娄明亮
上汽通用汽车有限公司武汉分公司动力总成厂制造工程部
摘要：当前汽车工业以及机械行业快速发展，在发展的过程中，作为工业牙齿的刀具应用范围越来越广。要管好刀具并实现成本的有效降低，刀具管理的任务价值逐渐显现。结合智能制造以及自动化发展等，本文简述了汽车行业刀具管理的概念、现状、模式和趋势，并对刀具管理数字化、自动化发展，以及国内道刀具技术发展进行了预测。
关键词：浅谈汽车行业刀具管理
1、刀具管理概念
所谓刀具管理就是来管理好机加工现场使用的刀具库存、采购以及对应刀具和加工问题的改善等。这个概念最早由美国在20世纪80年代提出，即Tool management，并于90年代首先应用于美国通用汽车公司的"土星项目"[1]，但当时刀具管理涉及的刀具类型比较简单（非精密刀具），管理内容也仅局限于仓储和物流管理。通过近20年的不断发展，如今刀具管理已发展为一个完整的管理模式，成为一个行业和产业，其应用范围也逐步拓展，一些企业在新项目开始阶段即应用刀具管理供应商参与项目支持。目前已有不少企业（尤其汽车产业，如上汽通用、南汽名爵、现代威亚等）采用了刀具管理模式。
2、汽车制造行业刀具现状
近年来，中国汽车发动机制造工艺和技术，尤其是机加工技术取得了很大的进步与发展。新世纪以来，汽车发动机制造技术的发展主要特征是：数控、柔性、高效、绿色以及信息化控制与管理。主要表现在：(1)制造方法的柔性化；(2)制造工艺高效化；(3)制造过程精益化；(4)制造技术绿色化；(5)制造系统智能化[2]。
汽车行业使用大量的专用刀具，这些刀具大部分初始都是随设备从国外引进的。伴随国内技术的发展，国内刀具公司的数控刀具最近十几年快速发展，从研发到基础材料，到涂层，再到刀柄刀盘正逐步改变以前的薄弱状态，发展迅速。伴随产业升级以及国内竞争加剧，目前国内刀具市场百花群放，市场上有很强的竞争力，且产地遍布全国，品种越来越多，相互之间合作越来越密切，但是几乎没有一家公司可以为某个汽车企业配齐全部刀具。这也就需要国内刀具公司能更进一步加深合作，整合优势资源，抱团与国外刀具进行竞争，打破国外的技术垄断。更进一步与国内外机床厂家、汽车主机厂进行整体配套，在应用中提升刀具制作工业、质量和性价比。经过统计对比，目前国内主机厂在用刀具中，进口品牌仍占多数，大部分在用肯纳、玛帕、钴领等进口刀具，国内自主品牌有株洲钻石、深圳中天、郑州钻石、威海威硬等也在迎头追赶，在国内市场已经占据一席之地。
3、刀具管理的五个层次
根据刀具管理内容的差别，刀具管理可划分为不同的层次，有的仅涉及刀具的仓储管理；有的则包括刀具的修磨、调整和现场刀具供货；有的要求至少一位技术工程师长驻现场，直接为用户服务。目前，国外一般将现有刀具管理服务划分为五个阶段（层次）：
1、在第一、第二阶段，刀具管理的主要内容为刀具修磨和刀具调整，这种基础服务可满足用户的基本需求。
2、在第三、第四阶段，刀具管理的主要任务为过程优化、改善和库存管理。从第三阶段开始，刀具管理经理的个人素质、从业经验将影响为客户服务的质量。第三、第四阶段与第五阶段的区别在于客户必须更多地依赖于自己的刀具知识，刀具管理经理只是一位具备相应资格的咨询者。目前应用的大部分刀具管理只能达到第三、第四阶段的水平。
3、第五阶段（最高层次）除包括第一至第四阶段的工作内容外，还包括以下内容：刀具管理经理长驻生产现场；制造现场设置专门的刃磨机床用于修磨刀具；设有自己的刀具库，可直接在生产现场进行刀具测量和预调，提供刀具修理、修磨和涂层服务，并及时向生产线提供刀具，保证生产正常运转。在此阶段，刀具管理经理完全参与到项目之中，对刀具的配置和应用进行优化。刀具管理经理需要掌握整个项目的刀具技术，其工作质量直接影响工艺优化效果。第五阶段的刀具管理费用不是按所消耗的刀具数量来收取，而是按生产的工件数量计算，同时对每年刀具费用的降低比例提出了明确要求。
