一、刀具管理是企业信息化管理的需要和刀具行业发展的产物
近几年来，信息化的现代刀具管理技术快速发展，越来越多的刀具制造商、工程软件和工程技术开发公司推出了各具特色的不同类型的刀具管理模式和相应的软件。刀具管理在为企业提高加工效率和数控机床利用率、保证产品质量、降低制造成本方面已显现出很大的潜力，从企业的实际情况出发积极采用科学的刀具管理已成为推动制造业中刀具用户提高企业管理水平和制造技术的重要举措，受到了越来越多的企业的关注。
现代刀具管理概念的提出可以追溯到上个世纪七八十年代CIMS系统的开发时期，在CIMS系统中刀具信息及实物的管理是不可缺少的组成部分。随着信息化技术在制造业中的应用不断深化，信息化技术逐步由数控制造技术的提升向企业的管理领域拓展。把企业内部分散的开发、制造、营销、管理等部门的信息管理子系统集成为整体的信息化管理系统，交流和共享各子系统的信息，大大提高了企业的运行效率。在企业信息化管理发展的过程中，刀具和切削技术的信息与企业产品创新设计、制造有着密切的关系，决定着产品开发的水平和加工制造的效率。因此，把刀具管理纳入企业信息化系统的工作开始受到企业的重视。企业内部对刀具管理的这种需求，随着企业把非核心业务分离出来交给专业化的社会资源的进程而加大，变得更加迫切，推动着刀具管理技术的发展和应用。
与此同时，刀具和切削技术的快速发展，刀具新产品、新材料、新涂层、新工艺开发的速度不断加快，其发展的势头可用日新月异来形容，一些大的刀具制造商每年推出的新产品成百上千，令人目不暇接。这些眼花瞭乱的新产品能否为用户所正确认识？能否为用户带来直接的效益？怎样才能为用户带来效益？是摆在刀具制造商和用户面前很现实的问题。要想使新产品转化为用户的效益，刀具制造商必须变革经营的模式，由简单的刀具供应商转变为刀具和服务供应商，即不仅为用户提供刀具新产品，而且要帮助用户用好新刀具，成为用户的产品创新、提高制造效率可依赖的专业化社会资源和合作伙伴。在这种背景下，为用户提供刀具管理技术成为刀具制造商竞相采用的服务项目；这项工作同样受到了工程软件开发公司的关注，纷纷推出了面向用户的刀具管理系统。
二、刀具管理的重要作用
刀具管理的最基本的功能是降低企业的刀具费用，从而降低企业的制造成本。企业的刀具费用可以分为两部分，一部分是刀具的直接成本，即采购刀具的费用，这部分费用因企业的具体情况而不同，一般占零件制造成本的2%～5%。当前对这部分刀具费用比较一致的看法是，不要偏面地追求降低这部分刀具费用，因为它对降低制造成本的贡献十分有限，而积极采用高性能的刀具提高加工效率，可以取得更大幅度降低制造成本的效果。

图1
另一部分是企业为了使用和管理刀具而发生的间接费用，有资料称这部分费用要占生产成本的15%，甚至达到30%，远远超过刀具的直接成本，它包括刀具的采购、储存、组装、调试、重磨、重涂等环节所发生的人员工资、房屋和设备折旧等费用，还包括多余采购所占用的资金利息和不合理使用造成的浪费，图1所示为刀具管理不善所增加的成本。因此，通过科学的刀具管理可降低刀具的库存、减少对人员、资金、厂房、设备的占用，减少备刀的差错，从而显著地降低刀具的间接费用，显示出对降低生产成本很大的潜力。已有的例子表明，可降低刀具品种多达20%和降低周转的刀具数量30%以上。
在上述刀具管理基本功能的基础上，现代刀具管理还具有优化加工过程提高加工效率的高级功能。刀具管理软件能为工艺设计的编制，根据被加工工件材料、所用的机床选择更好的刀具，更佳的切削参数，达到提高切削效率保证加工质量的效果。此外，及时正确的供刀还可以减少数控机床待刀停机的时间，提高昂贵的数控机床的利用率。根据各企业实际状况的不同，可提高数控机床的利用率在5%~50%之间，同样为企业带来直接的经济效益。

图2
三、刀具管理系统的基本要求和不同模式
有专家对刀具管理系统的要求表述为：“把正确的刀具，以正确的数量，在正确的时间送到正确的地方。”要实现这里提出的四个“正确”，系统必须能产生正确的刀具信息以及对信息的正确的管理。为此，可以把刀具管理系统分成前后两大部分(图2)。前一部分应用在产品设计、工艺编制和NC编程阶段，这是产品的工程开发阶段，是通过信息化技术在CAD、CAM、CAPP和刀具工艺数据库的基础上产生正确的刀具清单和调刀图，并可提供刀具的2D的图纸和3D的造型，对需要制造的刀具还提供制造工艺，3D造型可供模拟切削的干涉检验，所产生的刀具清单和调刀图信息将作为刀具管理必需的物流信息。系统的后一部分应用在产品的制造阶段，主要是物流的管理，对刀具的采购、仓储、调刀、使用、维护的物流过程进行信息化的管理。
对刀具管理系统的基本要求是：

