刀具与工业4.0的融合 数字化制造进程加快 —— 文章正文2018-01-08

　　为了实现对工件的高效生产，需要进行跨工艺流程的信息交流。而刀具管理可在其中发挥重要作用，这是因为一旦缺少了刀具，生产只能停止。 为了实现对工件的高效生产，需要进行跨工艺流程的信息交流。而刀具管理可在其中发挥重要作用，这是因为一旦缺少了刀具，生产只能停止。

　　工业4.0的基本前提条件是互用性和通信。没有广泛而通畅的信息交流的话，就无法得出第四次工业革命的技术方案。为了能够实现对工件的高效生产，就需要进行跨工艺流程的信息交流：必须对数据进行汇总、交换和评估。“大数据分析”便是其中的一句流行语。　　

　　在加工行业里，最大的优化潜力一直都是隐藏在工艺流程之中――能源方面、经济方面和时间方面。为了提高生产效率，可以考虑各种不同的着力点。在设计阶段，可以通过改善工具和材料等进厂数据，来提高设计阶段的生产效率。在作业准备阶段，可以通过流程管理软件来降低生产设备的停机时间。一旦生产流程得到优化，能源需求也会相应降低。这是因为设备在空运行阶段会被关断，或进入睡眠模式。企业所收集的数据同样蕴藏着未被利用的潜力。企业虽然把各类数据保存了下来，但并未在提高效益的潜力方面对数据进行分析。

　　通过采用正确的刀具管理系统，可以实现高效的生产流程

　　通过软件提供协助

　　从理论上看，生产中的优化潜力可以被快速识别。更为困难的是如何在实际工作中对贯穿产品使用寿命始终的潜力加以利用。尤其是中小型企业会面临诸多困难，这是因为在他们看来，唯有具体的技术解决方案和可测量的增值才是最重要的。此外，现有的公共设施应该得到利用，并逐步得到改善;同时，生产流程实现自动化，生产能力得到提高，从而达到节能和降低成本的目的。在这方面，各种不同的软件程序便可提供协助。

　　在切削加工中，软件可以发挥出重要的作用。它可以被集成到整个生产环节之中，从下达生产任务、工件设计、模拟，到产品生产和发货。唯有考虑到所有流程和数据，方可实现价值创造。属于此类的还有生产过程中的作业器械数据，如切削刀具、检验装置和器具等。

　　刀具的内连

　　为了实现对工件的高效生产，需要从一开始就落实跨流程的信息交换。这项工作从客户接受订单时就已经开始：在那时就对产品的种类和数量以及供货期限和目的作了规定。现在则通常需要把订单要求传输给PLM/CAD系统，以便设计人员开始其设计工作。为了能够高效计划加工规模，在这个工作步骤上就需要开始选择生产刀具。许多著名的刀具制造厂商(如Walter公司等)均可提供其刀具产品的3D模型和重要的技术参数，以便设计人员能够很好地对工件的后续加工作出设计。在此时间节点上，也需要审核所需刀具的存量，例如在机床设备上的存量或库存存量。在NC编程过程中，需要针对各种材料纳入相应刀具并对加工过程进行模拟。然后开始生产。

　　机床所需的软件来自多家不同的厂商。其中有Sandvik-Group集团公司所属的TDMSystems公司，是针对切削领域的Tool Data Management(TDM/刀具数据管理)的供应商。该系统收集生产数据和刀具数据并把数据传送到生产系统里。此外，连接各种不同在线平台的接口也都是开放的。

　　Mapal公司的Uniset C

　　借助于不同的刀具管理技术方案，刀具数据也可以被提供给调节装置来使用，图中所示为Mapal公司的Uniset C

　　对刀具使用寿命的管理

　　通过采用TLM(Tool Lifecycle Management/刀具使用寿命管理)，TDM系统可以专注于生产流程和配备的优化。软件可以涵盖设计与生产等所有阶段的刀具组织工作。作为ERP、PLM和MES系统之间的连接环节，软件可以收集刀具数据和图形并在CAM和模拟过程中提供此类数据。同时，软件还承担起对刀具循环使用的组织工作，即：它提供有关设备上和仓库里的刀具存量与状态等信息。由此，可以降低刀具的循环和库存数量，使订货量与生产状况相匹配。

