数字工具管理：多个概念开始融合

对设计和加工数字化的关注突出了更复杂的数字刀具管理 (DTM) 系统的重要性和优势。虽然这产生了很大程度的差异化，并且对普遍接受的系统定义产生了一些混淆，但它导致了更全面和更以客户为中心的目标和能力的演变。

虽然涉及硬件和软件的制造业早期发展的特点是制造商和开发商之间的企业竞争阻碍了这一进程，但工具管理系统的进步更加合作，因此更快、更有效。

影响 DTM 开发的驱动因素包括：自动化系统中对工具管理的需求，以及越来越多的在车间级别的中小批量复杂零件生产；建立ISO 13399等标准； MTConnect 等合作项目以及工业 4.0 下的多个子项目；以及客户对系统提供更高效率、更大灵活性以及在必要时建立多个供应商关系的需求。

目前，系统产品范围从执行有限功能的单个模块到从 CAM 站延伸到车间的整体套件。 Siemens PLM Software（德克萨斯州普莱诺）的制造数据管理初创公司负责人 Corsin Buerer 表示：“我们将 DTM 视为整个信息系统的关键组成部分，包括组织工装要求各个方面的软件、以满足自动化的需求以及将工具集成到 CAM 功能中的能力。当然，由于我们服务的客户范围广泛，我们必须能够提供多种配置来适应各个制造商的需求。”

Zoller Inc. (Ann Arbor, MI) 的总裁 Alexander Zoller 将 DTM 系统可视化为所有相关制造流程的“数字双胞胎”。 “我们的系统包括一个数字孪生工具库，以及完整的加工/工具功能信息，其中包括机器、刀架、工具规格、几何形状和整个过程所需的任何其他数据。从 CAM 程序员到生产管理人员，每个人都必须能够获得信息。”

在评估对新 DTM 系统至关重要的功能时，山特维克可乐满（新泽西州费尔劳恩）美洲数字加工销售总监 Jeff Rizzie 拥有广阔的视野。 “虽然许多制造商通常从基本的最小/最大系统开始补充工具，但我们认为全功能系统的开发对未来至关重要。在构建这些系统时，我们的主要目标是根据客户将如何使用这些信息来提供更好的数据提供方式。”

客户敏感性对流程至关重要。 “我们的产品包括与制造流程相关的所有信息和流程的完全集成，”TDM Systems（伊利诺伊州绍姆堡）北美总监 Gregg Bigleman 说。 “这将使企业能够更轻松地过渡到智能数字化生产。关键因素是一切都来自单一来源的数据库。”

刀具数据的可用性同样被山高刀具有限责任公司（密歇根州特洛伊）的 STEP 技术员 Tyler Martin 视为必不可少的。 “数据的易用性至关重要。我们通过可从云端下载的模块提供我们的工具信息。我们对 ISO 13399 的遵守可确保客户在需要时提供正确的信息，并且易于理解。”

Walter AG（德国蒂宾根）是刀具管理系统的早期倡导者，如今为更大的客户提供全面的服务能力。数字制造经理 Florian Böpple 评论说：“我们在工具管理方面的早期努力包括自动售货机。今天，我们的物流系统使我们能够与一家公司合作，通过集成一个整体包，使他们能够卸载工具管理功能。在最高的扩张状态下，我们将全职人员安排在客户身边，并购买所有工具——甚至包括来自竞争对手的一些工具。我们负责机器的预设、技术操作和优化。这使制造商能够专注于他们的核心业务，并将刀具管理交给专业人士。”

作为一种响应工具，DTM 将以结合制造进步和相关工具公司愿景的方式发展。正如亚历山大·佐勒 (Alexander Zoller) 简洁地说的那样，“从功能上讲，每年都会有一个新系统。”

TDM System 的 Bigleman 强调需要“连接世界任何地方的多个设施”，这将提供持续的效率。在西门子，高级产品营销经理 Buerer 从一开始就强调了 DTM 的逻辑发展：“我们已经从开发数字工具库发展到致力于物理工具管理的系统。这将包括制造过程中任何工具的位置以及库存中的工具，因为这在持续的生产环境中提出了持续的挑战。”

山特维克可乐满的 Rizzie 也引用了系统开发的路径。 “从历史上看，工具管理系统是基于工具库存和相应更新的静态计算。在现代环境中，这已经过时了，我们必须从实时数据（包括机器状态）转向动态趋势。实际上，我们正在从离散系统转向交互式系统。”

Walter 正在通过使用工具管理“驾驶舱”来实现多渠道概念。 Böpple 解释说：“驾驶舱将随着时间的推移为管理部门制定一份经济报告，通过建立绩效基线来确定整个过程中的最终节省。显然，客户不知道物流工具数据。通过整合我们的专业知识，我们可以提供更有意义和有效的信息，尤其是在加工过程中。另一个驾驶舱将为我们在 Walter 提供性能数据，使我们能够提高工具性能。”

