刀具對現代化制造車間的生產成本、質量、效率均有著舉足輕重的作用。據統計，國內數控設備的機加過程中，刀具費用約占總成本的8%，但與刀具相關的采購、管理、修磨、涂層、檢測、使用等環節所產生的間接成本則可達到刀具成本的4倍以上，個別企業甚至達日常生產成本的30%。而刀具對于生產效率的影響可達25%。因此，實施先進的刀具管理方法是實現企業高質、高效、低成本生產的必要手段。

國內汽車行業刀具管理的特點包括：

①對先進刀具技術和管理方法認知不足，手工記錄致使刀具流通領域占用人員比重大;

②修磨設備重復投資，占用資金量大;

③刀具系統數據庫建設進度慢;

④刀具加工及修磨數據與MES系統無互聯，少數企業采用了加工過程監測軟件，但使用情況不佳;

⑤刀具管理尚未形成系統管理模式，無信息統合、分析、管理及標準體系，無統一的技術標準及評價機制、刀具編碼規則、成本控制規范;

⑥加工、刃磨及涂層技術更新遲滯，支撐工藝投資的刀具技術基礎薄弱。

1 刀具管理的發展趨勢

開展先進刀具管理方法研究的最終目的是降本、提質、增效，即通過單品刀具全生命周期管理，逐步建立刀具管理系統數據庫，實現刀具、人員、設備等資源的全面優化。國際主流汽車企業的刀具管理方式源于其管理體系及深厚的技術積累：首先技術部門具有針對產品的刀具方案規劃能力;其次以強大的刀具系統數據庫為基礎數據，如針對產品或生產線的刀具種類、型號、壽命、消耗、質量、成本及效率分析等一系列技術數據，作為新生產線刀具方案制定的依據;同時，刀具系統數據庫的合理應用使整個汽車集團內的刀具數據實現互聯、互通，形成有效的生產廠或生產線刀具考核機制、刀具供應商評價機制。最終達成成本、質量及效率目標。

例如，國內大眾汽車動力總成制造企業的刀具管理特點有：①機加刀具的研發、使用、采購均依托德國總公司的技術支持;②通過集團層面的全球刀具采購平臺進行刀具采購;③子公司技術人員負責刀具的調試、局部優化、生產管理;④優化數據實現平臺共享。

國際刀具行業及其修磨或涂層等輔助行業也由單純制造型向服務型的產業轉型。國際刀具管理分為5個服務等級：一級，接受刀具采購、修磨訂單，保證新刀具、修磨刀具技術質量;二級，增加技術人員咨詢服務;三級，提供物流、工藝等優化服務;四級，現場可視化管理，物流、倉儲等由駐廠技術人員提供服務;五級，提供工藝、質量、效率、成本等全面外包服務。

GLEASON、LMT、TCM、鈷領是國際上為數不多具備提供5級CPU刀具管理服務能力的企業。國內大眾合資企業，如大連、上海和天津的大眾變速箱廠分別由LMT及GLEASON提供5級刀具全包服務;TCM及鈷領為通用五菱上海及重慶發動機提供5級全包服務。

國內汽車行業的刀具修磨多為部分外包，刀具涂層為全包給專業涂層公司。其中東風集團采用刀具集中修磨及涂層廠中廠模式，節約了人機成本，技術更新及時。國內車企從技術、成本及效率考慮，絕大部分鎖定國際品牌修磨、涂中心的管理模式。

刀具出入庫、生產線流通及修磨涂層的數字化、少人化刀具管理中最為核心的是為機加工廠創建一套適應生產體系的刀具全生命周期的數字化管理系統。數字化生產線的刀具智能管理應具有以下特點：

①集成化：實現生產線刀具物流、信息流、價值流的集成和優化運行;

②網絡化：實現生產線及企業內外的數據互聯互通;

③協同化：制造、工藝設計、調度等各業務流程相互協同;

④無紙化：提高信息傳遞速度、生產效率，降低管理及運行成本;

⑤實時化：實時采集、分析制造過程中的刀具數據，使刀具管控更加準確;

⑥標準化：包括體系結構和功能、業務流程及關鍵技術標準化等。建立該系統存在刀具種類多、數量大、費用高、消耗大、技術新等難點，尋求明確“通解”的難度較大。

2 刀具的使用及管理分析

(1)刀具種類

在汽車制造領域，產品不同，使用的刀具種類也各不相同，大體分為：

①殼體類：加工發動機、變速箱、車橋殼體的鉆、銑、鉸刀、絲錐等。價格較低，數量多，消耗量大，庫存量較大，因此，刀具管理主要把握刀具的正常流轉，以低庫存來滿足生產;

