隨著加工中心的廣泛使用，作為核心制造資源之一的數(shù)控刀具在數(shù)量與種類(lèi)上急劇增加。同時(shí)，刀具的整個(gè)生命周期涉及到企業(yè)多個(gè)部門(mén)，各部門(mén)之間通常缺乏統(tǒng)一、高效的刀具信息管理，造成了刀具信息在企業(yè)內(nèi)流通環(huán)節(jié)上的滯后，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)與生產(chǎn)的延誤。JIT、ERP、MES等管理思想均是以最大限度地合理利用資源、減少企業(yè)資源浪費(fèi)、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力為最終目標(biāo)。它們的出現(xiàn)與應(yīng)用，推進(jìn)了企業(yè)管理信息化的進(jìn)程，但在實(shí)際的工程應(yīng)用中，尤其對(duì)于離散型制造企業(yè)，建立有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理機(jī)制，是成功實(shí)施上述管理方法的基礎(chǔ)。無(wú)線射頻技術(shù)(RFID)是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有閱讀速度快、無(wú)磨損、抗污染能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控、物流管理上具有廣大的應(yīng)用空間‘2 J。本文以RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)安裝在刀柄處的RFID芯片跟蹤管理刀具在整個(gè)使用過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息與狀態(tài)，并在加工中心上實(shí)現(xiàn)刀具信息的輸入與更新。

1 需求分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1系統(tǒng)需求分析

　　對(duì)于車(chē)間生產(chǎn)加工人員，加工中心使用的刀具種類(lèi)繁多、數(shù)據(jù)量大，每次裝刀都需要手動(dòng)輸入大量的刀具參數(shù)，效率低且容易引入人工錯(cuò)誤，增加刀具準(zhǔn)備時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率。同時(shí)，到達(dá)極限壽命的刀具在刃磨、報(bào)廢的過(guò)程中，由于缺乏有效的標(biāo)識(shí)，容易出現(xiàn)錯(cuò)拿錯(cuò)用的情況。采用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，將芯片安裝在刀柄位置，這樣刀具信息時(shí)刻跟隨著刀具，在刀具整個(gè)使用周期的各個(gè)環(huán)節(jié)安裝讀寫(xiě)器，就可以實(shí)現(xiàn)刀具信息的快速顯示與更新，極大地提高了刀具信息管理的效率與準(zhǔn)確性，有利于縮短刀具準(zhǔn)備時(shí)間、提高生產(chǎn)效率。

針對(duì)加工中心保證刀具正確使用、輔助工藝過(guò)程的需求，RFID芯片中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)包含以下3類(lèi)(如表1所示)：

　　(1)身份信息：確定刀具的唯一標(biāo)識(shí)，貫穿于整個(gè)刀具使用過(guò)程中，保證正確的刀具出現(xiàn)在正確的位置，避免刀具誤用；
　　(2)工藝信息：記錄刀具工藝參數(shù)，輔助加工人員完成數(shù)控編程；
　　(3)管理信息：包含刀具整個(gè)使用過(guò)程中的壽命信息與狀態(tài)。

　　1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　基于上述分析，面向加工中心的刀具信息管理系統(tǒng)的基本框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，共有3個(gè)功能：

　　(1)信息采集：通過(guò)在加工中心的裝刀位置布置RFID讀寫(xiě)頭，在刀具的刀柄或聯(lián)接副上安裝RFID芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)裝載刀具時(shí)刀具信息的自動(dòng)采集，并將相關(guān)信息傳輸至后臺(tái)刀具信息管理系統(tǒng)，為后續(xù)的操作提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源。

　　(2)信息交換：將采集到的刀具信息顯示到機(jī)床控制面板，并將必要的工藝參數(shù)寫(xiě)入840D數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)變量；在加工換刀時(shí)將剩余壽命時(shí)間寫(xiě)人RFID芯片中，實(shí)時(shí)更新刀具的壽命信息。

　　(3)狀態(tài)管理：用于管理刀具全生命周期過(guò)程的實(shí)時(shí)信息與狀態(tài)，串聯(lián)協(xié)調(diào)整個(gè)管理鏈條，實(shí)現(xiàn)物流與信息流的融合，提高整個(gè)管理的自動(dòng)化程度。

