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分类号: 学校代号:11911UDC: 密级: 学号:2110401020 广东工业大学硕士学位
论文开放源
代码平台下基于Web的刀具数据管理 系统 刘洋 指导教师:王盛勇熬援扭电王程堂医 学科门类: 王 堂 专业名称: 扭越制造丞甚自动他 申请学位类别: 亟 ±
论文提交时间: 2QQ2生互且
论文答辩日期: 2QQZ生鱼且 学位授予单位: 亡丕王些太堂 摘要 摘要 随着制造业中刀具使用量的增加,传统刀具管理手段已不能满足目益复杂的刀具管理需求,加工企业中刀具管理成本也不断提升。
由于刀具的管理涉及刀具技术、管理科学、信息技术、人力资源等多方面问题、因此现代生产条件下大量刀具的管理作为一个管理难题逐渐为人们所关注。
从技术角度来看,当前刀具(数据)管理系统主要是以商业软件为开发平台的服务器,客户端(C/S)结构软件,因此刀具管理系统开发、部署、维护以及二次开发成本较高:而且由于管理软件本身采用封闭源
代码的商业开发工具及运行平台,对用户缺乏必要的开放性。
本文首先通过对国内外刀具管理系统研究与应用现状的综述,介绍了刀具管理方法与软件,分析了刀具管理系统的刀具数据管理、刀具识别与定位、刀具的状态监控与寿命预测、刀具的现场调度等关键技术,对国内外刀具管理存在的问题进行综述分析,魂立了建立一个经济、高效、安全、适合我国中小型企业的刀具数据管理系统这一目标。
文章在分析管理软件主流结构并对C/S及B/S结构系统进行了比较的基础上,对刀具数据管理系统软件结构进行了选择。
比较了刀具数据管理系统软件开发工具、操作系统平台、数据库平台、web开发语言和web开发平台;选择用统一建模语言做为建模语言,以FreeBSD操作系统、PHP语言、PostgreSQL数据库、Apache Web服务器台等软件搭建了完全免费开放源
代码的刀具数据管理系统开发平台。
然后运用面向对象(00)思想统一建模语言(UML)描述刀具数据管理系统。
对刀具数据管理系统进行了总体设计与建模,建立了基础数据管理、用户查询、库存数据管理、外部刀具数据调用、后台数据维护和数据安全等模块的模型。
最终在开放源
代码平台上实现刀具数据管理系统的框架和部分关键功能,建立了刀具的数据描述模型;设计并实现了刀具数据管理系统的刀具参数查询、简单库存数据管理、刀具外部数据调用、刀具数据管理系统后台管理等功能模块,并对服务器端数据安全、客户端数据安全和数据安全传输等做了一定的探讨;验证了开放源
代码平台下基于Web的刀具数据管理系统设计的可行性。
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论文 本文为刀具数据管理系统设计提供了一套完整的开放源
代码平台下基于Web的解决方案,以本方案实现的系统具有经济、高效、开放性好、安全、可移植性好等优势。
关键宇:刀具数据管理系统;开放源
代码;PostgreSQL:FreeBSD:PHP Ⅱ Abstract With the increasing tool consumption in the manufacturing industry,thetraditional tool management has become unable to meet the increasing and complexneeds.At the same time,the processing enterprisestool management cost is rising.Therefore,in the modem manufacturing production,the management tools graduallycoming to the foCUS. From the technical point of view,current tool(data)management system is basedon commercial software development platform,built with the server/client(C/S)structure,SO the cost of the development,deployment,maintenance and secondarydevelopment of tool management systems is high;As the software itself is usingclosed source commercial development tools and platforms,it’s lack of openness. Firstly,this article firstly introduces the method and software of the toolmanagement,gives a detailed analysis of the key technologies of the system,including tool data management,tool identification and location,tool conditionmonitoring,and tool scheduling,and aims to establish a tool data management system,which iS economical,ef!ficient,stable,and