板式定制家具智能制造技术浅探_李中原

企业管理

板式定制家具智能制造技术浅探

李中原，丁建文

(南京林业大学，南京 210037)

摘 要：智能化制造是定制家具生产的未来发展方向。本文通过分析板式定制家具行业在信息化生产中存在的主 要问题，研究板式家具智能化生产的一般流程，指出软件与硬件的结合是智能化生产的关键，并根据市场上信息化 改造的成熟经验，为定制家具企业转型升级提供合理建议。

关键词：板式定制家具；智能化制造；软件；设备

中图分类号：TS664 文献标识码:A 文章编号1000-4629(2018)04-0106-05

Application of Intelligent Manufacturing Technology in Customized Furniture Industry

LI Zhongyuan，DING Jianwen

(Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China)

Abstract：The intelligent manufacturing technology for customized furniture production is the inevitable direction. The authors studied the general process of the intelligent manufacturing and pointed out that the combination of software and hardware was the crucial in the intelligent manufacturing on the basis of the analysis of the main issues facing Chinese furniture manufacturers. According to the mature experi ence of the information transformation in the market, a reasonable suggestion for upgrading furniture pro duction was proposed by the authors.

Key words：customized furniture；intelligent manufacturing；software；machinery

DOI:10.16610/j.cnki.jiaju.2018.04.027

智能化制造最早由德国提出，是基于信息物理 系统(CPS),通过CPS网络实现人、设备与产品的实 时连通、相互识别和有效交流，从而构建一个高度 灵活的个性化和数字化的产品与服务的智能制造 _模式［1，2］_。

如今整个中国制造业都在研究着智能化制造 并向其进行发展，家具制造业也是如此。近年来， 定制家具势不可挡，席卷了整个中国家具消费市 场，对传统成品家具造成了巨大的冲击，使国内的 家具市场呈现出百花齐放、百家争鸣的竞争局面^［3］。 主要的定制家具企业相继提出了“大家居”的发展 战略，从单一产品如橱柜的制造商转变为全屋定制 产品的供应商，不断向其他家具产品渗透与延伸， 随着整体家装、3D设计软件、VR技术的普及应用, 推动了终端客户由购买单一品类家具的消费习惯 向基于整体居住空间的成套采购改变^［4，5］。

虽然未来的形势大好，但定制家具行业依然存 在一些问题，影响整个家具行业的进一步发展。这

基金项目：国家自然科学基金项目(31500480)。

作者简介:李中原(1991-)，男，硕士研究生，主耍从事木材加工装备方面的研究。E-mail:lizhongy@finchinasoft.com。 通讯作者：丁建文(1969-)，男，副教授，主要从事木材加工装备方面的研究。 E-mail:dingjianwen@njfu.com.cn。

引文格式:李中原，丁建文•板式定制家具智能制造技术浅探［J］.家具,2018,39(4)： 106-110.

1061 Furniture

企业管理

就需要一些理性的思考，促进定制家具行业更健康 更合理地成长。

1 板式定制家具生产存在的主要问题

经过定制家具企业、软件服务商、设备制造商 多年的共同努力和发展，已逐步形成了通过智能软 件与数控设备进行店面设计报价、订单管理沟通、 工厂拆解生产、包装入库发货、终端上门安装的闭 环商业模式，较以往有了不俗的进步，开始由B2C （Business-to-Customer,即商对客）转变为 C2B（Cus- tomer to Business,即消费者到企业）的新型模式，具 有无限的发展潜力^［6］。但美中仍有不足，离智能制 造还有不少藩篱需要突破，值得我们不断探索，下 面为行业存在的主要问题。

 1）设计端与生产端软件尚未完全打通。如今 市面上的所有拆单软件还难以做到前后端的完美 衔接，要么强在设计，要么强在生产，导致大多数定 制家具企业同时使用两个甚至多个软件系统。

