[刀具管理] 数字化车间视角下刀具全生命周期管理研究 看全部

数字化车间视角下刀具全生命周期管理研究
任超,郭庆峰,张帅,张菲
(金航数码科技有限责任公司,北京 100028)
摘要:本文针对刀具全生命周期管理过程中存在的问题,结合数字化车间建设视角,对刀具管理现状进行了分析,提出了包含刀具基础信息管理、刀具综合采购管理、刀具库存管理、刀具供应商管理、刀具实时监控与综合分析在内的刀具全生命周期管理框架,以期降低刀具管理成本、增强刀具使用过程稳定性、提升刀具利用效率。
关键词:刀具;全生命周期管理;数字化车间

[size=1em]随着智能制造的发展和柔性生产线的普及,工厂对于制造资源要求越来越高。刀具作为机加车间的重要工具,能否对其进行全面有效的管理,对于提升企业的生产效率至关重要。生产现场的刀具数量多、种类杂、管理难度大,加之刀具价格昂贵,对刀具的有效管理能更好的辅助企业进行成本管控。现有的刀具系统大多关注于刀具加工过程中产生的动态数据的管理,进行刀具剩余加工寿命和自适应进给研究,缺乏针对刀具全生命周期的管理和研究。

[size=1em]本文从工厂用户的实际需求出发,结合国内外刀具管理系统的设计理念,从数字化车间建设的大背景下,开展覆盖刀具基础信息、刀具采购、刀具库存、刀具使用、刀具供应商的全生命周期研究,以期降低刀具管理成本、增强刀具使用过程稳定性、提升刀具利用效率。

1 刀具管理现状分析

[size=1em]对于国内外研究而言,英国、德国、瑞典等国外刀具管理软件大多结合特定应用场景对刀具管理功能进行设计,整体比较成熟,但费用昂贵且难以有效的和国内其他软件系统进行集成,因此国外刀具管理软件在国内应用较少。国内对于刀具管理的研究相对较晚,兰光实现了基于局域网的刀具信息的共享,提供了刀具的出入库、组装、库存及采购模块,方便用户获得最优刀具资源配置。还有其他一些国内企业基于电子标签等技术,实现了刀具的台账记录、数据分析等功能。

[size=1em]综合来看,国内外刀具管理软件大多存在以下问题:缺少针对刀具的标准化的编码方案,缺少对刀具寿命预警研究的应用、缺少和车间MES 等信息系统的有效集成。

[size=1em]对于国内制造企业而言,大多数企业仍停留在手工记账的水平,难以对数量繁多的刀具和生产任务进行匹配和管理,刀具信息查找、刀具获取使用、刀具存储管理混乱,造成刀具使用效率低下。

[size=1em]刀具现状不清晰,使用情况不掌握,导致采购部门难以结合车间实际情况合理制定采购计划。另一方面,刀具管理系统只有和车间MES 系统结合起来,才能明确对刀具的使用计划进行安排,并及时获取加工任务,车间制造资源和信息系统的有效集成也是数字化车间发展的必然趋势。最后,无论是离散制造业还是流程行业,对生产过程的自动化提出了越来越高的要求,只有实现对刀具实时状态的动态感知和自动化综合分析,才能建立起以刀具为中心的管理和追溯机制,满足柔性化生产线和数字化车间建设的管理需求。

2 刀具全生命周期管理功能分析

[size=1em]数字化车间以车间生产全过程数据为依据,进行计算机辅助下的模拟仿真,属于新型成产组织方式,而数字化车间的建设依赖于车间人、机、料、法、环、测多维护的制造过程数据,而刀具作为重要的制造资源,只有对其进行全生命周期的信息化管理,才能为数字化车间建设提供全面的制造资源数据。

[size=1em]刀具全生命周期包括刀具基础信息管理、刀具综合采购管理、刀具库存管理、刀具供应商管理、刀具实时监控与综合分析,本文通过搭建刀具全寿命周期管理的应用框架,为刀具管理的信息化提供建设思路(图1)。

2.1 刀具基础信息管理

[size=1em]刀具信息管理模块主要实现对组合刀具、散件刀具的标准编码以及刀具采购基础数据和刀具库存基础数据的管理,为建立刀具台账提供数据基础。刀具采购基础数据包含采购期段、刀具类别定义、数据权限定义、计量单位、刀具基本属性等基础信息的编制和维护。刀具库存基础数据包含库存事务定义、库位、期初建账等库存基础信息的定义和维护。

2.2 刀具综合采购管理

[size=1em]采购计划管理,根据产品生产订单,刀具安全库存、业务部门刀具采购需求生成的刀具采购计划,发起采购工作。对审批通过的采购计划,可进行计划下达操作。审批不通过的采购计划可再编制并再提交审批。采购计划下达之后,数据将流转至询比价环节。

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[size=0.8em]图1 应用架构

[size=1em]比价管理,主要实现在采购计划下达以后,判断该计划是询比价还是直接采购。对于需要询价的采购计划,要根据供应商的刀具供货明细生成询价单,并由供应商报价后,再进行比价;对于直接进行比价的采购计划,可以在系统外进行询价后,在系统中直接维护比价信息。

[size=1em]采购合同管理,根据比价过程中确定的供应商、价格有交付日期,依据预先在定义的合同模板,来编制刀具采购合同,当合同签订后,可以对合同进行修改和手工关闭。