　　1.3刀具管理流程

　　刀具的整個(gè)生命周期，通常包括計(jì)劃、采購(gòu)、標(biāo)識(shí)入庫(kù)、借出、裝配、使用、歸還、重磨、報(bào)廢等過(guò)程。企業(yè)內(nèi)多個(gè)部門(mén)參與其中，如采購(gòu)部門(mén)、庫(kù)存管理部門(mén)、工藝部門(mén)、加工部門(mén)、對(duì)刀及維修部門(mén)等。面向加工中心的刀具信息管理系統(tǒng)的刀具流通過(guò)程如圖2所示。

2 設(shè)備通訊與數(shù)據(jù)傳輸

　　本系統(tǒng)采用BALLUFF BIS C系列RFID產(chǎn)品，編碼塊采用EEPROM存儲(chǔ)類(lèi)型，最多可存儲(chǔ)511字節(jié)數(shù)據(jù)，支持的通訊接口類(lèi)型RS232、RS422／485、20 mA／，ITY?？紤]到目前機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)與PC一般配有COM串行通訊接口，因此采用RS232作為設(shè)配之間的通訊協(xié)議。

　　2.1 RFID通訊編程

　　根據(jù)需求初始化設(shè)置RFID處理器，確定通訊串口及其參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)及輸入／輸出功能。然后編寫(xiě)通訊報(bào)文，從而通過(guò)處理器將芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)讀取COM通訊串口。例如，R 0050 0010 V

　　其中，“R”為頭命令，“0050”代表從芯片的第50個(gè)存儲(chǔ)位置開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)，“0010”代表讀取10字節(jié)的數(shù)據(jù)，最后的“V”是該命令的BCC校驗(yàn)碼。RFID常用處理器操作命令如表2所示。

　　2.2 MSComm控件通訊編程

　　不管是向RFID處理器發(fā)送通訊報(bào)文還是將處理器返回的數(shù)據(jù)讀取到系統(tǒng)界面，都需要借助COM串口通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在VB開(kāi)發(fā)環(huán)境中，通過(guò)MSComm控件可以方便地實(shí)現(xiàn)與控制COM串口通訊。首先要根據(jù)RIFD處理器的設(shè)置初始化COM口，使Pc設(shè)備管理器中的COM口、RFID處理器、MSComm控件中設(shè)置的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)等參數(shù)保持一致，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)串口通訊。讀取COM口數(shù)據(jù)模塊采用MSComm控件提供的事件驅(qū)動(dòng)方式，即在通訊過(guò)程中出現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)或產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，觸發(fā)OnComm事件，繼而判斷CommEvent屬性值確定事件類(lèi)型，根據(jù)事件類(lèi)型做出響應(yīng)。COM口接受數(shù)據(jù)的代碼如下：

　　2.3 DDE機(jī)床通訊編程

　　西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)帶有刀具管理功能，集成了對(duì)刀具與刀庫(kù)的許多管理功能，包括刀具數(shù)據(jù)與刀庫(kù)數(shù)據(jù)的顯示與管理，如刀具壽命、刀具磨損與刀具補(bǔ)償?shù)?。這些數(shù)據(jù)按照不同的類(lèi)型存儲(chǔ)在NCK各區(qū)域中，使用VB TextBox控件通過(guò)DDE鏈接可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些變量的讀寫(xiě)操作，將從RFID芯片讀取出的工藝信息快速寫(xiě)入相應(yīng)的NCK變量中，提高工藝信息輸入的準(zhǔn)確性與效率。例如，將12號(hào)刀位刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償寫(xiě)人NCK刀具名變量中的代碼如下：

　　其中，LengthCompen為顯示刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)腡ext·Box控件名稱(chēng)，Linkhem項(xiàng)中輸入需要寫(xiě)入NCK變量的參數(shù)路徑，LinkMode項(xiàng)中的2代表手動(dòng)模式，Link—Poke代表DDE會(huì)話(huà)中客戶(hù)端要求服務(wù)器寫(xiě)人數(shù)據(jù)。

