隨著加工中心的廣泛使用，作為核心制造資源之一的數控刀具在數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多個部門，各部門之間通常缺乏統一、高效的刀具信息管理，造成了刀具信息在企業內流通環節上的滯后，導致資源的浪費與生產的延誤。JIT、ERP、MES等管理思想均是以最大限度地合理利用資源、減少企業資源浪費、降低生產成本、提高產品服務質量，從而提高企業的市場競爭力為最終目標。它們的出現與應用，推進了企業管理信息化的進程，但在實際的工程應用中，尤其對于離散型制造企業，建立有效的基礎數據管理機制，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，因此在數據采集、生產監控、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，并在加工中心上實現刀具信息的輸入與更新。

1 需求分析與系統設計

　　1.1系統需求分析

　　對于車間生產加工人員，加工中心使用的刀具種類繁多、數據量大，每次裝刀都需要手動輸入大量的刀具參數，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節安裝讀寫器，就可以實現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芯片中存儲的數據應包含以下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，輔助加工人員完成數控編程；
　　(3)管理信息：包含刀具整個使用過程中的壽命信息與狀態。

　　1.2系統結構設計

　　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，在刀具的刀柄或聯接副上安裝RFID芯片，來實現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，為后續的操作提供實時數據源。

　　(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寫入840D數控機床系統變量；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)狀態管理：用于管理刀具全生命周期過程的實時信息與狀態，串聯協調整個管理鏈條，實現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。企業內多個部門參與其中，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的刀具流通過程如圖2所示。

2 設備通訊與數據傳輸

　　本系統采用BALLUFF BIS C系列RFID產品，編碼塊采用EEPROM存儲類型，最多可存儲511字節數據，支持的通訊接口類型RS232、RS422／485、20 mA／，ITY。考慮到目前機床數控系統與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議。

　　2.1 RFID通訊編程

　　根據需求初始化設置RFID處理器，確定通訊串口及其參數，如波特率、數據位、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的數據讀取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據，“0010”代表讀取10字節的數據，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處理器發送通訊報文還是將處理器返回的數據讀取到系統界面，都需要借助COM串口通訊實現數據傳輸。在VB開發環境中，通過MSComm控件可以方便地實現與控制COM串口通訊。首先要根據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、數據位、停止位、奇偶校驗等參數保持一致，否則無法實現串口通訊。讀取COM口數據模塊采用MSComm控件提供的事件驅動方式，即在通訊過程中出現收發數據或產生錯誤時，觸發OnComm事件，繼而判斷CommEvent屬性值確定事件類型，根據事件類型做出響應。COM口接受數據的代碼如下：

　　2.3 DDE機床通訊編程

　　西門子840D數控系統帶有刀具管理功能，集成了對刀具與刀庫的許多管理功能，包括刀具數據與刀庫數據的顯示與管理，如刀具壽命、刀具磨損與刀具補償等。這些數據按照不同的類型存儲在NCK各區域中，使用VB TextBox控件通過DDE鏈接可以實現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的Text·Box控件名稱，Linkhem項中輸入需要寫入NCK變量的參數路徑，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據。

　　2.4刀具壽命更新

　　西門子840D數控系統具有刀具壽命監控功能，可以自動記錄刀具加工時間，當刀具實際壽命小于預設限制壽命時，刀具狀態變為“不可用”，在下次加工時數控系統自動搜索替代刀具，被換下的刀具則進入刃磨、報廢環節。為了保證RFID芯片數據的實時性，在數控系統換刀時應更新RFID芯片中的刀具壽命信息，將數控系統NCK變量中的壽命數據寫入RFID芯片。本系統自動檢測與換刀有關的PLC數據塊，作為更新刀具壽命的觸發信號。換刀時的PLC數據塊狀態與芯片更新節拍如表3。

3 OEM開發與系統運行實例

　　3.1 OEM開發軟件簡介

　　OEM開發軟件是西門子公司專門為制造商或第三方開發者提供的進行二次開發的軟件，采用標準的程序語言與接口進行數據的傳輸，嵌入SINUMERIK840D數控系統實現二次開發的功能。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中各種變量與參數的訪問；
　　(3)R參數訪問；
　　(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，并創建動態鏈接庫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控系統硬盤指定位置，并修改部分系統文件，重啟數控系統完成嵌入。嵌入文件及其位置、作用如表4所示。

　　3.2 系統運行實例

　　使用OEM開發并嵌入SINUMERIK 840D數控系統后運行二次開發程序，實現機床級刀具信息的顯示，保障了派發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加工，提高了信息集成與自動化程度，系統運行如圖3所示。

4　 結語

　　圖3系統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開發車間級、企業級刀具管理應用程序，形成一套完整的基于RFID的刀具管理系統系統。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。系統開發不僅僅是程序代碼的編寫，更依賴于企業內部規則與標準的制定。要充分發揮刀具管理系統的作用，必須建立符合企業自身情況的數據標準與業務流程。例如，刀具的編碼規則，以及本文提到的類似“工作位置”的任務目標規則等。