航天制造企业刀具自动化管理系统建设

1 航天制造企业刀具自动化管理系统建设航天制造企业刀具自动化管理系统建设 张显学 刘胤 韩星 林晓青 北京卫星制造厂技术四室 摘摘 要 要 本文阐述了在航天企业的工具管理部门开展信息化建设的过程 主要介绍刀具自 动化管理系统的研究设计过程 总结该系统应用过程中的问题 并对其中的关键问题进行 探讨 希望对企业工具管理部门的信息化建设有一定的借鉴作用 关键字 关键字 刀具管理 企业信息化 自动化立体库 编码 前言前言 十一五 期间的星 船研制任务超过百颗 大大超过了 十五 期间航 天军工企业承担型号任务的总量 为保证万无一失的完成型号任务 企业必须 大力提高设计能力 生产能力和快速响应能力 进一步缩短研制周期 降低研 制成本 提高产品质量 进一步理顺生产关系 转变观念 优化流程 实现管 理模式和研制生产手段的创新 在生产自动化程度不断提高的情况下 刀具作为星船零部件加工过程中不 可或缺的关键配套产品 必须尽可能的做到合理配置 有效使用 目前星 船 零部件制造过程中刀具管理完全依靠手工操作完成 其中 各分库房是直接面 向车间的刀具库房 借用 归还 存放 由库房管理员完成 在刀具账目管理上 虽然使用了计算机管理 但只处于简单账目管理阶段 并没有采用先进的数据 库技术来管理 不能实现工具借用 报废 申购 更改的电子化管理 如何组 织刀具 使刀具的存取更方便 如何选配刀具 使刀具准备时间最短 利用率 最高 这些问题在手工管理阶段是无法得到有效解决 同时 随着卫星结构制造数字化建设的不断进展 自动化设备尤其是数控 加工设备在不断的增加 但目前企业尚未建立专用的数控刀具库 数控刀具与 普通刀具混合存放 一方面 混用造成刀具资源的浪费 另一方面 不能根据 加工要求 提前获取各刀具的具体测量参数 建立刀具切削参数数据库 为生 产做好准备工作 总之 刀具资源的自动化管理就是用最小的刀具资源来满足生产要求 并 2 尽可能减少对刀具资源的占有 提高生产效率的同时有效控制生产成本 系统目标分析系统目标分析 根据目前刀具管理方式的局限性 急需建立一套适合企业刀具业务管理模 式的管理系统 因此 在刀具自动化管理系统启动前 对系统的硬件和软件两 个方面都提出了较高的要求 硬件方面 考虑到自动化程度较高的数控车间对 刀具使用过程中的自动化水平需求十分迫切 必须构建自动化刀具库来实现刀 具自动存储 软件方面 必须实现全厂刀具信息电子化管理 按照工具管理部 门的刀具管理模式定制开发专用的软件系统 让信息化管理完全替代现行的人 工管理模式 刀具管理系统的功能范围如图 1 所示 刀具回转库 一号厂房 刀具库 六号厂房 刀具库 总库 刀具管理系统 工具处 刀具管理员 车间使用技术室查询 图 1 刀具管理系统功能范围示意图 在实现刀具信息化管理的过程中 各种不同刀具编码的制定 是一个非常 重要的环节 尤其是在大批量型号零件的加工过程中 刀具编码规则的制定 能克服传统信息系统在描述时出现的多义性 达到快捷 详尽 准确地完成信 息描述 在刀具信息传播中起到重要作用 系统体系结构系统体系结构 刀具管理系统对刀具的管理依据以下层次的树型结构 产品 零件 工序 工装 刀具 刀具编码 数量 该结构将对导入的数据进行内部处 3 理生成树型结构图 由于总库台帐管理的是部件而不是整刀 所以在产品 零 件 工序节点处提供右键菜单功能进行分类统计汇总 自动计算这些刀具组件 的数量 生成库房所需的单据 该软件包含了生产准备包模块 还将实现刀具 相关参数信息的提取和管理 通过数据接口从对刀仪上获取相关信息 通过条 码管理实现对每把刀具的管理和监控 通过 IC 卡刷卡实现刀具的快速借出和归 还 通过与自动化立体库的接口实现远程的刀具出 入库 该软件采用 C S 和 B S 结构相结合的模式组建 其中刀具管理人员通过 C S 模式进行管理 其他 人员通过 B S 结构进行数据查询和共享 系统体系结构如图 2 所示 刀具库及配件 条形码打印 识别 设备 刷卡登陆设备 总 分库管理 借归管理 入 出库管理 刀具参数管理 库存预警 非标刀具管理 组合加工刀具 管理 刀具信息查询 统计报表 刀具自动化管理系统 刀具库硬件设备刀具信息管理软件 图 2 系统体系结构示意图 3 1 刀具自动化立体库刀具自动化立体库 刀具自动化立体库具有占地面积小 