全屋定制家具智能化生产方式的探讨

李 宇， 马连祥

(南京林业大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210037)

近年来国内家具市场“定制”的概念非常火爆，目前高端定制比常规定制更加流行，其原因在于消费者对家具定制企业在定制化、个性化以及品质方面的要求变得更高。在CFD中国家居研究院发布的《2020年上半年家居建材企业总营收排名表》中，可以清楚地看到在45家家居建材企业中，只有10家企业在2020年上半年获得了增长，而从上市家居企业的分析数据中不难发现，为数不多、在上半年盈收企业均是定制家具企业。截至目前，国内大部分板式家具企业通过引入智能化设计拆单系统、优化排料软件以及MES等系统，一定程度上将板式家具的销售、设计、拆单、制造与打包发货等环节推向了信息化生产，显著提高了订单处理效率，缩短交货时间，抑制飞单与漏单现象，达到了优化家具原材料利用与降低劳动成本的目的，但国内主流家具企业向智能化生产的转型还有漫长的路要走。

1 国内全屋定制生产方式现状

占据我国板式家具企业大部分的生产方式，是自动化生产方式以及正在向智能生产方式靠拢的半智能化的板式家具生产方式[1-2]。其中自动化的生产方式，早期在家具企业中占据了十分重要的地位，而随着科技的进步以及信息化、智能化需求的不断增长，由自动化向智能化的转变就变得尤为重要。真正实现智能化生产，关键在于实现全屋定制生产过程中单个工序智能化的基础上，实现各个工序之间智能化无需人工干预的互联互通。

全屋定制的生产多年来基本处于传统的机械、自动化的生产阶段，根据调研得知，目前索菲亚、苏州大卫木业(禧梵全屋定制)、我乐橱柜溧水4.0工厂等企业已经实现了4.0智能线的升级转型，其中索菲亚集团位于广州增城的全屋定制生产线是国内最早落成投产的智能线，该生产线将从贴面车间运送过来的板材分配到不同的开料工作站，工人只需要根据机器灯的指示作业，开料完成后紧接着进行二维码的贴码，后面的加工工序中机器根据每块板材的二维码进行识别操作[3-4]。降低了肉眼识别可能产生的错误，大大提高了生产线的生产效率。目前，该套系统生产模式被称之为“数字化系统”生产模式，其实就是4.0智能线，这种智能化生产方式几乎贯穿了索菲亚定制家居的所有生产环节[5]。大数据系统让索菲亚的柔性生产线有了一条十分完善的追踪链条，家具的销售、设计、拆单排版、刀路优化再到生产加工阶段实现完全的互联互通，从备料、开料阶段开始，板材就已经贴上了专属的条形二维码，这些二维码也就是这块板材的身份证，之后经过开料、封边、打孔、包装等工序，再到终端销售环节，都能随时根据条形码查询到原板材的所有信息，而下单和拆单等工序都可由计算机智能系统自动生成。这又体现出了板式家具企业智能化生产中最为重要的信息化系统，先进智能化的软件系统是企业转型的关键所在。实现全屋定制智能化生产，应该从三个大的方向做出改进，即逻辑思维的转变、更加重视大数据与信息化以及加大创新力度。

2 全屋定制产线智能化的价值

截至2020年，国内板式家具企业，大部门均为非智能化生产，这种生产线占地面积大，需要投入更多的人工，生产利润十分有限，大部分毛利润都用来发工资，业内大部分企业年产值基本都徘徊在3 000～6 000万之间，很难取得大的突破，如果需要增大企业利润，产值突破6 000万只能进行工厂生产线再复制，但是与其同时，占地面积、管理、产线、维护、人工等成本同样翻倍，资金周转效率低下，利润没有明显提升，企业老板挣不到钱还翻倍增加管理成本，“复制产线”式的产值提升自然被大部分企业放弃，因此突显出了全屋定制智能的重要性。

智能化生产线可以有效缩短生产周期，一般的家具企业，订单的交货日期较长，最慢的可能需要45～60天，而目标企业的生产线改造投入生产以后，可以进行大规模的定制化生产，柔性的智能化生产线在生产中可以实现多种类板式家具快速的板不落地式的连管加工，企业的生产能力得到了显著提高，大大缩短了交货周期[6-8]。

