對板式定制家具智能制造技術(shù)的研究

郭云鋒

摘要：文章分析了板式定制家具生產(chǎn)中存在的主要問題，研究了板式家具在智能化生產(chǎn)的一般工藝流程，并指出了軟硬件結(jié)合才是智能化生產(chǎn)的關(guān)鍵點，基于市場信息化轉(zhuǎn)型的成熟經(jīng)驗，為定制家具企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供科學(xué)合理的一些建議。

關(guān)鍵詞：板式定制家具;智能制造;問題;生產(chǎn)流程;改造方法

智能制造最初是由德國提出來的，它是基于網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS），通過CPS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)人員、設(shè)備和產(chǎn)品的實時連接，相互識別和有效的溝通，從而實現(xiàn)高度靈活的個性化數(shù)字產(chǎn)品和服務(wù)的智能制造模式。現(xiàn)在，整個中國制造業(yè)和家具制造業(yè)都在研究和發(fā)展智能制造?，F(xiàn)如今，定制家具勢不可擋，席卷了整個家具消費市場，對傳統(tǒng)的成品家具產(chǎn)生了巨大影響，使家具市場呈現(xiàn)出百花齊放，百家爭鳴的競爭格局。盡管未來趨勢很大，但是定制家具行業(yè)仍然存在一些問題，影響了整個家具行業(yè)的進一步發(fā)展。這就需要一些理性的思考，以促進定制家具行業(yè)的健康合理增長。

1板式定制家具生產(chǎn)中存在的主要問題

經(jīng)過多年的共同努力和定制家具公司、軟件服務(wù)提供商和設(shè)備制造商的發(fā)展，已經(jīng)初步形成了通過智能軟件與數(shù)控設(shè)備進行的一個閉環(huán)商業(yè)模型，包括商店設(shè)計報價、訂單管理交流、工廠拆解和生產(chǎn)、包裝倉儲和交付以及終端現(xiàn)場安裝。與過去相比取得了顯著進步，從B2C轉(zhuǎn)變?yōu)镃2B的新模式具有無限的發(fā)展?jié)摿?。但是，智能制造仍有許多障礙要突破，值得我們不斷探索。

1.1設(shè)計端和生產(chǎn)端軟件尚未完全連接

如今，市場上所有的訂單拆分軟件仍然很難在前端和后端之間實現(xiàn)完美的連接。它的設(shè)計能力強或生產(chǎn)能力強，導(dǎo)致大多數(shù)定制家具公司同時使用兩個或多個軟件系統(tǒng)。

1.2很難在工廠安排訂單，并且生產(chǎn)混亂且無序

巨大的訂單量使計劃和生產(chǎn)變得捉襟見肘，很難找到最佳解決方案，而計劃未按時完成又讓生產(chǎn)擁堵不堪。

1.3信息化生產(chǎn)管理人才不足

板式定制家具行業(yè)缺少將工藝、生產(chǎn)、軟件融會貫通的信息化管理人才，然而這方面的人才是培養(yǎng)需要一定周期的，這是需要逐步加強的軟實力。

1.4傳統(tǒng)思維根深蒂固

在信息化轉(zhuǎn)型的步伐上老牌家具企業(yè)已落后于新型的現(xiàn)代家具企業(yè)，部分原因是其龐大的組織架構(gòu)、固化的思維方式以及對新生事物反應(yīng)緩慢。

2板式定制家具智能化制造的生產(chǎn)流程

早在本世紀初，國外就已經(jīng)開發(fā)出定制的家具生產(chǎn)系統(tǒng)來協(xié)助制造。通過建模來制作產(chǎn)品模型，抓取模塊可以下訂單并同時生成物料清單，從而提高了拆卸訂單的效率并為智能化生產(chǎn)打開了大門。經(jīng)過近二十年的發(fā)展，板式定制家具的智能化生產(chǎn)已經(jīng)以某種方式得以實現(xiàn)。 它的主要特點是工件不會下地，它使用工業(yè)機器人、自動輸送設(shè)備和CNC加工設(shè)備來完成整個過程中無人值守的裝卸、切割、封邊、打孔、分揀、包裝和其他流程，這就是所謂的關(guān)燈工廠。

開發(fā)智能制造系統(tǒng)的國內(nèi)公司包括緯綸科技、三維家、圓方等，這些公司可以基本實現(xiàn)板式家具的智能化生產(chǎn)。板式家具智能化生產(chǎn)的一般流程如圖1所示。首先，終端設(shè)計師使用設(shè)計軟件店面端來提供產(chǎn)品解決方案、最終效果圖報價等，以供消費者參考。確認后，訂單信息將進入設(shè)計軟件工廠，隨后將通過該系統(tǒng)進行后續(xù)的溝通，從而告別電話和電子郵件的歷史。

工廠的訂單審核部門確認訂單正確無誤后，立即進入MES軟件來安排訂單，并根據(jù)板式家具零部件的原材料、是不是在外面購買的零部件以及不同的工藝和其他特性，在捏合訂單后進行單獨生產(chǎn)。篩選出可以進入智能生產(chǎn)線的板式家具零部件，最后再通過機器人分揀將板件按訂單進行收集，直到零部件完成將它們運輸?shù)匠善穮^(qū)域，進行質(zhì)量檢查和包裝人庫，然后等待交貨。

就智能生產(chǎn)線來說，計劃部門通過MES系統(tǒng)將日常生產(chǎn)任務(wù)（即xml文件）分配給車間，操作工人通過調(diào)用xml來引導(dǎo)智能通用控制軟件，再由line將數(shù)據(jù)分發(fā)給上位機開料軟件nesting與打孔軟件fcc以及機器人分揀軟件，從而全面控制開料、封邊、打孔、分揀的整個板材加工過程，就像大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)支配四肢的周圍神經(jīng)系統(tǒng)一樣。智能通用控制軟件的主要功能包括訂單信息的加載和處理，面板的過程跟蹤以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。

