刀具作為制造活動中的重要資源之一，貫穿于企業的整個生產過程。能否對刀具進行有效管理，不僅直接影響機床的正常使用及生產效率，還會影響加工成本（機械加工中，刀具的直接成本約占加工總成本的4%，間接成本約為直接成本的4倍[1]）。現有刀具管理系統（Tools Management System, TMS） 大都從生產制造的角度來分析刀具管理的模式和特點，『是簡單要求刀具管理滿足生產的需要，其功能主要體現在刀具的儲存、調度及監控等方面，尚未包含刀具信息的全部內容，存在一定的局限性，具體表以下三個方面[2-3]:

　　（1）刀具管理僅研究了刀具生命中的一個或幾個時期，缺少對整個刀具生命周期的分析，刀具信息不夠全面。

　　（2）刀具信息自成一體，造成刀具信息的孤島，即不同部門、不同系統之間信息不能共享，設計、生產、管理方面的數據出現脫節，不僅容易造成制造資源的浪費，還嚴重阻礙了企業信息化的整體進程。

　　（3）刀具管理以滿足生產制造中的刀具需求為目標，沒有考慮到刀具全生命周期內的成本問題，因而無法給企業生產經營提供決策支持。針對上述問題，本文構建了一個基于B/S結構的刀具全生命周期管理系統，并研究了基于XML Sche而刀具對象數據模式，以實現對刀具信息從采購到報損整個過程的標準化管理，從而達到刀具數據共享的目的，為制造業信息化發展建立一定的基礎。

　　2 系統功能分析

　　面向全生命周期的刀具管理是圍繞刀具投入期、使用期、報廢期，對刀具進行集成化管理的一種方法。其系統功能模塊如圖1所示。

圖1 系統功能模塊圖

　　（1）投入期:在刀具投入期主要進行采購管埋，以及時滿足生產制造中的刀具需求，同時將采購信息及時反饋給庫房，做好人庫準備;反饋給工藝部L做出調整工藝路線或加工方法的準備。

　　（2）使用期:在刀具使用期主要進行刀具庫存管埋、刀具工藝管理、基礎數據管理、刀具現場管理等。刀具庫存管理主要對刀具的出人庫和回收進行管理，以保證生產現場刀具使用所需要的安全庫存量，并及時將庫存信息反饋給工藝人員，輔助工藝人員決策，反饋給采購人員，及時采購刀具"刀具工藝管理主要面向工藝人員，遁過提供各種刀具參數信息，輔助工藝人員制定工藝規程，并優化刀具的選用。刀具基礎數據管埋是刀具全生命周期管理中最基礎的一個環節，它通過對刀具基礎數據的管理和維護來推動其它環節的有效運行。刀具的基礎數據主要包括刀具代碼、刀具基本參數、刀具幾何參數、刀具組件參數及機床參數等。刀具現場管埋主要遁過派工單、生產計劃單來制定刀具準備清單，從而指導裝刀人員主動送刀，減少刀具準備時明同時監測現場刀具的切削狀態及磨損狀況，分析其加工性能及耐用度，預測使用壽命，必要時可及時換刀。

　　（3）報廢期:在刀具報廢期主要進行刀具刃磨管理和刀具報損管理。刀具刃磨管理主要對刃磨后刀具的相關參數進行管埋和維護，以確保刀具刃磨后再次進大加工環節的有效管理。刀具報損管理主要對刀具報損情況進行管理，一方面可以分析刀具的加工性能和工藝規程的合理性，另一方面也可以輔助對相關人員的績效考核。

　　以上分析表明，刀具全生命周期管理系統內的各個模塊之司有著密切聯系:刀具采購管理要以刀具庫存管埋中的庫存信息為依據，刀具庫存管理要為工藝管理提供決策依據，刀具基礎數據管理是整個刀具全生命周期管理運行的基礎，刀具現場管理驅動刀具刃磨管理和刀具報損管理的運行。

　　3 系統設計

　　面向全生命周期的刀具管埋系統必須解決的問題是各功能子模塊之司刀具數據的交換及共享，為此建立了如圖2所示的系統結構。#p#分頁標題#e#

圖2 系統結構圖

　　刀具數據庫貯存刀具在其生命周期內所有的相關信息，刀具信息模型是刀具管理系統內外部數據交換的橋梁。在企業內部，刀具管理系統各子模塊根據該刀具信息模型的定義規則，建立相應的數據交換接口程序。發送數據時，接口程序負責采集需要傳送的刀具數據，并根據預先定義的刀具信息模型，生成標準的刀具數據格式，傳遞給其它子模塊;接收數據時，接口程序則依據標準刀具信息模型的定義，對接收到的刀具數據進行分析處理，提取該子模塊所需的刀具數據，并生成規范的數據格式。不同企業之間刀具信息的共享，則采用中司文件交換方式，即將刀具信息模型格式化為標準的、開放的中性文檔，從而實現不同企業平臺下的刀具數據共享。

