，促进车间数字化建设。

刀夹具管理涉及的范围可能贯穿刀夹具的整个寿命周期，也可能是周期中的某些环节。管理手段主要通过建立刀夹具管理信息系统和输送系统来满足生产中对刀夹具的需求，其中信息系统主要用于管理刀夹具的各个管程信息；输送系统主要由立体库、装卸台、检测仪、条码阅读器、中央刀库、机床刀库、部件缓冲库、自动导向小车(Automated Guided Vehicle, AGV)等组成[1]。在国外，美国Kennametal公司刀具管理系统KATMS的主要功能包括基本信息的维护与管理、库存管理、刀具采购需求分析、加工参数优化、加工成本控制等[2]；英国CTMS公司的刀具管理系统CTMS，通过分布在库房、检测中心、机床等位置的终端能够及时更新刀具的库存信息、检测信息和加工信息等，还能实时统计和分析刀具的使用和管理信息；日本Big Daishowa开发的刀具自动化管理系统，通过无线射频识别(Radio Frequency IDentification, RFID)识别刀具来进行刀具的库存管理、基础信息和加工信息管理、优化调度等[3]；德国Delkel开发的计算机辅助刀具管理系统Tool Manager，能够实现刀具存储、刀架配备优化、刀具装配安排、刀具需求和刀具寿命规划[4]。Wang等[5]基于RFID的刀具管理系统，在刀具准备阶段建立了包括刀具、夹具、机床、零件和数控程序等信息的集中数据库，这些信息可以自动传输到CAM和仿真软件，从而在刀具使用阶段利用RFID对刀具的存储和检索、预设定、状态监测和破损过程进行控制；Ren等[6]利用RFID对刀具状态和位置信息进行实时采集，提高了刀具管理的自动化程度；Meseguer等[7]通过将工具管理与CAPP结合快速为生产计划匹配工具，提高了制造的灵活性；Chung等[8]对计划与调度间的工具和机器进行了动态选择。这些刀夹具的数字化管理需要高度自动化的车间环境作支撑，然而国内大部分传统制造业或正在转型中的制造业的车间自动化和信息化水平较低，可以借鉴国外的管理方法和思路，但是很难直接套用国外的管理模式和管理系统。国内对车间刀夹具的数字化管理也进行了大量研究。Wang等[9]建立了铣刀从采购、使用到报废的管理系统，该系统主要分为刀具管理模块和智能刀具选择模块；Sun等[10]基于Web和二维条码技术的刀具管理系统，不但实现了刀具从使用到磨损的全寿命周期信息追踪和控制，而且能够共享；Sui等[11]通过设计数据库来解决数控刀具匹配与刀具管理脱节的现象；Sheng等[12]采用集成化计算机辅助制造的定义方法(Integrated computer aided manufacturing DEFinition method, IDEF)刀具全寿命周期管理系统进行设计，涉及刀具资源分类和代码技术等关键技术；海源等[13]研发的基于RFID的车间级刀具管理系统适用于车、铣、钻，该系统通过RFID标签标识刀柄，将刀柄和刀杆组装成刀具，然后将刀具与RFID标签绑定，完成数据关联初始化，从而实现刀具从入库到报废的过程管理；饶运清等[14]研发的车间制造资源集成与制造过程执行系统，可以快速集成车间包括刀具在内的制造资源,还能支持网络化制造环境下的车间资源共享和制造过程管理与执行；浙江大学的王君等[15]设计了工装数据库，并利用Delphi开发基于Web的ADO/MTS/COM+工装管理系统，主要用于管理刀具、夹具等在流程中涉及的图纸和文件；王勇等[16]研发的组合夹具系统可以实现夹具的数字化管理，有效缩短加工过程的生产准备周期。