[size=1em]采购到货管理,实现了刀具按合同到货明细登记、按批次送检、按批次入库以及不合格品退货处理等功能,系统记录送检单、入库单、返修单、报废单等各种单据信息。

2.3 刀具库存管理

[size=1em]刀具出入库管理,出入库管理主要实现出库、入库、移库、出入库调错、库存红冲等功能。可以根据用户的实际出入库类型,设置多种出入库类型,并可以根据业务扩展需要进行增加,包括:采购入库、完工入库、外协入库、领料出库、退货出库、报废出库、复检出库、三期出入库等多种出入库类型。能够记录和查询入库业务、出库业务。

[size=1em]刀具库存盘点,用于处理企业定期对刀具库存进行清点的业务。主要实现库房盘点清单生成、审批以及盘点结果录入及查询功能。

[size=1em]刀具寿命预测,通过获取刀具加工过程的海量数据,通过机理模型和支持向量机算法进行刀具使用剩余寿命的预测。

[size=1em]刀具修磨,对于需要修磨的刀具,提出修磨申请,进行刀具出库,修磨结束后记录修磨结果并执行刀具入库。

[size=1em]刀具报废,对于达到刀具使用寿命且无法再进行修磨的刀具,执行报废处理流程。

2.4 刀具供应商管理

[size=1em]系统将采购历史供应商数据纳入系统管理,并对不同供应商采购到的刀具寿命、故障信息进行多维度对比分析,为从合适的供应商采购合适的刀具提供决策依据。

[size=1em]供应商信息管理,对所有供应商的基本信息、法律信息、财务信息、沟通记录、成本信息等进行维护和查询。

[size=1em]指标管理,对供应商的评价指标和权重进行维护,从供货、质量、售后、技术水平等不同维度进行评价指标的设置。供货指标分为以下四个二级指标:交货及时性、交货准确性、供货周期、应急能力。

[size=1em]质量指标分为以下四个二级指标:工废情况、返工情况、耐用度、尺寸稳定性。售后指标分为以下四个二级指标:相应及时性、新产品及培训、质量优化、成功优化。技术水平分为硬件设备和技术、经验指标。此外还包括价格、问询反馈时间等。

[size=1em]供货、售后、技术水平指标得分和权重通过专家打分方式获取,质量指标涉及的生产过程中反馈的指标数据由数控加工自适应控制和监测系统获取,基于生产过程海量数据,结合数据挖掘算法对供应商刀具质量进行综合评价。

[size=1em]供应商评价,对供应商评价和平级结果进行展示,可实现以下功能:

[size=1em]供应商评级,结合指标和数据情况对供应商进行评级,将评级结果反馈给采购部门,为采购决策提供依据。

[size=1em]违约供应商识别,由供应商原因导致的违约包括供应商交货的时间延误、数量偏差、地点错误和质量问题。造成违约的原因可能来自企业内部,也可能来自外部。根据企业对供应商交货表现的统计资料和供应商的特征信息资料,用描述式数据挖掘方法,提取造成违约事件供应商的共同特征。

[size=1em]供应商适配,基于生产过程反馈数据,对不同生产环节涉及到的不同刀具进行横向比对分析,将上一生产周期中刀具表现进行综合评价,为刀具采购提供最佳供应商适配推荐。

2.5 刀具实时监控与综合分析

[size=1em]实时监控,管理人员可以看到如下监控信息:实时显示切削过程中负载变化情况、进给速度变化情况、监控所选时间段的整个生产情况、当前正在加工的工序、实际加工时间、当前走刀的开始时间和已运行时间、主轴是否旋转、刀具是否在切削材料、生产过程中的过载情况、当前走刀的使用刀具、机床处于切削/非切削状态。

[size=1em]综合分析,切削加工过程的统计和汇总情况:任何所需时间段的产量情况分析、所需时间段完成和未完成零件数目统计、针对某个机床在选定时间段的加工的工序的种类和完成情况自动生成报告、针对某个工序在选定时间段在所加工机床上的生产情况生成报、班次在时间段产量情况、机床的利用率和停工期、刀具的使用情况和利用率、生产过程中的刀具折损情况。

3 结语

[size=1em]随着数字化车间的建设和车间自动化水平的提高,刀具的应用将越来越广泛,对刀具管理系统的应用提出更加迫切的需求。本文通过分析刀具全生命周期管理的现状和功能,实现了对刀具基础信息、采购、库存、供应商全方位的管理,为刀具管理的改善和优化提供了思路。

[size=1em]参考文献:

[size=1em][1]孙惠斌,潘军林,张纪铎,莫蓉.面向切削过程的刀具数字孪生模型[J].计算机集成制造系统,2019,25(06):1474-1480.

[size=1em][2]汪润泽. 车间刀具全生命周期管理系统设计与实现[D].华中科技大学,2019.

[size=1em][3]廖生辉,王建军,卓勇,姚斌,宋世毅,王维龙.在线智能刀具管理系统的开发与研究[J].锻压技术,2018,43(09):189-195.



[size=1em]中图分类号:F273.4

[size=1em]文献标识码:A

[size=1em]文章编号:1671-0711(2020)09(下)-0027-02

[size=1em]基金项目:工信部2018年智能制造新模式应用项目“直升机旋翼系统关键动部件制造智能工厂新模式应用”。