suitable for small and medium-sizedenterprises. After discussing the excellence of the B/S structure,the feasibility of opensource platform(FreeBSD,PostgreSQL,Apache,PHP),which is an emergingtechnology.On the base of object—oriented thought,unified modeling language(UML)is used to establish the functional modules of the system which includes sixsubsystems:tool data management,users,stock management,external dataexchange,System maintenance,and data securi哆;And FreeBSD,PHP,PostgreSQLand Apache are used as the developing platform,which is totally free and opensource. Eventually,achieves some key features of the system under open source platform,including tool data query,simple stock management,external data exchange,background management,and discuss the data security in the server side,data securityof the client,and the security of the data transmission. 1lI 三玺三些奎兰三兰堡圭耋堡篁圣 This article build a complete set of open source platform Web-based solutionframework that is highly efficiem,economical,open,and security,and prove thefeasibility of building a Web-based tool data management system under open sourceplatform.KeyWords:tool management;opensource;PostgreSQL;FreeBSD;PHP IV 广东工业大学工学硕士学位
论文 独创性声明 秉承学习严谨的学风与优良的科学道德,本人声明所呈交的
论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,
论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,不包含本人或其他用途使用过的成果。
与我一同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在
论文中作了明确的说明,并表示感谢。
本学位
论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的,
论文成果归广东工业大学所有。
申请学位
论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任,特此声明。
指导教师签翰
论文作者签字:毒’7;干 第一章绪论1.1引言 在一个现代化的制造企业,尤其是大型的机械制造企业中,使用的刀具可能多达几万种规格。
每把刀具的图纸和相互间的装配关系、适合用于哪些机床、适合加工的工件材质、加工不同零件的切削速度和迸给量、刀具的加工时间是多少、刀具的寿命是多少、刀具预调尺寸、刀具使用频率、刀具现有的库存量、最低安全库存量、库存位置、供应商、是否需要定货、订货后的交货周期和订货是否有其它条件等等,都需进行管理I¨。
在切削加工中,加工效率、工件的尺寸精度和表面质量等都与刀具参数相关;刀具的性能、质量及其管理直接影响到企业的产品质量、生产成本和生产效率。
据世界著名刀具供应商山特维克公司统计,16%的计划作业停止由于缺乏刀具造成,30.60%的刀具库存不在控制之中,机床操作人员20%的时间花费在查找刀具上ll J。
因此在诸多加工行业中,刀具管理单独作为一个重要管理模块,逐渐浮出水面。
理想的刀具管理模式应该涵盖刀具规划、采购、物流、调整、刃磨、修理、现场技术支持、加工问题分析和解决、刀具优化和刀具成本控制等多方面内容,有一套完善的体系来运作和控制,以期达到预定的目标,涉及到企业管理、质量管理、物流管理、刀具技术、制造工程、信息技术与数据库技术、财务与成本控制、人力资源管理等多个方面的工作,是一个系统性的问题12,3〕。
当前的刀具管理系统一般由刀具的加工和计划两大部分组成,功能结构如图1.1所示,包括刀具库存管理、刀具采购、NC编程参数查询等功能模块。
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论文 图1.1刀具管理系统结构 Fig.1-1 Structure ofthe tool management sysytem 就美国切削刀具协会统计数据来看,仅硬质合金刀具的销售额,逐年递增达5%,2005年销售额已达到88393万美元,预计2007年销售额将达到97890万美元,切削加工企业的刀具管理成本不断提升。
