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1、航天制造企业刀具自动化管理系统建设张显学 刘胤 韩星 林晓青北京卫星制造厂技术四室摘要：本文阐述了在航天企业的工具管理部门开展信息化建设的过程，主要介绍刀具自动化管理系统的研究设计过程，总结该系统应用过程中的问题，并对其中的关键问题进行探讨，希望对企业工具管理部门的信息化建设有一定的借鉴作用。关键字：刀具管理 企业信息化 自动化立体库 编码前言“十一五”期间的星、船研制任务超过百颗，大大超过了“十五”期间航天军工企业承担型号任务的总量。为保证万无一失的完成型号任务，企业必须大力提高设计能力、生产能力和快速响应能力，进一步缩短研制周期，降低研制成本，提高产品质量。进一步理顺生产关系、转变观念、优
2、化流程，实现管理模式和研制生产手段的创新。在生产自动化程度不断提高的情况下，刀具作为星船零部件加工过程中不可或缺的关键配套产品，必须尽可能的做到合理配置、有效使用。目前星、船零部件制造过程中刀具管理完全依靠手工操作完成。其中，各分库房是直接面向车间的刀具库房，借用/归还、存放，由库房管理员完成。在刀具账目管理上，虽然使用了计算机管理，但只处于简单账目管理阶段，并没有采用先进的数据库技术来管理，不能实现工具借用、报废、申购、更改的电子化管理。如何组织刀具，使刀具的存取更方便；如何选配刀具，使刀具准备时间最短、利用率最高，这些问题在手工管理阶段是无法得到有效解决。同时，随着卫星结构制造数字化建设的
3、不断进展，自动化设备尤其是数控加工设备在不断的增加。但目前企业尚未建立专用的数控刀具库，数控刀具与普通刀具混合存放，一方面，混用造成刀具资源的浪费；另一方面，不能根据加工要求，提前获取各刀具的具体测量参数，建立刀具切削参数数据库，为生产做好准备工作。总之，刀具资源的自动化管理就是用最小的刀具资源来满足生产要求，并尽可能减少对刀具资源的占有，提高生产效率的同时有效控制生产成本。系统目标分析根据目前刀具管理方式的局限性，急需建立一套适合企业刀具业务管理模式的管理系统，因此，在刀具自动化管理系统启动前，对系统的硬件和软件两个方面都提出了较高的要求。硬件方面，考虑到自动化程度较高的数控车间对刀具使用过
4、程中的自动化水平需求十分迫切，必须构建自动化刀具库来实现刀具自动存储；软件方面，必须实现全厂刀具信息电子化管理，按照工具管理部门的刀具管理模式定制开发专用的软件系统，让信息化管理完全替代现行的人工管理模式。刀具管理系统的功能范围如图1所示：图1 刀具管理系统功能范围示意图在实现刀具信息化管理的过程中，各种不同刀具编码的制定，是一个非常重要的环节。尤其是在大批量型号零件的加工过程中，刀具编码规则的制定，能克服传统信息系统在描述时出现的多义性，达到快捷、详尽、准确地完成信息描述，在刀具信息传播中起到重要作用。系统体系结构刀具管理系统对刀具的管理依据以下层次的树型结构：产品-零件-工序-工装-刀具-
5、刀具编码+数量，该结构将对导入的数据进行内部处理生成树型结构图，由于总库台帐管理的是部件而不是整刀，所以在产品、零件、工序节点处提供右键菜单功能进行分类统计汇总，自动计算这些刀具组件的数量，生成库房所需的单据；该软件包含了生产准备包模块，还将实现刀具相关参数信息的提取和管理，通过数据接口从对刀仪上获取相关信息。通过条码管理实现对每把刀具的管理和监控，通过IC卡刷卡实现刀具的快速借出和归还。通过与自动化立体库的接口实现远程的刀具出、入库。该软件采用C/S和B/S结构相结合的模式组建。其中刀具管理人员通过C/S模式进行管理，其他人员通过B/S结构进行数据查询和共享。系统体系结构如图2所示：图2 系
