刀具管理系统自主开发与应用

梁其杲，范海斌，林红昌，曹景友

珠海格力精密模具有限公司（广东珠海 519070）

1 引言

在模具加工行业，当CNC设备超过50台后，刀具的使用量非常庞大，靠人工来判断刀具的寿命及登记刀具的领取、使用、回收，存在刀具使用不当或刀具滥用的现象。问题点包括：①现在靠人为去判断刀具的寿命，对于员工的工作经验，岗位技能及工作责任心要求高；②同一规格的刀具特征一致，不能有效地监控刀具的输出，使用，回收；③刀具相关的加工质量及成本的管理比较困难。

2 整体方案概述

（1）建立刀具提单，配送，回收的流程标准。

（2）自主开发生产管理系统（下称系统）：

a.生产计划员使用系统管理及下发机台计划。

b.CNC操作员使用系统接收和管理加工任务，根据加工任务，通过系统提交加工信息。

c.系统通过读取加工信息的加工卡数据，叠加加工信息，判断刀具需求类型，加工时间及寿命，生成刀具需求订单。

d.刀库管理员根据刀具需求信息进行刀具的配送及回收工作。

3 详细技术方案

建立刀具提单、配送、回收的流程标准。如图1所示，要把制造车间的加工计划、刀具需求，加工技术部的刀具技术要求、规格、数据量，刀具库物料管理员的刀具配送、回收，出放库等3个方面的工作流程进行管理。

根据本公司的生产流程及刀具使用情况，评审软件的总体设计，软件的功能及实现的算法，软件的数据库等，使用C语言编程将刀具管理系统设计为生产管理，借刀管理和刀具异常3大模板。其中生产管理模块是核心，主要包括4大模块，包括：①机床计划模块；②机床任务模块；③刀库管理模块；④系统设置模块。

生产管理模块：

图1 刀具物料管理流程图

生产管理模块是刀具管理系统的核心，其中：①机床计划模块面向CNC生产计划员；②机床任务模块面向CNC操作员；③刀库管理模块面向刀库管理员；④系统设置模块面向加工技术人员。把CNC加工中的生产计划，实际生产及刀具应用串连起来，实现数据化，信息化管理。

（1）机床计划模块。

机床计划模块面向的对象是计划员，开发的功能如下：机床任务查询与分配，机床任务计划与管理，机床任务预调与查询，项目进度查询与预览。计划员通过查询条件窗口，获取零件的加工状态及加工信息，使用任务分配窗口进行机台计划的分配，而机床组别窗口则是提供与现场相匹配的机床编号。机床计划模块包括：①机床任务查询与分配；②机床任务计划与管理；③机床任务预调与查询；④项目进度查询与预览。

a.机床任务查询与分配功能。

连接模具公司的生产数据库，结合模具公司的生产流程及工艺，使用系统可以通过项目编号，工装编号，监控号，工序名称，机床类型，工序状态，分配状态，备刀情况等按键进行条件选择，查询模具公司生产系统上任何一个零件的生产状态。为实现快速查找，增加勾选时间查询按钮，可选择某一时间段进行数据的查询。查找到需要安排机台计划的零件信息后，通过任务分配窗口选择要下发的CNC加工作任务，并通机床组别窗口选择要下发任务的机床，实现机台计划的下发。

b.机床任务计划与管理功能。

可以让计划员实时、快速了解到机床正在加工的零件及下机的时间，待加工零件及工时等。并且可以适当调整加工任务的先后顺序。

c.机床任务预调与查询功能。

计划员可以提前将工件已经到达现场，编程没用完成任务预先安排到机床，系统同时发信息提示编程员零件上机的时间及机床，使计划更精确。

d.项目进度查询与预览功能。

计划员可以了解整个项目工件的加工状态。

（2）机床任务模块。

机床任务面向的对象时操作员，开发的功能如下：机床任务及刀具管理，机床稼动率异常记录。操作员通过此模块管理本人所负责的机床的任务，刀具需求提单及机床稼动率。机床任务模块包括：①机床任务及刀具管理；②机床稼动率异常记录。

