数控刀具管理系统的设计及开发研究

王汝宏 郭立宇 孟庆国 景晓宝

摘要：本课题以某厂机械加工车间数控刀具管理业务现状为出发点，通过研发数字化刀具管理系统实现对刀具借用、刀具报废、刀具丢失等业务进行精细化和全生命周期管理，建立涵盖刀具流转审批、刀具基础信息的刀具实物管理体系，通过规范化管理提升车间数控刀具管理效能，降低生产成本。

随着机械加工车间数控设备数量的不断增多，数控加工在整个机械制造过程中扮演着越来越重要的角色[1]。数控刀具作为参与制造活动的重要辅助工具，对数控设备的生产率、产品制造成本控制以及产品制造精度起着至关重要的作用。企业对刀具能否进行科学管控，是提高机床的使用效率和生产效率的前提，是降低产品加工成本的关键[2]。人工记录刀具借用、消耗，流转情况的传统刀具管理模式，存在诸多弊端，在现代企业发展中已经面临淘汰，随着信息技术的飞速发展，刀具信息的管理与信息技术的结合将成为未来发展的趋势，为规范刀具管理，追踪刀具状态，解决成本，减少库存有着重要的意义。

1.现状分析

在生产过程中尤其是现场生产中，数控刀具的有效管理直接影响到数控加工的生产效率和产品质量[3]，车间目前刀具管理机制相对滞后，工具库采用纸质台账记录刀具入库、刀具借用、归还、报废信息，易造成刀具丢失，无法准确掌握车间内部刀具具体信息和库存情况，经常发生所选刀具不适用或者找不到所需刀具情况，出现生产准备时间过长、生产成本增加的情况，这就为车间在数控刀具管理上带来了新的急需解决的问题：

1.种类繁多、形式各异的数控刀具如何根据现场工艺选择的需要，对现有刀具进行快速查询检索、及时计划采购，实现刀具需求链的无缝衔接，快速响应，最大程度缩短刀具准备时间;

2.如何对刀具的借用、库存、报废、丢失等信息进行有效管理和统计，及时了解刀具的库存及使用信息，在对现场生产所需刀具做出快速响应的同时，最大程度减小库存，降低成本。

2.业务需求分析

通过查阅资料和市场调研发现，数控刀具管理的概念自上世纪八十年代被提出来到现在，刀具管理系统的研究得到了长足的发展[4]。目前，在机械加工行业，刀具管理系统已被广泛应用，这些刀具管理软件或管理系统在刀具的库存管理、刀具监视与跟踪管理、刀具的寿命规划与采购信息管理等方面的强大功能，大大提高了生产的可靠性，在各个管理阶段优化刀具管理有关因素，进而缩短准备、加工时间，减少刀具存储量，降低成本。因此，为了有效解决当前车间在数控刀具管理方面的问题，项目组将课题确定为开发一款刀具管理系统，实现刀具规范化管理。并根据车间实际情况，进行了需求分析，刀具系统应满足以下要求：

1.系统应具备库存管理能力，管理各种刀具的台账和出入库流程等;

2.具备多种信息查询功能，操作者根据需要准确查询刀具库存、流转情况;

3.具备刀具全生命周期跟踪管理能力，监控刀具的丢失、报废全过程，实现问题归零。

4.刀具管理系统既是一个独立的系统，同时又要与生产环境下的其它系统建立关系，主要是实现各个系统之间的信息传递[5]。

3.系统设计与实现

3.1基础信息管理

该模块主要涵盖刀具基础信息、架位管理、报废清单管理、借出刀具管理等几个方面。

3.1.1刀具基础信息

建立刀具信息总台账，内容包括刀具名称、规格型号、警报值、入库情况、出库情况等信息，实现刀具信息数字化管控。

3.1.2架位管理

根据架位信息了解刀具库存信息。

3.1.3报废清单管理

建立报废清单管理机制，统计刀具报废信息，针对不同型号、不同借用人等因素进行智能删选，为分析刀具报废原因和各类刀具使用、报废规律，建立合理的刀具库存量提供科学依据。

3.1.4借出刀具情况

统计当前刀具借出情况，一方面便于跟踪各类刀具流转情况，减少刀具丢失，同时显示申请人、审批人员等流转信息，便于刀具追溯;另一方面便于直观了解当前剩余刀具情况，及时更新库存数量，通过警报值判断是否需要及时补充库存，保证正常生产需求。

3.2刀具管理

3.2.1刀具入库

刀具入库登记分为两种情况：

（1）补充库存刀具。对系统内已有的刀具补充库存，输入刀具规格型号后，存放位置、警报值、刀具名称等基本信息将自动填充，完成快速入库的同时避免同一种刀具被存放到不同位置，造成架位资源的浪费，规避刀具混乱存放的问题。

（2）首次入库的刀具。对于首次录入系统的刀具，需要入库人员手动输入刀具信息。

3.2.2刀具申请

为避免操作人员申请刀具过多，造成资源浪费，系统按申请的刀具总价实行阶梯审批机制：

申请刀具总价≤200元，由库房保管员审批后出库;

200元<申请刀具总价<1000元，经由库房保管员审核，刀具管理员审批后出库;

申请刀具总价≥1000元，经由库房保管员、刀具管理员审核，由车间领导审批后出库。

3.2.3刀具交旧

建立刀具交旧流程，实现刀具流转的数字化控制，便于刀具管理。

3.3刀具丢失管理

3.3.1丢失申请

在车间当前刀具管理机制的基础上，建立刀具丢失申请流程，约束刀具非正常损坏、丢失情况，以此达到刀具自入库、出库、丢失全过程监控的目的。

3.2.2丢失审核

操作人发起丢失申请，填写刀具相关信息，并如实汇报刀具丢失原因，经库房保管员审核后，由刀具管理员审批，确保刀具丢失问题闭环。

4、研究结论

该项目在分析了刀具管理系统发展趋势的基础上，结合某厂机械加工车间刀具管理现状和需求，研究开发了一款数控刀具管理系统，本文主要介绍了该系统各模块的用途和组成，所完成的主要工作和研究成果包括：

（一）结合数控刀具特点，制定刀具信息总台帐，实现刀具库存信息查询、刀具全生命周期监控等功能;

（二）建立刀具申请阶梯审批机制，根据申请刀具总价实行分级审批的方式减少刀具过多借用造成的资源浪费;

（三）建立刀具丢失申请流程，刀具丢失后由操作人员如实填写刀具丢失原因，由刀具管理员调查核实后，将问题闭环，规范刀具管理，减少非正常损耗;

（四）建立报废刀具信息库。刀具报废审批流程完成后，由刀具管理员汇总并建立刀具报废数据库，用于分析刀具损耗规律，追溯非正常损耗原因;

通过系统功能的运行验证了系统的功能性以及开发维护成本低、使用灵活简单、功能操作直观、通用性较强等优点，为规范车间数控刀具管理，降低生产成本提供支持。

參考文献

[1]龚德平.数控刀具选择与刀具系统的设计优化[J].中国高新技术企业，2013（7）

[2]钱德成.基于MES的刀具选择优化及管理系统研究与优化[D].山东大学，2016

[3]吴强.CAC—CIMS刀具管理系统的研究与应用.西北工业大学硕士论文，2003：11.

[4]陈小林.刀具信息管理建模技术研究[J].机械设计与制造.2009.（9）

[5]杨岳.FMS刀具管理理论与方法的研究：[学位论文]重庆，1991：8.