為了實(shí)現(xiàn)對工件的高效生產(chǎn)，需要進(jìn)行跨工藝流程的信息交流。而刀具管理可在其中發(fā)揮重要作用，這是因?yàn)橐坏┤鄙倭说毒撸a(chǎn)只能停止。
工業(yè)4.0的基本前提條件是互用性和通信。沒有廣泛而通暢的信息交流的話，就無法得出第四次工業(yè)革命的技術(shù)方案。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對工件的高效生產(chǎn)，就需要進(jìn)行跨工藝流程的信息交流：必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、交換和評估。“大數(shù)據(jù)分析”便是其中的一句流行語。
在加工行業(yè)里，最大的優(yōu)化潛力一直都是隱藏在工藝流程之中——能源方面、經(jīng)濟(jì)方面和時(shí)間方面。為了提高生產(chǎn)效率，可以考慮各種不同的著力點(diǎn)。在設(shè)計(jì)階段，可以通過改善工具和材料等進(jìn)廠數(shù)據(jù)，來提高設(shè)計(jì)階段的生產(chǎn)效率。在作業(yè)準(zhǔn)備階段，可以通過流程管理軟件來降低生產(chǎn)設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。一旦生產(chǎn)流程得到優(yōu)化，能源需求也會相應(yīng)降低。這是因?yàn)樵O(shè)備在空運(yùn)行階段會被關(guān)斷，或進(jìn)入睡眠模式。企業(yè)所收集的數(shù)據(jù)同樣蘊(yùn)藏著未被利用的潛力。企業(yè)雖然把各類數(shù)據(jù)保存了下來，但并未在提高效益的潛力方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
通過采用正確的刀具管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)流程
通過軟件提供協(xié)助
從理論上看，生產(chǎn)中的優(yōu)化潛力可以被快速識別。更為困難的是如何在實(shí)際工作中對貫穿產(chǎn)品使用壽命始終的潛力加以利用。尤其是中小型企業(yè)會面臨諸多困難，這是因?yàn)樵谒麄兛磥恚ㄓ芯唧w的技術(shù)解決方案和可測量的增值才是最重要的。此外，現(xiàn)有的公共設(shè)施應(yīng)該得到利用，并逐步得到改善;同時(shí)，生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)能力得到提高，從而達(dá)到節(jié)能和降低成本的目的。在這方面，各種不同的軟件程序便可提供協(xié)助。
在切削加工中，軟件可以發(fā)揮出重要的作用。它可以被集成到整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中，從下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)、工件設(shè)計(jì)、模擬，到產(chǎn)品生產(chǎn)和發(fā)貨。唯有考慮到所有流程和數(shù)據(jù)，方可實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造。屬于此類的還有生產(chǎn)過程中的作業(yè)器械數(shù)據(jù)，如切削刀具、檢驗(yàn)裝置和器具等。
刀具的內(nèi)連
為了實(shí)現(xiàn)對工件的高效生產(chǎn)，需要從一開始就落實(shí)跨流程的信息交換。這項(xiàng)工作從客戶接受訂單時(shí)就已經(jīng)開始：在那時(shí)就對產(chǎn)品的種類和數(shù)量以及供貨期限和目的作了規(guī)定。現(xiàn)在則通常需要把訂單要求傳輸給PLM/CAD系統(tǒng)，以便設(shè)計(jì)人員開始其設(shè)計(jì)工作。為了能夠高效計(jì)劃加工規(guī)模，在這個(gè)工作步驟上就需要開始選擇生產(chǎn)刀具。許多著名的刀具制造廠商(如Walter公司等)均可提供其刀具產(chǎn)品的3D模型和重要的技術(shù)參數(shù)，以便設(shè)計(jì)人員能夠很好地對工件的后續(xù)加工作出設(shè)計(jì)。在此時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，也需要審核所需刀具的存量，例如在機(jī)床設(shè)備上的存量或庫存存量。在NC編程過程中，需要針對各種材料納入相應(yīng)刀具并對加工過程進(jìn)行模擬。然后開始生產(chǎn)。
機(jī)床所需的軟件來自多家不同的廠商。其中有Sandvik-Group集團(tuán)公司所屬的TDMSystems公司，是針對切削領(lǐng)域的Tool Data Management(TDM/刀具數(shù)據(jù)管理)的供應(yīng)商。該系統(tǒng)收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)和刀具數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn)系統(tǒng)里。此外，連接各種不同在線平臺的接口也都是開放的。
