高端家具智能生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化及安全追溯技術(shù)研究

夏學(xué)文 陳新生 范坤河 喻飛

摘要：隨著智能制造技術(shù)不斷發(fā)展，以紅木家具為代表的高端家具的設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)模式和經(jīng)營(yíng)模式正發(fā)生著巨大的變化。本研究結(jié)合智能優(yōu)化算法、智能制造、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)對(duì)高端家具的個(gè)性化定制與設(shè)計(jì)、柔性化生產(chǎn)、及產(chǎn)品溯源等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析了其在高端家具制造業(yè)的若干應(yīng)用場(chǎng)景。并對(duì)這些技術(shù)在高端家具企業(yè)智能化升級(jí)過(guò)程中的可行性及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了討論。

隨著家具產(chǎn)業(yè)智能制造的快速發(fā)展，其銷售和服務(wù)將發(fā)生明顯變化。一方面，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)將從“賣場(chǎng)+門店”的模式向“定制+VR虛擬”的形式轉(zhuǎn)變;另一方面，家具企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力將逐漸從依靠資源要素的低成本競(jìng)爭(zhēng)，向提高產(chǎn)品科技含量和附加值轉(zhuǎn)變，其中高端家具尤為明顯。本文將從高端家具的個(gè)性化定制、優(yōu)化下料與柔性化生產(chǎn)以及家具產(chǎn)品的溯源等問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。

1. 個(gè)性化定制、設(shè)計(jì)

近年來(lái)，定制風(fēng)的逐漸興起不僅是顧客的消費(fèi)升級(jí)，更是體現(xiàn)其個(gè)性的回歸。當(dāng)前的個(gè)性化定制家具的整個(gè)流程包括以下步驟：首先商家與顧客接觸，了解需求，然后設(shè)計(jì)師根據(jù)具體需求，并結(jié)合專業(yè)知識(shí)出設(shè)計(jì)方案，顧客確認(rèn)之后下訂單。在整個(gè)過(guò)程中，顧客一般提供的僅僅是一個(gè)概念上的、抽象的需求。設(shè)計(jì)師在此基礎(chǔ)上對(duì)需求進(jìn)行具體化，并將結(jié)果反饋給顧客?？梢钥闯觯瑐€(gè)性化定制的結(jié)果主要依賴于兩個(gè)因素：顧客對(duì)個(gè)性設(shè)計(jì)的具體化程度以及設(shè)計(jì)師自身的設(shè)計(jì)偏好。一般而言，顧客提出的個(gè)性化越具體、設(shè)計(jì)師對(duì)顧客個(gè)性化理解得越準(zhǔn)確，則設(shè)計(jì)的家具越能滿足顧客的個(gè)性化需求。然而，現(xiàn)實(shí)常常是，顧客對(duì)自身需求的理解僅僅停留在概念階段，提供的常常是“歐式風(fēng)格”、“簡(jiǎn)約風(fēng)格”等不準(zhǔn)確的描述。同時(shí)，設(shè)計(jì)師根據(jù)自己對(duì)這些抽象的描述的理解給出設(shè)計(jì)方案了。因此，從某種意義上來(lái)講，設(shè)計(jì)方案在相當(dāng)程度上體現(xiàn)的是設(shè)計(jì)師的“個(gè)性”。事實(shí)上，近年來(lái)在高端家具的個(gè)性化定制時(shí)，顧客希望能更多地參與到家具設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)“VR虛擬”技術(shù)不斷改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)性化定制。近年來(lái)出現(xiàn)的交互式進(jìn)化算法為這種深度個(gè)性化定制提供了可能。

交互式進(jìn)化算法是在進(jìn)化算法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新穎的優(yōu)化算法，其基本思想是在進(jìn)化算法進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中引入人的主觀偏好，利用這種偏好信息指導(dǎo)算法的優(yōu)化過(guò)程。正是基于這一特點(diǎn)，交互式進(jìn)化算法已成功應(yīng)用于一些藝術(shù)品的設(shè)計(jì)中，如陶瓷制品、卡通人物等的交互式設(shè)計(jì)中。因此，我們認(rèn)為可以將交互式進(jìn)化算法與高端家具的個(gè)性化定制進(jìn)行有機(jī)融合，其基本流程如圖1所示。

圖1. 基于交互式進(jìn)化算法的家具設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程

在利用該方法進(jìn)行交互式家具定制時(shí)，一方面，客戶在家具模型迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)可視化的方式將自己的偏好指導(dǎo)算法的優(yōu)化，不僅深度地融入了家具設(shè)計(jì)的核心過(guò)程，同時(shí)也充分體現(xiàn)自己的個(gè)性化需求;另一方面，設(shè)計(jì)師可將設(shè)計(jì)過(guò)程中涌現(xiàn)出的新穎元素納入到“家具基礎(chǔ)元素庫(kù)”，作為家具企業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為企業(yè)未來(lái)的個(gè)性化定制提供了更為豐富的基礎(chǔ)素材，從而能有效提升設(shè)計(jì)效率。