通过分析上述刀夹具管理的研究现状发现：①管理对象多属于车铣刀夹具，对滚齿刀、插齿刀等齿轮加工车间的刀夹具研究较少；②管理阶段对计划、采购和打标的管理研究较少；③管理内容多为入库、出库等流程管理，对结合基础信息、管理流程与现场信息的管理研究较少；④管理范围多局限于单一系统，对与上层计划系统、车间同级管理系统、下层执行系统的协同管理研究较少。作为装备制造业中十分重要的环节，齿轮加工生产过程对刀夹具的需求量很大，而齿轮加工刀夹具与车铣类等其他刀夹具不同的是：①在齿形修正、刃磨后需进行淬火等热处理，使用中伴随着大量冷却液、润滑剂和烟雾，环境十分恶劣；②安装方式较其他刀夹具有较大不同，其安装配合多、要求高，而且两端固定，因此目前多采用手工安装方式；③种类繁多，类型相似，两把模数不同外径相同的滚刀很容易混淆；④结构复杂，制造加工困难，生产成本高，因此对其维护尤为重要[17]。鉴于以上自身特有的物理属性和使用特性，齿轮刀夹具的识别方法、识别位置、选配思路、管理方法、管理模式均不同于其他刀夹具，现有刀夹具管理系统无法较好适应齿轮刀夹具的全寿命周期管理。以往研究[18]设计了一套智能滚齿机刀具、夹具和工件识别与匹配系统(Identification and Matching System for Cutting tools, Fixtures and Workpieces, IMS-CFW)，结合激光标刻二维条码识别技术和RFID技术对刀夹具进行识别，设计了在位识别和在机识别来保证配送和安装的正确性。在IMS-CFW的基础上，本文提出一种基于信息模型的刀夹具全寿命周期管理方法，以齿轮加工刀夹具为研究对象，设计了齿轮加工数字化车间刀夹具管理系统(Cutting tools and Fixtures Management System for Digital Workshop of Gear Machining, CFMS-GMDW)，该系统贯穿了刀夹具计划、置办、使用和维护的全寿命周期，并通过Web Services技术与上层计划、车间管理和下层执行等系统进行了集成，实现了刀夹具计划信息、管理信息与现场加工使用信息的融合应用，同时设计了管理方法、系统架构、使用流程和数据库，实现了齿轮加工刀夹具的全寿命周期管理。

1 CFMS-GMDW系统需求分析

通过调研齿轮加工车间发现，齿轮加工过程具有多任务、快节奏、小批量等特点，因为加工任务频繁变化，所以刀夹具种类繁多，而且随着需求的增加，刀夹具的数量也会增加；同时由于齿轮加工刀夹具在使用和管理中涉及多个环节，不同环节的刀夹具信息以及对信息的需求也在不断变化，然而目前对这些信息缺乏有效地管理维护。另外，由于车间建设的数字化管理方法和管理模式比较落后，企业在刀夹具的管理、选择、集成等方面存在如下问题：

(1)手工记录、纸质传递的人工管理模式仍普遍存在，这种模式不规范、易出错、效率低、难保存，不便于信息的查询、统计、汇总，很难对刀夹具的位置信息和状态信息进行实时追踪。

(2)刀夹具选配随意，缺少标准规则。根据加工任务给出的刀夹具类型凭经验选取刀夹具进行加工，导致所选刀夹具并非为加工任务所需或者为最为合适的，降低了加工效率和加工质量，间接提高了加工成本。

(3)刀夹具信息缺乏共享，系统烟囱问题突出。车间建立了多套系统，各系统在实际运行生产中，都不可避免地需要使用刀夹具信息，然而由于系统之间互相独立，同样的刀夹具信息存在多处录入、多处维护的问题，导致数据冗余或数据冲突，从而使生产任务与刀夹具资源发生矛盾，直接影响整个生产进度与车间产能。

