刀具管理及其在汽车制造业中的应用

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1.引言
" O+ G! D, N2 \    刀具管理(Too1 Management)的概念最早由美国在20世纪80年代提出，并于15年前首先应用于美国通用汽车公司的“土星项目”，但当时刀具管理涉及的刀具类型比较简单(非精密刀具)，内容也仅局限于物流管理。通过不断完善和改进，如今刀具管理已发展为一个完整的管理模式，其应用范围也逐步拓展，一些企业在新项目开始阶段即应用刀具管理参与项目支持。20世纪90年代以来，刀具管理开始在德国等欧洲企业推行。目前已有越来越多的企业(尤其是汽车生产企业，如匈牙利的Opel工厂、德国大众波兰工厂、美国通用上海工厂等)采用了刀具管理模式。
    在机械加工中，刀具的直接成本一般约占加工总成本的4％(如刀具寿命提高30％，则加工总成本可降低1％)。而刀具的间接成本(包括刀具的选择、检测、仓储、购买、修理、修磨、管理等产生的成本)约为刀具直接成本的4倍，因此减少刀具间接成本是降低刀具费用最具潜力、最有效的途径。企业引入刀具管理系统对使用的刀具进行优化管理，可节省刀具的仓储、采购、管理等费用，优化加工工艺，达到提高产品质量、降低生产成本的目的。
' I' f/ O4 |/ A. ]/ V    2.刀具管理的内容与运作模式
    2.1 刀具管理的流程与模式
    刀具管理的含义是围绕产品的技术、质量和成本，在生产过程中优化刀具供应，进行企业内部和外部刀具信息的沟通交流以及刀具物流管理。刀具管理系统主要包括应用和项目两大模块。应用模块的主要功能为刀具使用技术咨询和生产加工工序优化，其工作范围涉及刀具选择、工艺改进(如切削参数优化)等。项目模块的主要功能为按照产品图纸提供整个零件的加工方案，并合理配置相应刀具。刀具管理的工作流程为：项目方案/计划→资料整理→订购→仓储→刀具调整→物流→修磨，再涂层，修理→工艺优化。
. m+ a$ l' M4 `+ \4 {9 H. W6 ?7 K0 v    根据刀具管理的工作内容，可将刀具管理归纳为以下所列的三种模式：
    模式－管理方式－刀具类型－刀具管理参与时间－费用支付方式－适用范围
! s+ m  g% b: W    模式I－由代理商进行刀具管理－简单刀具－投产以后参与－每件刀具－航空、电冰箱等生产企业
- _0 d: T8 C; o1 Z. n1 Y8 V/ n* i. g    模式Ⅱ－仅对一个零件或一个生产区域实施刀具管理－精密刀具－投产以后参与－每件成品－汽车整车、零部件生产企业
% q/ {2 e/ }( ^/ H: z- ~1 d    模式Ⅲ－整个工厂的刀具管理－精密刀具－项目OEM时参与－每件成品－汽车整车、零部件生产企业
    2.2 刀具管理的五个层次
. t! \. J3 b0 t    根据刀具管理内容的差别，刀具管理可划分为不同的层次，有的仅涉及刀具的仓储管理；有的则包括刀具的修磨、调整和现场刀具供货；有的要求至少一位技术工程师长驻现场，直接为用户服务。目前．国外一般将现有刀具管理服务划分为由低到高的五个阶段(层次)：
0 s' s2 @5 R3 |2 z; O    阶段1：刀具修磨和准备，刀具采购
    阶段2：刀具修磨和准备，刀具采购，刀具咨询
, m+ Y  ~+ ~/ N# _$ f    阶段3：刀具修磨和准备，刀具采购，刀具咨询，供货到现场，技术鉴定，仓库管理，持续改进
    阶段4：刀具修磨和准备，刀具采购，刀具咨询，供货到现场，技术鉴定，仓库管理，持续改进，解决问题，每件付款
8 a% F, G* r" D* Z- Z8 d/ C9 m5 y; x. b# m    阶段5：刀具修磨和准备，刀具采购，刀具咨询，供货到现场，技术鉴定，仓库管理，持续改进，解决问题，每件付款，项目研究和开发，生产和过程优化，现场修磨和调刀
0 x, X; p" f( l, s    (1)在第一、第二阶段，刀具管理的主要内容为刀具修磨和刀具准备，这种服务可满足用户的基本需求。
    (2)在第三、第四阶段，刀具管理的主要任务为过程优化、改善和库存管理。从第三阶段开始，刀具管理经理的个人素质将影响为客户服务的质量。第三、第四阶段与第五阶段的区别在于客户必须更多地依赖于自己的刀具知识，刀具管理经理只是一位具备相应资格的咨询者。目前应用的大部分刀具管理只能达到第三、第四阶段的水平。
    (3)第五阶段(最高层次)除包括第一～第四阶段的工作内容外，还包括以下内容：刀具管理经理长驻生产现场；制造现场设置专门的刃磨机床用于修磨刀具；设有自己的刀具库，可直接在生产现场进行刀具测量和预调，提供刀具修理、修磨和涂层服务，并及时向生产线提供刀具，保证生产正常运转。在此阶段，刀具管理经理完全参与到项目之中，对刀具的配置和应用进行优化。刀具管理经理需要掌握整个项目的刀具技术，其工作质量直接影响工艺优化效果。第五阶段的刀具管理费用不是按所消耗的刀具数量来收取，而是按生产的工件数量计算，同时对每年刀具费用的降低比例提出了明确要求。