Mapal公司的Uniset C
借助于不同的刀具管理技術(shù)方案，刀具數(shù)據(jù)也可以被提供給調(diào)節(jié)裝置來使用，圖中所示為Mapal公司的Uniset C
對刀具使用壽命的管理
通過采用TLM(Tool Lifecycle Management/刀具使用壽命管理)，TDM系統(tǒng)可以專注于生產(chǎn)流程和配備的優(yōu)化。軟件可以涵蓋設(shè)計(jì)與生產(chǎn)等所有階段的刀具組織工作。作為ERP、PLM和MES系統(tǒng)之間的連接環(huán)節(jié)，軟件可以收集刀具數(shù)據(jù)和圖形并在CAM和模擬過程中提供此類數(shù)據(jù)。同時(shí)，軟件還承擔(dān)起對刀具循環(huán)使用的組織工作，即：它提供有關(guān)設(shè)備上和倉庫里的刀具存量與狀態(tài)等信息。由此，可以降低刀具的循環(huán)和庫存數(shù)量，使訂貨量與生產(chǎn)狀況相匹配。
軟件對工件設(shè)計(jì)與模擬過程中用到的所有刀具進(jìn)行匯總并制成表格。根據(jù)此類表格便可在顧及刀具使用年限和實(shí)際庫存量的基礎(chǔ)上計(jì)算出每項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)所需的刀具數(shù)量。
接下來便是對已經(jīng)具備所有或大部分刀具的加工機(jī)床進(jìn)行選擇。對所缺少的刀具，可以向倉庫領(lǐng)取或向供應(yīng)商進(jìn)行訂購，并計(jì)入到相應(yīng)的成本中心里。
刀具測量也被納入到TLM系統(tǒng)里。對此，TDM Systems公司可以與預(yù)調(diào)系統(tǒng)的廠商合作。在測量過程中，此類系統(tǒng)可以獲取保存在TDM上的刀具額定參數(shù)，并把實(shí)際測量數(shù)值寫回到系統(tǒng)里去。因此，從實(shí)際生產(chǎn)中所獲得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值便可供設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段使用。所測得的數(shù)據(jù)也可被傳送給機(jī)床。
通過對刀具存量的透明化處理，可以把換裝時(shí)間和設(shè)備停機(jī)時(shí)間縮短到最小程度。
在Coscom公司的Tooldirector VM系統(tǒng)與作為機(jī)械-數(shù)字測量單元的預(yù)調(diào)節(jié)裝置之間的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)通信
與刀具制造廠商的合作
此類管理軟件的優(yōu)點(diǎn)很明顯：它可以為持續(xù)處于使用之中且需要定期更換和訂購的刀具的管理提供支持。為了給用戶提供支持，刀具制造商往往會與軟件專業(yè)公司合作。TDM Systems公司也與Mapal公司開展了此類合作。在合作過程中，軟件公司可以把精密刀具制造商的輸出和調(diào)節(jié)系統(tǒng)與其刀具使用壽命管理系統(tǒng)相對接。
Mapal公司借助于TDM系統(tǒng)的能力，通過其新的物流和服務(wù)項(xiàng)目向用戶提供支持。兩家企業(yè)共同為用戶提供一種實(shí)現(xiàn)專業(yè)化刀具管理的途徑。通過合作，Mapal公司的調(diào)節(jié)和傳送系統(tǒng)可以與新的或現(xiàn)有的TDM應(yīng)用系統(tǒng)相對接。通過接口可以實(shí)現(xiàn)刀具額定數(shù)值的交換和刀具測量數(shù)值的復(fù)寫。
除了與軟件廠商的合作之外，Mapal公司還與SAP及其他伙伴公司共同研發(fā)出了自己的C類部件的使用周期管理軟件。該精密刀具制造廠商借助于SAP-Hana云平臺，開發(fā)出了自己的高效操作刀具及其數(shù)據(jù)的c-Com技術(shù)方案。此外，Mapal公司在2016年的AMB展會上推出了c-Com的Beta版本。
基于明確規(guī)則和訪問權(quán)限，用戶和供應(yīng)商可以在此公開透明的平臺上對相關(guān)刀具數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)和分享。用于合作的數(shù)據(jù)總是處于最新的狀態(tài)。無論使用者數(shù)量有多少，數(shù)據(jù)的所有者在平臺上對數(shù)據(jù)進(jìn)行了一次維護(hù)之后，所有被授權(quán)的參與者均可從各自的駐地隨時(shí)查閱所需的信息。