　　2.4刀具壽命更新

　　西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)具有刀具壽命監(jiān)控功能，可以自動(dòng)記錄刀具加工時(shí)間，當(dāng)?shù)毒邔?shí)際壽命小于預(yù)設(shè)限制壽命時(shí)，刀具狀態(tài)變?yōu)椤安豢捎谩?，在下次加工時(shí)數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)搜索替代刀具，被換下的刀具則進(jìn)入刃磨、報(bào)廢環(huán)節(jié)。為了保證RFID芯片數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，在數(shù)控系統(tǒng)換刀時(shí)應(yīng)更新RFID芯片中的刀具壽命信息，將數(shù)控系統(tǒng)NCK變量中的壽命數(shù)據(jù)寫(xiě)入RFID芯片。本系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)與換刀有關(guān)的PLC數(shù)據(jù)塊，作為更新刀具壽命的觸發(fā)信號(hào)。換刀時(shí)的PLC數(shù)據(jù)塊狀態(tài)與芯片更新節(jié)拍如表3。

3 OEM開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

　　3.1 OEM開(kāi)發(fā)軟件簡(jiǎn)介

　　OEM開(kāi)發(fā)軟件是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為制造商或第三方開(kāi)發(fā)者提供的進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的軟件，采用標(biāo)準(zhǔn)的程序語(yǔ)言與接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，嵌入SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)的功能。OEM軟件包的主要功能有：
　　(1)人機(jī)界面上各種軟件的定義；
　　(2)NCU中各種變量與參數(shù)的訪問(wèn)；
　　(3)R參數(shù)訪問(wèn)；
　　(4)PLC中各種變量的訪問(wèn)；
　　(5)NCU中文件的管理；
　　(6)MMC中文件的管理。

　　二次開(kāi)發(fā)采用Visual Basic設(shè)計(jì)人機(jī)界面、編寫(xiě)功能代碼，使用Visual c++編寫(xiě)軟鍵文本，并創(chuàng)建動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL，使用寫(xiě)字板編寫(xiě)初始化配置與順序控制文件，然后將特定文件拷貝到數(shù)控系統(tǒng)硬盤(pán)指定位置，并修改部分系統(tǒng)文件，重啟數(shù)控系統(tǒng)完成嵌入。嵌入文件及其位置、作用如表4所示。

　　3.2 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

　　使用OEM開(kāi)發(fā)并嵌入SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)后運(yùn)行二次開(kāi)發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)床級(jí)刀具信息的顯示，保障了派發(fā)刀具能夠正確到達(dá)指定工作地點(diǎn)，輔助機(jī)床操作人員進(jìn)行生產(chǎn)加工，提高了信息集成與自動(dòng)化程度，系統(tǒng)運(yùn)行如圖3所示。

4　 結(jié)語(yǔ)

　　圖3系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例本文針對(duì)加工中心刀具信息管理的需求與RFID技術(shù)的特點(diǎn)，采用RFID芯片存儲(chǔ)刀具工藝信息與管理信息，實(shí)現(xiàn)刀具信息的顯示與快速輸入，降低了刀具準(zhǔn)備時(shí)間與出錯(cuò)率。在此基礎(chǔ)上可以繼續(xù)開(kāi)發(fā)車(chē)間級(jí)、企業(yè)級(jí)刀具管理應(yīng)用程序，形成一套完整的基于RFID的刀具管理系統(tǒng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是充分利用RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)，彌補(bǔ)刀具管理過(guò)程中各部門(mén)信息交換滯后、物流與信息流異步的問(wèn)題。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不僅僅是程序代碼的編寫(xiě)，更依賴(lài)于企業(yè)內(nèi)部規(guī)則與標(biāo)準(zhǔn)的制定。要充分發(fā)揮刀具管理系統(tǒng)的作用，必須建立符合企業(yè)自身情況的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與業(yè)務(wù)流程。例如，刀具的編碼規(guī)則，以及本文提到的類(lèi)似“工作位置”的任務(wù)目標(biāo)規(guī)則等。