数字化刀具管理：面向现代制造的统一、以客户为中心解决方案

设计与加工数字化关注凸显了更复杂数字化刀具管理（DTM）系统的重要性与优势。虽产生高度差异化及对通用系统定义的些许困惑，但推动了目标与能力向更全面、更以客户为中心演进。

早期制造软硬件发展多因建设者和开发商企业竞争而受阻，但刀具管理系统进步更多合作，从而更快更有效。

影响DTM发展的驱动因素包括：自动化系统中对刀具管理的需求、日益增长的中小批量复杂零件生产在职业车间层面的需求；ISO 13399等标准建立；MTConnect等合作项目及工业4.0旗下多子项目；客户对提供更高效率、更大灵活性、必要时多供应商关系系统的需求。

目前系统产品从执行有限功能的单个模块，到从CAM工位延伸至车间的整体包。西门子PLM软件制造数据管理创业负责人Corsin Buerer表示：“我们视DTM为整体信息系统关键组件，含组织刀具需求各层面的软件、响应自动化需求的能力、将刀具集成进CAM功能的能力。当然，因服务客户范围广，我们必须能提供适应个别制造商需求的广泛配置选择。”

Zoller Inc.（密歇根州安娜堡）总裁Alexander Zoller将DTM系统视为所有相关制造流程的“数字孪生”。“我们系统含数字孪生刀具库，以及完整加工/刀具功能信息，含机床、刀柄、刀具规格、几何及流程所需任何其他数据。信息必须对所有人可用，从CAM程序员到生产管理。”

Sandvik Coromant（新泽西州费尔朗）美洲数字化加工销售总监Jeff Rizzie从广角评估新DTM系统关键特性。“虽许多制造商通常从基本最小/最大系统起步补充刀具，但我们视全功能系统开发为未来关键。构建这些系统，我们主要目标是基于信息将如何被客户消费，提供更好的数据提供方式。”

客户敏感度对流程至关重要。“我们产品含与制造流程相关所有信息和流程的完整集成，”TDM Systems（伊利诺伊州肖姆堡）北美总监Gregg Bigleman说。“这将使企业更容易过渡到智能数字关联生产。关键要素是一切来自单一数据源。”

Seco Tools LLC（密歇根州特洛伊）STEP技术员Tyler Martin同样视刀具数据可用性为关键。“数据轻松获取至关重要。我们通过可从云端下载的模块提供刀具信息。我们符合ISO 13399确保客户需要时正确信息就在那里且易理解。”

Walter AG（德国图宾根）是刀具管理系统早期倡导者，今为大客户提供全服务能力。数字制造经理Florian Böpple评论：“我们早期刀具管理含售货机。今日，我们物流系统让我们通过集成整体包与公司合作，使他们能卸下刀具管理职能。最高扩展状态下，我们派人全职驻客户并采购所有刀具——甚至含竞品。我们负责预调、技术运行和机床优化。这让制造商专注核心业务，将刀具管理交给专业人士。”

作为响应载体，DTM将以结合制造进步和参与刀具公司愿景的方式演进。正如Alexander Zoller简练所言：“功能上，每年都会有新系统。”

TDM Systems的Bigleman强调需“连接全球多设施”，将提供持续效率。西门子Buerer，高级产品营销经理，强调DTM从起点的逻辑演进：“我们从数字刀具库开发进阶到致力于物理刀具管理的系统。这将含制造流程中任何刀具位置及库存刀具，因这在持续生产环境中持续构成挑战。”

Sandvik Coromant的Rizzie也引用系统发展路径。“历史上刀具管理系统基于静态刀具库存计算和相应更新。现代环境下这过时了，我们必须转向基于实时数据的动态趋势，含机上状态。实际上，我们正从离散向交互系统迈进。”

Walter通过刀具管理“驾驶舱”朝多通道概念努力。Böpple解释：“驾驶舱将为管理层随时间生成经济性报告，通过建立性能基线定义整体流程确定性节省。显然，客户不必知晓物流刀具数据。引入我们专长，我们能提供更有意义有效信息，尤其涉及加工流程时。另一驾驶舱将为Walter提供性能数据，使我们能改进刀具性能。”

