刀具管理系统设计优化方案

刀具储运及管理系统是自动化制造系统的一个重要组成部分。它完成加工单元所需刀具的自动运输、储存和管理任务。其中刀具的运输和储存系统及其设备组成及功能已进行了介绍，本节主要从刀具管理的角度讨论刀具储运及管理系统方案设计。

通过对各种自动化制造系统的分析，人们发现刀具系统的投资和可靠性应是自动化制造系统规划和设计时应充分考虑的两个因素。在自动化制造系统中，以每台加工中心配备60把刀具计算，若每把刀具平均有3把备用刀，那么一台加工中心就可能需要180把刀具和相应数量的刀柄，再加上刀具准备和交换等费用，刀具系统方面的投资非常大。另外，在典型的加工系统中，安装刀具、更换刀具和装夹工件的非生产性时间通常大于实际切削时间。因此，最优管理自动化制造系统中的刀具对提高系统总体效率起着不可忽视的重要作用。

1）刀具储存策略

自动化制造系统的刀具储运和管理系统的设计逐渐形成了两种主流形式。一种是只在机床上配置一定容量的刀库，这种配置形式的缺点是每台机床的刀库存刀容量有限，当自动化制造系统加工的工件种类增加时，加工机床经常不得不停下来更换刀具，因而不能有效并长时间地连续生产；另一种形式是除了机床刀库外设置独立的中央刀库，采用换刀机器人或刀具输送系统（有时刀具输送、工件输送和工具输送可以公用一套输送系统），为若干台加工机床进行刀具交换服务。采用这种形式的设计，中央刀库容量可以增大。不同的机床，可以共享中央刀库的资源，以保证加工机床连续加工，并提高了系统的柔性程度。

不论采用哪种形式，刀库中除了各种所需刀具分别至少配置1把外，还要考虑为了保证连续加工所需的替换刀具。这就存在刀具储存策略问题。为了不失一般性，下面以3台相同加工中心组成的柔性制造单元为例，分析4种不同的刀具储存策略（见表4-9和图4-21）。这三台加工中心由一台147自动导向小车完成刀具的输送。假设每台加工中心有一个固定式刀库，容量为MC=6。

表4-9　刀具策略

图4-21　刀具储存策略

（a）刀具储存策略1；（b）刀具储存策略2；（c）刀具储存策略3；（d）刀具储存策略4

2）刀具管理系统构成

（1）刀具管理系统的设备构成。一个典型的、具有自动刀具供给系统的刀具管理系统的设备构成如表4-10所示。它由刀具准备车间（室）、刀具供给系统和刀具输送系统等三部分组成（见图4-22）。

表4-10　刀具管理系统设备组成表

（2）刀具管理系统的功能构成。刀具管理系统的功能可分为刀具信息管理、刀具计划管理、在线刀具静态管理和在线刀具动态管理4个部分，如图4-23所示。

（3）刀具管理系统软件构成。刀具管理系统软件构成如图4-24所示，它主要描述软件模块的组成及与外部软件的关系。

3）刀具管理系统功能设计

（1）刀具信息管理。刀具信息除了为刀具管理服务外，还要作为信息源向实时过程控制系统、生产调度系统、CAPP系统、刀具供应系统等提供服务。刀具信息表如表4-11所示。

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图4-22　刀具管理系统设备构成

图4-23　刀具管理系统功能构成

图4-24　刀具管理系统软件构成

表4-11　刀具信息表

（2）刀具信息管理功能。由于自动化制造系统需要的刀具品种和数量非常之多，每一刀具的信息量又很大，只有采用刀具数据库来管理。根据刀具管理系统的功能划分，除了动态的实时信息由其他模块生成并存入刀具数据库外，其余信息的采集、维护和使用主要由刀具信息管理功能实现，其主要功能如表4-12所示。

表4-12　刀具信息管理功能

（3）刀具计划管理。刀具计划管理的目的是保证刀具的正常供应。刀具管理计划如表4-13所示。

表4-13　刀具管理计划

（4）在线刀具静态管理，如表4-14所示。

表4-14　在线刀具静态管理

（5）在线刀具动态管理，如表4-15所示。

表4-15　在线刀具动态管理