②齒輪類：加工齒輪、軸類件的滾、插、剃齒刀，盤銑刀、金剛滾輪、珩磨輪等結構復雜齒輪類非標刀具。價格高、數量少，技術含量高，采購周期長。管理時主要防止刀具壽命異常，并保證正常的采購周期。

③模具類：加工各類模具的組合刀具、球頭銑刀體、銑刀片;單件小批量模式，多采用多刀片組合式球銑刀。對刀桿與銑刀片的組合、匹配、優化，組合刀具二級編碼的固化，作為刀具管理的重點。刀具總成匹配優化的合理性，直接影響刀具成本。

④其他類：采用批量管理模式的車、銑刀片，其體積小、數量大。

(2) 使用方式

目前國內刀具的使用多停留在初級階段：刀具到貨→生產調試→滿足效率、質量標準→正式生產。生產過程中的監控以及生產數據的搜集則缺失嚴重，操作者、管理者對于刀具的理解僅停留在“使用”的階段。刀具加工過程監控系統圖示見圖1。


刀具領域的前沿企業通過采集并分析刀具加工過程中的數據，作為解決工藝問題、支撐新產品開發、刀具供應商篩選的重要技術依據。如ARTIS、KOMET、BALLUFF等設備及刀具監控系統等通過監測加工過程中主軸轉速、扭矩、振動、溫度等技術參數，全面采集、分析刀具工作數據，制定管控策略，有效延長刀具壽命，提高生產效率、降低刀具成本。

先進的刀具修磨及涂層技術是延長刀具壽命的有效途徑(見圖2和圖3)。培養高素質的修磨人員，選擇技術先進、可靠的涂層供應商是必要的，使每一把刀具壽命及修磨測試均實現最大化。各機加廠需要及時轉變傳統觀念，重視刀具使用過程中的積累，利用現代化的數據采集系統記錄下刀具使用過程中的各類有效信息。


(3) 庫存及流通方式

刀具庫存水平是衡量刀具管理優劣的重要尺度。合理的庫存可有效降低刀具管理成本，有利于對刀具狀況進行評估和對刀具庫存進行有效監控，實時了解刀具狀態。

國際上主流汽車企業刀具周轉率目標值可達30%以上，且多以“刀具月周轉率”衡量刀具庫存量，即



批量生產線使用的刀具在流通過程中存在刀具庫、調刀間、磨刀間、生產線側刀具柜、生產設備等節點。刀具常規流通過程如下：刀具質檢→刀具入庫→貼標識、掃碼→出庫→調刀間→調刀→生產線側備存→刀具使用→壽命完結(或單次壽命完結)→拆卸刀具與線側存放→磨刀間→修磨、涂層→調刀間→生產線，形成刀具流通循環(見圖4)。


刀具流通的“周轉中心”在刀具流通管理中占有重要地位。周轉中心一般根據企業的管理習慣固化在兩個節點上：調刀間或者刀具庫房。如圖5所示，以調刀間為中心，刀具從生產線側轉運至調刀間，判定是否修磨或報廢。修磨后返回調刀間，再根據生產需求，從庫房補貨至生產線。以刀具庫房為中心，生產線、調刀間的刀具均從庫房發出。


圖5 周轉中心

在刀具流通過程中，通過把握其中一個節點可以對刀具信息做到全面的搜集。各車間依據車間布局，選擇更有利于自身管理的流轉模式。在常規生產現場，磨刀間和調刀間相距較近，轉運快捷;可充分利用刀具立體庫，將刀具庫、磨刀間、調刀間進行整合，使管理面積最優化，在線側形成提供刀具服務專區，實現刀具的高效率、少人化、集中化管理，該管理方式已成為數字化工廠的發展趨勢。

(3)刀具管理方式

國內多數制造企業基本沿用傳統手工記錄加簡單的計算機出、入庫管理模式。國際先進制造企業已將刀具管理分為四大模塊：刀具流通過程管理、刀具工作過程管理、刀具庫存管理、刀具修磨涂層管理。四部分均以刀具使用數據庫為基礎，相輔相成。通過一整套刀具流程管理與數據采集，最終實現刀具全生命周期單品跟蹤管理，實現刀具信息化、智能化管理。