　　4 信息模型

　　在全生命周期內，刀具信息模型是刀具信息系統各模塊之司信息交換的標準，因此，建立一個標準的、完整的、開放的刀具信息模型是該刀具管理系統的關鍵所在。

　　4.1基于UML的刀具對象模型

　　通常情況下，刀具信息可以分為兩大類:刀具靜態數據和刀具動態數據。

　　（1）刀具靜態數據:指刀具本身固有的，且不隨刀具使用而發生變化的屬性信息，即刀具的參數信息，包括刀具編碼、名稱、類型、材質、幾何參數、結構信息等，其中刀具編碼能唯一標識每把刀具，是刀具實體在生命周期內的信息采集的唯一標識符。

　　（2）刀具動態信息:指那些隨著刀具使用業務流程的變化而變化的刀具信息，與具體業務相結合，包括庫存信息、刀具借用信息、裝配信息、刀具使用信息、對刀信息、刀具壽命信息及刀具位置/狀態信息。針對以上刀具信息，本系統采用基于面向對象技術的UML（ Unified Modeling Language，統一建模語言）[5]建立了如圖3 所示的刀具對象模型。在該對象模型中，刀具信息類是一個整體類，其屬性包含了基礎信息類、采購信息類、庫存信息類、借還信息類、現場信息類、刃磨信息類及報損信息類等七個部分類。此外，由于加工參數及刀頭參數等重要數據會在多個類中重復使用，為了減少數據冗余，將其分別定義為三個獨立的小類，以便被其它類引用。該模型基本涵蓋了刀具從采購到報損整個生命周期內的所有重要信息，具有較好的完整性。

圖3 基于皿ML的刀具對象模型

　　4.2 基于XML的刀具數據模式

　　·XML（ extensible Markup Language，可擴展的標識語言） 因其具有相對嚴謹的定義數據結構的語法，現在正逐漸成為艾持數據交換的一種標準。相對于傳統上定義XML文檔結構使用的DTD（文檔類型定義，Document Type Definition）語言，XML Schema 在數據類型、復雜數據結構定義、語法直觀性方面有不可

　　替代的優勢[6]，所以本系統選用XML Schema 來描述該刀具對象模型的數據結構。

　　在利用XML Schema 描述UML 刀具對象模型過程中，主要解決UML 到XML Schema 之間對應的名稱空間映射、元素和元素值的唯一性、多樣性約束條件、繼承、內容模型、元素順序、數據類型及鏈接等問題，從而將UML中的數據有效轉換為XML 中的標記，并把數據結構用XML Schema 表示出來。本系統制定了以下從UML對象模型到XML Schema 的映射規則:

　　（1）整個UML 模型映射成一個XML Schema 命名空間，模式中所有的元素（如element等）均在XML Schema 命名空間中。

　　（2）XML 模式元素名的唯一性通過模式文檔的上下文來確定。如果不能根據文檔上下文的限制來保證元素名的唯一性，則用具體的元素名標識。#p#分頁標題#e#

　　（3）所有UML類均可生成XML Schema 中一個元素（lement）;但對于簡單的類（特別是部分類，如刀頭參數類等），亦可生成一個屬性組（atribute-Gmup） 。

　　（4）如果UML類屬性是基本數據類型，則映射到XML Schema中內置數據類型;如果屬性是復雜數據類型，則映射到XML Schema 中個元素或者屬性組。

　　（5）UML類存在聚集關聯時，將部分類映射為整體類對應元素的子元素。

　　根據以上映射規則，將圖3 的UML刀具對象模型轉換成圖4 所示的XML Schema 刀具對象數據模式。這種基于XML Schema 的刀具數據模式具有以下優點:

圖4 基于XML刀具對象數據模式

　　（l）XML Schema 數據模式能較好描述刀具生命周期內的數據信息，是解決刀具系統中數據量龐大、數據類型多樣性和復雜性及異構系統之間數據交換和共享的理解方案。

　　（2）XML Schema 是刀具管理系統中XML 數據一致性、標準化及規范性的保證，為實現數據的交換和共享提供強有力的支持。

　　5 系統實現

　　刀具管理系統采用B/S 三層結構（見圖5），刀具信息模型、接口程序及各功能模塊等事務均在中間層（即應用服務層）處理，客戶端（即Web測覽器） 不直接與數據庫進行交互。后臺刀具數據庫選用Microsoft SQL Server20OO，應用服務器選用Microsoft Vistul Studio.Net 2003 作為開發工具，客戶端選用iE6.o測覽器。該系統具有使用簡便、客戶端配置低、跨平臺及易維護等優點。

圖5 B/S三層結構示意圖

　　6 結語

　　隨著數控加工設備的廣泛使用和數字化生產線、生產車間的建立，對刀具管理提出了迫切需求。本文通過對刀具全生命周期管理的分析和設計，同時對刀具信息模型的研究，實現了刀具從采購到報廢全生命周期的有效管理，從而為我國制造業信息化建設起到了一定的指導和借鑒作用。