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)量與種類上急劇增加。同時，刀具的整個生命周期涉及到企業(yè)多個部門，各部門之間通常缺乏統(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，導致資源的浪費與生產(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、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品服務質(zhì)量，從而提高企業(yè)的市場競爭力為最終目標。它們的出現(xiàn)與應用，推進了企業(yè)管理信息化的進程，但在實際的工程應用中，尤其對于離散型制造企業(yè)，建立有效的基礎數(shù)據(jù)管理機制，是成功實施上述管理方法的基礎。無線射頻技術(RFID)是20世紀90年代興起的一種非接觸式的自動識別技術，具有閱讀速度快、無磨損、抗污染能力強等特點，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用空間‘2 J。本文以RFID自動識別技術為基礎，通過安裝在刀柄處的RFID芯片跟蹤管理刀具在整個使用過程中的實時信息與狀態(tài)，并在加工中心上實現(xiàn)刀具信息的輸入與更新。

1 需求分析與系統(tǒng)設計

　　1.1系統(tǒng)需求分析

　　對于車間生產(chǎn)加工人員，加工中心使用的刀具種類繁多、數(shù)據(jù)量大，每次裝刀都需要手動輸入大量的刀具參數(shù)，效率低且容易引入人工錯誤，增加刀具準備時間，降低了生產(chǎn)效率。同時，到達極限壽命的刀具在刃磨、報廢的過程中，由于缺乏有效的標識，容易出現(xiàn)錯拿錯用的情況。采用RFID自動識別技術，將芯片安裝在刀柄位置，這樣刀具信息時刻跟隨著刀具，在刀具整個使用周期的各個環(huán)節(jié)安裝讀寫器，就可以實現(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確性，有利于縮短刀具準備時間、提高生產(chǎn)效率。

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

　　(1)身份信息：確定刀具的唯一標識，貫穿于整個刀具使用過程中，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：包含刀具整個使用過程中的壽命信息與狀態(tài)。

　　1.2系統(tǒng)結構設計

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

　　(1)信息采集：通過在加工中心的裝刀位置布置RFID讀寫頭，在刀具的刀柄或聯(lián)接副上安裝RFID芯片，來實現(xiàn)裝載刀具時刀具信息的自動采集，并將相關信息傳輸至后臺刀具信息管理系統(tǒng)，為后續(xù)的操作提供實時數(shù)據(jù)源。

　　(2)信息交換：將采集到的刀具信息顯示到機床控制面板，并將必要的工藝參數(shù)寫入840D數(shù)控機床系統(tǒng)變量；在加工換刀時將剩余壽命時間寫人RFID芯片中，實時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程的實時信息與狀態(tài)，串聯(lián)協(xié)調(diào)整個管理鏈條，實現(xiàn)物流與信息流的融合，提高整個管理的自動化程度。

　　1.3刀具管理流程

　　刀具的整個生命周期，通常包括計劃、采購、標識入庫、借出、裝配、使用、歸還、重磨、報廢等過程。企業(yè)內(nèi)多個部門參與其中，如采購部門、庫存管理部門、工藝部門、加工部門、對刀及維修部門等。面向加工中心的刀具信息管理系統(tǒng)的刀具流通過程如圖2所示。

2 設備通訊與數(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存儲類型，最多可存儲511字節(jié)數(shù)據(jù)，支持的通訊接口類型RS232、RS422／485、20 mA／，ITY?？紤]到目前機床數(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、奇偶校驗及輸入／輸出功能。然后編寫通訊報文，從而通過處理器將芯片內(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個存儲位置開始讀取數(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串口通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在VB開發(fā)環(huán)境中，通過MSComm控件可以方便地實現(xiàn)與控制COM串口通訊。首先要根據(jù)RIFD處理器的設置初始化COM口，使Pc設備管理器中的COM口、RFID處理器、MSComm控件中設置的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗等參數(shù)保持一致，否則無法實現(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)動方式，即在通訊過程中出現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)或產(chǎn)生錯誤時，觸發(fā)OnComm事件，繼而判斷CommEvent屬性值確定事件類型，根據(jù)事件類型做出響應。COM口接受數(shù)據(jù)的代碼如下：