先進的刀具管理系統應具備如下基本功能：

①各項功能和操作以實用性、可靠性為原則，實現單品刀具的全生命周期管理;

②采用先進的超高頻RFID技術，實現快速、高效的數據實時搜集、提取與交換;

③刀具統計數據的管理及應用設定嚴格的階梯權限，采用B/S軟件架構，形成生產線共享刀具信息數據庫;

④存在智能、可配置的刀具采購、庫存、流通、使用、修磨、涂層及成本考核計劃;

⑤系統可與SAP、ERP兼容，無縫銜接;加工設備與修磨設備的MES系統數據無縫對接;

⑥系統還具有可擴展性、可維護性。刀具管理流程見圖6。


刀具全生命周期內數據的實時獲取是系統的核心環節。采用超高頻RFID芯片為信息載體(刀具身份標簽)，單品刀具上的芯片搭載有兩種形式：一是安裝在刀柄上;二是將芯片粘貼在塑料刀具盒上，一刀一盒。進而延伸至操作者與設備識別芯片。匹配手持機對所有工作流程進行控制，實時讀取并寫錄刀具信息，上傳至后臺管理軟件，進行實時存儲、整理、統計等高級應用。國內某發動機廠已全面使用刀具智能管理系統，并取得了顯著的管理效果。

刀具管理系統基于RFID芯片的存儲功能，手持機快捷輸入功能，實現后臺單品刀具預編碼規則，進而可實現多品種、超大型企業工具編碼的統一，實現企業工具、設備等的大數據化。

①RFID芯片技術的優勢

刀具工作狀況復雜，芯片在技術上必須滿足刀具工作過程中的振動、轉速(近萬轉/分鐘)、動平衡、工作溫度及涂層溫度、潤滑及切削介質等要求。因此要求刀具讀寫芯片重量輕，高可靠性。同時具有存儲信息量大，信息提取便捷，易于分析等特點。

從芯片發展趨勢看，選擇超高頻RFID芯片作為刀具管理系統的信息載體，可滿足刀具在惡劣工況下的功能要求，保證信息傳遞的可靠性：①在金屬和半金屬環境中實現信息交互的功能;②在各類因素復雜的機加設備上減弱振動、切削液、溫度等外界因素帶來的干擾，具備較高的適應性;③超高頻的RFID芯片在讀寫、存儲信息上具有速度快、容量大的優點;④相較于常規紙質條碼，RFID芯片具有不易被污染、長壽命優勢。

②手持機的使用

基于RFID技術、利用安卓系統手持機的刀具智能管理系統以其準確、便捷、高效的特點成為刀具管理行業的發展趨勢。便于攜帶的數據處理終端機器(手持機)可實現與其他設備進行數據通訊。其良好的人機交互界面，安卓操作系統的靈活性，使其得到快速發展。目前，匹配超高頻RFID芯片使讀取距離可精調至1m以內。隨著信息技術的發展，工業用手持機與智能手機信息交互成為可能。

刀具管理系統中具備數據存儲及計算能力的終端服務器集中在庫房、調刀間以及刀具流通過程中的手持機上。因此不斷優化、完善手持機內置管理程序，適應性調整手持機靈敏度，是實現實時單品信息管理及實現防差錯機制的基礎。

③刀具編碼的管理

刀具編碼管理圖示見圖7。國外主流車企的刀具編碼規則多從產品、地域、工段等實現快速查詢、歸類，從刀具材料、規格、修涂等技術層面進行區別細化(見圖8)，其整體編碼管理體系趨于完善。




國內車企刀具管理較粗放，一般僅關注要素中的刀具類型及序列號(見圖9)。國內車企依據各部門關注點不同，刀具在生產流通領域一般并存三種編碼。刀具編碼的統一在大型車企的管理中尤為重要。國內大型車企為實現刀具成本及效率目標，各子公司刀具互用、互通，提升刀具大數據分析能力，從而提高供應商橫向量化考核能力。


