刀具管理提高加工效益
一、刀具管理是企業資訊化管理的需要和刀具行業發展的產物
近年來，現代刀具管理技術獲得了快速發展，越來越多的刀具製造商、工程軟體和工程技術開發商推出了不同類型、各具特色的刀具管理模式和相應的軟體。刀具管理在提高加工效率和數控機床利用率、保證產品品質、降低製造成本方面顯示出很大的潛力。從企業的實際情況出發，積極採用適當的刀具管理技術已成為推動製造業刀具用戶提高企業管理和製造技術水準的重要舉措，因此受到越來越多企業的關注。
現代刀具管理概念的提出可追溯到上世紀七八十年代CIMS系統的開發時期，刀具資訊及實物的管理是CIMS系統中不可缺少的組成部分。近年來，資訊技術在製造業中的應用正不斷深化，已逐步由數控製造技術層面向企業管理領域拓展。通過將企業內部分散的開發、製造、行銷、管理等部門的資訊管理子系統集成整合為統一的企業資訊化管理系統，實現各子系統資訊的交流與共用，大大提高了企業的運營效率。在企業資訊化管理的發展過程中，有關刀具和切削技術的資訊與企業產品的創新設計及製造有著密切聯繫，決定著產品的設計開發水準和加工製造效率。因此，將刀具管理納入企業資訊化管理系統的工作開始受到企業重視。隨著企業將非核心業務分離出來外包給專業化社會資源的進程不斷加快，企業對刀具管理的需求也變得更加迫切，從而推動了刀具管理技術的應用與發展。
與此同時，刀具和切削技術的發展速度不斷加快，刀具新產品、新材料、新塗層、新工藝層出不窮、日新月異，一些大型刀具製造商每年推出的新產品成百上千，令人目不暇接。這些新產品能否為用戶瞭解和認識？能否為用戶帶來直接的效益？怎樣才能為用戶帶來效益？是擺在刀具製造商和用戶面前的現實問題。要想使新產品轉化為用戶的效益，刀具製造商必須變革經營模式，由單純的刀具供應商轉變為刀具產品與技術服務提供商，即不僅要為用戶提供刀具新產品，而且要幫助用戶用好新刀具，成為用戶產品創新、提高製造效率可依賴的專業化社會資源和合作夥伴。在這種背景下，為用戶提供刀具管理技術已成為刀具製造商競相採用的服務專案之一。這項工作同樣受到工程軟體發展公司的關注，紛紛推出各種面向用戶的刀具管理系統。
二、刀具管理的重要作用
刀具管理最基本的功能是降低企業的刀具費用，從而降低企業的製造成本。企業的刀具費用可分為兩部分：①刀具的直接成本，即採購刀具的費用。這部分費用因企業的具體情況而各不相同，一般占零件製造成本的2%～5%。對於這部分刀具費用，目前比較一致的看法是：不要片面追求降低這部分刀具費用，因為它對降低製造成本的貢獻十分有限，而積極採用高性能刀具以提高加工效率，對於降低製造成本的效果更大。②企業為使用和管理刀具而發生的間接費用，包括刀具的採購、存儲、組裝、調試、重磨、重塗等環節發生的人員工資、房屋和設備折舊等費用，還包括多餘採購佔用的資金利息和不合理使用造成的浪費等。有資料稱，這部分費用占到生產成本的15%甚至30%，遠遠超過刀具的直接成本。
通過科學的刀具管理，可降低刀具的庫存，減少對人員、資金、廠房、設備的佔用，減少備刀差錯，從而顯著降低刀具的間接費用，對降低生產成本有著很大潛力。已有的實例表明，刀具管理可減少刀具品種達20%，降低周轉的刀具數量達30%以上。
在上述刀具管理基本功能的基礎上，現代刀具管理還具有優化加工過程、提高加工效率的高級功能。在設計編制加工工藝時，刀具管理軟體可根據被加工工件材料、所使用的機床等加工條件選擇更好的刀具和更佳的切削參數，達到提高切削效率、保證加工品質的效果。此外，及時、正確的供刀還可以減少數控機床停機待刀的時間，提高昂貴的數控機床的利用率（根據各企業的不同情況，可提高數控機床利用率5%～50%），同樣能為企業帶來直接的經濟效益。
三、刀具管理系統的基本要求和不同模式
有專家把對刀具管理系統的要求表述為：將正確的刀具以正確的數量在正確的時間送到正確的地方。為了實現這裏提出的四個“正確”，刀具管理系統必須能產生正確的刀具資訊以及對資訊進行正確的管理。為此，可將刀具管理系統分為前後兩大部分。
