刀具管理

HEATS

    1.刀具管理的意义及其面临的挑战 
    机械制造业的生产过程涉及大量的机械加工，特别是金属切削加工所加工产品的尺寸、形状、位置精度、表面形貌等都与刀具有关，刀具的性能、质量及其管理直接影响到能否顺利加工出所需要的合格产品，影响到加工节拍和生产效率，影响制造成本的控制和降低，关系到制造型企业的核心竞争力，这在汽车制造业中表现得更为突出。 
    （1）汽车制造业中刀具发展和应用的新特点 
    现代汽车制造业的机械加工及其所用刀具技术近年来发展特别快，高新技术被大量采用，在加工工艺、切削方式、刀具结构、刀具材料、表面工程等方面都已有了与过去传统机械加工很大的不同点，首先是大量采用柔性加工生产线，采用高效、高速切削，各类数控加工中心机床被大量采用，与此相应的是超硬刀具如CBN(立方氮化硼)、PCD(聚晶金刚石)刀具和新型硬质合金刀具被大量采用，由表面工程和摩擦学技术最新发展所获得的各种新型涂层应用在刀具表面，新的刀具结构和具有新型切削刃和几何形状的刀片被不断研究和开发出来，适应数控机床和高速加工需要的刀具夹持及其与机床的连接件如HSK刀柄、热套刀柄、液压刀柄等以及其他新型刀柄获得广泛应用。为提高生产效率和减少换刀时间在汽车零部件的加工中越来越多地使用了各种复合刀具，如钻镗复合、钻铰复合、钻孔和螺纹加工复合等各类复合刀具，结构复杂的展开式刀具满足了很多特殊的加工要求，有些刀具甚至已发展成机、电、液一体化的装置，已远远超越了传统的刀具的概念。刀具需要维护和保养，需要预调整和检测，刀具寿命需要得到控制，需要有完善的系统和一系列的管理来确保生产线及时得到符合要求的、数量足够的刀具，并在发生加工问题或刀具问题时得到快速的响应和支持，迅速分析和解决出现的问题，以使生产正常进行，并且包含刀具费用在内的制造成本应具有足够的市场竞争力，所有这些都对刀具的管理提出了与过去不同的全新的要求。 
    面对机械加工和刀具技术的高速发展，面对现代汽车制造业既要柔性还要高效生产的挑战，面对日益激烈的市场竞争和不断降低制造成本的压力，刀具的管理成为各汽车制造企业日益关注的热点。 
    （2）刀具及其管理对生产效率的影响 
    刀具的性能与质量直接影响到能否顺利加工出所要求的合格产品，刀具能否满足高速切削的要求，刀具寿命如何及换刀频次高低都直接影响生产线开动率，影响到加工节拍和生产效率，而能否按时和保证质量地将调整或修磨好的刀具提供给生产线又将直接关系到生产能否正常持续地进行下去。由于汽车工业中大量采用的是流水生产，上道工序的生产直接影响到下道工序的生产，而为了提高生产效率和降低生产成本，又采用了大量的组合式刀具及由此引起的非标刀具，因而一把关键的刀具特别是非标刀具如不能按时供应，就会如同串联电路中一个元件损坏引起整条电路瘫痪一样，会造成整条机加工生产线停产，而如果没有应急措施或不能快速反应，还有可能造成总成装配线甚至汽车总装配线停产，由此可见刀具及其管理对汽车生产的重大影响。 
    （3）刀具及其管理对制造成本的影响 
    刀具及其管理费用在汽车零部件制造费用中占有相当重要的一部分。一般情况下，一个年产几十万台发动机和变速箱的工厂，每年刀具费用可能会达到几千万乃至上亿元人民币。此外，刀具和刀辅具库存还要占用大量流动资金。因此，降低刀具费用就成为了汽车制造企业的一项十分重要、迫切而又难度颇大的任务。而刀具费用的降低又与新刀具、新工艺、新技术、新材料的采用紧密相关，与刀具的采购、物流、调整、修磨、刀具质量控制、刀具优化等一系列的刀具管理工作紧密相联。 
    刀具管理水平的高低直接关系到刀具的成本控制，刀具管理需要既能保证生产线及时得到符合要求的所需刀具，又能使库存刀具数量保持在最低的必要水平上；使得流动资金的占用及其引起的财务费用降到最低；并能在发生刀具非正常消耗时做出及时和快速的反应，确保生产正常进行。 
