数控刀具管理系统的研究背景与现状

尹叶秀

摘要：数控机床以其精度高、生产效率高、复合性好等优势迅速占据了制造业的大部分市场份额，具备高柔性和高刚性的紧凑型数控机床得到了广泛应用。FMS的大量应用在一定程度上解决了制造业中存在的效率问题、成本问题以及质量问题。但是随着刀具种类和数量的不断增加，如何对FMS中的数控刀具进行有效管理，提高刀具管理工作的质量与效率是我国FMS企业发展中面临的新挑战。

关键词：FMS；刀具管理系统：数控

1数控刀具管理系统的研究背景与意义

制造业是提高国民经济水平以及促进社会进步的重要的基础性产业，也是国家综合性竞争力的重要组成部分。在改革开放之后，尤其是在市场经济中，在产业结构调整与优化中，世界上发达国家的制造业都纷纷转向中国市场。

随着信息技术在我国快速普及，以及多品种小批量产品加工制造自动化的需求，在制造业中，FMS（柔性制造系统）已经成为非常重要的自动化管理平台。通过数控装置加工、物料存储与运输等，利用计算机科学技术进行统一的组织和管理，制造業已经实现了对制造过程的自动化、信息化控制与管理。在加工过程中，实现如何进行合理、科学、高效的自动化管理这些数控刀具是当前我国制造企业所面临的重要挑战和发展瓶颈之一。

根据相关统计，制造业在柔性制造系统中，在生产成本上数控刀具的投入占据了相当大的比例，制造业数控刀具的投资以及数控刀具的管理成本是当前制造业成本中的重要组成部分。

2国内外研究现状

2.1国外研究现状

20世纪70年代，制造业开始了一场信息化大战，数控加工中心以及柔性线中的刀具管理研究风起云涌，西方发达国家的制造业自动化与信息化融合技术也不断提升。随着计算机辅助技术的快速兴起，在数控刀具管理工作中，一些高端企业开始引入了信息管理系统来提高刀具管理效率，这些数控刀具管理信息系统的突出特征是刀具管理业务的信息化和自动化，能够将传统的单纯依靠人工手动管理的刀具管理工作采用软件平台的方式进行处理，是制造业自动化进程中的重要发展趋势。

调查研究表明，国外制造企业的数控刀具管理系统主要是通过搭建信息化的刀具自动化管理平台，运用数据库的实时传输和计算实现对刀具管理工作的实时处理。在CIMS，FMS以及VMS等制造系统快速得到普及后，在数控刀具的管理工作中国外的信息化与自动化管理水平得到了迅速的发展。在外国的数控刀具管理信息化系统和平台中，计算机软件技术、网络技术、数据库技术等是最基础的实现技术，同时在部分数控刀具管理信息化平台中还采用专家系统、智能算法等新兴技术来进行数控刀具管理的智能化处理，在这些软件平台的部署方面通常包括了单机版和基于现场总线网络的分布式版本，并且以分布式版本为主，能够实现数控刀具管理工作中的信息内部协调与沟通。

当前欧美市场中，大量的数控刀具自动化管理系统相继问世，其中包括英国CTMS公司开发的计算机刀具管理系统、美国Cincinnati Milacron公司开发的具备刀具库存准备、分配、调度与调运、检测以及其他信息管理功能的McCormick系列刀具管理系统、德国DelKel公司开发的ToolManager系列刀具管理信息系统等。例如在美国Cincinnati Milacron公司的McCormick系列刀具管理系统软件中，除了能够对数控机床及其配套刀具信息进行统筹管理之外，还在上位机管理软件中为刀具管理人员提供了决策辅助支持功能，能够实现按照操作现场的实际需求进行规范化的刀具调配与调运管理。并且该系统能够按照管理人员的参数配置将刀具状态检测算法集成在现场的控制模块中，能够实现刀具状态的精确检测，为数控机床刀具的智能化管理提供基础平台支持。同时，在德国政府近年来大力推行“工业4.0”的工业重振政策以来，凭借在传统制造业中的长期优势地位，目前德国的八大重点机械工业制造领域已经基本普及和实现了制造设备的信息化管理终端平台，其中数控刀具的智能化和自动化管理是装备制造自动化过程中的重要发展方向。