因此，制造企业亟需借助刀夹具管理系统对齿轮加工车间刀夹具进行数字化管理，实现刀夹具的基础信息管理、选配管理、跟踪管理、库存管理、信息共享等功能。

2 CFMS-GMDW系统总体设计

2.1 刀夹具全寿命周期管理方法

针对上述刀夹具管理混乱的问题，首先梳理了车间刀夹具管理和使用的各个环节，将刀夹具的全寿命周期分为计划阶段、置办阶段、使用阶段和维护阶段，如图1所示，其中“工具”指刀具和夹具。

(1)工具计划阶段 根据车间生产计划、齿轮加工工艺和工具现状提出工具需求计划；工具管理部门统一制定采购或制造计划，并生成相应的工具清单。

(2)工具置办阶段 现有工具和后期通过采购或自己制造的工具都将作为新工具，先采用一定的标识方法将唯一编码标记在工具上，再通过识别装置获取编码信息，手动录入该工具的基础信息，即完成入库操作。

(3)工具使用阶段 操作员根据接收到的待加工作业，发出“工具请求→选配室选配工具→配送工具至机床→操作员组装刀具部件和夹具部件→调整工具→安装工具至机床上→在线加工，实时统计工具的位置信息、状态信息、寿命信息→完成作业”后，拆卸和拆分工具，识别装置获取工具的身份信息，表征工具本次使用结束，等待回收检测。

(4)工具维护阶段 检测员检测工具，确定工具应该入库、维修、或报废，其中待维修的工具送到修磨室完成维修和记录后还需进行二次检测，待报废的工具做好记录后便可报废。

2.2 数字化车间刀夹具管理模式

CFMS-GMDW系统围绕上述刀夹具全寿命周期管理进行设计，需要完成车间刀夹具的统一管理和使用，并能为其他涉及刀夹具的系统提供服务。本文提出数字化车间刀夹具管理模式，如图2所示，图中涉及的多种制齿机床的定义如表1所示。

表1 多种制齿机床的定义

制齿机床类型制齿机床定义普通制齿机床没有数控系统的制齿机床,一般通过机械传动实现齿轮加工的半自动化数控制齿机床带有数控系统的制齿机床,通过数控代码自动控制齿轮加工智能制齿机床在智能制造背景下,具备任务管理、能耗监测、故障诊断、质量管理、刀具管理等功能的数控制齿机床

(1)下层机床端 每台机床配有一台终端，并通过初始化与终端绑定。终端可通过浏览器访问刀夹具管理服务器，用于指导现场加工；也可通过客户端程序与数控系统或其他信息采集设备进行交互，将采集到的信息直接发送给刀夹具管理服务器。

(2)中层管理端 车间刀夹具的各管理端分别位于标刻室、库房、选配室、检测中心、修磨室，通过局域网刀夹具管理服务器连接，并通过访问浏览器实现身份标记、库存管理、选配管理、检测管理、维修管理等功能，是CFMS-GMDW系统的主要组成部分。刀夹具管理服务器用于存储刀夹具的基础数据、使用和管理过程中的流程数据以及与管理相关的支撑数据。

(3)上层管理中心 用于企业对齿轮加工整个过程的综合管理和监控，包括生产部、工艺部、采购部等部门，以及刀夹具管理服务器、Web服务器、CAPP服务器、企业服务平台等后台服务器，各部门通过局域网进行信息共享和集成管理。

在该模式下，CFMS-GMDW系统通过网络技术、计算机技术等进行车间刀夹具的数字化管理，向下通过终端客户端程序与底层设备交互，向上通过与管理中心无缝衔接使相关系统能够共享刀夹具信息，解决了生产与刀夹具资源的矛盾，在保证生产顺利进行的同时使企业上层能够指导和监督车间现场作业。

2.3 数字化车间刀夹具管理系统架构

由2.1节可知，车间刀夹具分为管理(包括计划、置办、维护阶段)和使用(使用阶段)两大业务，分别对应CFMS-GMDW系统的管理端和终端。从2.2节得到，CFMS-GMDW系统架构设计应采用浏览器/服务器(Browser/Server, B/S)为主、客户机/服务器(Client/Server, C/S)为辅的方式(如图3)，该方式分为支撑层、处理层、高级应用层和用户层。