    刀具消耗量与很多因素有关，需要具体情况具体分析。在看总的刀具消耗费用的同时，更重要的是看单件加工产品消耗的刀具成本,不仅要看直接的刀具成本，更要看刀具对生产效率的影响及其引起的总的制造成本的变化。新刀的性能、寿命及其采购价格对刀具费用的影响非常大，而可重磨刀具的数量、重磨次数及修磨费用高低对刀具的总成本也有着显著的影响；同时，还要注意一次性设备和刀具投资与长期性刀具消耗费用之间的关系，有的项目有可能在项目规划时节约了设备投资，却采用了昂贵的刀具或不合理的切削参数，造成刀具寿命短以及长期的刀具消耗成本过高，需要综合考虑和平衡。 
    2.刀具一体化管理的出现和发展 
    在现代汽车制造业中，刀具的管理已不再是简单的采购刀具、库存刀具以及等待生产线人员来领取刀具的传统概念，伴随汽车制造业大批量、柔性化生产和高新技术的大量采用，刀具的应用及其管理已发展成为一门专门的专业，它涵盖了刀具规划、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，需要有全新的理念和方法，有一套完善的体系来运作和控制，以期达到预定的目标。 
    （1）刀具一体化管理与传统刀具管理的区别 
    传统的企业管理中将刀具仅作为一种辅助性的工具来管理，与刀具有关的采购、物流、调整、刃磨、修理、加工问题解决、刀具优化、成本控制等业务分属本企业内不同的部门分别管理，未认识到在大批量流水生产的现代化汽车制造企业中，特别是采用了高速、高效加工和柔性生产线以后，如何及时、按需、高效又低成本地向生产线供应高性能、高质量刀具与先进的刀具管理理念和刀具管理系统紧密相关，如无可靠、受控、有效的刀具管理系统，不仅不能实现高速、高效加工，而且有可能使生产的正常进行都成为问题，也有可能造成严重的产品质量问题和制造成本高昂。 
    近年来探索和发展起来的刀具一体化管理，充分认识到了与刀具有关的机械加工和相应的刀具准备是一个复杂的系统问题，系统问题就要用系统的观点和系统的方法来解决，将与刀具有关的采购、物流、调整、刃磨、修理、加工问题解决、刀具优化、成本控制等相关业务统一在一个系统中，实现一体化的管理，以此实现统一指挥、协调、快速响应和高效运作，确保生产获得可靠、有力的支持。 
    （2）刀具管理外包的应用 
    刀具管理外包是根据价值链和社会大分工及规模效益的理论，出于对市场竞争快速反应、提高效率、减少一次性投入、降低制造成本和发展与保持竞争优势的需要，利用社会资源对刀具涉及的方方面面进行一体化的管理，对有关业务流程进行重新整合，实现资源优化配置，获取差异化的竞争优势，以求获得更高的效率、更高的质量、更低的成本和最大的投资回报。 
    刀具管理外包于二十世纪九十年代初出现在北美的美国通用汽车公司，这时可以称为刀具管理发展的第一阶段，实行的是初级层次的刀具管理外包，第一阶段的刀具管理外包仅负责刀具的采购和库存管理。九十年代中期刀具外包管理的概念和做法逐渐传播到欧洲、南美洲，随后又传到亚洲和大洋洲，出现了专门从事刀具管理的专职公司，如奥地利的TCM公司、美国FSS公司等。1996年在匈牙利的欧宝公司出现了现在意义上的较高层次的刀具管理，随后在波兰的大众汽车公司、TRW公司等都开始应用刀具外包管理。 
    这期间，北美的汽车制造企业更广泛地推行了现代刀具外包管理，2000年，美国通用汽车公司决定在所有的动力总成新项目中实行第二阶段的刀具管理外包，在第二阶段的刀具管理外包中，刀具管理外包供应商不仅要负责第一阶段刀具管理外包所要承担的全部工作，还要负责刀具的调整、修磨和工程方面的工作。目前通用汽车公司已有多个工厂实施刀具管理外包，如Flint Engine South，Warren Transmission，Silao Engine Plant，Ypsilanti Transmission等工厂。 