良好的刀具管理可以减少初期投资、工作人员、库存资金以及采购管理成本【31。
据TDM刀具管理系统的用户的反馈,实施刀具管理系统后,在刀具计划环节上节约费用约25%;在制造环节因减少设置和停顿时间而节约费用约10%,因减少刀具调整节约费用约15%【4】。
以刀具库存管理为例,通过刀具管理系统,用户可管理加工车间、调刀室、刀具库房、维修等刀具流通部门所放刀具的品种、规格、数量等详细信息。
不但如此,还可生成刀具成本评估清单和刀具利用情况统计表,以优化刀具使用成本及使用频率。
这些信息将有助于设备管理部门实现优化管理,降低制造成本的目标【4】。
此外,通过条码识别或无线射频识等别技术,还可以方便快捷地监测刀具的入库和流出、精确地管理刀具及其参数,大大提高刀具的管理效率。
1.2国内外刀具管理系统研究与应用现状1.2.1刀具管理方法与软件 由于刀具管理是一个系统性的问题,涉及研究内容较广,因此以往研究者一般只对其中某一方面的问题做出研究。
如荷兰Twente大学的R.M.Boogert等人对刀具描述数据结构做了比较详细的研究,提出了刀具的描述需要是数字和图片相结合‘51。
世界范围来看,奥地利的刀具咨询管理公司(TCM International ToolConsulting&Management)最早在1996年开展了系统性较强的刀具管理外包服务, 2 绪论至今刀具管理服务已形成一定的规模。
已经有一些发展比较成熟的刀具管理系统,比较典型的如TDM System(Tool Data Management System)、KATMS fKennametalAutomated Tool Management Solutions)、eTMS(Enterprise Tool ManagementSoftware)等。
其软件实现、功能模块以及软件开发商见表1.1。
在刀具管理系统应用方面。
国内的李毅、杨晓等从加工费用角度,分析了刀具对生产效率的影响达20—30%14J;达世亮、张书桥等,从发动机制造业的角度,分析了刀具管理的模式、重要性以及复杂性等〔2,31。
早在上世纪八九十年代,很多学者在对柔性制造系统(Flexible ManufacturingSystem,FMS)的研究过程中,提出了柔性系统中的刀具管理(ToolManagement),并对其建模与分析做了大量研究工作。
随着计算机网络网络和数据库技术的发展,基于网络的刀具一体化管理系统,是在互联网逐渐成熟的近十年被提出,刀具管理系统被赋予了新的含义。
在刀具管理系统平台方面,国内大部分研究也着眼与刀具管理系统的某一方面,如刀具参数数据库、刀具调度、刀具寿命等相关课题。
较为系统的研究刀具管理系统的有西北工业大学,对刀具全寿命周期管理进行了研究16】。
河北科技大学也对基于Web网络平台的刀具管理系统的模型做了一定的研究;上海交通大学提出了基于B/S结构的刀具管理,该系统以一家烟草企业现有刀具库为基础,通过企业内部局域网以及与ERP和PDM的数据接口实现了与ERP/PDM的信息集成与整合,从软件实现方面介绍了烟草刀具管理系统“1。
国内比较典型的刀具管理系统软件有Smart Crib,其功能模块见表1.1。
1.2.2刀具管理系统的关键技术 刀具的管理实质是对刀具流的跟踪、管理与优化,因此刀具的数据描述及存储、定位识别,状态监控以及调度优化等,是必不可少的核心实现技术。
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论文 表1.1国内外典型刀具管理系统软件及相关信息 Tab.1—1 Typical tool management systems 软件名称(软件提供商) 软件结构及主页 主要功能模块TDM System(Sandvik) C/S结构 刀具目录、库存控制、 支持条码识别 统计、购买,刀具数据 Oracle数据库 管理、与企业管理系统 Windows平台 的集成等。
www.tdmsystem.comKATMS(Kennametal) C/S结构 刀具数据管理、采购决 Windows平台 策、库存管理、分析报 Oracle数据库 表、加工参数优化、加 www.kennametal.com 工成本控制,刀具供应 商集成、企业管理系统 集成等。
eTMS(Tadcon,上海诺升机械) C/S和B/S结构 刀具数据库管理、刀具 支持条码识别 跟踪、库存控制、报表、 Oracle等多种数据 采购(需求,合同、报 库 告等)、与企业管理系 Windows平台 统的集成等。
www.tadcon.cornSmart Crib(兰光创新) B/S结构 系统管理、标准数据维 条码识别 护、刀柄管理、附件管 MSSQL数据库 理、组合刀具管理、贵 Windows平台 重刀具管理、量具管 www.19ex.gore 理、夹具管理、非标刀 具设计、库房预警、自 动订货功能、报表管理 41.2-2.1刀具管理系统中刀具数据管理 (1)刀具管理系统的数据存储平台。
刀具管理系统中,每一把刀具的各种原始参数和使用参数,都需要存储、查询、修改,因此数据存储是刀具管理系统必要基础。
对于刀具量较大的生产厂家,刀具相关的信息量是很大的,因此传统的文件存储信息机制已经不能胜任大量数据操作以及与ERP等管理软件的整合,需要专业的数据库平台。