数字化生产降低了对工人经验的依赖，进而降低了用人成本。智能拆单开料软件与电子开料锯结合，在开料端工人不需要计算，也不需要考虑，只要按电脑所给的提示进行操作即可。除此之外，智能工厂控制系统MES的引入，为企业提供了统一的生产数据管理平台，系统涵盖了企业所有装置的进料、出料，罐区库存及收付动态，原料进厂，产品出厂(船运、汽运、管 输)等业务领域数据信息，基于MES的数据统计实现了全厂“产、销、存”数据的统计管理，现场用户能够利用MES数据信息直接进行日常生产指导[9-10]。MES已经成为企业生产不可或缺的系统，其提供了实现协同生产的基础，加快了数据信息流通周期，为企业动态优化生产提供数据支撑。这样不仅提高了生产速度，减少人工计算错误，对工人要求也明显降低，工资成本也就明显降低。另一方面，成本的降低还体现在板材利用率上，为板式家具智能生产而生的智能拆单排料软件，运用了退火算法等独特的数学算法模型，在保证生产进度的前提下，将板材利用率达到了最大化，也大大降低了企业的生产成本。

3 我国家具企业应如何实现4.0生产

实现全屋定制4.0智能化生产，应当实现销售端定制化、高效智能化，拆单、报价智能化以及产线端加工阶段做到优化加工路线、加工方案，提高出材率做到真正板不落地式的智能化生产。图1所示为全屋定4.0智能化生产的原理图，在销售端、生产端都进行改进，将传统的板式家具销售端的低效率的手动绘图设计家具等方式进行替换。在拆单、加工端，对机械化、自动化的生产进行逐步改进，软件进行智能化、合理化的订单拆解后，将生产指令通过信息化系统传送到车间。智能化车间产线应当由软、硬件大量板块组成，智能化设备组成了自动开料、高速连续封边、钻孔以及分拣包装四个工作站，各工作站之间通过传输辊、机械臂等设备进行连线确保了智能化生产的基础条件，而信息化平台的搭建将产线效率提高到最大化，实现了真正意义上的智能化生产。

图1 全屋定制4.0智能线原理框图

销售端应当采用先进的设计拆单软件系统，做到工厂与门店的互联互通，消费者可以通过线上、线下两种渠道针对所需要的板式家具进行选购。在线下方面(即店面销售)，消费者到店选好板式家具的大致种类，向工作人员提供家具各方面参数以及对家具的要求后，工作人员可以直接将参数输入到板式家具软件中(例如云熙、海迅以及榕业软件等公司推出的板式家具自动设计拆单软件)并快速生成效果图，并可以快速进行修改、敲定方案，方便进行下一步拆单生产加工。对于不能到店面的消费者，可以通过企业的销售网站进行线上下单，添加家具的相关要求数据后，可以远端快速生成设计方案最终达成交易，为板式家具企业提供了源源不断的竞争力[11-12]。

拆单阶段，结合板式家具设计软件的辅助，即可完成全屋定制家具的拆单工作。针对家具进行智能化拆单，即将板件清单、孔位图、五金明细、报价单、三维立体图进行合理计算分类并一键导出，并可在后台针对条形码生成、生产加工顺序、排版、机械加工刀路进行规划。

开料阶段，传统板式家具开料机操作复杂、效率低，因此在板式家具智能化生产中，企业应选择新型的数控电子开料锯。考虑到加工过程中的其他工序，首先应选择多工序电子开料锯。多工序数控开料机具有十分强大的兼容性，不但可以一台机器实现自动贴二维码、自动上料、开料以及铣槽、开孔等多个工序，全自动上下板料、除灰尘功能以及自动定位系统均可有效地降低生产过程中人工参与强度从而降低在开料阶段不必要的能耗。其次，实现智能化加工，设备还要与信息化结合，开料结束后贴码器进行贴码[13]。在加工过程中，由于自动粘贴二维码可与板材加工同时进行，高效且极大程度地减小了生产过程中出差错的可能性。

封边阶段，传统的封边设备无法满足板式家具智能生产需要，因为传统封边技术是利用涂胶辊轮将融化的胶水均匀地涂布在待封边板材的封边部位，再将封边条由封边带传送装置运送到指定位置，由压辊施加压力将封边条压合在板材的边缘完成封边。