    随着汽车市场竞争的激烈和刀具管理对现代汽车生产的重大影响为越来越多的汽车制造企业高层领导所重视，越来越多的汽车制造企业开始重视刀具的一体化管理，试图在刀具管理方面作出新的探索，包括应用刀具管理外包这种模式。上海通用汽车公司从建设初期就规划并采用了刀具外包管理，上海合创企业公司与美国Valinite刀具公司合作承担了上海通用汽车公司动力总成厂的首期刀具管理任务，2002年起TCM中国公司在中国第一次以按单件工件加工所需刀具费用的方式承接了上海通用汽车公司动力总成厂的刀具管理任务。随后德国蓝帜公司也承接了大众汽车变速器(上海)公司的刀具管理任务。国内已有相当一部分工厂正在考虑或已开始着手采用这种新的刀具管理模式，如一汽大众、上海大众、奇瑞汽车、上汽通用五菱甚至韩国的汽车公司都曾组织力量研究和了解有关刀具一体化管理的经验，有的也准备采用刀具管理外包这种模式，如现在上海大众动力总成有限公司已采用刀具管理外包，上汽通用五菱也正着手实施刀具管理外包。 
    （3）刀具一体化管理的不同模式 
    刀具一体化管理可以有不同的实现模式，可以通过外包的方式实现刀具一体化管理，也可以由需要刀具管理的企业自营一体化管理，也可以通过由发包企业参股设立的刀具管理公司来进行，其共同点是要实现统一、和谐的系统，并要确保该系统受控和高效运转。不同的模式各有长处和短处，需要依据企业的自身情况和战略考虑，采用最有利于提高企业核心竞争力的做法。 
    刀具一体化管理的不同的模式，各有其特定的应用条件，关键是要适合本企业的内、外部条件，具体情况具体分析，采取相应的对策，以达到预期的目标，获得理想的效果。对于采用哪一种模式进行管理，需要综合考虑多方面的因素，如项目的性质、企业的供应链管理方法、建立和更新过程的成本、刀具方面设备的投资、人力资源的考虑和安排、物流成本、刀具库存成本的考虑和死库存风险的大小、设备维修的成本、对由于刀具供应或刀具质量造成的生产损失的风险控制等，还要考虑外包市场的成熟度和可供选择的外包供应商的数量和质量等多方面情况。 
    刀具管理的概念和创新正不断向深入发展，在管理模式上、管理方法上、控制机制上、绩效评估上都有很多问题需要回答，需要进一步的探索和实践。 
    3.刀具管理的发展趋势和进一步的探索 
    刀具管理所具有的重大意义和所面临的挑战，要求继续对刀具一体化管理进行探索和创新，研究分析比较不同模式的特点和实施方法，探索通过刀具管理进一步提高效率和降低成本的途径和方法，探索进一步增强对刀具管理系统实行有效控制的机制和手段，进行技术创新、管理创新、体制创新和机制创新，创造新的理论和经验。 
    （1）刀具管理中精益生产理念的贯彻 
    面对当前激烈的市场竞争，各机械制造企业特别是汽车制造企业都把提高效率、降低成本作为最重要的任务和目标之一，而精益生产的理念和生产方式就是实现这一目标的最有效的手段。精益生产的一个核心理念就是消除一切浪费，现在很多的汽车制造企业都已按照精益生产的方式来规划和组织生产，这就对刀具管理提出很多新的需求，同时刀具管理本身也需贯彻精益生产的理念，实现体现精益思想的刀具管理。 
    汽车生产实现精益生产后，按照拉动式方式组织生产，中间库存和在制造品都会变得很少，加工中使用的刀具如果出了问题又不能及时得到解决，就有可能由于影响一道工序的生产变成影响整条生产线的生产，严重时还有可能造成总装线的停产，所以刀具管理承受的压力就变得更大，必须通过有效、科学的管理，确保刀具的按需供应和刀具的性能优良及质量稳定可靠，同时还要设法使刀具的性价比提高，不断降低刀具成本和刀具管理的成本。 
    而为了满足这些要求，刀具管理本身也要实现精益的管理，其中很重要的一个方面是如何科学地组织刀具的采购和包括库存管理在内的刀具物流。需要研究和探索如何在确保生产线正常运转的情况下降低刀具的库存资金占用、优化刀具的最低库存设置、刀具的采购起始点、刀具的合理采购频率和采购批量，建立有效的刀具预警机制、应急机制和快速响应机制，有科学有效的方法跟踪、监控刀具库存状态和采购状态。需要根据消除一切浪费的精益生产的理念，对设的利用、人力资源的安排、包括刀具收送刀和调整及刃磨等在内的刀具物流的路线不断地进行优化和及时调整，重构相应的流程，同时需切实实施刀具有关设备和检测仪器的预防性维护，以确保贯彻了精益理念的刀具管理工作对实施了精益方式的生产提供有效可靠的支持。 
