基於（yú）RFI D的數控機床刀具管（guǎn）理（lǐ）係統研（yán）究-刀具網（wǎng）-數控機床市場網

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基（jī）於RFI D的數控機床刀具管理係（xì）統研究

2016-12-19 來源：蘭州理工大學機電工程學院作者：高尚剡昌鋒

摘（zhāi）要：數控加工過程中（zhōng）。對刀具（jù）管理自動（dòng）化的要（yào）求越來越高，但目前國內關於刀具管（guǎn）理係統自動化的研究相對較少。在結合RFID無線射頻技術的基礎上，提出了（le）一種基於RFID無線射頻技（jì）術的數控（kòng）機（jī）床刀具管理係統（tǒng）的實踐方（fāng）案。研究了刀具管理係統的基本（běn）架構。能夠實現（xiàn）刀具的日常管理、刀（dāo）具監測及快速選刀等功能。應用C#和SQL server軟件，開發了（le）刀具管（guǎn）理係統的模型。

關鍵詞：RFID數控機床刀具管理係統數據庫

1 .概述

機械製造業是國民經濟賴以發展的基礎，是其它經濟部門的生產手（shǒu）段（duàn）。決定著國家經濟實力（lì）、國防實力、綜合國力和在全球經（jīng）濟中的競爭與合作能力?，數控機床等機械加SE設備（bèi）對機械製造業起著至關（guān）重要（yào）的作用。工件的加工與成型依賴於（yú）各種數（shù）控刀具，數控刀具較為昂貴，且品種繁多，每把刀具又包含材（cái）料、形（xíng）狀、尺寸、壽命等諸多信息（xī），尤其是隨著數控加工設備和加工零件（jiàn）品（pǐn）種的不斷增加，其相應的資（zī）源信息也越來越龐雜。目前車間刀具（jù）識別（bié）與管理（lǐ）主要借助於人工或條形碼的方法，效率低、易出（chū）錯，且條碼易被汙染和損壞，難以有效實現刀具位置、使用、狀態與壽命的實時監測和跟蹤，導致刀具使用（yòng）混亂、出錯率高，資源浪費，進而影響產品的加工質量[2]。統計數據顯示，刀具費用占產品總（zǒng）成本（běn）的2％～4％，而刀具（jù）管理（lǐ）的費用占產品成本的15％～30％，遠遠高於刀具（jù）本身的（de）費用。

國外對（duì）刀具管理係統的研（yán）究開始較早，已（yǐ）經出現了一批（pī）較為成熟的刀具管理係統。國外刀具管理商用軟件主要有：英（yīng）國CTMS公司的CYMS，美國（guó）刀具（jù）供應商Cincinnati Milacron公司和德國Delkel公司開發的Tool Manager．德國TDM Systems GmbH公司開（kāi）發的TDM Systems．德國WALTER公司開發的TDM T001Assembly，瑞典Sandvik公（gōng）司成套商用刀具（jù）管理軟件Auto-TAS，美國Kennameta公司開（kāi）發的KATMS2等（děng）∽]。德國的刀具（jù）數據管（guǎn）理軟件（jiàn）TDM係統作為一種刀具管理軟件，可以從零件、庫存、切削參數（shù）、刀具壽命等方麵對刀（dāo）具進行全方位的管理。另一家（jiā）著名公司Sandvik公司開發的Auto—TAS。覆（fù）蓋了從采購、統計與（yǔ）報告、刀具室（shì）計劃支持和質量管理，集成了從（cóng）設計到製（zhì）造的全過程（chéng）[61。