6、统体系结构示意图3.1刀具自动化立体库刀具自动化立体库具有占地面积小、空间利用率高等显著优点，通过计算机控制系统，能够实现物品的自动存储及提取。因此，刀具自动化管理系统在硬件方面选择自动化立体刀具库来存储数控刀具以及刀柄等配套工具。其功能要求如下：（1） 实现库存物品的自动存储和提取；（2） 配备条形码打印、识别设备及刷卡登录设备，实现货物快速存取及准确定位；（3） 提供数据接口，以便与刀具管理软件连接，实现设备的远程管理；（4） 设备运行稳定可靠，具有一定的安全保护、过载保护功能；（5） 设备具有可扩充性，在使用容积不够时可以进行扩容。3.2刀具管理软件刀具管理软件是刀具自动化管理系统中的核
7、心组成部分，工具部门的各库房管理人员通过使用该软件实现对整个刀具自动化管理的需要。因此，刀具管理软件必须能够与刀具自动化立体库及其配套附件设备的控制运行相匹配，同时其性能要求还必须满足企业现有的刀具管理模式，实现对企业所有刀具进行计算机管理。其功能要求如下：（1） 满足企业现有分层次、多库房刀具管理模式：总/分库账目管理、入/出库管理、刀具借/归管理、库存预警、非标刀具管理、刀具参数管理、组合加工刀具管理、刀具统计报表功能、刀具信息查询等；（2） 能够实现对自动化刀具库设备的远程操作，包括设备的运行、定位等；（3） 应用条码技术对刀具进行识别和自动定位，部分刀具管理到“把”，其余刀具管理到“类
8、”；（4） 采用刷卡登录模式，允许用户在借用、归还刀具时，通过IC卡刷卡，直接登录刀具管理软件，并根据实际需要对不同人员设定相应权限；（5） 与自动化立体库配套附件设备的控制运行相匹配，包括条形码识别设备、刷卡登陆设备等；（6） 与对刀仪设备之间实现数据传输。3.3 刀具编码规则建立刀具编码规则时，首先要建立刀具的分类编码体系，从便对种类繁多、形状和结构各异的刀具进行有效的管理，从而形成统一的刀具信息数据流，提高系统对刀具管理和使用的效率。合理的刀具编码规则要为各种刀具进行编码，以实现在管理上有效地对刀具进行检索、调度和分发，同时安排生产计划和购进计划。软件系统能够与条形码识别系统相匹配，条形
9、码扫描器扫描刀具标识后，刀具库管理软件应对其进行识别，并自动定位刀具，显示刀具的相关信息等。系统设计与实现本系统建设的目标是通过构建自动化刀具库来实现数控刀具自动存储、合理配置及有效使用；通过定制开发专用自动化刀具管理软件实现对全厂刀具信息的电子化管理，从而替代现行的人工管理模式。通过本项目建设，力争用最小的刀具资源来满足生产需要，尽可能减少对刀具资源的占有，在提高生产效率的同时有效控制生产成本。4.1 刀具管理软件设计（1） 刀具借用刀具借用流程如图3所示，按照工种和操作机床限定工人的借刀种类和数量，并给予报警提示；对于个人借刀种类及数量可以进行单独调整，以适应批量借用的情况；可以通过刀具软
10、件中的借用信息实时查询刀具的在用状况。图3 刀具借用流程图（2）刀具归还刀具归还流程如图4所示。归还刀具的同时，能对当前刀具的状态进行快速调整，如刀具磨损、报废、丢失等都可以在归还的同时进行处理，工具部门领导也能及时得到刀具的实时状态，进行相应的审批操作。图4 刀具归还流程图（3）临时采购单的申请刀具临时采购单的申请，全部通过网上OA办公自动化系统完成，替代了原有的人工纸制文件的申请过程。刀具管理软件能够接收OA系统中有关工具临时采购，流程结束后的全部内容，包括临时采购申请文件、采购数量、采购金额、审批数量、完成时间等等，能自动提取有关数字类型的记录至刀具管理系统中的对应模块，实现与OA刀具临
11、时采购审批流程的自动化继承。4.2 刀具编码的设计刀具编号由四部分组成：第一至第三部分为刀具编号的主码，第四部分为辅码。主码采用刚性编码系统，即位数一定，辅码采用柔性编码方式。第一部分：类别代码D刀具 L量具 F非标准刀具（第一个汉字汉语拼音的简写）。第二部分：大类代码01 02 03 - 07 - 依次排下去。第三部分：小类代码10 11 12 13 - 16 - 依次排下去。第四部分：辅码简图： abcd字符含义：a类别代码（一位）；b大类代码（二位）；c小类代码（二位）；d刀具参数（多位）。对各部分再进行细分，例如：第一部分类别代码中，D表示刀具，L表示量具，F表示非标刀具；第二部分大类