系統的前一部分應用於產品設計、工藝編制和NC編程階段。這是產品的工程開發階段，是通過資訊技術在CAD、CAM、CAPP和刀具工藝資料庫的基礎上產生正確的刀具清單和調刀圖，並可提供刀具的2D圖紙和3D造型，對於需要製造的刀具還可提供製造工藝，3D造型可供類比切削的干涉檢驗，所產生的刀具清單和調刀圖資訊將作為刀具管理必需的物流資訊。
系統的後一部分應用於產品製造階段，主要是物流管理，即對刀具的採購、倉儲、調刀、使用、維護的物流過程進行資訊化管理。
對刀具管理系統的基本要求包括：
（1）在產品的工程開發階段應有足夠的刀具記錄，每件刀具包含2D/3D資訊，並有一個很好的輸入功能，能方便、快捷地補充刀具的新產品。更重要的是系統應能支援工藝創新，選用正確的刀具，合理設置切削參數，並提供刀具的應用技術（如走刀策略、高速旋轉刀具的動平衡和裝夾技術、刀具使用的安全技術等）。
（2）在刀具的物流管理階段應能跟蹤刀具的物流過程，提供刀具的正確位置，動態反映刀具的庫存及使用狀況，並能對刀具管理的效果進行評估和監督，設置刀具的最低庫存量。
根據用戶對刀具管理系統在兩個不同階段的不同需求，目前市場上出現了多種刀具管理模式。這些模式主要可以分為兩大類：一類是以車間為使用物件、以物流管理為主的刀具管理系統。這種模式又可按服務內容多少和程度深淺分為不同的級別：低級別管理系統只負責刀具的採購和庫存管理；較高級別的管理系統還負責生產現場的故障處理和刀具改進；目前最高級別的管理系統則採用全包形式，由刀具管理公司在企業內部設置常駐機構，全面管理生產現場的刀具，並對刀具進行優化。對於前兩種管理級別，通常由刀具供應商以在車間設置刀具自動倉儲櫃的方式或對車間的刀具庫進行管理。這種刀具管理系統除了管理機床操作者對刀具的領用、歸還以外，供應商還可通過網路管理倉儲櫃中的庫存，及時補充刀具，並提供分析工人使用刀具情況的資訊，可收到提高刀具使用率、降低刀具庫存和行政管理成本的效果。目前此類系統主要由刀具製造商、大型刀具代理商或工程軟體發展公司提供，分別具有不同的優缺點，刀具製造商和代理商推出的系統具有較強的專業優勢，但對刀具的覆蓋面有一定局限性；工程軟體公司開發的系統則更多地引入了分析、推理、專家知識等功能，在功能的完整性與相容性上具有一定優勢。
另一類模式是一體化的刀具管理系統。此類系統集成了工程開發和物流管理兩個階段的功能，將這兩個階段產生的資訊通過資料庫和資訊資料的交換實現共用，工程開發階段的資訊為後面的製造及物流提供附加增值，而製造與物流管理過程的使用效果和切削參數調整可回饋到工程開發部分，供技術經濟分析使用，二者相互促進，實現刀具的最優化配置，系統也不斷自我完善。
現以西安易博軟體公司開發的一體化刀具管理系統為例，進一步瞭解此類系統的構成。該系統集成了工藝設計、刀具設計製造和加工製造幾個環節的相關資訊，實現了工藝設計階段的刀具選用與製造階段的刀具使用資訊的交換與共用。在工藝設計階段，系統具有較強的正確選刀能力，可通過刀具查詢與知識庫推理相結合的方法，按刀具材料、被加工工件材料和刀具切削性能等因素進行刀具選擇，體現出較強的專業性。在刀具使用及物流階段，系統集成了車間管理系統與工具總庫管理系統，除對刀具進行物流管理外，還可對工裝、量具等工具進行管理，因此更符合我國工具管理的現狀，具有較好的實用性。目前該系統已在我國航空航太工業領域得到應用，並收到了較好效果，有望進一步推廣。
四、刀具管理系統的發展趨勢
（1）增強刀具管理系統的專業技術含量，提升正確選刀能力，滿足刀具應用條件。正確選刀是保證加工品質和效率的前提，而提供必要的應用技術（如高速旋轉刀具的動平衡和裝夾技術、刀具安全技術等）可以充分發揮刀具的加工性能。此外，刀具管理系統應能反映行業特點。機械工業中刀具應用的各重點行業（如汽車、模具、航空航太、發電設備製造等）在加工工藝、生產批量、被加工工件材料等方面各具特點，對刀具也有不同的要求，一個好的刀具管理系統應能在技術上反映出不同行業的特色與差異。