此外，企業(yè)還可以在該平臺上在自己的環(huán)境里對所采用的技術(shù)方案進(jìn)行比對，例如不同工廠加工的相同工件所需的刀具和加工參數(shù)。由此，可以對企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和測評策略提供支撐，對庫存數(shù)量和采購策略進(jìn)行優(yōu)化，并可對采購與生產(chǎn)、采購與供應(yīng)商之間的互動(dòng)進(jìn)行簡化。通過c-Com平臺，供應(yīng)商可以更有針對性地提供新的服務(wù)項(xiàng)目。
工業(yè)4.0中的工具
針對刀具管理的另一個(gè)軟件生產(chǎn)商是Coscom公司。隨著制造的數(shù)字化發(fā)展，該企業(yè)也把刀具調(diào)節(jié)裝置集成到其作為上一級中央數(shù)據(jù)庫的Tooldirector VM刀具管理系統(tǒng)里。NC編程過程會產(chǎn)生整個(gè)刀具圖形和相應(yīng)的刀具應(yīng)用參數(shù)(如額定數(shù)據(jù)和切削參照點(diǎn))。切削參照點(diǎn)常常為用戶所獨(dú)有，并在CAD/CAM編程過程中被更改。
為了使刀具在CNC機(jī)床上正確工作，有必要把所希望的切削參照點(diǎn)位置傳送給預(yù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。針對預(yù)調(diào)節(jié)裝置的本身測量過程，中央刀具數(shù)據(jù)庫還可提供歸屬于相應(yīng)整體刀具的測量程序信息和相應(yīng)的刻度和聚焦數(shù)值。所有數(shù)據(jù)作為具體的整體刀具信息被傳送給預(yù)調(diào)節(jié)裝置，以實(shí)現(xiàn)對工件的正確機(jī)械加工。唯有如此，方可確保所驗(yàn)證的虛擬設(shè)備上的模擬結(jié)果可被用于現(xiàn)實(shí)的加工作業(yè)中。
在Coscom技術(shù)方案里，Tooldirector VM作為中央數(shù)據(jù)源被用于預(yù)調(diào)節(jié)裝置上。借助于一個(gè)LAN連接，所有所需的調(diào)節(jié)和測量信息被傳送給測量裝置。
所有系統(tǒng)都追求一個(gè)目標(biāo)，那就是在數(shù)字化的制造過程中，由采購過程直至產(chǎn)品生產(chǎn)過程，使信息流呈現(xiàn)透明和高效的狀態(tài)。數(shù)據(jù)由中央系統(tǒng)提供并得到集中維護(hù)，數(shù)據(jù)流亦是如此。這便是工業(yè)4.0在現(xiàn)實(shí)制造中的一種體現(xiàn)。
工業(yè)4.0的基本前提條件是互用性和通信。沒有廣泛而通暢的信息交流的話，就無法得出第四次工業(yè)革命的技術(shù)方案。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對工件的高效生產(chǎn)，就需要進(jìn)行跨工藝流程的信息交流：必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、交換和評估。“大數(shù)據(jù)分析”便是其中的一句流行語。
在加工行業(yè)里，最大的優(yōu)化潛力一直都是隱藏在工藝流程之中——能源方面、經(jīng)濟(jì)方面和時(shí)間方面。為了提高生產(chǎn)效率，可以考慮各種不同的著力點(diǎn)。在設(shè)計(jì)階段，可以通過改善工具和材料等進(jìn)廠數(shù)據(jù)，來提高設(shè)計(jì)階段的生產(chǎn)效率。在作業(yè)準(zhǔn)備階段，可以通過流程管理軟件來降低生產(chǎn)設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。一旦生產(chǎn)流程得到優(yōu)化，能源需求也會相應(yīng)降低。這是因?yàn)樵O(shè)備在空運(yùn)行階段會被關(guān)斷，或進(jìn)入睡眠模式。企業(yè)所收集的數(shù)據(jù)同樣蘊(yùn)藏著未被利用的潛力。企業(yè)雖然把各類數(shù)據(jù)保存了下來，但并未在提高效益的潛力方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
通過采用正確的刀具管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)流程
通過軟件提供協(xié)助
從理論上看，生產(chǎn)中的優(yōu)化潛力可以被快速識別。更為困難的是如何在實(shí)際工作中對貫穿產(chǎn)品使用壽命始終的潛力加以利用。尤其是中小型企業(yè)會面臨諸多困難，這是因?yàn)樵谒麄兛磥恚ㄓ芯唧w的技術(shù)解決方案和可測量的增值才是最重要的。此外，現(xiàn)有的公共設(shè)施應(yīng)該得到利用，并逐步得到改善;同時(shí)，生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)能力得到提高，從而達(dá)到節(jié)能和降低成本的目的。在這方面，各種不同的軟件程序便可提供協(xié)助。