图3
在产品的工程开发阶段要有足够的刀具记录，每个刀具包含着2D、3D信息，并有一个很好的输入功能，能方便快捷地补充刀具的新产品；更重要的是系统应能支持工艺创新，选用“正确”的刀具，设置切削参数，并提供刀具的应用技术如走刀的策略、高速旋转刀具的动平衡和装夹技术及刀具使用的安全技术。
在物流管理阶段要能跟踪刀具物流的过程，提供刀具的正确位置，动态反映刀具的库存及使用状况，要能对刀具管理的效果进行评估、监督，设置刀具的最低库存量。
根据用户对系统在这两个阶段的不同需求，产生了目前市场上众多的刀具管理模式。这些模式主要有两大类，一类是以物流管理为主，以车间为对象的刀具管理系统。这种模式又可按服务内容的多少和深浅分成不同的等级，低级的是只负责刀具采购、库存管理，较高级的还负责现场的故障处理和刀具改进，目前最高的管理级别是全包的形式，由刀具管理公司在企业内部设置常驻机构并全面管理现场的刀具，对刀具进行优化。对前两种管理级别，通常由刀具供应商通过在车间设置刀具自动仓储柜(图3)的方式或对车间的刀具库进行管理。这种系统除了管理机床操作者对刀具的领用、归还以外，供应商还可通过网络管理仓储柜中的库存及时补充刀具，并提供分析工人使用刀具情况的信息。可收到提高刀具使用率、降低刀具库存和行政管理成本的效果。目前这类系统由刀具制造商或大型刀具代理商或工程软件公司提供，分别具有不同的优缺点，前两者专业优势强尤其是刀具制造商推出的系统，但刀具的覆盖面有一定的局限性；后者则在系统的功能完整性与兼容性上具有优势，更多引入了分析、推理、专家知识等功能。
另一类是一体化的刀具管理系统，集成了工程开发阶段和物流管理阶段的功能，把这两部分产生的信息通过数据库和信息数据的交换实现共享，工程开发阶段的信息为后面的制造及物流提供附加的增值，而制造及物流管理过程中的使用效果和切削参数的调整可反馈到工程开发部分，供技术经济分析使用，两者互相促进，实现刀具的最优化配置，系统也不断自我完善。

图4
这里通过介绍我国西安易博软件公司开发的一体化刀具管理系统进一步了解系统的构成。该公司的系统集成了工艺设计、刀具设计制造和加工制造几个环节的相关信息。实现了工艺设计阶段的刀具选用与制造阶段的刀具使用的信息交换和共享。在工艺设计阶段系统具有较强的正确选刀的能力，可通过刀具查询和知识库推理相结合的方法，在工艺设计时按刀具材料、被加工工件材料和刀具切削性能等因素进行刀具选择，体现出较强的专业性(图4)。在刀具使用及物流阶段，系统集成了车间管理系统与工具总库管理系统(图5)，除了对刀具进行物流管理外，还对工装、量具等工具进行管理，更符合我国工具管理的现状，较为实用。目前该系统已在我国航空航天工业领域得到应用，收到了较好的效果，有望进一步推广。

图5

四、刀具管理系统的发展趋势
第一要增强刀具管理系统的刀具专业技术含量，提升“正确”选刀的能力，并能满足刀具应用的条件，正确的选刀是保证加工质量和效率的前提。而提供必要的应用技术如前面提到过的高速旋转刀具的动平衡和装夹技术，以及安全技术，才能充分发挥刀具的性能。此外，要能反映行业的特点，机械工业中的刀具应用大户如汽车、模具、航空航天、发电设备制造等行业，在加工工艺、生产批量、被加工工件材料等方面各具特色，对刀具有不同的要求，一个好的刀具管理系统应能在技术上反映出其特色和差异。
第二要发展外包管理模式，最大限度地发挥刀具管理系统的潜力。从总体上讲，刀具管理外包的模式符合服务型制造业发展的大方向，也符合当前刀具行业改变经营模式提高服务能力的转型方向，具有广阔的发展前景。刀具管理的外包可分为局部的单项的外包和全面的外包。前者较为灵活，易于引入，适应面广，尤其是结合刀具自动仓储柜的模式，在美、德等国家发展较快应用较多。后者如上海通用汽车公司采用刀具管理全面外包项目，由刀具管理的专业公司代替通用公司内部刀具管理部门的全部运作，据报道其经济技术效果十分显著。但从目前的整体状况分析，这样的外包较适合大批量流水线的生产工厂，其产品、工艺及刀具均相对比较稳定，运行中产生的大量的统计数据有助于进行科学的经济技术分析。目前对全面外包也存在一种担忧，认为这样做不利于企业技术决窍的保密和刀具专业技术的积累。
第三要适时将刀具的编码与ISO13399标准接轨。ISO13399是适应制造业信息化技术发展的需要制订的关于刀具产品描述和交换的标准。编制这个标准的目的是提供一个统一的格式来描述有关刀具的信息，实现刀具信息在各应用领域之间的无障碍交换和利用，极大地方便了信息的交换，提高了信息交换的速度，为最终用户选刀、用刀提供了更广阔的视野。
第四要关注ISO14649(STEP-NC)标准的开发和实施进过程，STEP-NC是一个面向对象的新型NC编程数据接口国际标准，将取代目前广泛使用的ISO6983标准，并能实现CAD、CAM与CNC的双向数据流动，将对数控制造技术领域产生深刻的影响，也将对刀具管理系统提出新要求和带来新的功能。
刀具管理系统的应用在我国还刚刚起步，随着我国制造业的发展，刀具管理有着很大的应用潜力和广阔的发展前景，它的应用将加快企业信息化步伐和实现精益生产的进度，提高企业的效率和市场竞争的实力，也符合企业落实科学发展观的要求。
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