高端家具智能生产设计优化及安全追溯技术研究

夏学文 陈新生 范坤河 喻飞

摘要：随着智能制造技术不断发展，以红木家具为代表的高端家具的设计方法、生产模式和经营模式正发生着巨大的变化。本研究结合智能优化算法、智能制造、区块链等先进技术对高端家具的个性化定制与设计、柔性化生产、及产品溯源等几个方面进行了分析了其在高端家具制造业的若干应用场景。并对这些技术在高端家具企业智能化升级过程中的可行性及优点进行了讨论。

随着家具产业智能制造的快速发展，其销售和服务将发生明显变化。一方面，消费者对产品的认识将从“卖场+门店”的模式向“定制+VR虚拟”的形式转变;另一方面，家具企业的核心竞争力将逐渐从依靠资源要素的低成本竞争，向提高产品科技含量和附加值转变，其中高端家具尤为明显。本文将从高端家具的个性化定制、优化下料与柔性化生产以及家具产品的溯源等问题进行简单阐述。

1. 个性化定制、设计

近年来，定制风的逐渐兴起不仅是顾客的消费升级，更是体现其个性的回归。当前的个性化定制家具的整个流程包括以下步骤：首先商家与顾客接触，了解需求，然后设计师根据具体需求，并结合专业知识出设计方案，顾客确认之后下订单。在整个过程中，顾客一般提供的仅仅是一个概念上的、抽象的需求。设计师在此基础上对需求进行具体化，并将结果反馈给顾客。可以看出，个性化定制的结果主要依赖于两个因素：顾客对个性设计的具体化程度以及设计师自身的设计偏好。一般而言，顾客提出的个性化越具体、设计师对顾客个性化理解得越准确，则设计的家具越能满足顾客的个性化需求。然而，现实常常是，顾客对自身需求的理解仅仅停留在概念阶段，提供的常常是“欧式风格”、“简约风格”等不准确的描述。同时，设计师根据自己对这些抽象的描述的理解给出设计方案了。因此，从某种意义上来讲，设计方案在相当程度上体现的是设计师的“个性”。事实上，近年来在高端家具的个性化定制时，顾客希望能更多地参与到家具设计的过程中，通过“VR虚拟”技术不断改进、优化设计方案，实现真正的个性化定制。近年来出现的交互式进化算法为这种深度个性化定制提供了可能。

交互式进化算法是在进化算法的基础上发展起来的一种新颖的优化算法，其基本思想是在进化算法进行优化的过程中引入人的主观偏好，利用这种偏好信息指导算法的优化过程。正是基于这一特点，交互式进化算法已成功应用于一些艺术品的设计中，如陶瓷制品、卡通人物等的交互式设计中。因此，我们认为可以将交互式进化算法与高端家具的个性化定制进行有机融合，其基本流程如图1所示。

图1. 基于交互式进化算法的家具设计与优化过程

在利用该方法进行交互式家具定制时，一方面，客户在家具模型迭代优化设计过程中，通过可视化的方式将自己的偏好指导算法的优化，不仅深度地融入了家具设计的核心过程，同时也充分体现自己的个性化需求;另一方面，设计师可将设计过程中涌现出的新颖元素纳入到“家具基础元素库”，作为家具企业的知识产权，为企业未来的个性化定制提供了更为丰富的基础素材，从而能有效提升设计效率。

2. 优化下料与柔性化生产

要做好高端家具的定制工作，必须有相应的生产能力来保障，这种能力主要体现在精细化、高效化。当订单量较大时，传统的生产加工方式无法提供精细的下料方式和高效的工序安排。事实上，目前行业内所有已经实现大规模定制的家具企业背后都离不开智能制造的支撑[7]。

众所周知，随着高端家具的不断升级，原材料也从最初的普通木制板材升级为高端木制板材、石制品板材、贵金属板材等等，非标部件也越来越多。目前研究较多的是规则零件（如矩形）的排样、下料问题，对非标部件的研究较少。常用的对非标部件的处理基本上是基于规则零件排样处理的矩形近似方法和对不规则零件直接处理两种方法，因此，作为加工阶段的第一步，如何将这些高端原材料进行精细化下料是有效节约成本、提升企业竞争力的关键之一。传统下料方式主要依赖于工人的经验和加工工艺，容易造成废料过多、加工精度不高、耗时等缺点。因此，近年来一些学者开始将智能算法应用于高端家具的优化下料。该算法和传统方法不同的是，下料者无需具有丰富的排样经验，只需要提供非标部件的形状尺寸即可。实验结果也表面，基于智能算法的排样方法能得到更优的结果，这一优点在高端家具的大规模定制、设计过程中能显著降低物料成本，提升企业的竞争力。