4、刀具管理的四种模式
目前，国内外的汽车发动机制造业企业对刀具的管理模式虽然存在着很大差异，但是总结归纳起来主
要包括以下4类：
4．1传统自主管理模式
传统的刀具管理方式并不能称为真正的刀具管理，因为与刀具相关的业务是由企业内部不同的部门自行管理，其中：刀具车间负责刀具刃磨、修理；采购部门负责刀具的采购；刀具工程师和工艺员负责解决生产中的问题、刀具的优化和改进以及刀具采购&库存管理；车间进行刀具的领用和调整以及刀具库的管理。
这种管理方式的缺点是参与人员众多复杂，可能伴随出现刀具采购和刀具问题解决周期长等问题。现对刀具库存量准备较多，在刀具修磨设备方面投资较大（也可能外发修磨）。优点是技术储备丰富，内部执行力强，针对疑难问题可以有效拉动各方资源。同时，刀具优化降本直接转化为企业利润，企业收益较大。目前国内大部分主机厂采取的是自主管理模式。
4．2全部外包管理模式
刀具全部外包管理模式是将刀具管理相关的业务作为一种支持工作全部外包给刀具管理服务商，企业仅仅安排专业管理人员进行对口，实行一定的成本月度/季度结算模式。这种模式下，企业自有人员减少，可以将企业内各部门专业人员专注地进行企业的其它核心的业务，如产品的开发、生产及技术的发展和质量的控制等。刀具管理服务商利用自己的专业技能、专有渠道，去采购刀具、解决现场问题，优化库存和刀具从而降低刀具成本。
但是，全部外包管理模式对企业的发展也有不利的一面：(1)企业在刀具专业技术方面对刀具管理服务商产生较强的依赖；(2)企业可能会面临刀具管理服务商泄露自身生产技术的风险；(3)由于刀具库存资金的压缩，可能造成因刀具供应不足停产的风险；(4)采用全部外包刀具管理不一定会降低刀具成本；（5）外包商人员不稳定会造成现场响应不及时以及效率低下等问题。
4．3丰田模式
丰田汽车公司不但在生产管理方式上独树一帜，而且在刀具管理上也有一套自己的独特做法。丰田公司设有刀具管理机构对刀具进行集中式统一管理，要求供应商对其使用量较大的刀具和附件进行备库并根据要求做出即时的反应。中央刀具管理机构可以获得所有子公司的刀具信息并对其工作进行指导。由于主要备库工作是由供应商完成，刀具库存和流动资金的占用大大降低。
丰田管理模式结合了日本刀具行业的现状，目前国内的日系主机厂，也基本是按照这种模式在实行自己的刀具管理，这也得益于日本刀具产业的高水平发展和全球布局。对于我国汽车行业来说，国内美系、欧系以及国内民营企业，由于企业文化、发展层次差异等问题，丰田模式还没有全部推广开来。伴随后续的发展，以及丰田的精益刀具管理也会成为趋势。
4．4部分外包管理模式
部分外包管理模式是企业自身负责核心的刀具技术，其他部分职能交给刀具管理服务商。这种管理模式充分发挥刀具管理服务商灵活、高效的采购和物流体系、先进的刀具刃磨设施以及各种支持资源，从而减少本企业的一次性投资及其相应风险，降低刀具库存和流动资金占用，而且不会向外泄露企业自身核心的刀具技术。但是，采用部分外包管理模式由于企业和刀具管理服务商之间有很多交叉工作，会有大量繁琐的工作：(1)两者之间的结算方法比全包式复杂；(2)在刀具的
入库、出库及报废上有大量交接工作。
5、刀具管理的发展趋势
不断探索和创新，进行卓有成效的刀具管理并达到双赢的目的，已成为汽车制造业企业和刀具供应商共同探讨的课题[3] [4]。新的刀具管理模式正在不断被探索，其理论正在发展，有益的经验正在积累。
近年来，部分高校和汽车发动机制造企业开发了一些刀具管理软件系统，这些刀具管理软件系统可以更好地鳃决刀具查询困难、刀具重复购买、刀具选型不合适等问题，能够充分地发挥刀具的利用率。
