基于批量定制的圓竹家具減量化設(shè)計研究

逯新輝 陳 碩 何 莉 歐志弘

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川 成都 611130）

竹材具有生長迅速、成材周期短、質(zhì)輕易加工、力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點[1-4]，同時還是獨特東方美學(xué)的載體，如今被廣泛應(yīng)用于家具設(shè)計和室內(nèi)裝修中[5]。竹家具按竹材形式可分為竹集成材家具、重組竹家具和圓竹家具等[6]，其中，圓竹作為最易獲取的天然材料，在我國家具中的應(yīng)用歷史悠久[7]。但目前相關(guān)學(xué)者對于圓竹家具的創(chuàng)新研究主要集中在產(chǎn)品的外觀造型和連接工藝上，或是從傳統(tǒng)文化的視角出發(fā)，通過增加文化符號來提升家具的文化認(rèn)同感[8]。由于圓竹家具是以天然竹段為主，配以竹條、竹篾等輔助材料，通過特定的加工工藝制成的家具[9]，相較于竹集成材家具而言，圓竹家具受傳統(tǒng)手工生產(chǎn)技術(shù)制約，難以進行標(biāo)準(zhǔn)化的批量生產(chǎn)，且成品均為固裝式家具[10]，增加了后期的包裝運輸成本。同時，現(xiàn)有產(chǎn)品在設(shè)計創(chuàng)新上的缺失，導(dǎo)致圓竹家具同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，降低了產(chǎn)品的附加值。在我國家具向大批量、大規(guī)模、定制化、智能化、綠色化發(fā)展趨勢的引導(dǎo)下[11]，以批量定制理念為理論基礎(chǔ)，利用減量化策略來優(yōu)化圓竹家具的設(shè)計創(chuàng)新，這對于極度依賴手工技藝的圓竹家具產(chǎn)業(yè)而言，有著重要的意義。

1 批量定制對圓竹家具減量化的驅(qū)動因素

批量定制驅(qū)動圓竹家具減量化設(shè)計的思路如圖1所示。減量化可以降低工藝難度，在優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的前提下，通過配合批量定制的柔性化生產(chǎn)技術(shù)來促進產(chǎn)品創(chuàng)新，滿足用戶對產(chǎn)品個性化、多樣化的需求。

圖1 批量定制驅(qū)動圓竹家具減量化Fig.1 Batch customization driving reduction in raw bamboo furniture

1.1 通過批量定制的柔性化實現(xiàn)產(chǎn)品多樣性

批量定制理念的核心是以產(chǎn)品多樣化來滿足用戶個性需求的大規(guī)模生產(chǎn)[12]，是以用戶需求為驅(qū)動的優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的個性化產(chǎn)品生產(chǎn)模式[13]。批量定制是大批量生產(chǎn)和個性化定制的有效結(jié)合。由于批量定制能夠按需求進行生產(chǎn)，減少了大規(guī)模生產(chǎn)的需求，因此可以在一定程度上減少資源消耗和對環(huán)境的影響[14]。

圓竹家具的批量定制強調(diào)生產(chǎn)過程的標(biāo)準(zhǔn)化和適應(yīng)性。依照這種理念，可將圓竹家具部件分為標(biāo)準(zhǔn)化部件和適應(yīng)性部件兩大類。在批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化部件的基礎(chǔ)上，通過定制適應(yīng)性部件提供差異化的產(chǎn)品解決圓竹家具市場同質(zhì)化現(xiàn)象。

1.2 通過批量定制的規(guī)模生產(chǎn)促進減量化

減量化是指在保持或提高產(chǎn)品或服務(wù)質(zhì)量的同時，通過減少材料使用、簡化產(chǎn)品生產(chǎn)流程等手段，以達到減少成本輸出、防止污染和保護生態(tài)環(huán)境的目的[15]。

對家具進行減量化設(shè)計，應(yīng)用批量生產(chǎn)等技術(shù)以實現(xiàn)材料、人工消耗的降低[16]。在圓竹家具的創(chuàng)新設(shè)計中，減量化可以通過批量生產(chǎn)來優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)化部件提升生產(chǎn)效率、減少成本，降低生產(chǎn)中對手工技藝的過高要求，擺脫傳統(tǒng)手工技術(shù)因素對圓竹家具發(fā)展的制約。

