刀具識別技術(shù)在航天制造企業(yè)中的應(yīng)用

　　刀具管理是現(xiàn)代管理科學(xué)與高新技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，面對航天制造企業(yè)柔性化、高效率、高速加工、多變量控制的發(fā)展和挑戰(zhàn)，刀具管理對航天制造業(yè)的生產(chǎn)效率和制造成本所產(chǎn)生的重大影響正引起越來越多的企業(yè)高層管理者的重視和思考?，F(xiàn)在，越來越多的航天制造企業(yè)正試圖改進(jìn)對刀具的管理，探索新的刀具管理模式或管理方法，試圖通過有效的刀具管理，大幅度提高刀具的性能和壽命，降低制造成本，提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，航天制造企業(yè)開始利用信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具的計劃、采購、跟蹤、監(jiān)控、調(diào)度等全生命周期的管理。在刀具管理的過程中，刀具的識別是一個不可回避的問題。尤其在庫存管理中，刀具的種類繁多，數(shù)量巨大，出入庫操作頻繁，如果沒有有效、可靠的識別技術(shù)，庫存管理很容易陷入混亂。同時，刀具的標(biāo)識對于刀具的跟蹤、追溯與監(jiān)控都起著至關(guān)重要的作用。因此，如何有效地使用標(biāo)識技術(shù)，是刀具管理系統(tǒng)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵問題。  

    刀具標(biāo)識技術(shù)概述  

    傳統(tǒng)刀具管理的識別主要靠條碼、刻字或刀座上的碼盤等來識別，人工錄入信息，對刀具進(jìn)行跟蹤、測量、記錄。隨著加工效率和自動化程度的提高、換刀更加頻繁，這種傳統(tǒng)的人工跟蹤刀具信息的方式已難以滿足目前的加工對刀具信息的需求。因此刀具本身或者刀具用戶，需要一個自動化的刀具識別系統(tǒng)，刀具電子標(biāo)簽應(yīng)運(yùn)而生。其意義在于識別和監(jiān)控刀具，確保加工過程中都有合適的刀具。根據(jù)對刀具數(shù)據(jù)的讀取方式，刀具識別電子標(biāo)簽可分為接觸式和非接觸式。當(dāng)前刀具識別的主要非接觸式識別技術(shù)有：  

    （1）刀具管理系統(tǒng)中的條碼識別技術(shù)。條形碼（BarCode），是用一組黑白相間、粗細(xì)不同的條狀符號來表示刀具的名稱、產(chǎn)地、價格、種類等信息的工具。條形碼是迄今為止最經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的一種自動識別技術(shù)。在刀具管理系統(tǒng)中主要優(yōu)點(diǎn)是成本低、應(yīng)用靈活；缺點(diǎn)是易撕裂、污損或脫落、信息存儲量有限、每次只能識別一個條碼。  

    （2）刀具管理系統(tǒng)中的RFID技術(shù)。RFID（RadioFrequencyIdentification，即射頻識別技術(shù)），俗稱電子標(biāo)簽，是20世紀(jì)90年代開始興起并逐漸走向成熟的一種自動識別技術(shù)，利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。目前RFID技術(shù)在工業(yè)自動化、物體跟蹤、交通運(yùn)輸控制管理、防偽和軍事用途方面已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。RFID技術(shù)在刀具管理系統(tǒng)應(yīng)用中主要優(yōu)點(diǎn)是耐污染、可讀取距離大、可識別高速運(yùn)動物體、可擦寫信息、儲存數(shù)據(jù)容量大、可同時識別多個標(biāo)簽等；其缺點(diǎn)是價格較高，當(dāng)前單個RFID標(biāo)簽最低成本達(dá)7美分，遠(yuǎn)高于條碼的成本——最低3分。Omron公司則采用了無線射頻技術(shù)（RFID）。  

