刀具作為制造活動中的重要資源之一，貫穿于企業(yè)的整個生產(chǎn)過程。能否對刀具進行有效管理，不僅直接影響機床的正常使用及生產(chǎn)效率，還會影響加工成本（機械加工中，刀具的直接成本約占加工總成本的4%，間接成本約為直接成本的4倍[1]）。現(xiàn)有刀具管理系統(tǒng)（Tools Management System, TMS） 大都從生產(chǎn)制造的角度來分析刀具管理的模式和特點，『是簡單要求刀具管理滿足生產(chǎn)的需要，其功能主要體現(xiàn)在刀具的儲存、調(diào)度及監(jiān)控等方面，尚未包含刀具信息的全部內(nèi)容，存在一定的局限性，具體表以下三個方面[2-3]:

　　（1）刀具管理僅研究了刀具生命中的一個或幾個時期，缺少對整個刀具生命周期的分析，刀具信息不夠全面。

　　（2）刀具信息自成一體，造成刀具信息的孤島，即不同部門、不同系統(tǒng)之間信息不能共享，設(shè)計、生產(chǎn)、管理方面的數(shù)據(jù)出現(xiàn)脫節(jié)，不僅容易造成制造資源的浪費，還嚴重阻礙了企業(yè)信息化的整體進程。

　　（3）刀具管理以滿足生產(chǎn)制造中的刀具需求為目標(biāo)，沒有考慮到刀具全生命周期內(nèi)的成本問題，因而無法給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營提供決策支持。針對上述問題，本文構(gòu)建了一個基于B/S結(jié)構(gòu)的刀具全生命周期管理系統(tǒng)，并研究了基于XML Sche而刀具對象數(shù)據(jù)模式，以實現(xiàn)對刀具信息從采購到報損整個過程的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從而達到刀具數(shù)據(jù)共享的目的，為制造業(yè)信息化發(fā)展建立一定的基礎(chǔ)。

　　2 系統(tǒng)功能分析

　　面向全生命周期的刀具管理是圍繞刀具投入期、使用期、報廢期，對刀具進行集成化管理的一種方法。其系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

　　（1）投入期:在刀具投入期主要進行采購管埋，以及時滿足生產(chǎn)制造中的刀具需求，同時將采購信息及時反饋給庫房，做好人庫準(zhǔn)備;反饋給工藝部L做出調(diào)整工藝路線或加工方法的準(zhǔn)備。

　　（2）使用期:在刀具使用期主要進行刀具庫存管埋、刀具工藝管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、刀具現(xiàn)場管理等。刀具庫存管理主要對刀具的出人庫和回收進行管理，以保證生產(chǎn)現(xiàn)場刀具使用所需要的安全庫存量，并及時將庫存信息反饋給工藝人員，輔助工藝人員決策，反饋給采購人員，及時采購刀具"刀具工藝管理主要面向工藝人員，遁過提供各種刀具參數(shù)信息，輔助工藝人員制定工藝規(guī)程，并優(yōu)化刀具的選用。刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管埋是刀具全生命周期管理中最基礎(chǔ)的一個環(huán)節(jié)，它通過對刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理和維護來推動其它環(huán)節(jié)的有效運行。刀具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括刀具代碼、刀具基本參數(shù)、刀具幾何參數(shù)、刀具組件參數(shù)及機床參數(shù)等。刀具現(xiàn)場管埋主要遁過派工單、生產(chǎn)計劃單來制定刀具準(zhǔn)備清單，從而指導(dǎo)裝刀人員主動送刀，減少刀具準(zhǔn)備時明同時監(jiān)測現(xiàn)場刀具的切削狀態(tài)及磨損狀況，分析其加工性能及耐用度，預(yù)測使用壽命，必要時可及時換刀。

　　（3）報廢期:在刀具報廢期主要進行刀具刃磨管理和刀具報損管理。刀具刃磨管理主要對刃磨后刀具的相關(guān)參數(shù)進行管埋和維護，以確保刀具刃磨后再次進大加工環(huán)節(jié)的有效管理。刀具報損管理主要對刀具報損情況進行管理，一方面可以分析刀具的加工性能和工藝規(guī)程的合理性，另一方面也可以輔助對相關(guān)人員的績效考核。