（2）發展外包管理模式，最大限度地發揮刀具管理系統的潛力。從總體上講，刀具管理外包的模式符合服務型製造業的發展方向，也符合當前刀具行業改變經營模式、提高服務能力的轉型方向，因此具有廣闊的發展前景。刀具管理的外包可分為單項、局部外包和全面外包。前者較為靈活，易於引入，適應面廣，尤其是結合刀具自動倉儲櫃的模式，在美、德等國發展較快、應用較多。後者如上海通用汽車公司採用的刀具管理全面外包專案，由刀具管理專業公司代替了通用公司內部刀具管理部門的全部運作，據報導其經濟技術效益十分顯著。從目前的整體狀況分析，這種外包模式較適合大批量流水線生產的工廠，其產品、工藝及刀具均相對比較穩定，運行中產生的大量統計資料有助於進行科學的經濟技術分析。目前對全面外包也存在一種擔憂，認為這樣做不利於企業技術訣竅的保密和刀具專業技術的積累。
（3）適時將刀具編碼與ISO13399標準接軌。ISO13399是適應製造業資訊化技術發展的需要而制訂的關於刀具產品描述和交換的國際標準。編制該標準的目的是提供一個統一的格式來描述有關刀具的資訊，實現刀具資訊在各應用領域之間的無障礙交換和利用，極大地方便了資訊的交換，提高了資訊交換速度，為用戶選刀、用刀提供了更廣闊的視野。
（4）關注ISO14649（STEP-NC）標準的開發和實施進程。STEP-NC是一個面向物件的新型NC編程資料介面國際標準，將取代目前廣泛使用的ISO6983標準，並能實現CAD、CAM與CNC的雙向資料流程動，將對數控製造技術領域產生深刻的影響，也將對刀具管理系統提出新的要求並帶來新的功能。
刀具管理系統的應用在我國還剛剛起步，隨著我國製造業的發展，刀具管理有著很大的應用潛力和廣闊的發展前景，它的應用將加快企業資訊化步伐和實現精益生產的進度，提高企業的生產效率和市場競爭實力，也符合企業落實科學發展觀的要求。
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近年來，現代刀具管理技術獲得了快速發展，越來越多的刀具製造商、工程軟體和工程技術開發商推出了不同類型、各具特色的刀具管理模式和相應的軟體。刀具管理在提高加工效率和數控機床利用率、保證產品品質、降低製造成本方面顯示出很大的潛力。從企業的實際情況出發，積極採用適當的刀具管理技術已成為推動製造業刀具用戶提高企業管理和製造技術水準的重要舉措，因此受到越來越多企業的關注。
現代刀具管理概念的提出可追溯到上世紀七八十年代CIMS系統的開發時期，刀具資訊及實物的管理是CIMS系統中不可缺少的組成部分。近年來，資訊技術在製造業中的應用正不斷深化，已逐步由數控製造技術層面向企業管理領域拓展。通過將企業內部分散的開發、製造、行銷、管理等部門的資訊管理子系統集成整合為統一的企業資訊化管理系統，實現各子系統資訊的交流與共用，大大提高了企業的運營效率。在企業資訊化管理的發展過程中，有關刀具和切削技術的資訊與企業產品的創新設計及製造有著密切聯繫，決定著產品的設計開發水準和加工製造效率。因此，將刀具管理納入企業資訊化管理系統的工作開始受到企業重視。隨著企業將非核心業務分離出來外包給專業化社會資源的進程不斷加快，企業對刀具管理的需求也變得更加迫切，從而推動了刀具管理技術的應用與發展。
與此同時，刀具和切削技術的發展速度不斷加快，刀具新產品、新材料、新塗層、新工藝層出不窮、日新月異，一些大型刀具製造商每年推出的新產品成百上千，令人目不暇接。這些新產品能否為用戶瞭解和認識？能否為用戶帶來直接的效益？怎樣才能為用戶帶來效益？是擺在刀具製造商和用戶面前的現實問題。要想使新產品轉化為用戶的效益，刀具製造商必須變革經營模式，由單純的刀具供應商轉變為刀具產品與技術服務提供商，即不僅要為用戶提供刀具新產品，而且要幫助用戶用好新刀具，成為用戶產品創新、提高製造效率可依賴的專業化社會資源和合作夥伴。在這種背景下，為用戶提供刀具管理技術已成為刀具製造商競相採用的服務專案之一。這項工作同樣受到工程軟體發展公司的關注，紛紛推出各種面向用戶的刀具管理系統。