空间利用率高等显著优点 通过计算 机控制系统 能够实现物品的自动存储及提取 因此 刀具自动化管理系统在 硬件方面选择自动化立体刀具库来存储数控刀具以及刀柄等配套工具 其功能 要求如下 1 实现库存物品的自动存储和提取 2 配备条形码打印 识别设备及刷卡登录设备 实现货物快速存取及 准确定位 4 3 提供数据接口 以便与刀具管理软件连接 实现设备的远程管理 4 设备运行稳定可靠 具有一定的安全保护 过载保护功能 5 设备具有可扩充性 在使用容积不够时可以进行扩容 3 2 刀具管理软件刀具管理软件 刀具管理软件是刀具自动化管理系统中的核心组成部分 工具部门的各库 房管理人员通过使用该软件实现对整个刀具自动化管理的需要 因此 刀具管 理软件必须能够与刀具自动化立体库及其配套附件设备的控制运行相匹配 同 时其性能要求还必须满足企业现有的刀具管理模式 实现对企业所有刀具进行 计算机管理 其功能要求如下 1 满足企业现有分层次 多库房刀具管理模式 总 分库账目管理 入 出库管理 刀具借 归管理 库存预警 非标刀具管理 刀具参数管 理 组合加工刀具管理 刀具统计报表功能 刀具信息查询等 2 能够实现对自动化刀具库设备的远程操作 包括设备的运行 定位 等 3 应用条码技术对刀具进行识别和自动定位 部分刀具管理到 把 其余刀具管理到 类 4 采用刷卡登录模式 允许用户在借用 归还刀具时 通过 IC 卡刷卡 直接登录刀具管理软件 并根据实际需要对不同人员设定相应权限 5 与自动化立体库配套附件设备的控制运行相匹配 包括条形码识别 设备 刷卡登陆设备等 6 与对刀仪设备之间实现数据传输 3 3刀具编码规则刀具编码规则 建立刀具编码规则时 首先要建立刀具的分类编码体系 从便对种类繁多 形状和结构各异的刀具进行有效的管理 从而形成统一的刀具信息数据流 提 高系统对刀具管理和使用的效率 合理的刀具编码规则要为各种刀具进行编码 以实现在管理上有效地对刀具进行检索 调度和分发 同时安排生产计划和购 进计划 软件系统能够与条形码识别系统相匹配 条形码扫描器扫描刀具标识后 5 刀具库管理软件应对其进行识别 并自动定位刀具 显示刀具的相关信息等 系统设计与实现系统设计与实现 本系统建设的目标是通过构建自动化刀具库来实现数控刀具自动存储 合 理配置及有效使用 通过定制开发专用自动化刀具管理软件实现对全厂刀具信 息的电子化管理 从而替代现行的人工管理模式 通过本项目建设 力争用最 小的刀具资源来满足生产需要 尽可能减少对刀具资源的占有 在提高生产效 率的同时有效控制生产成本 4 1刀具管理软件设计刀具管理软件设计 1 刀具借用 刀具借用流程如图 3 所示 按照工种和操作机床限定工人的借刀种类和数 量 并给予报警提示 对于个人借刀种类及数量可以进行单独调整 以适应批 量借用的情况 可以通过刀具软件中的借用信息实时查询刀具的在用状况 扫描职工胸 牌条码或输 入工号 显示个人借刀界 面及存储位置 刀具直接定 位到出货口 扫描刀具或刀具盒 编码完成刀具借出 在屏幕上点击 借出 按钮 完成刀具借出 人工取出刀 具或刀具盒 固定货架 自动货柜 在条码本上查 找所借刀具条 码并扫描 在电脑上查 询所借刀具 并确认 显示刀具位置 选择 借 刀 界面 显示个人信息 扫描刀具条码本 完成该刀具借出 图 3 刀具借用流程图 2 刀具归还 刀具归还流程如图 4 所示 归还刀具的同时 能对当前刀具的状态进行快 速调整 如刀具磨损 报废 丢失等都可以在归还的同时进行处理 工具部门 领导也能及时得到刀具的实时状态 进行相应的审批操作 扫描职工胸 牌条码或输 入工号 在屏幕显示的借归记录 中选择要归还的刀具 在条码本上查找要归 还的刀具条码并扫描 刀具直接定 位到出货口 自动货柜 选择 还 刀 界面 显示个人信息 显示个人还刀界 面及存储位置 显示刀具位置 对有条码的刀具 直 接扫描其条码 人工将刀具送 回存储位置 固定货架 扫描刀具或刀具盒 编码完成刀具归还 在屏幕上点击 确 认 按钮 还刀完毕 扫描刀具条码本 完成该刀具归还 图 4 刀具归还流程图 3 临时采购单的申请 6 刀具临时采购单的申请 全部通过网上 OA 办公自动化系统完成 替代了原 有的人工纸制文件的申请过程 刀具管理软件能够接收 OA 系统中有关工具临时 采购 流程结束后的全部内容 包括临时采购申请文件 采购数量 