　　以上分析表明，刀具全生命周期管理系統(tǒng)內(nèi)的各個模塊之司有著密切聯(lián)系:刀具采購管理要以刀具庫存管埋中的庫存信息為依據(jù)，刀具庫存管理要為工藝管理提供決策依據(jù)，刀具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是整個刀具全生命周期管理運行的基礎(chǔ)，刀具現(xiàn)場管理驅(qū)動刀具刃磨管理和刀具報損管理的運行。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計

　　面向全生命周期的刀具管埋系統(tǒng)必須解決的問題是各功能子模塊之司刀具數(shù)據(jù)的交換及共享，為此建立了如圖2所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。#p#分頁標(biāo)題#e#

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　刀具數(shù)據(jù)庫貯存刀具在其生命周期內(nèi)所有的相關(guān)信息，刀具信息模型是刀具管理系統(tǒng)內(nèi)外部數(shù)據(jù)交換的橋梁。在企業(yè)內(nèi)部，刀具管理系統(tǒng)各子模塊根據(jù)該刀具信息模型的定義規(guī)則，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換接口程序。發(fā)送數(shù)據(jù)時，接口程序負責(zé)采集需要傳送的刀具數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先定義的刀具信息模型，生成標(biāo)準(zhǔn)的刀具數(shù)據(jù)格式，傳遞給其它子模塊;接收數(shù)據(jù)時，接口程序則依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)刀具信息模型的定義，對接收到的刀具數(shù)據(jù)進行分析處理，提取該子模塊所需的刀具數(shù)據(jù)，并生成規(guī)范的數(shù)據(jù)格式。不同企業(yè)之間刀具信息的共享，則采用中司文件交換方式，即將刀具信息模型格式化為標(biāo)準(zhǔn)的、開放的中性文檔，從而實現(xiàn)不同企業(yè)平臺下的刀具數(shù)據(jù)共享。

　　4 信息模型

　　在全生命周期內(nèi)，刀具信息模型是刀具信息系統(tǒng)各模塊之司信息交換的標(biāo)準(zhǔn)，因此，建立一個標(biāo)準(zhǔn)的、完整的、開放的刀具信息模型是該刀具管理系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

　　4.1基于UML的刀具對象模型

　　通常情況下，刀具信息可以分為兩大類:刀具靜態(tài)數(shù)據(jù)和刀具動態(tài)數(shù)據(jù)。

　　（1）刀具靜態(tài)數(shù)據(jù):指刀具本身固有的，且不隨刀具使用而發(fā)生變化的屬性信息，即刀具的參數(shù)信息，包括刀具編碼、名稱、類型、材質(zhì)、幾何參數(shù)、結(jié)構(gòu)信息等，其中刀具編碼能唯一標(biāo)識每把刀具，是刀具實體在生命周期內(nèi)的信息采集的唯一標(biāo)識符。

　　（2）刀具動態(tài)信息:指那些隨著刀具使用業(yè)務(wù)流程的變化而變化的刀具信息，與具體業(yè)務(wù)相結(jié)合，包括庫存信息、刀具借用信息、裝配信息、刀具使用信息、對刀信息、刀具壽命信息及刀具位置/狀態(tài)信息。針對以上刀具信息，本系統(tǒng)采用基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的UML（ Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語言）[5]建立了如圖3 所示的刀具對象模型。在該對象模型中，刀具信息類是一個整體類，其屬性包含了基礎(chǔ)信息類、采購信息類、庫存信息類、借還信息類、現(xiàn)場信息類、刃磨信息類及報損信息類等七個部分類。此外，由于加工參數(shù)及刀頭參數(shù)等重要數(shù)據(jù)會在多個類中重復(fù)使用，為了減少數(shù)據(jù)冗余，將其分別定義為三個獨立的小類，以便被其它類引用。該模型基本涵蓋了刀具從采購到報損整個生命周期內(nèi)的所有重要信息，具有較好的完整性。