将刀具管理软件系统和刀具管理模式相结合，发挥各自的特点：(1)增强刀具管理系统的专业技术含量，提升正确选刀能力，满足刀具应用条件；(2)发展外包管理模式，最大限度地发挥刀具管理软件系统的潜力。可以有效地降低人员成本、提高生产率、降低生产成本，提高企业的竞争力。
刀具管理和刀具管理软件系统在我国还处于刚刚起步阶段，随着我国制造业的发展，刀具管理有着很大的应用潜力和广阔的发展前景，它的应用将加快企业信息化步伐和实现精益生产的进度，提高企业的生产效率和市场竞争实力。
6、刀具管理数字化方向
实际上，在大数据理念的背景下，工厂运行过程中，每天都会产生大量地过程数据。如能识别出与各功能块均有联系的关键数据，并加以适当地处理，建立一个反映刀具管理运行状态的数学模型，不但可以为刀具异常问题的解决提供数据支持，还可以建立质量、响应和成本三方面要求的数学关系，降低单件成本，减轻劳动负荷和消除系统浪费，形成一个不断改进、螺旋上升地发展模式。
业内有人提出了刀具管理数学模型的基本构想[5]：以生产线换刀数据，作为整个数学模型的基础导入数据，选择调刀工作量统计和月度出库数据作为辅助参考数据，通过适当地数据处理和汇总分析，实现以下功能：
1、质量模块：刀具异常问题原因分析；
2、响应模块：调刀负荷分析与TOP问题析出；刀具修磨频次和数量最优量计算；
成本模块：单刀成本分析与TOP问题析出；物料安全库存数值调整；刀具寿命滚动提升清单
数学模型基本架构如上图所示，图中椭圆内容表示数据源，以生产换刀记录作为主要输入数据，以月度物料出库记录和调刀工作量统计为辅（进行月度统计和分析）。方框内容为系统导出信息，从质量、成本和响应三方面对刀具管理系统不断改进。
质量与响应之间的关联：由日均换刀次数（结合产线产能、刀具寿命和在线数量）和调整时间计算出的单刀日均调整耗时，综合反映单个刀具对于调刀负荷的影响，为减轻调刀负荷提供数据支持，并在此基础上，建立使用数量、修磨周期和单次修磨数量之间的关系，对刀具修磨（自修磨/外发修磨）过程进行调整。定义生产换刀记录和调刀工作量统计之间的差异为质量损失率。
响应与成本之间的联系：根据与产量相关的调刀工作量数据，结合采购周期等信息后，可以为安全库存的调整做出指导，同时，定义调刀工作量与月度出库记录之间的差异为响应损失。
质量与成本之间的联系：对生产换刀记录加以不同的处理方法，除了可以为异常刀具问题分析提供数据支持外，还可以通过寿命达标率，与成本相关联：将寿命达标率纳入单件成本分析之中，识别出的成本TOP问题对降本工作更具指导意义，同时将设备换刀记录与月度物料出库记录之间的差异，定义为成本损失率，理论上应为响应损失率和质量损失率之和。
基于后续分析要求，我们要求所汇总的换刀数据中必须包含以下信息：更换日期和班次、刀具编号和设备编号、理论寿命和实际寿命、关键尺寸、调整员工、刀具批次和更换原因。
伴随汽车产业和机械产业发展，刀具管理作为细分的技术产业，后续将结合智能制造、新技术、新材料的发展而不断发展，从而更好的服务于整个机械行业和产业。
参考文献
[1]张书桥．刀具管理及其在汽车制造业中的应用[J]．工具技术，2002（36）
[2]兰天旭．汽车发动机企业刀具管理模式的分析[J]．制造技术与机床，2013（3）
[3]张书桥．汽车刀具使用与管理经验浅谈[J]．工具技术，2002（36）.
[4]蔡三发，赵琳，黄志明．汽车制造企业刀具外包管理的风险分析与控制[J]．工具技术，2009，43(3)：24-28．
[5]黄震．浅谈刀具管理数学模型[J]．工具技术，2016（50）
论文作者:娄明亮
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/27
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