面向全寿命周期管理的刀具直接标识与信息追踪技术研究

摘要

工装、物料的标识与信息追踪是库存管理以及生产过程管理的关键技术。由于生产过程以及自身的一些特点，造成对其标识和追踪具有相当大的难度，尤其对于工装中的刀具，至今没有有效的标识技术手段。制造执行系统的作业计划与调度很大程度上取决于工装、物料状态的反馈，由于标识与信息追踪困难，无法提供实时、准确的信息反馈，导致计划调度等决策信息的可执行性差，严重影响MES系统的执行效率。 针对刀具标识领域存在的技术瓶颈，本文采用激光标刻与条码技术相结合的方法，用于刀具的直接标识。首先以试验为基础，确定了不同材料、尺寸、形状、表面颜色、表面粗糙度刀具的直接标刻工艺方法，之后从条码磨损、划伤、油污、储存等对识别可靠性的影响，条码标刻深度、表面粗糙度和热影响区等对表面质量的影响，条码尺寸、标刻位置、标刻深度、表面颜色等对识别速度的影响等不同方面进行了分析，最后从条码的微观组织、疲劳寿命试验、拉伸试验、动平衡试验等方面系统研究了该方法对刀具强度、疲劳寿命以及动平衡的影响。试验和分析结果表面，刀具直接标识方法使刀具和条码成为一个整体，对刀具的表面质量、刀具的疲劳强度和刀具的动平衡没有影响，识别可靠性高。该方法为刀具的全寿命周期管理和信息追踪提供了有效的技术手段。 针对刀具加工过程信息采集和追踪方面存在的技术问题，本文对影响刀具信息追踪的三类实体包括刀具预调仪、条码识别设备以及数控机床的数据采集方法进行了研究。开发了串口读取模块，实现了刀具预调仪及条码识别设备刀具数据自动采集。以通用DNC软件平台DNC-MAX为依托，提出了不同数控系统加工过程数据的采集方法，包括宏指令、触发程序、定时上传记录等方式。 在刀具全寿命周期管理信息集成方面，提出了基于XML中间文件和视图的异构数据集成机理，通过定义刀具管理平台与CAPP系统刀具资源模型、DNC系统刀具资源模型的映射关系，给出了刀具工艺信息和状态信息的集成实例，解决了不同应用系统间刀具异构信息集成问题。 在突破上述关键技术的基础上，本文提出了刀具全寿命周期管理的概念，运用面向对象思想和IDEFO、UML等建模工具建立了刀具的资源分类模型，全寿命周期管理过程模型，加工过程信息追踪模型，全寿命周期管理功能模型，基于组件技术和J2EE标准体系结构完成了主要功能模块的开发。 本文以刀具全寿命周期追踪管理为主线，突破了刀具资源分类及建模、刀具直接标识、加工过程信息采集和异构信息集成等关键技术，开发了刀具全寿命周期管理平台。上述研究在XX航空公司数控加工车间获得了部分应用与验证，证明了基于条码直接标识技术刀具全寿命周期管理实现方式的有效性和实用性。本文的研究能够实现生产过程中刀具信息的实时采集、跟踪与管理，缩短刀具准备时间，提高刀具库存管理效率和生产效率，为企业的计划层、制造执行层，特别是MES系统提供准确、及时的反馈信息，使企业制定的生产计划和车间的作业调度更加准确与灵活，从而提高企业信息系统的执行效率。本文的研究对现阶段国有军工企业数字化生产线、生产车间建设具有重要的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 MES中的数据采集与资源信息追踪

1.1.1 MES研究现状

1.1.2 MES中的数据采集与资源信息追踪

1.2刀具标识与刀具信息追踪

1.2.1刀具标识技术

1.2.2基于DNC的刀具信息采集与追踪

1.2.3刀具信息管理

1.3研究的背景和意义

1.3.1研究的工程应用背景

1.3.2研究的项目背景

1.3.3研究的目的和意义

1.4研究内容和组织结构

1.4.1研究内容

1.4.2论文组织结构

第二章刀具全寿命周期管理建模与信息编码

2.1刀具全寿命周期管理的内涵

2.2刀具全寿命周期管理过程分析

2.3刀具信息追踪过程分析

2.4刀具资源信息模型

2.4.1刀具资源分类模型

2.4.2刀具资源特征的描述和表达

2.4.3刀具资源信息编码

2.5本章小结

第三章刀具激光标刻试验设计和工艺方法研究

3.1刀具激光标刻试验设计

3.1.1激光标刻设备的选择

3.1.2条码的选择

3.1.3条码识别设备的选择

3.1.4刀具的分类

3.2刀具激光标刻基本参数试验

3.2.1试验环境配置

3.2.2激光标刻与识别基本参数试验

3.3刀具激光标刻工艺试验

3.3.1不同材料刀具激光标刻工艺试验

3.3.2不同形状刀具激光标刻工艺试验

3.3.3不同表面颜色刀具激光标刻工艺试验

3.3.4不同表面粗糙度刀具激光标刻工艺试验

3.3.5小尺寸刀具激光标刻工艺试验

3.4本章小结

第四章刀具激光标刻试验研究与分析

4.1激光标刻对条码识别可靠性的影响

4.1.1条码磨损对识别可靠性的影响

4.1.2条码划伤对识别可靠性的影响

4.1.3条码破损对识别可靠性的影响

4.1.4油污对条码识别可靠性的影响

4.1.5刀具贮存对识别可靠性的影响

4.2激光标刻对条码识别速度的影响

4.2.1条码尺寸、标刻位置对识别速度的影响

4.2.2表面粗糙度对识别速度的影响

4.2.3条码标刻深度对识别速度的影响

4.2.4刀具表面颜色对识别速度的影响

4.2.5不同光照条件对识别速度的影响

4.3激光标刻对刀具表面质量的影响

4.3.1激光标刻深度

4.3.2表面粗糙度

4.3.3热影响区

4.4激光标刻对刀具力学性能的影响

4.4.1激光标刻对刀具金相组织的影响

4.4.2激光标刻对刀具疲劳寿命的影响

4.4.3激光标刻对刀具材料强度的影响

4.5激光标刻对刀具动平衡的影响

4.6本章小结

第五章基于DNC的刀具数据采集与信息集成技术研究

5.1刀具全寿命周期管理信息异构性分析

5.2刀具全寿命周期信息集成应用体系

5.3 DNC环境下刀具状态信息采集

5.3.1 DNC环境下刀具信息采集网络拓扑结构

5.3.2刀具预调仪及条码识别设备刀具数据采集

5.3.3数控设备刀具数据采集

5.4刀具全寿命周期信息集成实例分析

5.4.1基于视图方式集成DNC系统刀具资源信息

5.4.2基于中间文件方式集成CAPP系统刀具资源信息

5.5本章小结

第六章刀具全寿命周期管理平台开发与应用

6.1原型系统概述

6.2原型系统开发

6.3系统运行实例

6.4本章小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2主要创新点

7.3后续工作展望

参考文献

作者博士期间发表的学术论文

作者博士期间参与的科研工作

致谢