- @7 h! Z3 ^) P# _) G# l    2.3 刀具管理的具体内容
    根据刀具管理的工作流程，刀具管理包括以下具体工作内容：
    (1)项目计划：对整个项目的刀具管理提出方案设想，参与项目开始的OEM及刀具配置，按照产品图纸设计加工刀具和加工方案。
- b8 Q' u3 n, E+ a# v# j    (2)资料整理：收集完整的刀具设计图、刀具调整图、刀具切削参数和刀具寿命资料；整理刀具费用数据。
    (3)刀具订购：根据原始的配刀方案和优化后的刀具清单订购刀具，订购数量由刀具库存量和待加工产品产量决定。
3 f" L4 f5 C1 x    (4)库存管理：将所有刀具存储在中央仓库中，用专用计算机管理软件进行仓储管理，可自动统计库存刀具的品种、规格、数量并提供每天的刀具订购量。
3 l) N+ V+ e! q* W    (5)刀具调整：由刀具管理者按照刀具调整图在调刀室进行刀具调整。
    (6)物流管理：①将新刀具运至中央仓库；②将调整好的刀具提供给所有机床(一般在机床前有一个刀具车或刀具箱)；③将使用过的刀具回收到修磨场地。
    (7)刀具修磨、再涂层、修理：①清理检查使用过的刀、辅具；②对使用过的钻头、丝锥、刀片等进行修磨或再涂层；③对可再次使用的辅具进行修理。
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   (8)工艺优化：①与用户一起进行加工工艺技术分析；②提出工艺改进和刀具优化方案；③进行工艺对比试验，确定工艺优化方案。
( {9 w$ j8 _+ x% U# e    3.刀具管理应用实例
" @! B! O! B7 u! @% L    (1)VW Chemnitz公司的刀具管理
- K$ s2 B3 o3 b- V) N    德国大众Chemnitz发动机厂的前身是东德Barkas—Wark公司，1992年被德国大众兼并。建立新厂后由Guehring公司负责工厂的刀具管理。项目基本情况如下：①目前仅对连杆和缸盖生产线采用刀具管理；②年生产能力50～100万件；③管理对象：加工中使用的近150种不同刀具，包括硬质合金钻头、砂轮、丝锥、珩磨条、铣刀片、PCD刀片等(标准刀具由其它刀具厂商提供)；④刀具直接放置于生产线的工具箱里，每条生产线有两张申领刀具的条形卡，由专人负责刷卡领刀，并将使用过的刀具放入工具箱；⑤Guehring公司在工厂附近设有一个服务中心；⑥VW Chemnitz公司按生产的每件成品支付刀具管理费用。
! _: ?* j/ z1 X7 x    (2)VW Motor Poland公司的刀具管理
, y* P& ?0 X( y$ W6 l# l2 Z9 B2 R    德国大众波兰发动机工厂1999年8月开业，每天生产2000台发动机。工厂建立时就由奥地利TCM公司负责刀具管理。项目基本情况如下：①对缸盖、凸轮轴生产线采用刀具管理；②刀具管理者参与项目方案及刀具设计；③管理对象：l5家刀具供应商的近400种刀具；④TCM公司投资300万(DM)，在生产现场设置刃磨机床、刀具预调仪等，现场配备6个操作人员，刀具管理经理每月到现场一次；⑤刀具管理内容涉及订购、仓库管理、修磨、工艺优化等；⑥VW Motor Poland公司按生产的每件成品支付刀具管理费用。
3 S/ d4 P2 d8 V9 B    4．结语
    20世纪90年代以来，德国大众、宝马和美国通用、克莱斯勒等汽车制造公司在欧洲的工厂中纷纷采用刀具管理。日本虽有不少学者对该管理模式进行研究，但日本企业在生产线上采用刀具管理模式的不多。在生产线上采用刀具管理虽有许多优点，但也存在需要完善之处。
    作为一种现代管理模式及方法，刀具管理具有以下特点：
5 T0 B% H; |$ |3 |# ]" Q: z    (1)有利于刀具的合理、充分利用，不仅可降低刀具直接成本，而且可降低刀具间接成本(减少刀具仓储、采购费用，为用户企业精简刀具管理机构，减少刀具管理人员)；优化加工工艺，提高产品质量，降低生产总成本。
    (2)刀具管理特别适用于新建项目，且在新厂运行的2～3年内应用效果较好(2～3年后则可由用户自行管理)。
: y! ?: {" ?- w# I" M+ e  {4 [, D    采用完全的刀具管理模式也存在一定弊病，如可能导致刀具用户丧失对相关切削技术的掌握等。此外，刀具管理模式的正常运行必须以管理方和刀具用户双方的诚信合作为前提条件，这样方能保证在刀具发生异常损耗时双方可共同协商、解决问题。
! U. s/ I& A- H+ @; U    目前，有关刀具管理的理论与方法仍需结合生产实践不断予以丰富和完善。