(1)支撑层 为处理层处理多种业务的前提和基础：①提供底层信息采集插件，这些插件将接收到的信息发送给服务器，例如条码扫描插件用于接收扫描枪获取的编码信息，RFID读写插件用于接收RFID设备获取的编码信息；②提供数据库支持，协助处理层完成信息修改、查询等；③提供Web接口，用于刀夹具管理系统发送数据采集指令和接收采集到的数据，同时提供系统集成接口与其他相关系统进行集成；④提供网页开发环境和数据通信协议。

(2)处理层 为CFMS-GMDW系统的核心层，主要根据高级应用层提出的各种业务请求，从支撑层或借助支撑层从底层设备获取数据，按图3中的规则、算法、应用逻辑分析和处理获取到的数据，再将处理过的数据返给高级应用层，同时更改支撑层中的某些数据状态。另外，采用支撑层提供的数据库模块对刀夹具信息进行增删改查，采用条码标刻插件对刀夹具进行身份标记，采用条码扫描插件和RFID读写插件对刀夹具进行身份识别。

(3)高级应用层 为CFMS-GMDW系统进行人机交互的窗口。操作员通过终端浏览器访问CFMS-GMDW完成如下功能：①刀夹具请求，根据接收的待加工作业信息向选配管理发出刀夹具请求；②在位检测；③在机检测；④实时信息显示；⑤修磨预警[18]。管理员通过管理端浏览器访问CFMS-GMDW完成如下功能：

1)编码管理 可定义编码规则，输入各字段含义，生成唯一编码。

2)基础数据管理 通过唯一编码进行基础信息的增删改查。

3)采购管理 对某类刀夹具进行采购申请，并定期整合采购申请，生成采购计划上报企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)系统，待新的刀夹具进入车间后，通过编码管理生成编码，通过打码和RFID技术对刀夹具进行身份标记，再依次录入每个编码对应的刀夹具基本信息，即完成入库。

4)库存管理 实现刀夹具的库存基础信息管理、出入库管理、库存盘点和库存预警等。

5)跟踪管理 实时查询刀夹具的位置、状态、寿命等信息。

6)检测管理 检测回收的刀夹具，确定刀夹具是入库、维修还是报废，并做好记录。

7)选配管理 根据各机床终端发来的刀夹具请求选出合适的刀夹具，并按一定顺序生成待配送单。

8)维修报废管理 处理刀夹具的维修和报废事务，如报修登记、出库维修记录、维修方案记录和报废登记等。

9)系统管理 设置人员、权限、系统信息。

(4)用户层 CFMS-GMDW系统的直接使用者，如车间主管负责人员管理、生产进度监督等，库管员负责出入库登记、库存盘点等，操作员负责作业加工过程中的刀夹具请求、安装等。

由CFMS-GMDW系统的架构设计可见，系统的核心为刀夹具管理和使用的统一规范管理。要实现统一规范管理，在操作上刀夹具的选择需遵循一定规则，在内容上需要对刀夹具信息进行分类规范，在技术上需要集成系统，以便信息共享。下文将对刀夹具选配方法、刀夹具信息模型、刀夹具管理系统集成进行详细说明。

3 CFMS-GMDW系统的关键技术研究

3.1 刀夹具选配方法

一般刀夹具选配指根据产品工艺要求选择合适的刀夹具进行加工，该功能由参数决策系统实现。刀夹具管理系统的刀夹具选配功能指在参数决策系统为加工作业决策出刀夹具类型后，快速选出具体的刀夹具，同时当生产现场有多个作业请求刀夹具时，能够快速确定响应作业的先后顺序。下面以刀具为例(夹具选配类似)对其选配过程进行说明。