客户输入与需求

改进数字化刀具管理系统的重要因素是客户输入与需求。客户需求与刀具制造商经验的综合正成为扩展DTM系统更标准能力的或许最重要贡献者。

Seco Tools的Martin引用对适用CAM系统的改进刀具数据库需求。“CAM能力对刀具管理系统实现全部潜力绝对必要。”Zoller说：“客户从大局着眼，再请我们合作开发具体方案。例如，普遍感知到查找特定刀具浪费时间。引入适当控制，我们能解决此问题。我们也看到对3D应用、可通过手机平板通信的移动能力的其他需求。”

考虑DTM安装的新客户带来若干需求，可用多种方式响应。TDM Systems的Bigleman说：“客户今日总看扩展、将更多制造流程纳入DTM系统。因此潜在新客户可通过简单‘螺栓式’增强在流程任何环节进入数字制造环境。初步步骤完成后，可向上游或下游扩展，无数据或效率损失。”

Rizzie赞同。“Sandvik Coromant，我们朝启动平台看，支持连接额外应用。此背景下，供应商须证明每新应用如何增加价值流。”

DTM初期开发阶段主要属大型OEM和相应大型刀具制造商，但行业同样由众多小型刀具公司组成，许多保持与最终用户（尤其是职业车间和小型制造商）的销售和咨询关系。数字化必然引发问题：那些资源将何去何从？

Walter的Böpple见到即将到来的“洗牌”，既因标准化也因DTM。“低端供应商与高端供应商持续博弈。低端者真无动力向系统迈进。他们最大威胁来自刀具，特别是商品级，越来越相似。”

Zoller设想小公司有位置，前提是满足关键要求。“小公司必须变更高效。我们见机会让它们与我们等公司合作覆盖小客户群。事实上它们丰富我们目录和数据库。”

填补大型DTM供应商与小型刀具制造商间缺口的服务公司数量也可能增加。据Buerer，“认真维持地位甚至增长的公司将能接入能增强其数据的供应商。此外，专精特定刀具学科如螺纹铣削的小制造商也将找到利基，并获与提供DTM大公司合作的额外优势。”

小型刀具供应商生存增长的重要因素Martin指出。“这些公司不仅能以合作形式嫁接现有系统，得益于云，其服务能力将更延伸高效。”

几大主要参与者纳入的开放平台策略将进一步支持小型刀具供应商。“我们‘品牌中立’，”Rizzie陈述。“任何刀具能在我们系统内连接。我认为得益于ISO 13399和MTConnect等整体项目，所有主要厂商最终都会如此。”

主要刀具制造商及其客户展现的DTM领导力、不同运营理念和特性，引发可扩展性问题。更全面系统编辑为更紧凑配置或模块化程度，很大程度取决于其固有目标和原始开发。

Böpple指出高度差异化。“最高效DTM系统由定义是全面的，因此对小公司可用性较低。这将持续，因大公司想要能立即实施、不仅需详尽蓝图、可能需关键修改的系统。小公司可分片实施模块，但诚实说那非整体系统。”

Martin预见“随更多协议成标准，更多DTM层面将对小运营可用。”Seco Tools系统源自广泛多样化刀具库衍生的多组件组合，用Buerer的话说，“非常可扩展。”

长期规划必要性

Bigleman引用任何系统开发中长期规划重要性。“每提案专为个别客户基于其需求开发。可简单起步分阶段实施计划，或从头整体方案。”

Rizzie采取不同方法，设想灵活多层路径，小中型DTM包含标准化组件将满足小运营需求。

日益增多的系统、模块和方法同样引发实施问题，这可能是客户采购决定因素。Böpple引用DTM成功全面规划重要性。“我们建议客户设想想去哪里——远超刀具管理。从整体规划导出策略，再选最佳合作伙伴实施方案。我们告诫客户别怕改变、别被过量数据淹没。结果远胜困惑。”

Martin建议一次性整合整个系统：“这不仅从运营视角、也从财务视角讲得通。选择一次性成本，客户避免不可预见附加项。”

“对客户沉重内部参与必须谨慎，”Zoller陈述。“组建团队最重要。这不只省时，还让最熟悉流程的人内部视角。然后优先关键领域分阶段实施。”

