刀具识别技术在航天制造企业中的应用

　　刀具管理是现代管理科学与高新技术应用的有机结合，面对航天制造企业柔性化、高效率、高速加工、多变量控制的发展和挑战，刀具管理对航天制造业的生产效率和制造成本所产生的重大影响正引起越来越多的企业高层管理者的重视和思考。现在，越来越多的航天制造企业正试图改进对刀具的管理，探索新的刀具管理模式或管理方法，试图通过有效的刀具管理，大幅度提高刀具的性能和寿命，降低制造成本，提高生产率和加工质量。随着信息技术的不断发展，航天制造企业开始利用信息管理系统实现刀具的计划、采购、跟踪、监控、调度等全生命周期的管理。在刀具管理的过程中，刀具的识别是一个不可回避的问题。尤其在库存管理中，刀具的种类繁多，数量巨大，出入库操作频繁，如果没有有效、可靠的识别技术，库存管理很容易陷入混乱。同时，刀具的标识对于刀具的跟踪、追溯与监控都起着至关重要的作用。因此，如何有效地使用标识技术，是刀具管理系统能否成功应用的关键问题。  

    刀具标识技术概述  

    传统刀具管理的识别主要靠条码、刻字或刀座上的码盘等来识别，人工录入信息，对刀具进行跟踪、测量、记录。随着加工效率和自动化程度的提高、换刀更加频繁，这种传统的人工跟踪刀具信息的方式已难以满足目前的加工对刀具信息的需求。因此刀具本身或者刀具用户，需要一个自动化的刀具识别系统，刀具电子标签应运而生。其意义在于识别和监控刀具，确保加工过程中都有合适的刀具。根据对刀具数据的读取方式，刀具识别电子标签可分为接触式和非接触式。当前刀具识别的主要非接触式识别技术有：  

    （1）刀具管理系统中的条码识别技术。条形码（BarCode），是用一组黑白相间、粗细不同的条状符号来表示刀具的名称、产地、价格、种类等信息的工具。条形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。在刀具管理系统中主要优点是成本低、应用灵活；缺点是易撕裂、污损或脱落、信息存储量有限、每次只能识别一个条码。  

    （2）刀具管理系统中的RFID技术。RFID（RadioFrequencyIdentification，即射频识别技术），俗称电子标签，是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。目前RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。RFID技术在刀具管理系统应用中主要优点是耐污染、可读取距离大、可识别高速运动物体、可擦写信息、储存数据容量大、可同时识别多个标签等；其缺点是价格较高，当前单个RFID标签最低成本达7美分，远高于条码的成本——最低3分。Omron公司则采用了无线射频技术（RFID）。  

    （3）刀具管理系统专用识别技术。从传感器的应用角度来看，传感器可分为专用传感器和通用传感器。针对刀具管理系统，一些公司专门开发了刀具识别传感器。如Pepperl+Fuchs公司采用自己开发的识别传感器；Bilz公司也专门开发了“刀具诊断系统”的产品，提供接触式和非接触式传感器。这种刀具专用识别技术在刀具管理系统中的优点在于针对性强；缺点在于缺乏通用性、成本较高。  

    刀具标识技术在航天制造企业中的实现  

    刀具管理部门业务分析  

    在航天制造企业中，刀具管理的模式主要是采用总/分库的方式进行管理：由总库负责刀具的采购入库；面向个人和部门的工具发放由总库负责；车间工人向各分库借用和归还刀具。 

　　若总库没有所需刀具，则由总库提出购置申请，按相关程序审批后，由物资处进行采购，到货后入总库，各分库再填写领料单领取。  

    刀具管理系统概述  

    针对航天制造企业刀具管理的特点，企业数字化生产车间建立的迫切需求，按照企业刀具管理部门的需要，建立了一套C/S和B/S结构相结合的刀具管理系统。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。同时配备了自动化立体仓储设备，满足刀具库存自动化管理的要求。  