刀具选配指选配室接收到各终端作业发送的刀具请求后，按一定选配策略及时为请求作业选出合适的刀具，选配的核心是选配策略，即针对不同的刀具活动赋予不同的优先级。CFMS-GMDW系统的刀具选配策略如图4所示，当选配室接收到多终端作业的刀具请求时，按照先进先出、按权优先和瓶颈设备优先3个原则，确定响应作业的先后顺序；当同时有多把刀具满足作业要求时，根据刀具选配基本原则、刀具运输时间最短原则和刀具使用均衡原则综合评价后，依次为每个作业选出最合适的一把刀具。刀具选配规则的定义[19]如表2所示。

表2 刀具选配规则的定义

选配规则基本定义先进先出原则按作业请求刀具的时间,优先服务请求早的作业按权优先原则按作业请求刀具的紧急程度(定义如表3),优先服务紧急的作业瓶颈设备优先原则按请求作业的计划加工时长,优先服务时间长的作业刀具选配基本原则将剩余寿命大于作业计划时长的刀具作为备选刀具运输时间最短原则按刀具与请求作业对应机床之间的距离,优先服务距离短的作业刀具使用均衡原则按刀具剩余寿命,优先选择剩余寿命较长的刀具

表3 刀具请求紧急程度的定义

综合上述的选配策略建立刀具的选配方法，如图5所示。选配员查看来自CFMS-GMDW系统终端的多个作业刀具请求，请求记录包括请求编号、刀具类型、请求原因、请求时间、作业编号等，通过选配策略确定响应请求的顺序和选出的刀具编码，根据请求编号和刀具编码，结合数据库关联关系，依次生成多个刀具配送单，配送单中包括请求编号、刀具编码、刀具名称、刀具位置、机床名称和机床位置等基本信息，库房按要求实施配送。

该选配方法能快速为各作业的刀夹具请求选出最合适的刀夹具，并及时送往作业对应的机床，从而减少加工中刀夹具的准备时间，避免发生因刀夹具磨损需二次请求的情况，即减少机床的停工等待时间，提高齿轮生产效率，同时平衡使用刀夹具，更大限度地利用刀夹具资源。

3.2 刀夹具信息模型

刀夹具资源管理实质上是刀夹具信息的管理，这些信息既要能反映车间刀夹具的整体情况，又要覆盖刀夹具全寿命周期管理的各个阶段。通过信息模型对刀夹具自身基本信息和全寿命周期各阶段属性特征进行统一描述和表达，以便管理和共享刀夹具信息。下面依次介绍刀夹具的静态信息模型和动态信息模型。

3.2.1 刀夹具的静态信息模型

静态信息指刀夹具资源本身固有的信息，这些信息不随管理和加工过程的改变而改变。由于每类刀夹具的结构和几何参数差异较大，不适合采用统一的结构描述刀夹具的静态信息，而是根据资源的不同类别和资源间的共性与个性建立刀夹具的静态信息模型，如图6所示。

3.2.2 刀夹具的动态信息模型

动态信息指随着管理和使用流程的变化而变化，并能表征不同业务流程的信息。根据刀夹具从采购到报废的各阶段特征，将刀夹具的动态信息依次分为采购管理信息、库存管理信息、借出请求信息、借还管理信息、跟踪管理信息、使用管理信息、检测管理信息、维修管理信息和报废管理信息，如图7所示。在跟踪管理信息中，位置信息与状态信息的对应关系如图8所示，状态变化如图9所示，寿命信息通过累计加工件数和累积使用时长两个参数表征，它在加工中和修磨后会发生变化，通过对比剩余寿命和额定寿命进行加工中刀夹具的修磨预警和报废预警，防止出现刀夹具严重磨损和工件成批报废的情况。

按照刀夹具动静态信息模型定义的规范对刀夹具管理系统或其他涉及刀夹具的系统信息进行分类描述，有助于系统内信息的增删改查和系统间的信息共享，实现对车间刀夹具管理和使用全过程信息的统一管理和维护。