在切削加工中，軟件可以發(fā)揮出重要的作用。它可以被集成到整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中，從下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)、工件設(shè)計(jì)、模擬，到產(chǎn)品生產(chǎn)和發(fā)貨。唯有考慮到所有流程和數(shù)據(jù)，方可實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造。屬于此類的還有生產(chǎn)過程中的作業(yè)器械數(shù)據(jù)，如切削刀具、檢驗(yàn)裝置和器具等。
刀具的內(nèi)連
為了實(shí)現(xiàn)對工件的高效生產(chǎn)，需要從一開始就落實(shí)跨流程的信息交換。這項(xiàng)工作從客戶接受訂單時(shí)就已經(jīng)開始：在那時(shí)就對產(chǎn)品的種類和數(shù)量以及供貨期限和目的作了規(guī)定。現(xiàn)在則通常需要把訂單要求傳輸給PLM/CAD系統(tǒng)，以便設(shè)計(jì)人員開始其設(shè)計(jì)工作。為了能夠高效計(jì)劃加工規(guī)模，在這個(gè)工作步驟上就需要開始選擇生產(chǎn)刀具。許多著名的刀具制造廠商(如Walter公司等)均可提供其刀具產(chǎn)品的3D模型和重要的技術(shù)參數(shù)，以便設(shè)計(jì)人員能夠很好地對工件的后續(xù)加工作出設(shè)計(jì)。在此時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，也需要審核所需刀具的存量，例如在機(jī)床設(shè)備上的存量或庫存存量。在NC編程過程中，需要針對各種材料納入相應(yīng)刀具并對加工過程進(jìn)行模擬。然后開始生產(chǎn)。
機(jī)床所需的軟件來自多家不同的廠商。其中有Sandvik-Group集團(tuán)公司所屬的TDMSystems公司，是針對切削領(lǐng)域的Tool Data Management(TDM/刀具數(shù)據(jù)管理)的供應(yīng)商。該系統(tǒng)收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)和刀具數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn)系統(tǒng)里。此外，連接各種不同在線平臺的接口也都是開放的。
Mapal公司的Uniset C
借助于不同的刀具管理技術(shù)方案，刀具數(shù)據(jù)也可以被提供給調(diào)節(jié)裝置來使用，圖中所示為Mapal公司的Uniset C
對刀具使用壽命的管理
通過采用TLM(Tool Lifecycle Management/刀具使用壽命管理)，TDM系統(tǒng)可以專注于生產(chǎn)流程和配備的優(yōu)化。軟件可以涵蓋設(shè)計(jì)與生產(chǎn)等所有階段的刀具組織工作。作為ERP、PLM和MES系統(tǒng)之間的連接環(huán)節(jié)，軟件可以收集刀具數(shù)據(jù)和圖形并在CAM和模擬過程中提供此類數(shù)據(jù)。同時(shí)，軟件還承擔(dān)起對刀具循環(huán)使用的組織工作，即：它提供有關(guān)設(shè)備上和倉庫里的刀具存量與狀態(tài)等信息。由此，可以降低刀具的循環(huán)和庫存數(shù)量，使訂貨量與生產(chǎn)狀況相匹配。
軟件對工件設(shè)計(jì)與模擬過程中用到的所有刀具進(jìn)行匯總并制成表格。根據(jù)此類表格便可在顧及刀具使用年限和實(shí)際庫存量的基礎(chǔ)上計(jì)算出每項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)所需的刀具數(shù)量。
接下來便是對已經(jīng)具備所有或大部分刀具的加工機(jī)床進(jìn)行選擇。對所缺少的刀具，可以向倉庫領(lǐng)取或向供應(yīng)商進(jìn)行訂購，并計(jì)入到相應(yīng)的成本中心里。
刀具測量也被納入到TLM系統(tǒng)里。對此，TDM Systems公司可以與預(yù)調(diào)系統(tǒng)的廠商合作。在測量過程中，此類系統(tǒng)可以獲取保存在TDM上的刀具額定參數(shù)，并把實(shí)際測量數(shù)值寫回到系統(tǒng)里去。因此，從實(shí)際生產(chǎn)中所獲得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值便可供設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段使用。所測得的數(shù)據(jù)也可被傳送給機(jī)床。