賓夕法尼亞大學Cheng Chen—Yang等提出把RFID技術應（yīng）用於（yú）刀具供應鏈管理，達到了極大減少工作量、減少手動輸入錯誤、較少數據錄人（rén）時間（jiān）的效果[7]。國（guó）內刀具管理係統起步（bù）較晚，相比發達國家，國內的刀具管理係統自動化（huà）程（chéng）度低。上海飛機製造廠數控中心CIMS-V程的（de）MIS係統中的刀、工、夾、量具子係統，通（tōng）過基於ORACLE數據庫，基本解決了車間在刀（dāo）、工、夾、量（liàng）具管（guǎn）理方麵的問題，並可以與數控車間CIMS工程（chéng）的其它子係統進行集成，提高了數（shù）控車間的整體效益。西北（běi）工業大（dà）學較為係統地研（yán）究出了刀具管理係統，對刀具全壽命周期管理進行了研究[9]。

RFID(Radio Frequency Identification)即無線射頻（pín）技術。通過讀寫器和安裝於載體上的（de）RFID標簽，能夠實現對載體的非接觸識別和數據信息交換。再加上其具有方便快捷、識別速度快、數據容量大、使用壽命長、標簽數（shù）據（jù）可動態更改、抗（kàng）幹（gàn）擾能力強等特點，較條碼而言具（jù）有更好的安全性。RFID在工業生產中的應用主要集中在裝（zhuāng）備線上零部件的追蹤與管理和生產線（xiàn）物料監控，但在（zài）信息流、物料流比（bǐ）較繁雜的生產加工環節上應用很少。而這些環節往往具有更大（dà）的發展空間，能為企業節約更（gèng）多成（chéng）本。

基於RFID技術而建立的刀具管（guǎn）理係統（tǒng），通（tōng）過RFID來（lái）實現刀具管（guǎn）理（lǐ）的自動化。提高刀具管理（lǐ）的準確性、快速性以及（jí）穩（wěn）定性，其在硬件上采用RFID讀寫器、電子標（biāo）簽、天（tiān）線等設備器件；軟件上采用C#和SQLServer來實現刀具信息管理的自動化。目前。該係統已經初具規模，能夠（gòu）實現預想的基礎功能。

2.係統硬件及管理

2．1 射頻識別係統概述

最基本的RFID係統由標簽(Tag)、讀寫控製器(Reade／Write Device)、天（tiān）線(Antenna)i部分組成，如圖1所示。電子標簽（qiān）中一般保存有約定格（gé）式的電子（zǐ）數據，在實際應用中，電子標簽附著在待識別物（wù）體表麵上。閱讀器可無（wú）接觸地讀取並識別電子標簽（qiān）中（zhōng）所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的．通常閱讀器與電（diàn）腦（nǎo）相連．所讀取的標簽信息被傳送到電腦上進行下一步處理””。

2．2 刀具識別（bié）流（liú）程

刀具識別流程（chéng）如圖2所（suǒ）示．先由上位機發出指令，再（zài）由下位機經過解碼後（hòu）傳遞給固定在刀具庫上的讀寫設備。讀（dú）寫器通過天線發射電（diàn）磁波，形成一定範圍的電磁（cí）場．當附著在刀具刀（dāo）柄部分的抗金屬電子標簽進入該（gāi）電磁場後．產生感應電流（liú），電子標簽獲得能量被激活。然後（hòu）電子標簽將（jiāng）自身的信息通過（guò）其內置的（de）天線發送出去．係統接收天線收到從電子標簽發送的載波（bō）信號，經天線調（diào）節器傳送到（dào）讀寫設備，讀寫設（shè）備再將信息傳遞給下位機，再由（yóu）下（xià）位機將信息轉換成數字信號反饋（kuì）給上位機，進而將刀具信息顯示在用戶界麵（miàn）上。

3.刀具管理係統

3．1 係統架構

刀具（jù）管（guǎn）理係統的基本（běn）架構如圖3所示，用（yòng）戶通過

軟件（jiàn）用（yòng）戶窗（chuāng）口界（jiè）麵（miàn）可以（yǐ）對設備、采購（gòu）、庫存等多種信息（xī）進行管理，還可以控製RFID讀寫（xiě）器對附著在刀具上的電子標簽進行讀／寫操作、SQL Server運行於Windows平台，是高（gāo）性能、高可靠（kào）性、高（gāo）質量的關係數據庫管理係統．筆者選擇（zé）SQLServer數據庫（kù）。