 2）工厂排单困难、生产混乱无序。庞大的订 单量已令人工排产变得捉襟见肘，根本难以找到最 优解，而计划的未按时完成又让生产拥堵不堪。

 3）缺少信息化生产的管理人才。行业缺少将 工艺、生产、软件融会贯通的信息化管理人才，而培 养需要周期，是需一步一个脚印去牢固的软实力^［7］。

 4）根深蒂固的传统思维。老牌家具企业在信 息化改造的步伐中已落后于新型现代企业，其组织 架构庞大、思维方式固化、对新生事物反应迟钝是 部分原因。

2 板式定制家具智能化生产流程

早在本世纪初，国外就已经开发出定制家具的 生产系统来辅助制造，通过建模的方式制作产品模 型，抓取模块下单同时生成物料清单，提高了拆单 的效率，从此推开了智能化生产的大门^［8］。经过近 二十年的发展，板式家具智能化生产在一些发达国 家已然实现，其主要特点为工件不下地，利用工业 机器人、自动化输送设备以及数控加工设备完成上 下料、开料、封边、打孔、分拣、包装等多个工序，全 程无人化，称之为关灯工厂^［9，10］。

国内开发智能化制造系统的公司有纬纶科技、 三维家、圆方等，基本可以实现板式家具智能化生 产。板式家具智能化生产的一般流程如图1所示。

生产产计划

物料需求计划

生产湍程管陛

自动化设备

首先，终端设计人员利用设计软件店面端提供 产品方案、最终效果图、报价等信息供消费者参考， 一旦确认，订单信息将进入设计软件工厂端，后续 的沟通都等均可通过系统进行，告别了以电话、邮

企业管理

件为主的历史。

工厂的审单部门确认订单无误后，随即进入

MES软件对订单进行排程,并根据零部件的原材 料、是否外购件、不同的工艺等特性进行揉单后的 分线生产，将能够进入智能化生产线的板件筛选出 及机器人分拣软件，从而全面控制开料、封边、打 孔、分拣的整个板件加工流程，犹如大脑的中枢神 经系统支配四肢的周围神经系统。

智能化总控软件的主要功能包括订单信息的 加载处理、板件的流程追踪、设备的状态监控。

来，最后再通过机器人分拣将板件按订单进行汇

聚，直至板件齐全后输送至成品区，质检包装后入

3 板式定制家具智能化制造改造方法

库，并等待发货处理。 仅就智能化生产线而言，计划部门将每日的生 产任务即xml文件通过MES系统发放给车间，操作 人员调取xml导入智能化总控软件，再由line将数 目前国内板式定制家具智能化生产线多采用

如图2所示的流程。所用的设备主要有上下料机械 臂、大板套裁机、封边机、通过式钻孔中心、分拣设

据分发给上位机开料软件nesting与打孔软件fee以

备等。

通过式钻孔 中心2号机

封长边b

讐/ -分拣"分拣架位

实现板式定制家具工智能化制造需要软硬件 的高度融合，软件系统与机械设备的整合度高低， 对整个智能化制造系统影响巨大。下面将对软件 和硬件分别进行说明。

3.1 软件方面 就国内软件而言，三维家的厨衣柜设计软件、 定制家具生产系统实现了前后端的打通，其在设备 对接方面采用NC或CNC的G代码方式；纬纶科技 在设计、拆单和生产对接及设备均是自主研发，基 本完成了成套智能生产线的开发；国外的系统主要 有2020、imos、wcc等，软件在开放性上较低，一般只 能对接豪迈设备^［11］。

家具企业进行信息化改造时，应关注拟采用软 件的以下因素。

（1） 软件硬件的一体化。一款好软件的背后离 不开一家紧密合作的机器设备商，长时间的默契配 合，提升了二者的兼容性，不断的实践纠错，最终锤 炼出优质的产品。

（2） 软件的研发与服务团队。软件的背后应拥 有一支经验丰富、齐心协力的团队，依靠产品经理 桥梁的作用打通理论与现实的。

（3）软件公司具有可持续发展性和创新性。客 户基数的多少是评价软件公司能否可持续发展的指 标之一，而持续的推陈出新是创新性的基本体现。 3.2 硬件方面

板式定制家具智能制造在满足了软件等虚拟 条件后，硬件的合理选择也同样关乎成败。电子开 料锯作为传统的开料设备，基本能满足智能化生产 需要，如今采用铣切方式加工的大板套裁设备已逐 步取代了电子开料锯，大板套裁设备在开料成型的 同时板件已然规方，不仅优化了家具的制造工艺， 而且便于实现自动上料、加工、出料，使得利用机械 臂下料成为了可能。因而大板套裁设备在智能化 生产线中成为市场的新宠儿。