客户意见和需求

改进数字工具管理系统的重要因素是客户的输入和需求。客户需求和工具制造商经验的综合结果可能是扩展 DTM 系统更标准功能的最重要贡献者。

山高刀具公司的 Martin 引用了改进适用于 CAM 系统的刀具数据库的要求。 “CAM 能力对于刀具管理系统发挥其全部潜力是绝对必要的。”
Zoller 说，“客户首先着眼于大局，然后要求我们与他们合作开发特定的解决方案。例如，搜索特定工具通常会浪费时间。通过引入适当的控制，我们可以解决这个问题。我们还看到了对 3D 应用程序以及可以通过手机和平板电脑进行通信的移动功能的其他需求。”

考虑安装 DTM 的新客户带来了几个需求，可以通过多种方式来回答。 TDM Systems 的 Bigleman 说：“今天的客户一直在寻求扩展并将更多的制造过程纳入 DTM 系统。因此，潜在的新客户可以通过使用简单的“螺栓固定”增强功能在流程中的任何地方进入数字制造环境。一旦采取了初始步骤，就可以在不损失任何数据或效率的情况下向上游或下游扩展。”

里齐同意了。 “在山特维克可乐满，我们正在寻找一个能够连接其他应用程序的入门平台。然而，在这种情况下，供应商有必要证明每个新应用程序增加价值流的方式。”

虽然 DTM 的初始开发阶段主要由主要 OEM 和相应的大型模具制造商负责，但该行业同样由众多小型模具公司组成，其中许多与最终用户，尤其是加工车间保持销售和咨询关系和较小的制造商。向数字化迈进必然会引发这样一个问题，即这些资源会发生什么变化。

Walter 的 Böpple 看到了即将到来的“洗牌”，这与标准化和 DTM 一样重要。 “低级供应商和优质供应商之间一直存在斗争。那些处于低端的人真的没有动力以任何身份进入系统。它们最大的威胁来自于工具，尤其是在商品层面上的工具变得越来越相似。”

Zoller 为小型公司设想了一个地方，只要它们满足关键要求。 “小公司必须变得更有效率。我们看到他们有机会与像我们这样的公司合作覆盖较小的客户群。事实上，他们填写了我们的目录和数据库。”

一些填补大型 DTM 供应商和小型模具制造商之间差距的服务公司也可能会增加。 Buerer 表示，“认真维护其地位甚至发展的公司将能够访问可以增强其数据的供应商。此外，专门从事某些工具学科（例如螺纹铣削）的小型制造商也将找到一个利基市场，并将获得与提供 DTM 的大公司合作的额外优势。”

马丁引用了小型制造商生存和发展的一个重要因素。 “这些公司不仅可以以合作伙伴的形式移植到现有系统上，而且借助云，他们的服务能力将变得更加扩展和高效。”

对较小的工具供应商的进一步支持将以几个主要参与者合并的开放平台战略的形式出现。 “我们是‘品牌不可知论者’，”Rizzie 说。 “任何工具都可以在我们的系统中连接。由于 ISO 13399 和 MTConnect 等整体计划，我认为所有专业最终都会发现这种情况。”

主要工具制造商及其客户在 DTM 方面表现出的领先地位，以及他们不同的操作理念和功能，提出了可扩展性的问题。更全面的系统可以编辑成更紧凑的配置或模块化的程度在很大程度上取决于它们的内在目标和原始开发。

Böpple 指出了高度的差异化。 “根据定义，最有效的 DTM 系统是全面的，因此，较小的公司不太容易使用。这种情况将继续存在，因为大公司希望系统能够立即实施，并且不仅需要广泛的蓝图，而且可能需要进行关键修改。较小的公司可以以零碎的方式实施模块，但老实说，这不是一个整体系统。”

Martin 预见到“随着更多协议成为标准，DTM 的更多方面将可用于小型运营。”山高刀具的系统起源于从一个广泛而多样化的刀具库中衍生出的多个组件的组合，这一事实使得该系统，用 Buerer 的话来说，“非常可扩展”。

需要长期计划

Bigleman 引用了长期计划在任何系统开发中的重要性。 “我们的每项建议都是根据个人客户的需求专门开发的。它可以从简单开始，并有一个分阶段的实施计划，也可以从一开始就采用整体方法。”

Rizzie 采用了不同的方法，并设想了一条灵活的多层路径，其中包含标准化组件的中小型 DTM 包将可用于满足小型运营的需求。

越来越多的系统、模块和方法同样提出了实施问题，这可能是客户购买决策的决定性因素。 Böpple 提到了全面规划 DTM 成功的重要性。 “我们建议我们的客户设想他们想要成为的地方——这远远超出了工具管理。我们从总体规划中得出战略，然后选择并整合最佳合作伙伴并实施解决方案。我们告诫我们的客户不要害怕做出改变或被过多的数据淹没。结果比混乱更可取。”

Martin 建议立即整合整个系统：“这不仅从运营角度来看，而且从财务角度来看都是有意义的。通过选择一次性成本，客户可以避免意料之外的附加组件和额外费用。”

“对客户的大量内部参与采取谨慎的态度是强制性的，”Zoller 说。 “最重要的是组建一个团队。这不仅节省了时间，而且使最熟悉流程的人能够了解内部情况。然后，对重点领域进行优先排序，分阶段实施。”