3板式定制家具智能化制造改造方法

目前，我國定制板式家具的智能生產(chǎn)線主要使用圖2所示的流程。所使用的設(shè)備主要包括上下料機械臂、大板套裁機、封邊機、通過式鉆孔中心、分揀機等。實現(xiàn)面板式定制家具工具的智能制造需要高度的軟件和硬件的融合，并且軟件系統(tǒng)和機械設(shè)備的集成度對整個智能制造系統(tǒng)具有巨大的影響。

3.1軟件方面

就國內(nèi)使用的軟件方面來說，三維家的廚柜設(shè)計軟件和定制的家具生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了前端與后端的連接，并使用NC或CNC的G代碼方法進行設(shè)備對接。緯綸科技是一家集研發(fā)設(shè)計、拆單和生產(chǎn)對接及設(shè)備上均是采用自主研發(fā)的，基本上完成了成套智能生產(chǎn)線的開發(fā)。國外系統(tǒng)主要包括2020、imos、wce等，這些軟件在開放性上還相對比較低，通常只能對接豪邁的設(shè)備。家具企業(yè)進行信息化改造時，應(yīng)注意要擬采用軟件的以下因素。1）軟件和硬件的一體化。一個好的軟件離不開緊密合作的機器和設(shè)備制造商，持續(xù)的默契合作提高了兩者的兼容性，不斷地進行糾錯，并最終調(diào)質(zhì)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。2）軟件開發(fā)與服務(wù)團隊。在軟件的背后，應(yīng)該有一個具有豐富經(jīng)驗和齊心協(xié)力的團隊，依靠產(chǎn)品經(jīng)理的角色來獲得理論和現(xiàn)實的理解。3）軟件公司具有可持續(xù)性和創(chuàng)新性?？蛻羧菏窃u估軟件公司可持續(xù)性的指標之一，持續(xù)創(chuàng)新是創(chuàng)新性的基本表現(xiàn)。

3.2硬件方面

板式定制家具的智能制造在滿足了軟件等虛擬條件后，硬件的合理選擇也與成功或失敗有關(guān)。電子切割鋸作為傳統(tǒng)的切割設(shè)備，基本可以滿足智能化生產(chǎn)的需求。如今，通過銑削加工的大型裁板裁縫設(shè)備已預(yù)先取代了電子切割鋸，大板套裁設(shè)備在開料成型的同時板件已經(jīng)是正方形的，這不僅優(yōu)化了家具的制造工藝，而且還可以便于實現(xiàn)自動上料、加工、卸料，并且有可能使用機械臂下料。因而大板套裁設(shè)備已經(jīng)在智能化生產(chǎn)線中成為市場的新寵。

封邊連接單元通常由2到4臺高速自動封邊機組成，適用于三聚氰胺板、中密度板、膠合板等的封邊加工，并可以使用不同材質(zhì)的卷式封邊帶，包括PVC、ASB、亞克力等。進料速度可以在16～26mm / min的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，上履帶式物料壓制系統(tǒng)確保了在封邊過程中板材的平穩(wěn)輸送，從而在智能處理中確保了效率和封邊質(zhì)量。

通過式鉆孔中心具有高效率、高精度、高度靈活的生產(chǎn)等特點，可以同時處理板件的四個側(cè)面，通過上位機軟件的控制，可以智能判斷雙工位或單工位，并將加工程序合理分配給每個排鉆軸，以確保加工精度，提高加工效率，并為實現(xiàn)工件不落地的生產(chǎn)提供有力的保障。此外，智能化生產(chǎn)線還包括機械臂、動力輥、緩存架和90°轉(zhuǎn)向機等。其中，機械臂的作用運輸和分類板件，動力輥的作用則是運輸板件，緩存架可以對板件進行臨時的存儲。每臺設(shè)備都實現(xiàn)了PC化并開放了其外部接口以與中央控制器進行通信、傳輸和反饋。

3.3板式定制家具企業(yè)信息化改造探討

板式定制的家具企業(yè)在計劃實現(xiàn)智能制造之前，必須充分考慮和評估，包括自我意識，有沒有升級的能力和條件以及人力物力等。此外，是否有一個全面的轉(zhuǎn)型周期和實施計劃，確認每個時間節(jié)點，并最終通過信息解決方案供應(yīng)商獲得外部動力和技術(shù)支持。 如今，國內(nèi)的板式家具制造已基本實現(xiàn)了板件非落地式的生產(chǎn)方式，與以前的手動標記和掃描代碼處理方法明顯不同。在可預(yù)見的將來，基于工作站的傳統(tǒng)定制家具制造模型將逐漸被無人、自動化和智能化的新生產(chǎn)方法所取代。

4結(jié)語

智能制造的主要作用是由于店面設(shè)計端與工廠生產(chǎn)端共同使用--個數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了前后端的無縫銜接，達到了縮短拆單時間與降低溝通成本。未來，板式定制家具的智能制造將融合更多的科學(xué)技術(shù)元素，甚至木板和實木的工業(yè)智能也將在未來出現(xiàn)。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，國產(chǎn)智能生產(chǎn)軟件和設(shè)備經(jīng)過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，也可以創(chuàng)建板式定制家具的關(guān)燈工廠，使智能制造不再是國外的專利。越來越多定制家具公司選擇國內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備是一個趨勢。

參考文獻：

[1]吳智慧，張雪穎，徐偉，等.智能家具的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].林產(chǎn)工業(yè)，2017（5）：5-8.

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