刀具智能管理以期達到如下目的：單品跟蹤：刀具加工、流通、倉儲、修磨、涂層、匹配等刀具全生命周期數據的采集、存儲、分析，實現任意環節均可用手持機單品查詢;實現刀具編碼統一，差錯報警：不同生產線使用相同的編碼語言，固化組合刀具的關聯信息;修涂管理：規范額定修涂次數，修涂數據統計分析，為工藝改進、設備檢修提供數據支撐;消耗管理：統計報廢原因、比例、數量，形成單品刀具及生產線橫向類比;庫存管理：規范刀具倉儲方法。結合生產計劃、刀具消耗值、供貨周期、最小采購量確定庫存及采購計劃;提升效率：部門間實時數據傳輸，掃描芯片即時生成申請單，倉儲實時提前備貨，支持批量掃描，提高效率;績效考核：對供應商、操作者、生產線等多維度考核，制定科學、合理的成本、效率考核標準。

(5)刀具人員管理

人員是先進刀具系統效果能否最終落實的核心：人員的有效培訓，提升對管理體制的理解以及管理過程的執行度，全員重視刀具合理存儲、高效流通、周密的交付過程，是實現刀具降本增效、流通防錯等管理效果的前提條件。

減員增效是先進管理系統的重要標志，是無人化工廠的發展趨勢。通過刀具智能管理系統，統一刀具技術標準，實現集團層面子公司的刀具橫向體系的育成。應用數字化刀具立體庫，加強與刃磨、調刀工作的集成化管理，減少管理環節及庫房占地面積，實現刀具庫管“0”人員。

(6)成本分析及考核標準

刀具管理最終目的是降低成本。國際上汽車行業的刀具成本考核一般以生產單臺產品的刀具消耗評價，按工序、生產線逐月、逐年考核(見圖10)。產品單臺成本既可作為考核生產線制造、管理水平的考核標準，也可作為人員考核參考依據。


在工藝固化的前提下，刀具消耗的單臺成本一般隨著產能提升而降低，其在產品生產準備及批量生產階段均有不同。產品量產之初，生產組織、工藝方法都尚未固化，刀具成本變動較大，針對生產線來說，各企業的考核標準按照量產時間逐年并適時調整。

考核標準是推動刀具降成本工作的重要依據，依據各自車間、生產線的不同特點，由管理層設置適當的考核標準，不僅能夠為整個生產團隊樹立清晰的目標，也能夠理清管理思路，以更加切合實際的手段來完成管理。刀具成本考核機制示意圖見圖11。


(7)管理的持續改善

在建設工廠信息管理系統時，需要關注頂層設計的全面性，功能模塊的完整性。滿足用戶需求，規避系統重復投資。持續的改善是刀具日常使用過程中的重要部分，是涉及到每一個人、每一環節的不斷改進：

①刀具編碼及合成刀二級編碼統籌及優化：經過編制—論證—修改—驗證的過程，實現大型車企各子公司刀具互用、互通，形成集團刀具管理的工具基礎;

②刀具數據庫完善優化：各分子公司通過刀具管理系統及統一的刀具編碼規則，由各子公司單獨的刀具數據庫實現互聯互通的集團刀具大數據系統，形成刀具管理的數據基礎;

③刀具技術優化：利用刀具數據庫實現刀具切削數據的積累、分析及評價機制，規范刀具應用技術標準，提升工藝技術水平，形成集團刀具技術基礎;

④刀具采購、使用成本優化：利用刀具系統，建立供應商評價機制，實現供應商平臺管理，使采購數量、周期標準化，降低庫存及使用成本;

⑤刀具管理流程優化：通過刀具系統，優化并整合各管理環節，降低管理成本;

⑥刀具管理數字化：基于RFID技術的刀具單品全生命周期的管理系統，與MES相結合，實現刀具加工數據的自動提取，從而實現真正的刀具智能化管理。

3 總結

集團化大型汽車公司各子公司或生產線的刀具管理模式各不相同，刀具及產品的種類、刀具供應商等千差萬別，刀具管理重點應以人員、數字化刀具管理系統、生產線的數據采集、刀具流通的管理機制等方面為出發點，管理層執行力及操作者等人為因素對刀具管理系統實施尤為關鍵。

數字化管理是目前制造業發展趨勢，通過采集刀具的相關數據，建立集團級刀具系統數據庫，采用統一的刀具編碼規則、先進的RFID技術、安卓系統的手持機，是切合當前“大數據”分析管理趨勢的相應模式。以數字化管理的手段實現單品刀具的全生命周期管理，是機械加工行業內落實降本增效，提升產品企競爭力的重要手段。