    （3）刀具管理系統(tǒng)專用識別技術(shù)。從傳感器的應(yīng)用角度來看，傳感器可分為專用傳感器和通用傳感器。針對刀具管理系統(tǒng)，一些公司專門開發(fā)了刀具識別傳感器。如Pepperl+Fuchs公司采用自己開發(fā)的識別傳感器；Bilz公司也專門開發(fā)了“刀具診斷系統(tǒng)”的產(chǎn)品，提供接觸式和非接觸式傳感器。這種刀具專用識別技術(shù)在刀具管理系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)在于針對性強(qiáng)；缺點(diǎn)在于缺乏通用性、成本較高。  

    刀具標(biāo)識技術(shù)在航天制造企業(yè)中的實(shí)現(xiàn)  

    刀具管理部門業(yè)務(wù)分析  

    在航天制造企業(yè)中，刀具管理的模式主要是采用總/分庫的方式進(jìn)行管理：由總庫負(fù)責(zé)刀具的采購入庫；面向個人和部門的工具發(fā)放由總庫負(fù)責(zé)；車間工人向各分庫借用和歸還刀具。 

　　若總庫沒有所需刀具，則由總庫提出購置申請，按相關(guān)程序?qū)徟?，由物資處進(jìn)行采購，到貨后入總庫，各分庫再填寫領(lǐng)料單領(lǐng)取。  

    刀具管理系統(tǒng)概述  

    針對航天制造企業(yè)刀具管理的特點(diǎn)，企業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)車間建立的迫切需求，按照企業(yè)刀具管理部門的需要，建立了一套C/S和B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的刀具管理系統(tǒng)。其中刀具管理人員通過C/S模式進(jìn)行管理，其他人員通過B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和共享。同時配備了自動化立體倉儲設(shè)備，滿足刀具庫存自動化管理的要求。  

    條形碼技術(shù)和編碼實(shí)現(xiàn)刀具標(biāo)識  

    航天制造企業(yè)的生產(chǎn)制造任務(wù)屬于單件小批量生產(chǎn)，在型號任務(wù)的生產(chǎn)過程中，對刀具使用的特殊要求成為了刀具標(biāo)識技術(shù)選擇的關(guān)鍵。原有的刀具倉庫內(nèi)，每類刀具都存放在特制的金屬盒中，管理人員在盒上用墨筆手工填寫名稱和規(guī)格，擺放在工具柜中，刀具的借用采用工具牌作為憑證，并手工記錄到工具帳本上。這種管理方式較為簡單，刀具的擺放不靈活，常年的工具帳本堆積數(shù)量較大，而且對于刀具借用的追溯查詢也相當(dāng)不便。

    因此，作為國防科技工業(yè)的航天制造企業(yè)對這種落后的管理方式急需改進(jìn)，必須采用先進(jìn)刀具標(biāo)識技術(shù)來滿足航天制造的技術(shù)需要。航天型號研制屬于國防科技工業(yè)，具有嚴(yán)格的保密要求，因此RFID技術(shù)暫不能用于目前航天制造企業(yè)的刀具標(biāo)識體系。從經(jīng)費(fèi)成本的角度考慮，傳感器方式也不太適用，其技術(shù)也不太成熟。因此，在刀具管理系統(tǒng)的實(shí)施過程中，航天制造企業(yè)從經(jīng)費(fèi)成本、技術(shù)成熟度以及實(shí)現(xiàn)難度等方面考慮，將條形碼識別技術(shù)作為刀具識別的技術(shù)手段是一個較為科學(xué)合理的選擇。條形碼技術(shù)具有輸入速度快、可靠性高、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于制作等優(yōu)點(diǎn)。條形碼的種類繁多，有一維的、二維的，一維碼包括128碼、UPC碼、EAN-13碼等，從設(shè)備成本和實(shí)用性考慮，企業(yè)最終選擇一維的128碼作為條形碼的輸出格式。同時，考慮到涉及型號任務(wù)生產(chǎn)的刀具種類繁多、形狀各異，為實(shí)現(xiàn)有效管理、合理使用，必須建立合理的編碼規(guī)則，將每一類、每一種、每一把刀具的編碼體系與條碼技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)在管理上有效地對刀具進(jìn)行檢索、調(diào)度和分發(fā)，同時合理安排生產(chǎn)計劃和購進(jìn)計劃。根據(jù)航天制造企業(yè)的生產(chǎn)需要，結(jié)合刀具自身的基本參數(shù)，組成符合企業(yè)實(shí)際情況的編碼規(guī)則。為確保編碼的可擴(kuò)展性，在輔碼部分提供富余的編碼字段。