全新的封边设备，即全自动封边打侧孔机器，虽然在封边操作上与传统封边机相似，但是全自动封边及经过开料的板材，通过板材辊轮运输带自动运输到封边机，由封边机针对需要封边的板材边缘进行封边操作，这种机器在封边的同时，也可以根据需要进行打侧孔操作，可以有效地提高加工效率。实现智能化封边更重要的一方面，是要在封边效率方面做出改进，例如，在工艺步骤上进行一定的改进，需要多个边缘进行封边的板材，应该更换思路，不能封完一边，再返回机器入口端进行其他边的封边操作。应采用左右手连线等高效封边方案，如图2所示，设置多个全自动封边机，需要多个边缘封边的板材在经过二维码扫描系统识别后，先后经过若干个封边机针对需要封边的若干个边缘进行封边操作，使得整条生产线可以连续不间断地运行，有效提升生产效率[14-15]。

图2 左右手连线封边工作站

钻孔阶段，一般建议使用全自动多排钻(例如金条豪迈集团生产的BST100型CNC 自动多排钻)，这种自动多排钻的钻座排列是自左向右水平排列，自上而下由多排垂直钻座组成，一般含有8～10个垂直的钻座，每一排钻座可以安装36个钻头[16-17]。这种自动钻机由计算机控制，在经过前面的工序后，计算机经过处理，将对应的专属加工指令传送到钻机上，钻机可以根据这些指令进行精准的钻孔加工，可以是单个钻头工作也可以是多个钻头同时工作且不受排座的限制。这可以保证各个部件的孔位间距和其他参数精确，一次确定基准后可以完成各种类型钻孔，是一种效率很高的自动化钻孔设备。板件封边后马上要进行板件的钻孔工作，为适应每块板件的钻孔位置等信息的差异，高速数控钻孔工作站由两台四面钻床和一台六面钻床组成，封边完成的板件在缓冲区时，由机械手按照软件系统设计好的顺序依次将不同开孔要求的板件分别放置到三条高速数控钻孔线上完成钻孔工序。

分拣、包装阶段，传统企业分拣包装杂乱无序，且均由人工完成，漏件错包的情况十分常见，实现全屋定制智能化生产，智能高效地分拣包装系统是必不可少的。推荐使用机械臂(例如苏州大卫木业全屋定4.0智能线中用到的川崎机械臂)进行分拣工作，将高速钻孔工作站加工完成的板件运到运输缓冲区，经分拣扫码装置扫码后，由机械手完成板件的分拣工作并智能有序地(以订单为单位进行集中存放)存放到板件仓库中，将包装阶段的出错率降到最低[18-19]。

上述产线加工各个工序中，在开料工作站前和钻孔工作站后应配置两组机械手臂用于上下料、板件分拣工作。保证在智能线中独立工序实现智能化的同时，各工作站之间实现板不落地式的互联互通。

企业除配备智能线各硬件设施外，信息化平台的搭建也尤为重要，软件端的核心软件就是MES系统，可实现各个加工阶段信息的收集交互以实现整条生产线联动、流转的自动控制。

4 总结与展望

实现板式家具智能化生产，精髓在于软硬件系统的完美结合，从销售端、产线端的各工作站、仓储物流环节，最终达成交易，都与传统的方式相区别开来，以智能化的先进设备为基础，强大的信息化系统为之赋能，实现产线智能化，以高效地促成交易，满足顾客各种要求，给顾客带来更加智能化的体验，可以完美地实现板式家具所谓的定制化柔性生产线，同时也突破了部分家具企业在面对小批量、多样化的订单时，只能低效率地逐个生产的现状[20]。智能线的投产，意味着整线产值最大化，人工配比降到最小值，而这也解决了国内部分家具企业始终无法克服的产能瓶颈问题。

在科技飞速发展的今天，家具的品质在人们日常生活中占有的比重也越来越大，它作为人们生活的载体，除了具有使用功能外，其设计者所传达给我们的文化特性也成为家具产品价值的主要成分，在这样的大前景下，拥有诸多优点的板式家具未来不可限量[21]。经历20多年的发展，我国的板式家具产业在生产方式、销售、产品的质量以及科学技术等方面都取得了相当大的进步。整个产业实现了从最为传统的手工业到现代工业的一步步转型。首先在国内来说，近几年来板式家具的生产总值已经占据了我国整个家具产业的主导地位，并且随着整体水平的提升，国内产出的板式家具也逐渐得到了世界消费者的认可，达到了进出口的标准。但是我们不能止步于此，要迎头赶上德国等发达国家的生产水平，中国板式家具要走的路还很长。实现智能化生产，是实现一个企业信息化最为重要的环节，唯有实现智能化生产才能真正实现企业的智能化、信息化转型。