Buerer主张大公司范式转移、小公司“启动再扩展”策略。“大系统成功高度依赖准备和培训，人们一次掌握整体概念更合乎逻辑。财务或运营不可行处，我们建议从特定部门或机床组起步，了解系统、定义期望最终结果，再向外扩展。”

工业4.0影响

显然工业4.0倡议是DTM采用主要驱动力。实施速度程度因用户遵循协议紧迫性而异。

扩展方面，Buerer见需超越刀具的系统。“若公司愿增强自动化能力，必须认同DTM需求。更进一步，数字系统不能止步刀具，必须含工装和量具管理。”

Zoller视DTM为“完全契合4.0倡议。利用所有资源唯一有效方式是共享系统。这促进效率、正面影响资产负债表——费用驱动今日刀具室，我们正向全自动机器人刀具室迈进。”Martin说：“完全数字化制造系统本质必须整体。DTM是关键部分。订阅者对工业4.0认真。”

Rizzie指出：“工业4.0核心是连接概念。刀具管理必须互联，提供记录并最终影响从优化循环到刀具寿命一切的动态数据。”

虽普遍认同DTM需求，但对此类系统应如何构建实施、应含何内容的不同解读自然导致对近中期此类协议走向的可视化。另一因素涉及系统如何涵盖或调整适应新非传统方法、材料和技术。

Bigleman预见通信革命：“近期，不再有‘孤岛’。沟通必须清晰，行业需拥抱所有流程、系统、部门透明沟通理念。新技术涌现，提供商将开发连接它们所有的软硬件。”

Zoller预见“DTM系统持续发展，自然拥抱新材料技术，特别是客户自制刀具能力相关。”

Böpple相信金属切削行业工业4.0近期领导力将由大型OEM和刀具公司提供，以刀具优化为首要目标。“刀具制造商必须协助流程，从CAM、规划、采购、应用。这将让更高效找到最佳刀具——即使需全球产品搜索，我们通过GPS提供。”

新技术方面，他预见更多工件打印，特别是汽车航空航天，重轻量化和改进金属结构。但传统刀具仍将需要。

“随着一些客户开发制造自有半成品工件能力，他们必须同时确定精加工用何方法刀具，”Böpple说。“对大多数客户，粗加工也仍适用，特别是因新材料合金加工复杂性持续增加。此类任务需丰富经验知识，许多专家近退休年龄，培训新人至关重要。”

据Buerer，“近期，DTM系统将被要求提供更多3D数据、仿真能力。大量3D数据须来自刀具制造商，他们将与客户合作优化进给速度、最小化库存、打开刀具和加工流程反馈大门。”

Martin称快速数据创建/检索重点强化是关键。新技术方面，他信“因入门成本极高，引入先进增材制造对大多数客户非经济可行。考虑硬件、软件、人员投入，高度专用刀具开发最好与刀具制造商合作完成。”

Rizzie观察全层级连接将是DTM近中期主要推力。“加速连接将在若干案例定义专用刀具需求，某些实例需打印。关键因素涉及开发能交付最佳结果的材料。”

DTM多方向发散表明刚性协议不当。在以革命性设计、新且某些情况下定制材料、短时间前未闻方法机床为特征的动态制造环境中，“刀具”传统定义已拓宽。同样，制造中所有输入资产优化使用要求系统能容纳交互和离散功能。正如Rizzie观察，“数字化让我们从部落知识走向系统知识。”

虽制造界越来越多部分认可DTM系统必要性和必然性，但对这些协议将如何定义、实施、最终使用的理解差异巨大。ISO 13399、工业4.0、MTConnect等标准贡献一定结构，但关于系统应含什么（仅刀具还是刀具、工装、辅助设备）、谁负责系统持续管理（设施人员vs刀具制造商/供应商）、DTM功能延伸多远、含哪些部门（制造运营、财务、管理）、系统如何从实施向未来演进，争论持续。

曾可设想为刀具室更复杂版本的事物，因制造技术快速加速发展、全新替代（含增材制造和纳米技术）挑战模糊了什么构成刀具的定义而更复杂。

从这颠覆性技术众多丝缕中，似乎DTM系统将因零件材料性质、自动化程度、期望结果等因素，必然高度定制化、持续演进。显然，模块化将继续扮演主要角色。