3．2軟件（jiàn）係統的主要功能

對刀具管理係統的設計主要是為了使其能夠實現用戶（hù）管理、讀寫器基本參數設置、識別刀具、刀具選用等基礎功能，為後（hòu）續刀具壽（shòu）命實時（shí）監測等複雜功能的實現（xiàn）奠定基礎。

3．2．1用戶管理

用戶管理是最基本的功能．決定了哪些人能夠進入該（gāi）係統對其進行信息增（zēng）刪等。

用戶登錄界麵及用戶管理（lǐ）界麵如圖4、圖5所示，該模塊可以添加多個用戶，以及一個具有刪除（chú）用戶等多種權限的超級用戶，用戶在（zài）注冊時，需要輸入（rù）指定的秘鑰（yào）才能注冊成功，這就保證了刀具管理係統的安全（quán）性。同時便於對係統的管理。

3．2．2讀寫器基本參數設置

讀寫器在（zài）工（gōng）作之前需對其進行針對工作環境的需

要而進行的各種參數設置，使其（qí）處於（yú）正常的工作狀態。參數設置界麵如圖6所示。

在此界（jiè）麵，能夠根據不（bú）同的識別對象及環境設置RS232串口號、串口波特率等讀寫器的（de）基本參數，同時（shí）具有連接讀寫器、斷開讀寫器等按鈕（niǔ），以（yǐ）及讀寫器發生故障時對（duì）其的重啟按（àn）鈕，便於對讀寫器的控製（zhì）與操作。

3．2．3識別刀具

當電子標簽進（jìn）入天線的識別範圍時。需要由界麵來顯示被識別刀具的各項參數信息。

識別刀具界麵如圖7所示。界麵左側有操控完成讀取刀具電子標簽上（shàng）信息的讀取標簽按鈕．當讀寫器讀取到電子標簽（qiān）中的EPC號時，會在後台與數（shù）據庫中的EPC號進行比對，在界（jiè）麵右側窗口顯示出對應刀具的（de）各項參數；當查找數據庫中無此EPC號時，彈出窗（chuāng）口“是否添加新的刀具”．從而添加（jiā）新的刀具．更新數據庫（kù）中的信息。

3．2．4刀具選（xuǎn）用

刀（dāo）具選用界（jiè）麵（miàn）如圖8所示，在界麵左側設置（zhì）了兩個選擇刀具（jù）的（de）條件，進行最基本的（de）選刀，分別是刀具材料（liào）、加工工序。兩個條件采用（yòng）選擇式按鈕．刀具材料包括金剛石、陶瓷、立方氮化（huà）硼、塗層、硬質（zhì）合金以及高（gāo）速鋼等常用的刀具材料；加工工序包含切削、鑽（zuàn）削、鏜削、銑削（xuē）等最基本的加工工序。在數據庫中，每條EPC號對（duì）應的刀具基本參數包含有（yǒu）其刀具材料、適用的加工工序以及刀庫號等，當選定了（le）刀具選擇（zé）條件後，係統會匹配出（chū）滿足該條件的刀具，將刀具及其各項參數顯示在右側窗口，用戶可以清晰地看到其所在（zài）的刀庫號，便於加工過（guò）程（chéng）中的選刀。

4.結論

筆者提出了一種基於RFID的彩控刀具管理係統架構，以實現刀（dāo）具作息的管理自動化，采用C#和（hé）SQlServer實（shí）現了部（bù）分功能。包含幫助假用者（zhě）的快速選（xuǎn）刀及刀具（jù）狀態的實時盥測等（děng）功能。未來（lái）將進一（yī）步實（shí）現刀具彤態的實（shí）時監測，並對刀具信息管理（lǐ）係（xì）統的各項功（gōng）能進行優（yōu）化完善，確保該係統能夠更加（jiā）穩定地運行，快速性和準確性都能得（dé）到一定提（tí）升。

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