12、代码中，对于刀具可分为铣刀类和车刀类，对于量具类，可分为螺纹塞规、螺纹环规、光滑塞规等。在第三部分小类代码中，D01类（铣刀类）中可分为直柄立铣刀、锥柄立铣刀、直柄键槽铣刀等；D02类（车刀类）中可分为凸R车刀、凹R车刀、右偏凸R车刀等；对于量具类，如L01类（螺纹塞规类），可再分为普通螺纹塞规、新国标螺纹塞规、钢丝罗套螺纹塞规等。辅码主要描述标识特征，如刀具生产厂家、行业标准、刀具参数等，反映数控刀具和加工中心刀具自动识别问题。根据企业刀具信息的实际情况，确定辅码的编码方式。很多企业的刀具管理采用的编码规则，如生产厂家、行业标准等不太适合航天生产现有的实际情况，因此采用刀具参数作为辅码。由于
13、不同的刀具种类，其刀具的参数也不尽相同，因此以刀具参数（主要是规格）为辅码时，需要采用柔性的编码方式。根据企业现有刀具参数的规律以及多年的刀具管理经验，可以确定，最多使用3个基本参数就能够确定刀具的最终种类，而现有库房中75以上的刀具仅用1个参数就能确定刀具的最终种类。并且每个刀具参数的整数位不超过3位数，小数位不超过2位数，含有角度参数的刀具度不超过3位数，分不超过2位数。由此，可以确定刀具参数为3个，每个刀具参数的位数为5位，前三位表示整数，后二位表示小数。刀具参数共15位。如直柄立铣刀的参数为：直径8mm，总长30mm，刃长16mm，则该刀具参数长度为5位，具体为“D0110 00800
14、 03000 01600”。整个刀具的编码位数全长为20位。但是，大多数刀具参数仅为1个，就可能出现大量的编码最后有10个0的冗余现象。为了减少冗余，可以在刀具参数的第1位设置一位自然数，作为刀具参数的位数识别码（可作为主码），如上例中的直柄立铣刀，可表示为“D0110 3 00800 03000 01600”。这样就可以完全避免大量的“0”字符冗余。整个刀具的编码全长为21位。最短为11位。应用情况通过刀具自动化管理系统的应用，刀具管理方式的改进，工具部门的信息化水平得到了很大的提高，刀具的使用状况得到了有效地改善，对车间生产效率的提升起到了重要作用。5.1 自动化立体库的使用自动化立体库的
15、使用大大提高了库房空间的利用率，大大缩减了占地面积。刀具的摆放方式更加灵活、有序。配合刀具管理软件的使用，库房管理人员只需对软件进行操作，便能实现对货柜取物的动作，简化了借/归刀具的业务。图5 自动化立体库实图5.2 刀具管理软件的应用刀具管理软件不仅满足了立体库自动借/归刀具的操作，更实现了整个工具部门的自动化、系统化、信息化的管理方式。尤其是借/归刀具的过程，用出入证替代工具牌，用条码扫描替代原有的手工记录借/归刀具情况。技术人员和车间工人可以直接通过网页查询所需刀具的详细情况和刀具的借用情况，从而有效的提高刀具的使用效率。具体的应用示例如下：（1）刷卡借刀 图6 借刀人员使用出入证刷卡借
16、刀（2）条码扫描 图7 库管人员扫描条码，自动获取所需刀具（3）刀具查询 图8 刀具借用人员可以通过网页实时查询刀具情况（4）条码的应用根据企业现有刀具管理的模式，大部分刀具是按类管理。为了方便刀具管理人员的使用，提高借/归刀具的效率，按照刀具编码的规则，制定刀具条码本。将各类刀具分类入册，实现条码扫描的要求。图9 根据刀具编码规则制作的条码本结束语在企业中广泛使用现代化信息技术，不但可以提高生产效率，节约生产成本，而且对于企业的发展和壮大有着不可估量的作用。经过几年的信息化建设，信息化技术已经在航天企业中发挥了重要的作用。随着的信息化建设的不断深入，信息化技术正逐渐延伸到各个生产部门，一定会使企业的生产能力和生产效率达到新的水平。参 考 文 献：1 陶学恒等. 数控加工中心工具信息集成技术的研究与开发. 工具技术, 2004, (1) .2 杨杰, 刘云. 基于CIMS环境的刀具编码系统的研究. 精密制造与自动化, 2004, (1) .3 郑文超, 崔鸿富. 条码技术指南. 中国标准出版社, 2003.8 .10