当前应用比较广泛的商业数据库平台有甲骨文公司的Oracle、微软的SQL Server、IBM的DB2等。
由于开放源
代码(Open Source)数据库的不断发展和完善,如PostgreSQL、MySQL等开放源
代码的数据库平台也将是合适的选择。
(2)刀具管理系统中刀具的数据描述。
刀具自身参数以及加工环境繁多种类,决定了数据关系的复杂性,需要有一个较通用的刀具全寿命周期模型,同时具备一定的可扩展性。
如KennaMetal公司在其产品电子档案(Electronic ProductProfile,EPP)管理过程中,按尺寸规范,对刀具及夹具做了规范性的数据描述【g】,见图1.2。
为了准确的描述刀具的状态,将刀具信息分为静态信息和动态参数来进行建模,可以更好的实现不同刀具厂商的刀具管理【l o】 图1.2 Kennametal公司产品电子档案中的刀具数据描述模型 Fig.1-2 Tool data describe model in Kennametal’S EPP 随着对刀具管理理论模型的深入研究,刀具管理被细分为刀具基础数据库管理、工艺数据库管理、库存数据库管理、采购数据库管理、现场数据库管理、刃磨数据库管理和系统数据库管理等功能模块,形成了基于全寿命周期的刀具管理信息系统概念I们。
此外,数据库相关的还有数据库平台的选择、安全性以及扩展性等问题,也 广东工业大学工学硕士学位
论文是在部署刀具管理系统中不可忽略的因素。
1.2.2.2刀具管理系统中的刀具识别与定位 刀具管理过程中,刀具的识别与定位是一个不可回避的问题。
传统刀具管理的识别主要靠条码、刻字或刀座上的码盘等来识别,人工录入信息,对刀具进行跟踪、测量、记录。
随着加工效率和自动化程度的提高、换刀更加频繁,这种传统的人工跟踪刀具信息的方式已难以满足目前的加工对刀具信息的需求。
因此刀具本身或者刀具用户,需要一个自动化的刀具识别系统一一刀具的电子标签应运而生。
其意义在于识别和监控刀具,确保加工过程中都有合适的刀具。
根据对刀具数据的读取方式,刀具识别电子标签可分为接触式和非接触式。
当前刀具识别的主要非接触式识别技术有: (1)刀具管理系统中的条码识别技术。
条形码(BarCode),是用一组黑白相间、粗细不同的条状符号来表示刀具的名称、产地、价格、种类等信息的工具。
条形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。
在刀具管理系统应用中主要优点是成本低、应用灵活;缺点是易撕裂、污损或脱落、信息存储量有限、每次只能识别一个条码。
(2)刀具管理系统中的RFID技术。
RFID(Radio Frequency Identification,即射频识别技术),俗称电子标签,是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术,利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
目前RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。
RFID技术在刀具管理系统应用中主要有点是耐污染、可读取距离达、可识别高速运动物体、可擦写信息、储存数据容量大、可同时识别多个标签等;其缺点是价格较高,当前单个RFID标签最低成本达7美分,远高于条码的成本一一最低3分。
Omron公司则采用了无线射频技术(RFID)【10J (3)刀具管理系统专用识别技术。
从传感器的应用角度来看,传感器可分为专用传感器和通用传感器。
针对刀具管理系统,一些公司为专门开发了刀具识别传感器;如Pepperl+Fuchs公司采用的是其自己开发的识别传感器;Bilz公司也专门开发了“刀具诊断系统”的产品,提供接触式和非接触式传感器【l叭。
这种 6刀具专用识别技术在刀具管理系统中的优点在于针对性强;缺点在于缺乏通用性、成本较高。
基于上述对比,基于射频技术的无线识别将是是刀具识别系统的发展趋势。
1.2.2.3刀具的状态监控与寿命预测 (1)刀具管理系统中刀具的磨损状态检测。
刀具的状态直接影响着产品的品质、加工效率和刀具管理系统的选刀策略。
刀具状态的监测方法按监测手段,可分为直接测量和间接测量。
直接测量法包括测量刀刃位置、测量刀具耗损面等;间接测量包括测量切削力、测量主轴点击功率或扭矩、测量振动或切削噪声、测量声发射、测量工件尺寸、测量工件表面粗糙度、测量切削温度、测量工具与工具接触处电阻、测量刀刃上沉积的放射性元素等方法【I¨。
为了保证加工的不间断性,间接测量比较受欢迎,而且技术逐渐成熟,如Renishaw公司推出的TRSl非接触式刀具破损检测系统。
(2)刀具管理系统中刀具的寿命预测。
刀具从开始切削到完全报废,实际切削时间的总和称为刀具寿命。
作为衡量刀具状态的重要参数,刀具寿命预测也是刀具管理系统中必不可少的技术。
统计表明,刀具失效引起机床故障的首要因素。
由刀具失效引起的停机时间,占数控机床总停机时间的1/5~1/3〔12】。
因此对刀具寿命的预测和状态监控,对于保障顺利生产,显得格外重要。
1.2.2.4刀具的现场调度 满足加工需求的前提下,如何有效的提高刀具使用效率、降低刀具投入成本、预测刀具需求量,是刀具管理的核心任务之一。
刀具管理系统的有效实施,较大程度的提高机床工作时间,降低刀具库存。
但目前多数刀具管理系统,从本质上来说仅仅是一个刀具参数管理数据库,缺乏一个动态的调度过程【13】。
因此,刀具调度模型的建立及求解是刀具管理的重要任务之一。
刀具调度的核心目的在于在资金和环境.