　　软件对工件设计与模拟过程中用到的所有刀具进行汇总并制成表格。根据此类表格便可在顾及刀具使用年限和实际库存量的基础上计算出每项生产任务所需的刀具数量。

　　接下来便是对已经具备所有或大部分刀具的加工机床进行选择。对所缺少的刀具，可以向仓库领取或向供应商进行订购，并计入到相应的成本中心里。

　　刀具测量也被纳入到TLM系统里。对此，TDM Systems公司可以与预调系统的厂商合作。在测量过程中，此类系统可以获取保存在TDM上的刀具额定参数，并把实际测量数值写回到系统里去。因此，从实际生产中所获得的经验数值便可供设计人员在设计阶段使用。所测得的数据也可被传送给机床。

　　通过对刀具存量的透明化处理，可以把换装时间和设备停机时间缩短到最小程度。

　　在Coscom公司的Tooldirector VM系统与作为机械-数字测量单元的预调节装置之间的网络连接和数据通信

　　与刀具制造厂商的合作

　　此类管理软件的优点很明显：它可以为持续处于使用之中且需要定期更换和订购的刀具的管理提供支持。为了给用户提供支持，刀具制造商往往会与软件专业公司合作。TDM Systems公司也与Mapal公司开展了此类合作。在合作过程中，软件公司可以把精密刀具制造商的输出和调节系统与其刀具使用寿命管理系统相对接。

　　Mapal公司借助于TDM系统的能力，通过其新的物流和服务项目向用户提供支持。两家企业共同为用户提供一种实现专业化刀具管理的途径。通过合作，Mapal公司的调节和传送系统可以与新的或现有的TDM应用系统相对接。通过接口可以实现刀具额定数值的交换和刀具测量数值的复写。

　　除了与软件厂商的合作之外，Mapal公司还与SAP及其他伙伴公司共同研发出了自己的C类部件的使用周期管理软件。该精密刀具制造厂商借助于SAP-Hana云平台，开发出了自己的高效操作刀具及其数据的c-Com技术方案。此外，Mapal公司在2016年的AMB展会上推出了c-Com的Beta版本。

　　基于明确规则和访问权限，用户和供应商可以在此公开透明的平台上对相关刀具数据进行维护和分享。用于合作的数据总是处于最新的状态。无论使用者数量有多少，数据的所有者在平台上对数据进行了一次维护之后，所有被授权的参与者均可从各自的驻地随时查阅所需的信息。

　　此外，企业还可以在该平台上在自己的环境里对所采用的技术方案进行比对，例如不同工厂加工的相同工件所需的刀具和加工参数。由此，可以对企业标准化和测评策略提供支撑，对库存数量和采购策略进行优化，并可对采购与生产、采购与供应商之间的互动进行简化。通过c-Com平台，供应商可以更有针对性地提供新的服务项目。

　　工业4.0中的工具

　　针对刀具管理的另一个软件生产商是Coscom公司。随着制造的数字化发展，该企业也把刀具调节装置集成到其作为上一级中央数据库的Tooldirector VM刀具管理系统里。NC编程过程会产生整个刀具图形和相应的刀具应用参数(如额定数据和切削参照点)。切削参照点常常为用户所独有，并在CAD/CAM编程过程中被更改。

　　为了使刀具在CNC机床上正确工作，有必要把所希望的切削参照点位置传送给预调节机构。针对预调节装置的本身测量过程，中央刀具数据库还可提供归属于相应整体刀具的测量程序信息和相应的刻度和聚焦数值。所有数据作为具体的整体刀具信息被传送给预调节装置，以实现对工件的正确机械加工。唯有如此，方可确保所验证的虚拟设备上的模拟结果可被用于现实的加工作业中。

　　在Coscom技术方案里，Tooldirector VM作为中央数据源被用于预调节装置上。借助于一个LAN连接，所有所需的调节和测量信息被传送给测量装置。

　　所有系统都追求一个目标，那就是在数字化的制造过程中，由采购过程直至产品生产过程，使信息流呈现透明和高效的状态。数据由中央系统提供并得到集中维护，数据流亦是如此。这便是工业4.0在现实制造中的一种体现。