    刀具編碼規(guī)則設(shè)定如下：刀具編碼由四部分組成：第一至三部分為刀具編碼的主碼，第四部分為輔碼。主碼采用剛性編碼系統(tǒng)，即位數(shù)一定，輔碼采用柔性編碼方式。輔碼主要描述標(biāo)識特征，如刀具生產(chǎn)廠家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、刀具參數(shù)等，反映數(shù)控刀具和加工中心刀具自動識別問題。根據(jù)生產(chǎn)加工的要求，航天制造企業(yè)選擇刀具規(guī)格作為刀具的輔碼。在定義刀具編碼規(guī)則之后，操作人員為每一種類的刀具定義了編碼。通過刀具管理系統(tǒng)批量生成刀具條碼標(biāo)簽，刀具條碼標(biāo)簽是由刀具名稱、刀具規(guī)格、一維128碼、刀具編號以及用途等五個部分組成。  

    條形碼技術(shù)的實(shí)際  

    應(yīng)用企業(yè)的全部刀具在實(shí)現(xiàn)信息化管理的同時，為了減少刀具管理人員的工作復(fù)雜度，提高其工作效率，按照所定義的刀具編碼規(guī)則，根據(jù)不同刀具的類別和存放位置制作出符合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要的刀具條碼本。由于刀具種類繁多，按照用途和規(guī)格劃分，每個庫房的種類都在5000以上，總數(shù)量多達(dá)上萬件，如何實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地獲取刀具信息，成為整個項(xiàng)目的一個難點(diǎn)。 

　　為了解決刀具條碼的識別問題，項(xiàng)目組先后提出了多種解決方案，最后根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，一致認(rèn)可采用條碼本的方式記錄刀具條碼。條碼本按照A4頁的尺寸設(shè)計成30頁的活頁冊，每頁可插入20張條碼標(biāo)簽，標(biāo)簽上標(biāo)有通過條碼打印機(jī)打印出的刀具名稱、規(guī)格以及條形碼。按照實(shí)際生產(chǎn)的需要，根據(jù)刀具種類給每個庫房制作條碼本，將各類刀具條碼分類入冊，實(shí)現(xiàn)條碼掃描的要求。刀具編碼規(guī)則結(jié)合條碼掃描的實(shí)施和應(yīng)用，能夠與條形碼識別系統(tǒng)相匹配，條形碼掃描器掃描刀具標(biāo)識后，刀具管理系統(tǒng)能對其進(jìn)行識別，并自動定位刀具，顯示刀具的相關(guān)信息等。條形碼掃描替代了原有的手工記錄借/歸管理方式?？偨Y(jié)由于航天制造企業(yè)的特殊性，一些先進(jìn)成熟的識別技術(shù)還暫時無法應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)之中。例如，基于射頻技術(shù)的無線識別RFID已經(jīng)在很多行業(yè)得到推廣和應(yīng)用。目前，采用條形碼技術(shù)對于以單件小批量生產(chǎn)為主的航天制造企業(yè)是一個較好的選擇，能滿足企業(yè)對刀具規(guī)范化、系統(tǒng)化、信息化的管理需求，提升了企業(yè)生產(chǎn)保障自動化的水平，為航天型號數(shù)字化生產(chǎn)線的建立奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，刀具標(biāo)識的方式必將會有日新月異的變化和進(jìn)步，也必將為航天工程領(lǐng)域的科技進(jìn)步發(fā)揮積極的作用。