3.3 刀夹具管理系统集成设计

3.3.1 刀夹具管理系统的数据交互分析

刀夹具管理系统要对刀夹具进行全寿命周期管理，必然需要与车间的其他系统集成交互，进行数据与信息共享。通过分析车间信息流向，得到刀夹具管理系统与其他系统之间的数据交互情况，如图10所示。

(1)与ERP系统的数据交互

首先，在刀夹具管理系统进行用户功能权限分配时，需要从ERP系统成批导入人员的基础信息；其次，在ERP系统为齿轮生产计划准备刀夹具资源时，需要从刀夹具管理系统获取车间刀夹具现状，如库存和寿命；再则，刀夹具管理系统也可向ERP系统发送刀夹具临时采购申请。从而有效解决了生产加工与刀夹具资源的矛盾。

(2)与CAPP系统的数据交互

工艺部根据加工零件的基础数据、加工条件和加工要求，参考已有工艺制定工艺路线。在选择工艺设备资源(刀夹具)时，需要从刀夹具管理系统获取刀夹具编号、分类信息、尺寸与几何形状等。由于这些数据都由管理系统统一管理和维护，采用调取的方式可以避免数据再次录入造成的不一致问题。

(3)与任务管理系统的数据交互

车间任务管理系统在制定工艺卡片时，需要从刀夹具管理系统获取刀夹具编号、名称、规格等关键参数。在准备加工时，刀夹具管理系统需要从任务管理系统获取加工作业信息，根据作业信息中的刀夹具类型提前发出刀夹具请求。

(4)与参数决策系统的数据交互

车间参数决策系统在决策切削速度、进给速度、刀具转速、走刀量和窜刀量等参数时，需要从刀夹具管理系统获取刀具的基本参数信息，如刀具编号、模数、螺旋方向、压力角、材料和检测记录等。

3.3.2 基于Web Services的系统集成设计

从对刀夹具管理系统与其他系统数据交互的分析可知，刀夹具管理系统为其他系统提供数据支持的同时也从其他系统中获取数据信息，因此刀夹具管理系统既是服务的提供者，又是服务的请求者。采用Web Services技术实现以上系统的集成模型，如图11所示。

在图11中，①为刀夹具管理系统作为服务提供者与其他系统的集成方式；②为刀夹具管理系统作为服务请求者与其他系统的集成方式，主要通过调用其他系统提供的服务接口完成服务请求。本文的研究重点是刀夹具管理系统作为服务提供者时的集成方式，具体是按照Web Services技术对刀夹具管理系统进行封装，然后按照Web Services规范提供Web服务描述语言(Web Services Description Language，WSDL)文档和接口规范，其本质是提供接口服务函数，而且所有接口服务函数的调用方法均在WSDL文档中进行了详细描述。表4所示为刀夹具管理系统提供的主要接口服务函数。

表4 刀夹具管理系统接口服务函数

4 CFMS-GMDW系统的详细设计

4.1 系统使用流程设计

根据CFMS-GMDW系统的不同使用情景，采用统一建模语言(Unified Modeling Language，UML)中的时序图分别建立管理员、操作员的操作顺序。图12所示为库管员、技术员、选配员等管理者在执行编码管理、基础数据管理、采购管理、选配管理等流程时，数据和信息的传递流程；图13所示为操作员执行刀夹具请求、刀夹具匹配、实时信息显示三大流程时，数据和信息的传递流程。

4.2 系统数据库设计

建立刀夹具管理系统数据库，实际是将大量刀夹具数据按照特定的数据结构进行组织、存储和管理后，通过数据接口对外提供数据的检索、增加、删除、修改等功能，以满足系统中多个功能模块的多种需求，因此其设计的合理与否直接决定了系统运行的可靠性和稳定性。本文基于实体—联系(E-R)模型，从概念和逻辑两个层面对CFMS-GMDW系统数据库进行设计，如图14所示。