　　2.3 DDE機床通訊編程

　　西門子840D數(shù)控系統(tǒng)帶有刀具管理功能，集成了對刀具與刀庫的許多管理功能，包括刀具數(shù)據(jù)與刀庫數(shù)據(jù)的顯示與管理，如刀具壽命、刀具磨損與刀具補償?shù)?。這些數(shù)據(jù)按照不同的類型存儲在NCK各區(qū)域中，使用VB TextBox控件通過DDE鏈接可以實現(xiàn)對這些變量的讀寫操作，將從RFID芯片讀取出的工藝信息快速寫入相應的NCK變量中，提高工藝信息輸入的準確性與效率。例如，將12號刀位刀具的長度補償寫人NCK刀具名變量中的代碼如下：

　　其中，LengthCompen為顯示刀具長度補償?shù)腡ext·Box控件名稱，Linkhem項中輸入需要寫入NCK變量的參數(shù)路徑，LinkMode項中的2代表手動模式，Link—Poke代表DDE會話中客戶端要求服務器寫人數(shù)據(jù)。

　　2.4刀具壽命更新

　　西門子840D數(shù)控系統(tǒng)具有刀具壽命監(jiān)控功能，可以自動記錄刀具加工時間，當?shù)毒邔嶋H壽命小于預設限制壽命時，刀具狀態(tài)變?yōu)椤安豢捎谩?，在下次加工時數(shù)控系統(tǒng)自動搜索替代刀具，被換下的刀具則進入刃磨、報廢環(huán)節(jié)。為了保證RFID芯片數(shù)據(jù)的實時性，在數(shù)控系統(tǒng)換刀時應更新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)寫入RFID芯片。本系統(tǒng)自動檢測與換刀有關的PLC數(shù)據(jù)塊，作為更新刀具壽命的觸發(fā)信號。換刀時的PLC數(shù)據(jù)塊狀態(tài)與芯片更新節(jié)拍如表3。

3 OEM開發(fā)與系統(tǒng)運行實例

　　3.1 OEM開發(fā)軟件簡介

　　OEM開發(fā)軟件是西門子公司專門為制造商或第三方開發(fā)者提供的進行二次開發(fā)的軟件，采用標準的程序語言與接口進行數(shù)據(jù)的傳輸，嵌入SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)二次開發(fā)的功能。OEM軟件包的主要功能有：
　　(1)人機界面上各種軟件的定義；
　　(2)NCU中各種變量與參數(shù)的訪問；
　　(3)R參數(shù)訪問；
　　(4)PLC中各種變量的訪問；
　　(5)NCU中文件的管理；
　　(6)MMC中文件的管理。

　　二次開發(fā)采用Visual Basic設計人機界面、編寫功能代碼，使用Visual c++編寫軟鍵文本，并創(chuàng)建動態(tài)鏈接庫DLL，使用寫字板編寫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)運行實例

　　使用OEM開發(fā)并嵌入SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)后運行二次開發(fā)程序，實現(xiàn)機床級刀具信息的顯示，保障了派發(fā)刀具能夠正確到達指定工作地點，輔助機床操作人員進行生產(chǎn)加工，提高了信息集成與自動化程度，系統(tǒng)運行如圖3所示。

4　 結語

　　圖3系統(tǒng)運行實例本文針對加工中心刀具信息管理的需求與RFID技術的特點，采用RFID芯片存儲刀具工藝信息與管理信息，實現(xiàn)刀具信息的顯示與快速輸入，降低了刀具準備時間與出錯率。在此基礎上可以繼續(xù)開發(fā)車間級、企業(yè)級刀具管理應用程序，形成一套完整的基于RFID的刀具管理系統(tǒng)系統(tǒng)。其特點是充分利用RFID自動識別技術的特點，彌補刀具管理過程中各部門信息交換滯后、物流與信息流異步的問題。系統(tǒng)開發(fā)不僅僅是程序代碼的編寫，更依賴于企業(yè)內(nèi)部規(guī)則與標準的制定。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)標準與業(yè)務流程。例如，刀具的編碼規(guī)則，以及本文提到的類似“工作位置”的任務目標規(guī)則等。