圖3 基于皿ML的刀具對象模型

　　4.2 基于XML的刀具數(shù)據(jù)模式

　　·XML（ extensible Markup Language，可擴展的標(biāo)識語言） 因其具有相對嚴謹?shù)亩x數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的語法，現(xiàn)在正逐漸成為艾持數(shù)據(jù)交換的一種標(biāo)準(zhǔn)。相對于傳統(tǒng)上定義XML文檔結(jié)構(gòu)使用的DTD（文檔類型定義，Document Type Definition）語言，XML Schema 在數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、語法直觀性方面有不可

　　替代的優(yōu)勢[6]，所以本系統(tǒng)選用XML Schema 來描述該刀具對象模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　在利用XML Schema 描述UML 刀具對象模型過程中，主要解決UML 到XML Schema 之間對應(yīng)的名稱空間映射、元素和元素值的唯一性、多樣性約束條件、繼承、內(nèi)容模型、元素順序、數(shù)據(jù)類型及鏈接等問題，從而將UML中的數(shù)據(jù)有效轉(zhuǎn)換為XML 中的標(biāo)記，并把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用XML Schema 表示出來。本系統(tǒng)制定了以下從UML對象模型到XML Schema 的映射規(guī)則:

　　（1）整個UML 模型映射成一個XML Schema 命名空間，模式中所有的元素（如element等）均在XML Schema 命名空間中。

　　（2）XML 模式元素名的唯一性通過模式文檔的上下文來確定。如果不能根據(jù)文檔上下文的限制來保證元素名的唯一性，則用具體的元素名標(biāo)識。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　（3）所有UML類均可生成XML Schema 中一個元素（lement）;但對于簡單的類（特別是部分類，如刀頭參數(shù)類等），亦可生成一個屬性組（atribute-Gmup） 。

　　（4）如果UML類屬性是基本數(shù)據(jù)類型，則映射到XML Schema中內(nèi)置數(shù)據(jù)類型;如果屬性是復(fù)雜數(shù)據(jù)類型，則映射到XML Schema 中個元素或者屬性組。

　　（5）UML類存在聚集關(guān)聯(lián)時，將部分類映射為整體類對應(yīng)元素的子元素。

　　根據(jù)以上映射規(guī)則，將圖3 的UML刀具對象模型轉(zhuǎn)換成圖4 所示的XML Schema 刀具對象數(shù)據(jù)模式。這種基于XML Schema 的刀具數(shù)據(jù)模式具有以下優(yōu)點:

圖4 基于XML刀具對象數(shù)據(jù)模式

　　（l）XML Schema 數(shù)據(jù)模式能較好描述刀具生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，是解決刀具系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)類型多樣性和復(fù)雜性及異構(gòu)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換和共享的理解方案。

　　（2）XML Schema 是刀具管理系統(tǒng)中XML 數(shù)據(jù)一致性、標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范性的保證，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和共享提供強有力的支持。

　　5 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　刀具管理系統(tǒng)采用B/S 三層結(jié)構(gòu)（見圖5），刀具信息模型、接口程序及各功能模塊等事務(wù)均在中間層（即應(yīng)用服務(wù)層）處理，客戶端（即Web測覽器） 不直接與數(shù)據(jù)庫進行交互。后臺刀具數(shù)據(jù)庫選用Microsoft SQL Server20OO，應(yīng)用服務(wù)器選用Microsoft Vistul Studio.Net 2003 作為開發(fā)工具，客戶端選用iE6.o測覽器。該系統(tǒng)具有使用簡便、客戶端配置低、跨平臺及易維護等優(yōu)點。

圖5 B/S三層結(jié)構(gòu)示意圖

　　6 結(jié)語

　　隨著數(shù)控加工設(shè)備的廣泛使用和數(shù)字化生產(chǎn)線、生產(chǎn)車間的建立，對刀具管理提出了迫切需求。本文通過對刀具全生命周期管理的分析和設(shè)計，同時對刀具信息模型的研究，實現(xiàn)了刀具從采購到報廢全生命周期的有效管理，從而為我國制造業(yè)信息化建設(shè)起到了一定的指導(dǎo)和借鑒作用。