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加工是金屬切削行業(yè)的核心。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展使得加工行業(yè)獲得了高效益。但是，加工行業(yè)目前正處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型時期。“在我們這里，工業(yè)4.0的要求已經(jīng)屬于我們的日常生活。”Tübinger刀具數(shù)據(jù)管理軟件開發(fā)廠商即TDM Systems公司的銷售主管Eugen Bollinger強(qiáng)調(diào)說。發(fā)展趨勢便是對參與加工層面的所有系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行集成。其前提條件是各企業(yè)必須擁有一個共同的數(shù)據(jù)庫。

Tool Data Management(TDM)作為存儲、管理和刀具數(shù)據(jù)配備的中心站，可以提供最佳的前提條件。“例如，如果我們在TDM上對加工數(shù)據(jù)進(jìn)行集中收集和測評的話，我們就可以知道，采用何種刀具可以與何種NC程序和何種切割數(shù)值實現(xiàn)最佳匹配。對于我們用戶來說，這其中隱藏著巨大的潛力。”Bollinger說道。刀具數(shù)據(jù)管理逐步發(fā)展成為數(shù)字控制生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖1 TDM被用作對最重要的刀具數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和配備的中央存儲系統(tǒng)。圖中所示為帶有四刃轉(zhuǎn)位刀片的角銑刀

對生產(chǎn)成本的直接影響

如果每把刀具可重復(fù)生成的切削數(shù)據(jù)都可以被存放在TDM上面，那么NC編程人員也可以通過鼠標(biāo)點擊來獲得這些數(shù)據(jù)。這樣的話，他們在設(shè)計階段也可探尋可以節(jié)省費用的可替代技術(shù)方案。

Bollinger以一個簡單而典型的例子來描述：設(shè)計人員設(shè)計一個直徑為9.8?mm的孔。由于有了TDM系統(tǒng)，他可以看到，目前庫存里只有10?mm直徑的鉆頭。如果他仍然堅持9.8?mm直徑的話，就需重新訂購新的刀具。而這樣做就會耗費時間和金錢。

此外，設(shè)計人員還可以從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，查明在切削何種材料時何種刀具可以達(dá)到最長的使用壽命。由此，可以在刀具數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中找到最佳的方案，并可節(jié)省可觀的生產(chǎn)成本。

所存儲的各項工藝數(shù)據(jù)構(gòu)成了一個基礎(chǔ)。在把設(shè)計工作與生產(chǎn)流程相對接時，還有其他的潛力。正如銷售主管Bollinger所解釋的：“一方面可以對設(shè)備的利用率和作業(yè)器具的準(zhǔn)備進(jìn)行優(yōu)化，另一方面可以通過設(shè)計系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的溝通，大幅縮短一個產(chǎn)品的生產(chǎn)流程時間。”

在此期間，TDM系統(tǒng)其實已經(jīng)打破單純的刀具數(shù)據(jù)管理的界限。Bollinger說道：“我們整個企業(yè)都已經(jīng)向刀具壽命管理體系看齊。這就是說我們觀察整個生產(chǎn)流程，這要從刀具定義開始，經(jīng)過規(guī)劃一直到無縫傳遞和數(shù)據(jù)在加工過程中的應(yīng)用。新的做法是我們把從各個工藝步驟中得來的信息重新返回到每個工藝步驟中去，由此來實現(xiàn)可持續(xù)的改進(jìn)。”

圖2 一套先進(jìn)的刀具管理軟件構(gòu)成了刀具數(shù)據(jù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

設(shè)備連接裝置對所需的設(shè)備數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并把TDM傳送給規(guī)劃系統(tǒng)。Bollinger相信在這個領(lǐng)域里肯定會有一個快速的發(fā)展，從而可以對設(shè)備的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛的測評，實現(xiàn)新的利用。“雖然今天已經(jīng)常常顧及到經(jīng)驗數(shù)據(jù)，但這都只是在人工層面上的舉措。將來我們可以針對各個刀具而相應(yīng)地自動保存工藝數(shù)據(jù)。”Bollinger說道。

從工業(yè)4.0角度上看，各個領(lǐng)域里的有效和可通信的接口已經(jīng)無法由單個市場參與者來完成。因此，TDM系統(tǒng)必須建立在主導(dǎo)企業(yè)緊密合作的基礎(chǔ)之上。Bollinger舉例說：“作為制造執(zhí)行系統(tǒng)的使用單位，我們可以獲得Forcam及其System Factory Framework系統(tǒng)。由此我們可以在Factory Framework和TDM系統(tǒng)之間交換訂單數(shù)據(jù)、NC程序、刀具的不同狀態(tài)、切削數(shù)值和加工時間等信息。”

圖3 把TDM整合到規(guī)劃流程和加工流程中去，這是面向工業(yè)4.0的重要一步。流程圖所示為在顧及整個生產(chǎn)訂單的前提下對加工訂單的規(guī)劃情況

貫通性的技術(shù)方案需要很高的系統(tǒng)合作程度

對制造資源規(guī)劃得越精細(xì)，生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)性就會越高。因此，TDM可以從消耗和訂單要求的角度去支持刀具配置，提供所需的NC程序并為每把刀具配備好刀具實際數(shù)值。

眾所周知，生產(chǎn)規(guī)劃可以確定出大約70%的生產(chǎn)費用。“從傳統(tǒng)意義上說，在規(guī)劃與生產(chǎn)的溝通之間往往存在著一些漏洞，它可能會無謂地推高生產(chǎn)成本。”Bollinger解釋說，“通過采用TDM系統(tǒng)，我們可以堵住這些漏洞，例如通過每把刀具所保存的實時接口數(shù)值，在NC規(guī)劃中即可對加工流程進(jìn)行優(yōu)化。”

CAD/CAM系統(tǒng)可以利用此類數(shù)據(jù)并把這些數(shù)據(jù)納入到加工規(guī)劃中去，以便快速而簡便地找到生產(chǎn)所需的刀具和在必要時的替換刀具。但是，接口技術(shù)需要用到機(jī)床設(shè)備和很多CAD/CAM系統(tǒng)。由于很多企業(yè)往往擁有多個CAM或模擬系統(tǒng)，因此TDM可以提供范圍很廣的接口。“重要的一點便是，采用CAM系統(tǒng)不僅可以獲得刀具數(shù)據(jù)，而且也可以針對每個NC程序而反饋刀具清單，以便在加工層面上去準(zhǔn)備刀具。” Bollinger強(qiáng)調(diào)說。

Bollinger認(rèn)為，在生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性和工藝技術(shù)的數(shù)據(jù)密切交換方面，在未來還有很多潛力可以挖掘。“通過圍繞著工業(yè)4.0的思維創(chuàng)新，將來可以實現(xiàn)機(jī)床設(shè)備與規(guī)劃系統(tǒng)之間的簡單、快捷和費用更低的網(wǎng)絡(luò)化體系。這些都有助于鞏固用戶的企業(yè)競爭力并確保工作崗位。”