a.机床任务及刀具管理功能。

操作员使用刀具管理系统获取加工任务，提交备刀信息时，使用加工卡及NC程式自动推送功能，自动下载加工卡（图片）及NC程式到相对应的机床服务器上，使加工信息传递方便，高效及准确。

b.机床稼动率异常记录。

操作员需对机床稼动率负责，所以造成机床稼动率异常的原因需要在刀具管理系统上登记。

（3）刀库管理模块。

刀库管理模块面向的对象是刀库人员，开发的功能分别是：刀具订单查询与管理，备刀数据查询与管理，刀具流程查询与管理，刀具描码输入与输出，刀具库绩效数据等方面。刀库管理模块包括：①刀具订单查询与管理；②备刀数据查询与管理；③刀具流转查询与管理；④刀具描码输入与输出；⑤刀具库绩效数据。

（4）系统设置模块。

系统设置模块面向的对象是系统管理员，开发的功能有机床数据设置与管理，刀库数据设置与管理，刀头参数设置与维护和刀具参数设置与维护。主要用于机床，刀库，刀具及刀头不的参数设置。系统设置模块包括：①机床数据设置与管理；②刀库数据设置与管理；③刀头参数设置与维护；④刀具参数设置与维护。

a.机床数据设置与管理。

机床数据设置与管理功能，主要是管理机床的机床编号，机床类型，机床类别及加工卡图片和NC程式的推送功能。

b.刀库数据设置与管理。

刀库数据设置与管理功能，用作配置各机床刀具库的类型，固定刀和活动刀的刀号。

c.刀头参数设置与维护。

刀头参数设置与维护，管理刀头的二维码编号，刀头规格，并且可以记录刀头的使用次数，管理刀头的使用寿命。

d.刀具参数设置与维护。

刀具参数设置与维护功能，用作配置刀具的各种信息及标准寿命。

4 问题攻关记录

（1）编程加工技术的标准化：刀具管理系统需要编程标准化的支持，所以进一步推进了编程加工卡标准化。

（2）刀具寿命的研究及其标准化：通过测试各种参数下刀具的寿命，制定刀具寿命标准。

（3）机床计划的信息化：通过刀具管理系统，可以实时了解到每台机正在加工的零件，零件上机时间，计划下机时间，已安排的待加工零件及加工工时等，使加工计划更准确。

（4）刀具管理系统增加加工卡及NC程式自动推送功能：操作员在刀具管理系统获取加工任务，提交备刀信息时，自动下载加工卡及NC程式到相对应的机床服务器上，每次只需几秒钟，使加工艺信息传递方便、高效、准确。

（5）二维码技术的应用：本公司刀具库需要每天为155台CNC配送和回收约1,000把刀具。数量如此多，并且相同规格的刀具和刀柄是一模一样的，所以使用二维码技术在刀头上雕刻二维码，赋予刀头身份ID，刀具配送前，使用无线条码枪扫刀二维度码，在刀具管理系统上绑定刀具信息，辅助完成刀具订单需求，刀具配送，刀具寿命管理及刀具回收的工作。

（6）大数据应有（数据的收集和分析）：物资管理，每天从刀具管理系统导出现刀具的使用数据，并盘点二级库的实际使用量，使物料管理更规范，刀具使用具有可追溯性。

（7）成本管理，可以分析单元，机床，个人刀具使用量，进一步管控刀具成本。

（8）刀具应用管理，可以分析刀库使用的合理性，常用刀具的种类及刀具寿命分析，提高刀具应用技术。

5 刀具管理系统操作界面

刀具管理系统操作界面如图2所示。

图2 刀具管理系统操作界面

6 应用前景

目前模具行业大力推进智能制造以及无人工厂，但是都没有解决机床刀具自动化切换问题，就无法实现真正的无人化。刀具自动化切换是无人工厂的刀具基础研究项目，是黑灯工厂的前提，是智能制造关键技术之一，刀具管理系统是刀具自动化的前题，是数据的基础。随着刀具管理系统的功能需要不断在完善,后续可以进等智能排产，对CNC加工任务进行智能排产，协同管理刀具寿命，自动生成刀具配送及回收订单。应用前景非常广范。