2 基于批量定制的圓竹家具減量化設(shè)計策略

利用批量定制可通過產(chǎn)品的多樣性和生產(chǎn)的便捷性來實現(xiàn)減量化，從設(shè)計、生產(chǎn)制造、運輸?shù)绞褂?、回收的生命周期角度分析，這種多樣性和便捷性主要體現(xiàn)在設(shè)計創(chuàng)新、工藝優(yōu)化、包裝改良等方面。就圓竹家具而言，減量化體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化部件和適應(yīng)性部件的創(chuàng)新設(shè)計上。在批量定制的視角下，可通過分析生命周期中的相關(guān)設(shè)計、工藝和包裝之間的關(guān)系，來促進圓竹家具的減量化設(shè)計 （圖2）。

圖2 基于批量定制的圓竹家具減量化設(shè)計因素分析Fig.2 Analysis of factors in reduction-oriented design of raw bamboo furniture based on batch customization

2.1 設(shè)計減量化

設(shè)計減量化旨在生產(chǎn)簡潔、好用、耐久的產(chǎn)品，突出產(chǎn)品設(shè)計的靈活性，并借助批量定制的柔性化生產(chǎn)技術(shù)而實現(xiàn)。

2.1.1 滿足用戶個性化需求

現(xiàn)有圓竹家具形式單一，不能充分滿足用戶的個性化需求。因此，需要在批量定制理念下研究用戶需求，給用戶提供可拓展、編輯的產(chǎn)品，創(chuàng)造更多的選擇自主性，使用戶參與到大規(guī)模定制的技術(shù)與組織之中[17]。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化、成組技術(shù)的運用

標(biāo)準(zhǔn)化可以提高生產(chǎn)效率，而成組技術(shù)是實現(xiàn)圓竹家具批量定制的技術(shù)基礎(chǔ)，通過成組技術(shù)發(fā)現(xiàn)零件之間相關(guān)性，并按照相關(guān)性將零件分類形成零件族，建立生產(chǎn)單元[18]。研究圓竹家具結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)成組技術(shù)分析相似形零部件，并將零部件分為標(biāo)準(zhǔn)化部件和適應(yīng)性部件，從而形成可變型的產(chǎn)品模型。同時，結(jié)合用戶的需求，進行產(chǎn)品快速配置來提高生產(chǎn)效率，從而達到減量化的目的。

2.2 工藝減量化

工藝減量化是在保證家具簡潔、耐久的前提下，不僅要減少家具零部件和連接件數(shù)量，而且還要減少其規(guī)格和部件種類，并通過成組技術(shù)，盡量將同一功能中的多個零件合二為一[19]。

2.2.1 輕技術(shù)化

傳統(tǒng)圓竹家具多以作坊形式存在，使用的生產(chǎn)工具相對簡單，但對制作技巧的要求更高，限制了圓竹家具的普及。圓竹家具生產(chǎn)中的輕技術(shù)化是指在傳統(tǒng)竹家具生產(chǎn)工藝和技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入現(xiàn)代化設(shè)備和流程，運用先進技術(shù)手段提高生產(chǎn)效率、降低成本并保持產(chǎn)品質(zhì)量的趨勢。

2.2.2 優(yōu)化連接工藝

連接件是家具的“關(guān)節(jié)”，直接影響家具結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[20]。隨著新型材料的廣泛應(yīng)用，近年來眾多學(xué)者提出了既能提升圓竹家具耐久度，又能滿足標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的圓竹結(jié)構(gòu)形式，主要包括局部注塑制榫、局部注塑預(yù)埋五金件、金屬套管連接、填木連接等[21-25]。從圓竹家具減量化的角度創(chuàng)新連接結(jié)構(gòu)、優(yōu)化連接工藝，可提升家具質(zhì)量、簡化專配流程，在提高家具生產(chǎn)效率的同時，增加了家具的穩(wěn)定性和使用壽命。

2.3 包裝減量化

傳統(tǒng)圓竹家具多是以固裝為主要結(jié)構(gòu)的不可拆卸家具，這在無形中增加了包裝運輸成本。因此，需要從源頭減少包裝用材，實現(xiàn)包裝減量化[26-28]。

2.3.1 包裝形式減量化

包裝形式減量化是將立體的產(chǎn)品拆分為平面化的部件，以達到減少運輸體積的包裝手段，其代表是宜家提出的平面封裝理念。包裝形式的減量化要以家具具備拆裝式、折疊等結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)基礎(chǔ)，具有節(jié)省包裝材料、提高空間利用效率以及降低成本的優(yōu)點。