2. 優(yōu)化下料與柔性化生產(chǎn)

要做好高端家具的定制工作，必須有相應(yīng)的生產(chǎn)能力來(lái)保障，這種能力主要體現(xiàn)在精細(xì)化、高效化。當(dāng)訂單量較大時(shí)，傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工方式無(wú)法提供精細(xì)的下料方式和高效的工序安排。事實(shí)上，目前行業(yè)內(nèi)所有已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制的家具企業(yè)背后都離不開(kāi)智能制造的支撐[7]。

眾所周知，隨著高端家具的不斷升級(jí)，原材料也從最初的普通木制板材升級(jí)為高端木制板材、石制品板材、貴金屬板材等等，非標(biāo)部件也越來(lái)越多。目前研究較多的是規(guī)則零件（如矩形）的排樣、下料問(wèn)題，對(duì)非標(biāo)部件的研究較少。常用的對(duì)非標(biāo)部件的處理基本上是基于規(guī)則零件排樣處理的矩形近似方法和對(duì)不規(guī)則零件直接處理兩種方法，因此，作為加工階段的第一步，如何將這些高端原材料進(jìn)行精細(xì)化下料是有效節(jié)約成本、提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵之一。傳統(tǒng)下料方式主要依賴于工人的經(jīng)驗(yàn)和加工工藝，容易造成廢料過(guò)多、加工精度不高、耗時(shí)等缺點(diǎn)。因此，近年來(lái)一些學(xué)者開(kāi)始將智能算法應(yīng)用于高端家具的優(yōu)化下料。該算法和傳統(tǒng)方法不同的是，下料者無(wú)需具有豐富的排樣經(jīng)驗(yàn)，只需要提供非標(biāo)部件的形狀尺寸即可。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表面，基于智能算法的排樣方法能得到更優(yōu)的結(jié)果，這一優(yōu)點(diǎn)在高端家具的大規(guī)模定制、設(shè)計(jì)過(guò)程中能顯著降低物料成本，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

此外，大規(guī)模家具定制生產(chǎn)時(shí)，還需考慮的另一個(gè)問(wèn)題是如何將安排零部件加工、組裝的工藝次序已達(dá)到縮短工時(shí)、提升加工效率的目的?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，不同零部件加工所需設(shè)備、耗時(shí)、加工次序各有不同。因此，在現(xiàn)有加工設(shè)備的條件下，如何合理安排加工、組裝的工藝次序?qū)μ嵘庸ば视兄鴽Q定性的作用。一般而言，中小規(guī)模的生產(chǎn)可借助工人的經(jīng)驗(yàn)或已有的自動(dòng)化生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的工序安排。但面臨大規(guī)模生產(chǎn)或具有突發(fā)訂單時(shí)，這種方法的局限性就凸顯出來(lái)了。因此，近年來(lái)基于人工智能方法的柔性化生產(chǎn)加工方案已吸引了越來(lái)越多的加工企業(yè)的關(guān)注，家具行業(yè)也不例外。目前，像尚品宅配、索菲亞等定制家具的龍頭企業(yè)已成功引入了柔性化生產(chǎn)技術(shù)，能夠每天生產(chǎn)30多萬(wàn)塊非標(biāo)部件，生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)模式的8～10倍。

3. 家具產(chǎn)品溯源

以紅木家具為代表的高端家具產(chǎn)品溯源不僅能滿足家具購(gòu)買者對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行認(rèn)證的需求，同時(shí)也是廠家進(jìn)行品牌推廣、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的需要。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，家具產(chǎn)品的溯源從依賴圖片、視頻等技術(shù)發(fā)展成為以先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化溯源技術(shù)。通過(guò)這些先進(jìn)的信息技術(shù)為每件高端家具建立一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的身份碼以及溯源碼。身份碼和溯源碼的唯一性與二者間的互相驗(yàn)證性保證了產(chǎn)品溯源的真實(shí)性和不可抵賴性。目前，作為國(guó)內(nèi)雕刻之鄉(xiāng)的浙江東陽(yáng)，很多紅木家具企業(yè)開(kāi)始使用數(shù)字溯源系統(tǒng)，建立紅木家具的數(shù)字化身份碼，提升產(chǎn)品價(jià)值和企業(yè)形象，拓展企業(yè)品牌方面，走在了行業(yè)前面。

一般而言，家具廠家首先需將紅木家具的信息，如原材料、加工、檢驗(yàn)認(rèn)證等所有信息通過(guò)身份信息存入云服務(wù)，并且提供全網(wǎng)查詢。家具買家則可以通過(guò)手機(jī)掃碼或網(wǎng)絡(luò)查詢等方式對(duì)家具產(chǎn)品的規(guī)格、圖片、原料、原料產(chǎn)地、認(rèn)證鑒定、廠家信息等進(jìn)行全方位的驗(yàn)證。家具產(chǎn)品數(shù)字化溯源的功能作用主要包括：