二、刀具管理的重要作用
刀具管理最基本的功能是降低企業的刀具費用，從而降低企業的製造成本。企業的刀具費用可分為兩部分：①刀具的直接成本，即採購刀具的費用。這部分費用因企業的具體情況而各不相同，一般占零件製造成本的2%～5%。對於這部分刀具費用，目前比較一致的看法是：不要片面追求降低這部分刀具費用，因為它對降低製造成本的貢獻十分有限，而積極採用高性能刀具以提高加工效率，對於降低製造成本的效果更大。②企業為使用和管理刀具而發生的間接費用，包括刀具的採購、存儲、組裝、調試、重磨、重塗等環節發生的人員工資、房屋和設備折舊等費用，還包括多餘採購佔用的資金利息和不合理使用造成的浪費等。有資料稱，這部分費用占到生產成本的15%甚至30%，遠遠超過刀具的直接成本。
通過科學的刀具管理，可降低刀具的庫存，減少對人員、資金、廠房、設備的佔用，減少備刀差錯，從而顯著降低刀具的間接費用，對降低生產成本有著很大潛力。已有的實例表明，刀具管理可減少刀具品種達20%，降低周轉的刀具數量達30%以上。
在上述刀具管理基本功能的基礎上，現代刀具管理還具有優化加工過程、提高加工效率的高級功能。在設計編制加工工藝時，刀具管理軟體可根據被加工工件材料、所使用的機床等加工條件選擇更好的刀具和更佳的切削參數，達到提高切削效率、保證加工品質的效果。此外，及時、正確的供刀還可以減少數控機床停機待刀的時間，提高昂貴的數控機床的利用率（根據各企業的不同情況，可提高數控機床利用率5%～50%），同樣能為企業帶來直接的經濟效益。
三、刀具管理系統的基本要求和不同模式
有專家把對刀具管理系統的要求表述為：將正確的刀具以正確的數量在正確的時間送到正確的地方。為了實現這裏提出的四個“正確”，刀具管理系統必須能產生正確的刀具資訊以及對資訊進行正確的管理。為此，可將刀具管理系統分為前後兩大部分。
系統的前一部分應用於產品設計、工藝編制和NC編程階段。這是產品的工程開發階段，是通過資訊技術在CAD、CAM、CAPP和刀具工藝資料庫的基礎上產生正確的刀具清單和調刀圖，並可提供刀具的2D圖紙和3D造型，對於需要製造的刀具還可提供製造工藝，3D造型可供類比切削的干涉檢驗，所產生的刀具清單和調刀圖資訊將作為刀具管理必需的物流資訊。
系統的後一部分應用於產品製造階段，主要是物流管理，即對刀具的採購、倉儲、調刀、使用、維護的物流過程進行資訊化管理。
對刀具管理系統的基本要求包括：
（1）在產品的工程開發階段應有足夠的刀具記錄，每件刀具包含2D/3D資訊，並有一個很好的輸入功能，能方便、快捷地補充刀具的新產品。更重要的是系統應能支援工藝創新，選用正確的刀具，合理設置切削參數，並提供刀具的應用技術（如走刀策略、高速旋轉刀具的動平衡和裝夾技術、刀具使用的安全技術等）。
（2）在刀具的物流管理階段應能跟蹤刀具的物流過程，提供刀具的正確位置，動態反映刀具的庫存及使用狀況，並能對刀具管理的效果進行評估和監督，設置刀具的最低庫存量。
根據用戶對刀具管理系統在兩個不同階段的不同需求，目前市場上出現了多種刀具管理模式。這些模式主要可以分為兩大類：一類是以車間為使用物件、以物流管理為主的刀具管理系統。這種模式又可按服務內容多少和程度深淺分為不同的級別：低級別管理系統只負責刀具的採購和庫存管理；較高級別的管理系統還負責生產現場的故障處理和刀具改進；目前最高級別的管理系統則採用全包形式，由刀具管理公司在企業內部設置常駐機構，全面管理生產現場的刀具，並對刀具進行優化。對於前兩種管理級別，通常由刀具供應商以在車間設置刀具自動倉儲櫃的方式或對車間的刀具庫進行管理。這種刀具管理系統除了管理機床操作者對刀具的領用、歸還以外，供應商還可通過網路管理倉儲櫃中的庫存，及時補充刀具，並提供分析工人使用刀具情況的資訊，可收到提高刀具使用率、降低刀具庫存和行政管理成本的效果。目前此類系統主要由刀具製造商、大型刀具代理商或工程軟體發展公司提供，分別具有不同的優缺點，刀具製造商和代理商推出的系統具有較強的專業優勢，但對刀具的覆蓋面有一定局限性；工程軟體公司開發的系統則更多地引入了分析、推理、專家知識等功能，在功能的完整性與相容性上具有一定優勢。