封边连线单元通常由2~4台高速自动封边机 组成，适用于三聚氰胺板、中密度板、胶合板（夹板） 等的封边加工，可使用不同材质的卷式封边带，包 括PVC、ASB、亚克力等。进给速度可在16~26 mm/min的范围内调节，上履带式压料系统保证了 板件在封边过程中的平稳输送，由此可以保证在智 能化过程中的效率与封边质量。

通过式钻孔中心具有高效率、高精度、高柔性

企业管理

化生产等特点，可同时加工板件的四个面，通过上 位机软件的控制，可智能判断双工位或单工位，并 将加工程序合理分配给各个排钻轴，确保加工精 度，提升加工效率，为实现工件不落地的生产提供 有力保障。

此外，智能化生产线还包括机械臂、动力辊、缓 存架、90°转向机等。其中机械臂的作用搬运和分 拣板件；动力辊则是运输板件；缓存架可对板件进 行暂时的存储。每台设备都实现了 PC化并开放其 外部接口，与中央控制器进行通信、传输和反馈。

4 板式定制家具企业信息化改造探讨

定制家具企业在计划实现智能化制造之前，要 进行充分考虑与评估，包括自我的认知，是否具备 转型升级的能力和条件、人力、物力等，另外是否有 全面的改造周期与实施计划，各时间节点的确认， 最后通过信息化解决方案的供应商获得外部的推 动力量和技术支持^［12-13］。

以下就纬纶科技系统为例介绍定制家具企业 信息化生产，纬纶科技的软件系统包括：店面设计 软件(治木2.0店面端)、订单管理软件(CRM)、工厂 拆单软件(治木2.0工厂端)、生产管理软件(MES)、 上位机软件(nesting、fee )、智能化连线总控软件

(line)、机器人分拣软件等，基本实现了板式家具智 能化生产的所有流程。

如图3所示，智能化总控软件line是整条生产 线的中心,通过将MES软件导出包含多个订单信息 的加工文件xml导入line软件，再由其进行分解，将 开料的尺寸信息传递给大板套裁设备的上位机软 件nesting ；将打孔的大小与位置信息和机械臂1号 机搬运工件的队列信息发送给通过式钻孔中心的 上位机软件fcc ；将每块工件的订单信息分发给分拣 装置。其还有的功能包括生产任务的全程记录，可 以连接电子看板，随时关注生产完成进度；板件的 流程追踪，使得每块工件在生产线的哪个位置都能 清楚的显示；设备的状态监控，及时报警出故障的 设备，对生产线的快速维修提供了便利。

得到line软件开料信息与命令的nesting软件, 会进行优化排版，通过解析xml为G代码并与控制 器进行通讯，从而指挥大板套裁设备上料、贴标、打 孔、铣型、下料等工序。另外只有单面垂直孔的板 件还可以直接加工，从而减少后端打孔的工作量， 增强生产线的效率，而异形工件则可以通过咬合的 算法提高原材料利用率。开完料后，机械臂将工件 转移到旁边的辅助线进行封边、打孔的操作，最终 可通过人工，也可通过分拣装置扫码的功能与同订 单的工件汇总。

如图4所示,获得line软件指令的打孔软件fcc， 会将工件封边的队列信息与此工件的加工信息相 匹配，若人为打乱顺序，则会造成加工出错，在正确 无误的板件流转顺序下，fcc会将加工数据转化为通 过式钻孔中心所能识别的语言，开始钻孔加工，其 的特点是能够根据钻头的排布与板件实际加工工 艺进行算法的匹配，可同时调取两个或多个以上的 钻孔进行打孔，大大提高了钻孔的效率。

最后是获得line软件分拣要求的机械臂，同样 是通过机械臂的分拣软件将每块板件的尺寸信息 以及其对应的订单信息传递给机械臂本体，由于工 件的大小不一，其中心位置均不一致，必须通过算 法告诉机械臂的抓板位置以及放置在分拣架的何 处。机械臂分拣订单数量的阈值，需考虑生产批次 的揉单量以及分拣架的数量与层数等^［14］。