Buerer 提倡大公司的范式转变，以及小公司的“先起步后扩张”战略。 “大型系统的成功很大程度上取决于准备和培训，人们发现一次掌握整个概念更合乎逻辑。如果这在财务或运营上不可行，我们建议从特定部门或一组机器开始，了解系统并定义所需的最终结果，然后从那里扩展。”

工业 4.0 的影响

很明显，工业 4.0 计划是采用 DTM 的主要力量。它的实施速度和程度取决于用户遵守协议的紧迫程度。

在扩展方面，Buerer 认为需要超越工具的系统。 “如果公司希望提高自动化能力，他们必须满足对 DTM 的需求。此外，数字系统不能只停留在工具上，还必须包括夹具和仪表管理。”

Zoller 将 DTM 视为“完全适合 4.0 计划。利用所有资源的唯一有效方法是通过共享系统。这提高了对资产负债表产生积极影响的效率——费用正在推动今天的工具室，我们正在向全自动机器人工具室迈进。”
根据 Martin 的说法，“完全数字化的制造系统必须是整体性的。 DTM 是组合的关键部分。订阅者对工业 4.0 很认真。”

Rizzie 指出，“工业 4.0 的核心是连接概念。工具管理必须相互关联，以提供记录并最终影响从优化周期到工具寿命的所有方面的动态数据。”

虽然对 DTM 的需求达成了普遍共识，但对如何构建和实施此类系统以及应包含哪些内容的不同解释自然会导致此类协议在近期至中期未来的发展方向的可视化。另一个因素涉及系统包含或适应新的和非传统方法、材料和技术的方式。

Bigleman 预见了通信领域的一场革命：“在短期内，不会再有‘孤岛’。通信必须清晰，行业需要在所有流程、系统和部门中接受透明通信的理念。随着新技术的出现，供应商将开发连接它们的软件和硬件。”

Zoller 预见到“DTM 系统的持续发展将自然而然地采用新材料和技术，尤其是与客户制造自己的工具的能力有关。”

Böpple 认为，金属切削行业工业 4.0 的近期领导地位将由大型 OEM 和刀具公司提供，并将刀具优化作为主要目标。 “工具制造商必须协助流程，从 CAM、规划、采购和应用。这将使更容易更有效地找到最佳工具——即使这需要全球产品搜索，因为我们通过使用 GPS 来提供它。”

关于新技术，他预见到更多的工件打印，特别是在汽车和航空航天行业，重点是更轻的重量和改进的金属结构。但是，仍将需要传统工具。

“随着一些客户开发了创建自己的半成品工件的能力，他们必须同时确定在精加工过程中将使用哪些方法和工具，”Böpple 说。 “对于大多数客户来说，这仍然适用于粗加工工艺，尤其是由于新材料和合金的出现，加工的复杂性不断增加。这样的任务需要丰富的
经验和知识，而且随着许多专家达到退休年龄，培训新人至关重要。”

Buerer 表示：“近期，DTM 系统将被要求提供更多的 3D 数据以及模拟功能。大部分 3D 数据必须来自工具制造商，他们将与客户合作优化进给和速度，最大限度地减少库存，并为获得更多来自工具和加工过程的反馈打开大门。”

Martin 表示，越来越重视快速数据创建和/或检索是关键。至于新技术，他认为“由于进入成本非常高，采用先进的增材制造技术对大多数客户来说在经济上是不可行的。考虑到硬件、软件和人员方面所需的投入，最好与工具制造商合作开发高度专业化的工具。”

Rizzie 观察到，各个层面的连通性将成为 DTM 在近期和中期的主要推动力。 “在许多情况下，加速连接将定义对专用工具的需求，在某些情况下需要打印。这里的关键因素涉及开发能够提供最佳结果的材料。”

DTM 中的许多不同方向表明严格的协议是不合适的。在以革命性设计为特征的动态制造环境中，新的和在某些情况下定制的材料，以及不久前闻所未闻的方法和机器，“工具”的传统定义已经扩大。同样，制造中所有输入和资产的优化使用需要能够同时适应交互式和谨慎功能的系统。正如 Rizzie 所说，“借助数字化，我们正在从部落知识转向系统知识。”

尽管越来越多的制造社区承认 DTM 系统的必要性和必然性，但对如何定义、实施和最终使用这些协议的理解差异很大。虽然包括 ISO 13399、工业 4.0 和 MTConnect 在内的标准对结构做出了一定程度的贡献，但关于系统应包括哪些内容（仅工具或工具、固定装置和辅助设备）、谁应负责对系统进行持续管理的争论仍在继续。系统（设施人员与工具制造商/供应商），DTM 应在功能上扩展多远，应包括哪些部门（制造运营、财务、管理），以及系统应如何从实施发展到未来。

由于制造技术的快速发展以及包括增材制造和纳米技术在内的全新替代方案带来的挑战，这些曾经被设想为更复杂版本的工具室变得更加复杂构成一个工具。

在这种颠覆性技术的众多方面，似乎 DTM 系统必须高度定制，并根据零件和材料的性质、自动化程度和预期结果等因素不断发展。显然，模块化将继续发挥主要作用。