（1）有效杜絕假冒偽劣產(chǎn)品，以及杜絕一次充好產(chǎn)品，維護(hù)消費(fèi)者權(quán)益。以紅木家具為代表的高端家具，不僅價(jià)格高，而且具有保值、投資、增值的功能，而僅依靠銷售人員的介紹是無(wú)法讓購(gòu)買者真正了解產(chǎn)品的價(jià)值，也無(wú)法杜絕廠家的以次充好、售后抵賴等現(xiàn)象。而引入了數(shù)字化身份碼及溯源碼后，購(gòu)買者不僅能隨時(shí)查詢到產(chǎn)品的詳細(xì)信息，而且還能避免售后的糾紛。因此有了高端家具溯源系統(tǒng)，不僅能有效杜絕以次充好的劣質(zhì)家具危害市場(chǎng)，讓優(yōu)質(zhì)家具真正體現(xiàn)其價(jià)值，同時(shí)還能維護(hù)消費(fèi)者權(quán)益。

（2）成本低，信息化程度高，防偽技術(shù)先進(jìn)。雖然每件家具的溯源碼、身份碼僅需幾分錢，但卻包含了豐富的產(chǎn)品信息。由于溯源碼、身份碼由系統(tǒng)生成，并通過(guò)多重加密后存儲(chǔ)在云端，因此不僅能有效防止假冒，同時(shí)還能避免買賣雙方的違約、抵賴行為的發(fā)生。因此，家具的溯源技術(shù)不僅為企業(yè)打擊盜版假冒提供了有力的技術(shù)支持，同時(shí)也規(guī)范了交易雙方的行為。

（3）充分發(fā)揮移動(dòng)互聯(lián)，促進(jìn)企業(yè)品牌價(jià)值提升。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，不僅讓以古老的紅木家具為代表的高端家具行業(yè)也具有網(wǎng)絡(luò)特性，便于傳播和推廣優(yōu)質(zhì)企業(yè)的實(shí)力以及高端家具產(chǎn)品。同時(shí)，也能更好的服務(wù)更多的消費(fèi)者，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展。

4.結(jié)束語(yǔ)

人工智能技術(shù)在高端家具制造業(yè)領(lǐng)域的深度融合使該產(chǎn)業(yè)在設(shè)計(jì)、銷售和服務(wù)等方面發(fā)生著顯著的變化。本文從大規(guī)模定制下高端家具的個(gè)性化定制、設(shè)計(jì)、柔性化生產(chǎn)、產(chǎn)品溯源等幾個(gè)方面對(duì)高端家具企業(yè)的智能化升級(jí)之路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的討論?？梢灶A(yù)見(jiàn)，高端家具企業(yè)的戰(zhàn)略核心將是產(chǎn)業(yè)的智能化升級(jí)，這不是家具行業(yè)發(fā)展的必由之路，同時(shí)也是木材資源可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱劍剛， 王旭. 木質(zhì)家具智能制造賦能技術(shù)及發(fā)展路徑分析[J]. 林業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2021， 6（06）：177-183.

[2] 鐘世祿， 張輝亮. 面向智能制造的參數(shù)化三維設(shè)計(jì)在定制家居產(chǎn)品中的應(yīng)用[J]. 木材科學(xué)與技術(shù)， 2021， 35（06）：20-25.

[3] 朱海鵬， 李雪蓮， 黃文倩， 李超. 深度學(xué)習(xí)方法下椅子風(fēng)格識(shí)別與智能設(shè)計(jì)[J]. 家具， 2021， 42（06）： 37-40+60.

[4] 朱兆龍， 熊先青， 吳智慧， 李榮榮. 面向智能制造的定制家居數(shù)字化設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)展示技術(shù)[J]. 木材科學(xué)與技術(shù)， 2021， 35（05）：1-6.

[5] Yu F， Li Y， Wei B， Interactive differential evolution for user-oriented image retrieval system[J]. Soft Computing， 2016， 20（2）： 449-463

[6] 喻飛， 魏波， 交互式差分演化卡通人臉生成[J]， 計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索， 2017， 1（12）： 2023-2032.

作者簡(jiǎn)介：夏學(xué)文，1974.8，男，湖北省孝感市，漢，博士研究生，教授， ?研究方向：人工智能及其應(yīng)用;陳新生，1953.1，男，福建省漳州市，漢，大專，中級(jí)工程師，研究方向：現(xiàn)代家具智能生產(chǎn)設(shè)計(jì);范坤河，1982.5.17，男，福建漳州，漢，大專，中級(jí)工程師，研究方向：現(xiàn)代家具智能化設(shè)計(jì);喻飛，1981.12.02，男，湖北省鐘祥市，漢，博士研究生，副教授，研究方向：智能計(jì)算與應(yīng)用