2.3.2 包裝材料減量化

包裝材料減量化的內(nèi)涵在于充分利用“次材”和邊材、回收利用“棄材”，即對材料進行“高值化”利用，并形成獨特的審美形式[29]。傳統(tǒng)家具包裝使用的材料多且不環(huán)保，一次性包裝不但產(chǎn)生大量的固體廢物，其較大的體積也浪費了物流資源。圓竹家具的包裝可通過減少包裝材料種類、賦予包裝更多的使用功能來減少包裝造成的資源浪費。

3 圓竹家具減量化設(shè)計實例

如圖3所示，筆者以標(biāo)準(zhǔn)化部件和適應(yīng)性部件的創(chuàng)新設(shè)計為切入點，設(shè)計了一款多功能圓竹家具。用戶可根據(jù)不同需求來選擇相應(yīng)的部件，分別組裝成椅、桌、架三種使用形式，其基本部件如圖4所示。部件A和部件B為批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化部件，部件C為可根據(jù)需求定制的適應(yīng)性部件。部件A采用竹材碎料模壓加工而成，部件B為批量生產(chǎn)的五金連接件，部件C采用圓竹徑材加工而成。

圖3 可根據(jù)需求定制的多功能圓竹家具Fig.3 Multi-functional raw bamboo furniture customizable to specific needs

圖4 多功能圓竹家具部件構(gòu)成Fig.4 Components of multi-functional raw bamboo furniture

3.1 設(shè)計減量化的應(yīng)用

設(shè)計減量化一方面體現(xiàn)在以標(biāo)準(zhǔn)化、成組技術(shù)為基礎(chǔ)來提高圓竹家具的生產(chǎn)效率，另一方面則體現(xiàn)在如何滿足用戶個性化的需求。圖5是通過一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化部件和適應(yīng)性部件組成不同圓竹家具的示意圖，用戶可以根據(jù)需求選擇并組裝家具，以實現(xiàn)圓竹家具的差異化。

圖5 部件到家具的組合示意圖Fig.5 Component to furniture assembly schematic

3.2 工藝減量化的應(yīng)用

通過部件連接形式的創(chuàng)新來降低圓竹家具的組裝難度。在本案例中，利用標(biāo)準(zhǔn)部件B來簡化圓竹家具的連接結(jié)構(gòu)，從而降低對手工技術(shù)的依賴 （圖6）。由于竹材空心且握釘力較差，為了保證部件B與部件C連接的可靠性，對圓竹部件C的端頭、開孔等位置預(yù)先進行注塑處理來強化連接，通過結(jié)構(gòu)的輕技術(shù)化來提高家具強度和生產(chǎn)效率。

圖6 部件連接方式Fig.6 Component connection method

3.3 包裝減量化的應(yīng)用

拆裝式的平面封裝技術(shù)縮小了包裝空間。如圖7所示的圓竹桌子，其使用時的體積為0.157 m3，采用平面封裝之后的包裝體積為0.015 m3，實現(xiàn)了包裝形式上的減量化。部件A是集包裝與家具功能為一體的特殊部件，在作為包裝材料的同時，消除了產(chǎn)品和包裝之間的功能界限，成為家具自身的一部分，讓產(chǎn)品具備包裝需要的保護性、減量化和良好的用戶體驗等設(shè)計目標(biāo)。同時，部件A采用竹材回收廢料加工而成，實現(xiàn)了材料的“高值化”利用。

圖7 使用狀態(tài)與包裝狀態(tài)體積比較Fig.7 Volume comparison between used and packaged state

4 結(jié)語

批量定制理念下的圓竹家具減量化設(shè)計研究，可從批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和定制生產(chǎn)柔性化出發(fā)，通過圓竹家具在設(shè)計、制造工藝與包裝運輸?shù)娜鞒虒崿F(xiàn)減量化，即實現(xiàn)圓竹家具設(shè)計中標(biāo)準(zhǔn)化部件和適應(yīng)性部件的創(chuàng)新結(jié)合。對圓竹家具進行減量化的研究，可促使圓竹家具的形式創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，從而拓展產(chǎn)品功能、降低工藝門檻、提升生產(chǎn)效率，為竹家具的可持續(xù)發(fā)展提供了新思路。