在数控刀具管理系统的研究与开发方面，国外已经取得了非常大的成绩。无论在功能上还是在性能上，国外企业所开发的数控刀具管理系统都已经达到了较高水平。这些数控刀具管理系统能够对工件加工过程中刀具的准备、加工过程中刀具的状态、工况等进行实时的查询和监控。同时这些数控管理系统还能够对刀具的库存和报废管理进行信息化处理，极大地提高了数控刀具库存管理的效率与质量。这些数控刀具管理系统在柔性制造系统生产线的可靠性、设备的利用率提高等方面都有着重要的促进和提高作用。

2.2国内研究现状

在开发与研究刀具的计算机管理方面，我国与国外发达国家相比还有很大的差距，在通过积极引进国外先进技术和经验的同时，虽然也积累了一定的刀具计算机管理经验，从整体上而言，我国的制造企业在刀具管理工作中仍未完全实现自动化和信息化，人工参与管理比例过高，相关的软件平台相对缺乏。

近几年来，我国制造业的信息化技术发展步伐不断向前迈进，部分制造企业、制造行业科研机构以及高校也开始对数控刀具管理系统方面非常感兴趣，在研究与开发数控刀具管理系统方面开始投入了很多人力和物力，并且也取得了一定的成就。但是，从制造业市场的整体发展情况来看，我国的制造业领域的信息化管理平台仍然主要依靠国外引进，在数控刀具管理信息化的平台工具方面的自主研发能力还相对比较落后，目前常用的一些数控刀具管理软件平台中的自动化和智能化水平依然处于相对比较低的水平。

目前随着我国加强对传统制造业的政策性扶持，同时加强与发达国家之间的技术交流和沟通，通过跨国合作的方式来研发工业制造现场自动化管理平台已经成为业内的主要发展趋势。在此背景下，国内一些比较优秀的数控刀具自动化管理软件产品也开始问世。例如，北京航空航天大学研发出了基于CIMS的数控刀具自动化管理系统。该系统采用的基础数据平台是Oracle数据库，采用计算机信息化处理系统解决了企业内部在数控刀具管理工作中的问题，提高了数控刀具管理的水平和生产效率。同时沈阳飞机制造厂组织开发的刀具管理平台也在其内部集成了刀具计划管理、刀具自动调度、库存管理、刀具发放、测量以及刃磨发送的自动化，极大地提高了企业的生产工艺水平与制造效率。

同时，从行业发展的整体情况来看，目前我国的制造业中仍旧以中小型企业为主，中小型企业在整个行业中的占比超过了70%以上。对于这些企业而言，上述大型的综合式数控刀具管理信息化平台的引进和部署成本比较高，在当前国内制造业发展面临瓶颈的背景下，这无疑会大大增加企业的运营压力。所以，在现行的市场环境下，这些占行业主体地位的中小型企业对于数控刀具信息化管理的内在需求是否能够得到满足，是决定未来我国制造业发展趋势的重要因素。本文的研究工作就是针对这些中小型制造企业的数控刀具管理问题，采用相对比较简单的方式进行系统平台研发，系统的功能严格按照中小企业的实际发展情况而设置，具有比较强的针对性，同时系统的研发以及部署成本也比较低。

从整体上来看，我国制造业中的FMS技术还处于比较落后的地位。与国外发达国家相比，制造业中的数控刀具管理技术的差距较为明显。现在，我国的数控刀具管理系统主要还是采用静态管理模式，数控刀具管理系统在对刀具的实时状态监控、智能化调度、实时报废采购报警等动态处理功能还需要进一步探究。

3我国数控刀具管理面临挑战

随着社会经济的迅速发展，制造业的产品在质量、外观以及性能方面都有了很大提升，传统的零件加工以及制造精度已经无法满足当前的需求，如何采用新的技术、方法与概念来促进制造业的生产质量与效率是我国制造行业面临的重要挑战之一。数控刀具在FMS中具有重要的地位，但是由于国内企业在管理技术与理念上的落后，刀具管理效率低下已经成为制约我国FMS发展的主要因素之一。如何对FMS中的数控刀具进行有效管理，提高刀具管理工作的质量与效率是我国FMS企业发展中面临的新挑战。