此外，大规模家具定制生产时，还需考虑的另一个问题是如何将安排零部件加工、组装的工艺次序已达到缩短工时、提升加工效率的目的。现实生产中，不同零部件加工所需设备、耗时、加工次序各有不同。因此，在现有加工设备的条件下，如何合理安排加工、组装的工艺次序对提升加工效率有着决定性的作用。一般而言，中小规模的生产可借助工人的经验或已有的自动化生产管理系统进行有效的工序安排。但面临大规模生产或具有突发订单时，这种方法的局限性就凸显出来了。因此，近年来基于人工智能方法的柔性化生产加工方案已吸引了越来越多的加工企业的关注，家具行业也不例外。目前，像尚品宅配、索菲亚等定制家具的龙头企业已成功引入了柔性化生產技术，能够每天生产30多万块非标部件，生产效率是传统模式的8～10倍。

3. 家具产品溯源

以红木家具为代表的高端家具产品溯源不仅能满足家具购买者对产品信息进行认证的需求，同时也是厂家进行品牌推广、知识产权保护的需要。随着信息技术的发展，家具产品的溯源从依赖图片、视频等技术发展成为以先进物联网技术、自动识别技术、互联网技术、区块链技术为基础的数字化溯源技术。通过这些先进的信息技术为每件高端家具建立一个独一无二的身份码以及溯源码。身份码和溯源码的唯一性与二者间的互相验证性保证了产品溯源的真实性和不可抵赖性。目前，作为国内雕刻之乡的浙江东阳，很多红木家具企业开始使用数字溯源系统，建立红木家具的数字化身份码，提升产品价值和企业形象，拓展企业品牌方面，走在了行业前面。

一般而言，家具厂家首先需将红木家具的信息，如原材料、加工、检验认证等所有信息通过身份信息存入云服务，并且提供全网查询。家具买家则可以通过手机扫码或网络查询等方式对家具产品的规格、图片、原料、原料产地、认证鉴定、厂家信息等进行全方位的验证。家具产品数字化溯源的功能作用主要包括：

（1）有效杜绝假冒伪劣产品，以及杜绝一次充好产品，维护消费者权益。以红木家具为代表的高端家具，不仅价格高，而且具有保值、投资、增值的功能，而仅依靠销售人员的介绍是无法让购买者真正了解产品的价值，也无法杜绝厂家的以次充好、售后抵赖等现象。而引入了数字化身份码及溯源码后，购买者不仅能随时查询到产品的详细信息，而且还能避免售后的纠纷。因此有了高端家具溯源系统，不仅能有效杜绝以次充好的劣质家具危害市场，让优质家具真正体现其价值，同时还能维护消费者权益。

（2）成本低，信息化程度高，防伪技术先进。虽然每件家具的溯源码、身份码仅需几分钱，但却包含了丰富的产品信息。由于溯源码、身份码由系统生成，并通过多重加密后存储在云端，因此不仅能有效防止假冒，同时还能避免买卖双方的违约、抵赖行为的发生。因此，家具的溯源技术不仅为企业打击盗版假冒提供了有力的技术支持，同时也规范了交易双方的行为。

（3）充分发挥移动互联，促进企业品牌价值提升。通过物联网技术、区块链等现代信息技术的应用，不仅让以古老的红木家具为代表的高端家具行业也具有网络特性，便于传播和推广优质企业的实力以及高端家具产品。同时，也能更好的服务更多的消费者，促进企业进一步的发展。

4.结束语

人工智能技术在高端家具制造业领域的深度融合使该产业在设计、销售和服务等方面发生着显著的变化。本文从大规模定制下高端家具的个性化定制、设计、柔性化生产、产品溯源等几个方面对高端家具企业的智能化升级之路进行了简单的讨论。可以预见，高端家具企业的战略核心将是产业的智能化升级，这不是家具行业发展的必由之路，同时也是木材资源可持续发展的必由之路。

参考文献：

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[3] 朱海鹏， 李雪莲， 黄文倩， 李超. 深度学习方法下椅子風格识别与智能设计[J]. 家具， 2021， 42（06）： 37-40+60.

[4] 朱兆龙， 熊先青， 吴智慧， 李荣荣. 面向智能制造的定制家居数字化设计虚拟现实展示技术[J]. 木材科学与技术， 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] 喻飞， 魏波， 交互式差分演化卡通人脸生成[J]， 计算机科学与探索， 2017， 1（12）： 2023-2032.

作者简介：夏学文，1974.8，男，湖北省孝感市，汉，博士研究生，教授，  研究方向：人工智能及其应用;陈新生，1953.1，男，福建省漳州市，汉，大专，中级工程师，研究方向：现代家具智能生产设计;范坤河，1982.5.17，男，福建漳州，汉，大专，中级工程师，研究方向：现代家具智能化设计;喻飞，1981.12.02，男，湖北省钟祥市，汉，博士研究生，副教授，研究方向：智能计算与应用