采购金额 审批数量 完成时间等等 能自动提取有关数字类型的记录至刀具管理系统中 的对应模块 实现与 OA 刀具临时采购审批流程的自动化继承 4 2刀具编码的设计刀具编码的设计 刀具编号由四部分组成 第一至第三部分为刀具编号的主码 第四部分为 辅码 主码采用刚性编码系统 即位数一定 辅码采用柔性编码方式 第一部分 类别代码 D 刀具 L 量具 F 非标准刀具 第一个 汉字汉语拼音的简写 第二部分 大类代码 01 02 03 07 依次排下去 第三部分 小类代码 10 11 12 13 16 依次排下去 第四部分 辅码 简图 abcd 字符含义 a 类别代码 一位 b 大类代码 二位 c 小类代 码 二位 d 刀具参数 多位 对各部分再进行细分 例如 第一部分类别代码中 D 表示刀具 L 表示量 具 F 表示非标刀具 第二部分大类代码中 对于刀具可分为铣刀类和车刀类 对于量具类 可分为螺纹塞规 螺纹环规 光滑塞规等 在第三部分小类代码中 D01 类 铣刀类 中可分为直柄立铣刀 锥柄立 铣刀 直柄键槽铣刀等 D02 类 车刀类 中可分为凸 R 车刀 凹 R 车刀 右 偏凸 R 车刀等 对于量具类 如 L01 类 螺纹塞规类 可再分为普通螺纹塞规 新国标螺纹塞规 钢丝罗套螺纹塞规等 辅码主要描述标识特征 如刀具生产厂家 行业标准 刀具参数等 反映 数控刀具和加工中心刀具自动识别问题 根据企业刀具信息的实际情况 确定 辅码的编码方式 很多企业的刀具管理采用的编码规则 如生产厂家 行业标 准等不太适合航天生产现有的实际情况 因此采用刀具参数作为辅码 由于不 同的刀具种类 其刀具的参数也不尽相同 因此以刀具参数 主要是规格 为 7 辅码时 需要采用柔性的编码方式 根据企业现有刀具参数的规律以及多年的刀具管理经验 可以确定 最多 使用 3 个基本参数就能够确定刀具的最终种类 而现有库房中 75 以上的刀具 仅用 1 个参数就能确定刀具的最终种类 并且每个刀具参数的整数位不超过 3 位数 小数位不超过 2 位数 含有角度参数的刀具度不超过 3 位数 分不超过 2 位数 由此 可以确定刀具参数为 3 个 每个刀具参数的位数为 5 位 前三 位表示整数 后二位表示小数 刀具参数共 15 位 如直柄立铣刀的参数为 直 径 8mm 总长 30mm 刃长 16mm 则该刀具参数长度为 5 位 具体为 D0110 00800 03000 01600 整个刀具的编码位数全长为 20 位 但是 大多数刀具参数仅为 1 个 就可能出现大量的编码最后有 10 个 0 的 冗余现象 为了减少冗余 可以在刀具参数的第 1 位设置一位自然数 作为刀 具参数的位数识别码 可作为主码 如上例中的直柄立铣刀 可表示为 D0110 3 00800 03000 01600 这样就可以完全避免大量的 0 字符冗余 整个刀具的编码全长为 21 位 最短为 11 位 应用情况应用情况 通过刀具自动化管理系统的应用 刀具管理方式的改进 工具部门的信息 化水平得到了很大的提高 刀具的使用状况得到了有效地改善 对车间生产效 率的提升起到了重要作用 5 1自动化立体库的使用自动化立体库的使用 自动化立体库的使用大大提高了库房空间的利用率 大大缩减了占地面积 刀具的摆放方式更加灵活 有序 配合刀具管理软件的使用 库房管理人员只 需对软件进行操作 便能实现对货柜取物的动作 简化了借 归刀具的业务 8 图 5 自动化立体库实图 5 2刀具管理软件的应用刀具管理软件的应用 刀具管理软件不仅满足了立体库自动借 归刀具的操作 更实现了整个工具 部门的自动化 系统化 信息化的管理方式 尤其是借 归刀具的过程 用出入 证替代工具牌 用条码扫描替代原有的手工记录借 归刀具情况 技术人员和车 间工人可以直接通过网页查询所需刀具的详细情况和刀具的借用情况 从而有 效的提高刀具的使用效率 具体的应用示例如下 1 刷卡借刀 图 6 借刀人员使用出入证刷卡借刀 2 条码扫描 9 图 7 库管人员扫描条码 自动获取所需刀具 3 刀具查询 图 8 刀具借用人员可以通过网页实时查询刀具情况 4 条码的应用 根据企业现有刀具管理的模式 大部分刀具是按类管理 为了方便刀具管 理人员的使用 提高借 归刀具的效率 按照刀具编码的规则 制定刀具条码本 将各类刀具分类入册 实现条码扫描的要求 图 9 根据刀具编码