    （2）满足高速加工和高效加工的要求 
    切削采用了高速、高效加工，理论上应能提高生产效率，但对于实行了流水生产的汽车制造业来说，能否真正达到生产效率的提高还需要通过刀具管理对以下几方面因素加以控制： 
    ①刀具耐用度及换刀频次高低、换刀时间长短直接影响机床开动率，需高度重视刀具寿命的合理设定和换刀控制，需要考虑如何在换一台机床上的各把刀时，使生产线设备的停机时间最少，还要考虑刀具磨损到何种程度时进行换刀可获得较好的刃磨效果和最长的总体刀具寿命。 
    ②切削参数提高后对刀具要求的提高及其价格的变化对总的制造成本的影响，要考虑刀具成本变化与生产效率变化带来的制造成本之间的综合平衡。 
    ③生产线上各台设备能否达到同样的效率，否则高速加工带来的高效率由于生产线上某些设备的瓶颈效应，仍然不能实现。 
    ④高速加工刀具的预调整和检测极为重要，调刀一次合格率对生产效率的影响很大，需通过完善的质量体系对其加以保证。 
    ⑤加强对刀具非正常消耗的预防和控制，注意设法控制有可能造成刀具非正常消耗的各个变量，如工件的毛坯质量、机床的稳定运行、切削液的控制、刀具及其涂层的质量稳定性和一致性等等，采取各种必要和有效的控制和预防措施。 
    ⑥加强对复合式和展开式刀具的管理，建立类似于设备维护保养那样的刀具维护保养制度，定期对结构复杂的刀具进行拆检、清洗、润滑等工作，进行预防性维护保养。 
    （3）适应现代制造业信息化发展的要求 
    适应现代制造业信息化发展的要求，刀具管理的信息化和网络化正在快速发展，一方面是现代制造企业的信息化管理要求将刀具管理纳入企业的信息系统中，另一方面是刀具管理本身越来越需要先进的、可靠的基于计算机技术、网络技术和信息技术基础上的刀具管理信息系统提供强有力的支持。 
    刀具管理需要建立起包括有关刀具的技术信息、应用信息、商务信息和管理信息等在内的完整、准确的数据库，刀具管理需要实现采购、物流、调整、刃磨、生产线之间的网络化通讯与管理，调刀设备与加工设备之间在必要时进行直接的刀具信息交换，实现实时的刀具寿命设定、换刀控制和性能跟踪以及刀具成本分析的控制，并实现现场、备刀、库管、采购、修磨、技术、图纸及文件控制和更改等刀具有关的各个方面的交互联系、动态跟踪和及时的反应与控制，还要实现与企业其他有关部门的联系和协调管理。 
    由此可见，对刀具管理信息系统的要求是很高的，其不仅需要处理很多管理类型的信息，还需要能够处理很多技术类型的信息。目前国内外已有的很多ERP 软件，擅长于处理企业管理的很多方面的事务，可是还无完善的能处理刀具管理这个特殊领域的模块，而一些信息公司包括一些刀具制造公司开发出的一些专用的刀具管理软件，目前还不完善，其与企业的ERP软件的连接也有待开发和改进，这方面还有很多工作要做，但这将是刀具管理中极为重要和具有极大发展潜力的一个领域。 
    （4）系统工程方法的进一步应用 
    由于切削加工是一个系统问题，工艺的变化、机床、夹具、切削液、切削参数都对刀具的寿命有着显著的影响，而影响加工性能的刀具本身的结构形式、刀具的材料、表面涂层等的确定又与工艺、切削参数、切削液等紧密相连，刀具的选用包括刀具供应商的确定，都必须经过切削试验，经过切削试验后确定的刀具及其供应商，非经严格的试验和审批、控制流程是不能随便更改的，这种种因素都影响到刀具的消耗和成本，对不同的产品、不同的加工工艺、不同的生产设备等所组成的系统的刀具成本进行比较也很不容易。 
    系统的问题必须用系统的观点和方法来分析和解决，所以刀具管理需要更注重采用系统工程的方法来分析和解决与刀具有关的机械加工问题，更注重组织和协调管理，与工艺、设备、夹具、工件毛坯、冷却液、刀具供应商、涂层服务商等多个方面进行协同工作，刀具的材料、结构、表面涂层和从切削部分、夹持部分直至与机床的接口部分的各因素及其与其他因素的相互作用和关系将被联系起来分析和研究，以发现问题的原因和寻求控制措施，获得新的解决方案。 