    条形码技术和编码实现刀具标识  

    航天制造企业的生产制造任务属于单件小批量生产，在型号任务的生产过程中，对刀具使用的特殊要求成为了刀具标识技术选择的关键。原有的刀具仓库内，每类刀具都存放在特制的金属盒中，管理人员在盒上用墨笔手工填写名称和规格，摆放在工具柜中，刀具的借用采用工具牌作为凭证，并手工记录到工具帐本上。这种管理方式较为简单，刀具的摆放不灵活，常年的工具帐本堆积数量较大，而且对于刀具借用的追溯查询也相当不便。

    因此，作为国防科技工业的航天制造企业对这种落后的管理方式急需改进，必须采用先进刀具标识技术来满足航天制造的技术需要。航天型号研制属于国防科技工业，具有严格的保密要求，因此RFID技术暂不能用于目前航天制造企业的刀具标识体系。从经费成本的角度考虑，传感器方式也不太适用，其技术也不太成熟。因此，在刀具管理系统的实施过程中，航天制造企业从经费成本、技术成熟度以及实现难度等方面考虑，将条形码识别技术作为刀具识别的技术手段是一个较为科学合理的选择。条形码技术具有输入速度快、可靠性高、经济实惠、易于制作等优点。条形码的种类繁多，有一维的、二维的，一维码包括128码、UPC码、EAN-13码等，从设备成本和实用性考虑，企业最终选择一维的128码作为条形码的输出格式。同时，考虑到涉及型号任务生产的刀具种类繁多、形状各异，为实现有效管理、合理使用，必须建立合理的编码规则，将每一类、每一种、每一把刀具的编码体系与条码技术相结合，从而实现在管理上有效地对刀具进行检索、调度和分发，同时合理安排生产计划和购进计划。根据航天制造企业的生产需要，结合刀具自身的基本参数，组成符合企业实际情况的编码规则。为确保编码的可扩展性，在辅码部分提供富余的编码字段。

    刀具编码规则设定如下：刀具编码由四部分组成：第一至三部分为刀具编码的主码，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。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。根据生产加工的要求，航天制造企业选择刀具规格作为刀具的辅码。在定义刀具编码规则之后，操作人员为每一种类的刀具定义了编码。通过刀具管理系统批量生成刀具条码标签，刀具条码标签是由刀具名称、刀具规格、一维128码、刀具编号以及用途等五个部分组成。  

    条形码技术的实际  

    应用企业的全部刀具在实现信息化管理的同时，为了减少刀具管理人员的工作复杂度，提高其工作效率，按照所定义的刀具编码规则，根据不同刀具的类别和存放位置制作出符合企业实际生产需要的刀具条码本。由于刀具种类繁多，按照用途和规格划分，每个库房的种类都在5000以上，总数量多达上万件，如何实现快速准确地获取刀具信息，成为整个项目的一个难点。 

　　为了解决刀具条码的识别问题，项目组先后提出了多种解决方案，最后根据企业的实际情况，一致认可采用条码本的方式记录刀具条码。条码本按照A4页的尺寸设计成30页的活页册，每页可插入20张条码标签，标签上标有通过条码打印机打印出的刀具名称、规格以及条形码。按照实际生产的需要，根据刀具种类给每个库房制作条码本，将各类刀具条码分类入册，实现条码扫描的要求。刀具编码规则结合条码扫描的实施和应用，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，刀具管理系统能对其进行识别，并自动定位刀具，显示刀具的相关信息等。条形码扫描替代了原有的手工记录借/归管理方式。总结由于航天制造企业的特殊性，一些先进成熟的识别技术还暂时无法应用到实际生产之中。例如，基于射频技术的无线识别RFID已经在很多行业得到推广和应用。目前，采用条形码技术对于以单件小批量生产为主的航天制造企业是一个较好的选择，能满足企业对刀具规范化、系统化、信息化的管理需求，提升了企业生产保障自动化的水平，为航天型号数字化生产线的建立奠定了良好的技术基础。随着信息技术的不断发展，刀具标识的方式必将会有日新月异的变化和进步，也必将为航天工程领域的科技进步发挥积极的作用。