另一類模式是一體化的刀具管理系統。此類系統集成了工程開發和物流管理兩個階段的功能，將這兩個階段產生的資訊通過資料庫和資訊資料的交換實現共用，工程開發階段的資訊為後面的製造及物流提供附加增值，而製造與物流管理過程的使用效果和切削參數調整可回饋到工程開發部分，供技術經濟分析使用，二者相互促進，實現刀具的最優化配置，系統也不斷自我完善。
現以西安易博軟體公司開發的一體化刀具管理系統為例，進一步瞭解此類系統的構成。該系統集成了工藝設計、刀具設計製造和加工製造幾個環節的相關資訊，實現了工藝設計階段的刀具選用與製造階段的刀具使用資訊的交換與共用。在工藝設計階段，系統具有較強的正確選刀能力，可通過刀具查詢與知識庫推理相結合的方法，按刀具材料、被加工工件材料和刀具切削性能等因素進行刀具選擇，體現出較強的專業性。在刀具使用及物流階段，系統集成了車間管理系統與工具總庫管理系統，除對刀具進行物流管理外，還可對工裝、量具等工具進行管理，因此更符合我國工具管理的現狀，具有較好的實用性。目前該系統已在我國航空航太工業領域得到應用，並收到了較好效果，有望進一步推廣。
四、刀具管理系統的發展趨勢
（1）增強刀具管理系統的專業技術含量，提升正確選刀能力，滿足刀具應用條件。正確選刀是保證加工品質和效率的前提，而提供必要的應用技術（如高速旋轉刀具的動平衡和裝夾技術、刀具安全技術等）可以充分發揮刀具的加工性能。此外，刀具管理系統應能反映行業特點。機械工業中刀具應用的各重點行業（如汽車、模具、航空航太、發電設備製造等）在加工工藝、生產批量、被加工工件材料等方面各具特點，對刀具也有不同的要求，一個好的刀具管理系統應能在技術上反映出不同行業的特色與差異。
（2）發展外包管理模式，最大限度地發揮刀具管理系統的潛力。從總體上講，刀具管理外包的模式符合服務型製造業的發展方向，也符合當前刀具行業改變經營模式、提高服務能力的轉型方向，因此具有廣闊的發展前景。刀具管理的外包可分為單項、局部外包和全面外包。前者較為靈活，易於引入，適應面廣，尤其是結合刀具自動倉儲櫃的模式，在美、德等國發展較快、應用較多。後者如上海通用汽車公司採用的刀具管理全面外包專案，由刀具管理專業公司代替了通用公司內部刀具管理部門的全部運作，據報導其經濟技術效益十分顯著。從目前的整體狀況分析，這種外包模式較適合大批量流水線生產的工廠，其產品、工藝及刀具均相對比較穩定，運行中產生的大量統計資料有助於進行科學的經濟技術分析。目前對全面外包也存在一種擔憂，認為這樣做不利於企業技術訣竅的保密和刀具專業技術的積累。
（3）適時將刀具編碼與ISO13399標準接軌。ISO13399是適應製造業資訊化技術發展的需要而制訂的關於刀具產品描述和交換的國際標準。編制該標準的目的是提供一個統一的格式來描述有關刀具的資訊，實現刀具資訊在各應用領域之間的無障礙交換和利用，極大地方便了資訊的交換，提高了資訊交換速度，為用戶選刀、用刀提供了更廣闊的視野。
（4）關注ISO14649（STEP-NC）標準的開發和實施進程。STEP-NC是一個面向物件的新型NC編程資料介面國際標準，將取代目前廣泛使用的ISO6983標準，並能實現CAD、CAM與CNC的雙向資料流程動，將對數控製造技術領域產生深刻的影響，也將對刀具管理系統提出新的要求並帶來新的功能。
刀具管理系統的應用在我國還剛剛起步，隨著我國製造業的發展，刀具管理有著很大的應用潛力和廣闊的發展前景，它的應用將加快企業資訊化步伐和實現精益生產的進度，提高企業的生產效率和市場競爭實力，也符合企業落實科學發展觀的要求。
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