    需要高度重视项目规划投资阶段的刀具方面的工作，近年来的工作实践和国内外的经验都表明，一把价值几万元的刀具有可能影响一台价值几百万元的设备的效率的发挥，工艺规划阶段对刀具的设计和安排在很大程度上决定了生产阶段的制造成本和刀具费用。需要设法探索如何在项目的规划设计阶段就对刀具的设计选用加以更有效的管理和控制，并向设备供应商和刀具供应商提出项目投产后对刀具的耐用度和有关使用成本的基本要求，对投产后生产中将发生的刀具费用和制造成本在项目的规划阶段就有预测和控制，这将大大提高新项目实施后的技术经济效益。 
    （5）刀具管理不同模式的进一步探索 
    出于市场竞争和力求获得比竞争对手更低的制造成本的压力，不断地降本增效将是制造业和刀具管理所面临的长期的任务和挑战，刀具管理的哪种模式或哪种管理途径及方法能更有利于迎接这种挑战，更有利于达到预定的目标，将是企业管理者和从事刀具管理的人们所需要回答的问题，需要理论上的深入分析和研究，也需要不断的实践和探索。 
    在研究、分析和比较不同的刀具管理模式和方法时，一定要注意应用科学的方法，客观、全面地考察和分析问题，例如，对于刀具成本的比较和分析就要注意，一是需将很多隐性的费用支出显性化，包括需考虑是否有计入其他部门的与刀具及其管理有关的人力、物力、财力的支出未显性表达出来；二是刀具管理对成本的影响还表现在对生产效率的影响、对生产柔性化的影响、对市场快速响应的影响以及企业组织、人力资源管理等的影响。 
    根据实践的经验和长时期的分析研究，刀具管理外包要能够真正实现理论上所提出的各项益处，达到预定的目标，以下各要素是获得成功必须注意的，其如何得到真正贯彻是需要实践中作进一步探索的： 
    ①刀具管理外包是企业的战略决策，而不是一项权宜之计。高层次的刀具管理与机械制造企业的核心业务紧密相关，是否进行外包以及进行哪一级层次的外包都需要认真和全面的分析，需要有科学的分析评估方法和完善的外包决策机制。 
    ②由于刀具管理业务的特殊性，刀具管理的发包方与承包方具有很高的相关性，双方都需要切实贯彻双赢理念，只要有一方在指导思想上和实际行动上违背这一原则，都会导至不能达到外包预期的目标，如何在实践中真正贯彻双赢的理念需要双方的共同努力。 
    ③为了使双方都可以做较长期的打算和进行相应的投资，并有利于稳定员工队伍和工作经验及知识的积累，克服供应链中的薄弱环节，需要探讨如何能建立较为稳定的合作伙伴关系又不致于形成过份依赖的途径。 
    ④承担刀具一体化管理外包任务的供应商，是一家独立的公司，可是由于刀具管理任务的特殊性，其在客户现场的运作就相当于客户的一个虚拟部门，必须按照客户的各项指令，快速完成各项布置的任务，如何实施这一虚拟部门的运作和实现对其的有效控制是一个需要继续探索的课题。 
    ⑤如何运用系统工程和控制工程的方法来分析和解决刀具管理中遇到的种种问题，如何既保持高效率又不失去必要的约束和控制将是刀具一体化管理需要认真研究和思考的问题。 
    4.结语 
    刀具及其管理是现代管理科学与高新技术应用的有机结合，刀具及其管理对机械制造业的重要性、对生产效率和制造成本的重大影响正引起越来越多的机械制造企业高层管理者的重视和思考。在当今如此激烈的市场竞争中，科学、有效、不断完善的管理，将显著提高生产效率，有效地降低制造成本，使企业在激烈的竞争中处于有利地位。越来越多的机械制造企业正试图改进对刀具的管理，探索新的刀具管理模式或管理方法，应用刀具一体化管理，试图通过有效的刀具管理及其管理下的刀具优化过程，大幅度提高刀具的性能和寿命，提高生产效率和加工质量，显著降低制造成本。刀具管理将发展到一个新的阶段，刀具管理的理论和方法将得到不断的完善，在实践中获得进一步的探索和发展。