就本案例可以看出，如今国内板式家具制造基本 实现板件不落地的生产模式，与以往通过人工贴标扫 码加工的方式相比已有了显著的不同，在可预见的将 来，以工作站为单元的传统定制家具制造模式将逐步 被无人化、自动化、智能化的新型生产方式取代。

企业管理

图4上位机打孔软件fee(左)和机器人分拣软件(右)

Fig.4 Upper computer drilling software FCC( left)and robot sorting software (right)

5结语

目前智能制造的作用主要体现在：由于店面设 计端与工厂生产端共用一个数据库，理论上实现了 前后端的无缝衔接，缩短了拆单的时间，降低了沟 通成本;通过CRM与MES精准定位订单的流转状 态，保证了交货周期； Nesting 的异形咬合排版提高 了材料的利用率;xml加工信息文件对接机器与智 能化生产线的连动降低了对人工的依赖度和订单 的人为出错率^[15]。

未来定制家具的智能制造将融入更多的科技 元素，甚至板木、实木的工业智能化也将来临^[16]，可 以预见的新功能包括：1)店面端设计加入AR的增 强现实，提升用户体验;2)移动端app下单，工厂直 接生产的自助模式；3)订单数据与状态的实时监控， 追本溯源; 4)利用机器人代替传统的辊台传送装置; 5)利用机器人代替电子锯、封边机与加工中心。

经过十余年的发展，国产智能化生产软件与设 备通过不断的创新与发展，二者的结合同样能够创 造板式定制家具关灯工厂，使得智能制造不再是国 外的专利与神话，越来越多的定制家具企业选择国 货是一个必然。

参考文献：

[1] 吴智慧. 工业4.0：传统制造业转型升级的新思维与新 模式[J].家具,2015(1):1-7.

[2] 吴智慧.工业4.0时代家具产业的制造模式[J].林产工 业, 2016, 43( 3)：6-10.

[3] 许柏鸣.对当前中国家具业的几个问题的思考[J].家具 与室内装饰,2017(1)：15-16.

[4] 宋晓东.家具设计及卖场展示的新趋势:VR虚拟现实 技术[J].城市建设理论研究：电子版,2017(36) ： 74-75.

[5] 李霞.欧派的大家居智能化路径[J].销售与市场(管理 版),2016(9):16-18.

[6] 吴智慧,张雪颖,徐伟,等.智能家具的研究现状与发展 趋势[J].林产工业,2017,44(5):5-8,13.

[7] 曹平祥，王福辕.板式家具数字化制造技术浅谈[J].木 材工业,2013,27(1)：35-38.

[ 8] ARIANO M, DAGNINO A. An intelligent order entry and dynamic bill of materials system for manufacturing custom ized furniture[J]. Computers & Electrical Engineering, 1996, 22( 1) 45-60.

[9] 熊先青,吴智慧.大规模定制家具的发展现状及应用技 术[J].南京林业大学学报(自然科学版)，2013, 37(4): 156-162.

[10] 朱剑刚，吴智慧.家具制造业信息化的构想及关键技 术[J].南京林业大学学报(自然科学版),2004,28(1)： 77-80.

[11] 丁正星. 板式家具数字化制造数据库建立与应用的研 究[D].南京:南京林业大学,2014.

[12] 林海，华毓坤，杨文嘉. 家具企业实现大规模定制的途 径[J].南京林业大学学报(人文社会科学版)，2004,4 ( 2): 71-74.

[13] 李慷.家具工业4.0的实施路径的探讨[J].中国战略新 兴产业，2017(36):43.

[14] 毕海波. 大规模定制家具板件自动分拣系统的研究 [D]. 衡阳:南华大学，2016.

[15] 韩静，吴智慧,沈忠民.MES系统在定制家居企业中的 应用分析[J].家具,2017,38(5): 1-5.

[16] 王翠霞.全屋家具定制发展趋势及案例分析[J].山海 经:故事, 2017(7):77-78.

(责任编辑 周橙旻 王晓棠)