通過對刀具存量的透明化處理，可以把換裝時(shí)間和設(shè)備停機(jī)時(shí)間縮短到最小程度。
在Coscom公司的Tooldirector VM系統(tǒng)與作為機(jī)械-數(shù)字測量單元的預(yù)調(diào)節(jié)裝置之間的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)通信
與刀具制造廠商的合作
此類管理軟件的優(yōu)點(diǎn)很明顯：它可以為持續(xù)處于使用之中且需要定期更換和訂購的刀具的管理提供支持。為了給用戶提供支持，刀具制造商往往會與軟件專業(yè)公司合作。TDM Systems公司也與Mapal公司開展了此類合作。在合作過程中，軟件公司可以把精密刀具制造商的輸出和調(diào)節(jié)系統(tǒng)與其刀具使用壽命管理系統(tǒng)相對接。
Mapal公司借助于TDM系統(tǒng)的能力，通過其新的物流和服務(wù)項(xiàng)目向用戶提供支持。兩家企業(yè)共同為用戶提供一種實(shí)現(xiàn)專業(yè)化刀具管理的途徑。通過合作，Mapal公司的調(diào)節(jié)和傳送系統(tǒng)可以與新的或現(xiàn)有的TDM應(yīng)用系統(tǒng)相對接。通過接口可以實(shí)現(xiàn)刀具額定數(shù)值的交換和刀具測量數(shù)值的復(fù)寫。
除了與軟件廠商的合作之外，Mapal公司還與SAP及其他伙伴公司共同研發(fā)出了自己的C類部件的使用周期管理軟件。該精密刀具制造廠商借助于SAP-Hana云平臺，開發(fā)出了自己的高效操作刀具及其數(shù)據(jù)的c-Com技術(shù)方案。此外，Mapal公司在2016年的AMB展會上推出了c-Com的Beta版本。
基于明確規(guī)則和訪問權(quán)限，用戶和供應(yīng)商可以在此公開透明的平臺上對相關(guān)刀具數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)和分享。用于合作的數(shù)據(jù)總是處于最新的狀態(tài)。無論使用者數(shù)量有多少，數(shù)據(jù)的所有者在平臺上對數(shù)據(jù)進(jìn)行了一次維護(hù)之后，所有被授權(quán)的參與者均可從各自的駐地隨時(shí)查閱所需的信息。
此外，企業(yè)還可以在該平臺上在自己的環(huán)境里對所采用的技術(shù)方案進(jìn)行比對，例如不同工廠加工的相同工件所需的刀具和加工參數(shù)。由此，可以對企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和測評策略提供支撐，對庫存數(shù)量和采購策略進(jìn)行優(yōu)化，并可對采購與生產(chǎn)、采購與供應(yīng)商之間的互動(dòng)進(jìn)行簡化。通過c-Com平臺，供應(yīng)商可以更有針對性地提供新的服務(wù)項(xiàng)目。
工業(yè)4.0中的工具
針對刀具管理的另一個(gè)軟件生產(chǎn)商是Coscom公司。隨著制造的數(shù)字化發(fā)展，該企業(yè)也把刀具調(diào)節(jié)裝置集成到其作為上一級中央數(shù)據(jù)庫的Tooldirector VM刀具管理系統(tǒng)里。NC編程過程會產(chǎn)生整個(gè)刀具圖形和相應(yīng)的刀具應(yīng)用參數(shù)(如額定數(shù)據(jù)和切削參照點(diǎn))。切削參照點(diǎn)常常為用戶所獨(dú)有，并在CAD/CAM編程過程中被更改。
為了使刀具在CNC機(jī)床上正確工作，有必要把所希望的切削參照點(diǎn)位置傳送給預(yù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。針對預(yù)調(diào)節(jié)裝置的本身測量過程，中央刀具數(shù)據(jù)庫還可提供歸屬于相應(yīng)整體刀具的測量程序信息和相應(yīng)的刻度和聚焦數(shù)值。所有數(shù)據(jù)作為具體的整體刀具信息被傳送給預(yù)調(diào)節(jié)裝置，以實(shí)現(xiàn)對工件的正確機(jī)械加工。唯有如此，方可確保所驗(yàn)證的虛擬設(shè)備上的模擬結(jié)果可被用于現(xiàn)實(shí)的加工作業(yè)中。
在Coscom技術(shù)方案里，Tooldirector VM作為中央數(shù)據(jù)源被用于預(yù)調(diào)節(jié)裝置上。借助于一個(gè)LAN連接，所有所需的調(diào)節(jié)和測量信息被傳送給測量裝置。
所有系統(tǒng)都追求一個(gè)目標(biāo)，那就是在數(shù)字化的制造過程中，由采購過程直至產(chǎn)品生產(chǎn)過程，使信息流呈現(xiàn)透明和高效的狀態(tài)。數(shù)據(jù)由中央系統(tǒng)提供并得到集中維護(hù)，數(shù)據(jù)流亦是如此。這便是工業(yè)4.0在現(xiàn)實(shí)制造中的一種體現(xiàn)。