基于所建立的E-R概念模型，结合CFMS-GMDW系统跨平台运行、数据处理响应需求高的特点，采用Oracle数据库软件进行数据库的逻辑结构设计，共设计出工具类型信息表、工具信息表、刀具参数表、检测管理表、借还管理表等13张数据表，通过分析数据表之间主键与外键的关系，形成表与表之间的连接图(如图15)，基于该数据库关系结构图便可实现CFMS-GMDW系统数据库的开发。

5 功能验证

在对系统架构、使用流程及关键技术研究与论证的基础上，以Oracle为数据库，基于Java和Javascript两种语言开发了CFMS-GMDW系统的框架与界面，并对系统的功能进行了初步验证。该系统分为管理端和终端两个部分，其中终端部分的刀夹具请求、在位检测、在机检测、实时信息显示和修磨预警功能已验证[18]，而管理端运行的主要功能界面如图16所示，其中：①为基础数据管理，用于增删改查每一类刀夹具的基础信息，而且这些操作都有规范和约束；②为采购管理，当刀夹具库存低于下限时，系统会提醒采购申请，完成采购申请后将多个申请合并为一个采购计划，采购到位后，编码管理为每一把刀夹具生成唯一编码标记在刀夹具实体上，并录入对应的基础信息完成入库，标志采购流程结束；③为库存管理，出入库前识别身份信息，核实后确认出入库，并修改借还记录，此外还能进行库存基本管理、库存盘点、库存预警等；④为维修报废管理，根据检测管理检测的结果进行维修申请/报废处理，在相关界面录入信息，即完成登记和统计；⑤为跟踪管理，用于实时查询车间刀夹具的当前所在位置、当前所处状态、累积使用时长、剩余寿命等；⑥为历史记录查询，用于查看刀夹具的借还记录、维修记录、报废记录，这里系统终端运行的刀夹具请求、在位检测、在机检测、实时信息显示和修磨预警功能均已验证[18]。

在完成CFMS-GMDW系统的基本功能模块开发后，采用Web Services技术将该系统与重庆某机床集团传动车间的任务管理系统、参数决策系统、CAPP系统等进行对接集成，形成一套完整的车间监控管理系统。经过初步运行测试表明，CFMS-GMDW系统为刀夹具全寿命周期管理提供了合理的解决方案，该系统能有效改善传统管理模式中存在的记录不规范、查询追踪困难、信息复用低等问题，缓解刀夹具管理混乱和使用混淆造成的资源浪费，极大地提升了刀夹具管理和使用效率，进而提高了车间产能和经济效益。

6 结束语

本文针对齿轮加工车间刀夹具管理混乱和使用混淆的问题，提出一种基于信息模型的全寿命周期管理方法，并设计开发了CFMS-GMDW系统。系统围绕管理、使用两大业务应用，设计了面向管理员、操作员的管理端与终端模块，并通过基于六大原则的选配方法、静动态信息模型、基于Web Services的系统集成技术、数据库技术等，实现了刀夹具的基础数据管理、采购管理、库存管理、跟踪管理、维修报废管理和历史数据追溯等功能，有效解决了齿轮加工车间刀夹具管理不规范、使用易混淆、信息不共享的问题。

该系统已在车间现场进行了功能测试验证，结果表明，该系统能有效提高刀夹具管理与使用效率，改善数字化车间信息孤岛问题，使刀夹具资源在采购、仓储、选择、配送、检测、修磨、报废等全寿命周期中都能最大化发挥其价值，进而降低刀夹具维护与购置成本，提高车间生产效率和质量。本文开发的系统主要面向齿轮加工车间，下一步研究会将本文思想与系统开发的经验应用于更多类型的制造车间，以达到工厂级的刀夹具全寿命周期管理。