数字化设计技术在定制家具中的应用探析

■陈 越，余肖红 Chen Yue & Yu Xiaohong

(浙江农林大学工程学院，浙江杭州 311300）

随着“互联网+”技术的不断推行以及用户个性化需求的快速增长，定制家具已成为行业发展的新趋势。数字化设计技术为定制家具行业带来巨大变革和效益，推动行业快速发展。现阶段，数字化设计技术在定制家具行业的应用已有一定的基础，但距离真正意义上的家具数字化设计还存在较大差距，企业实现数字化转型的过程也相对复杂。因此可以通过虚拟现实技术、家具产品体系构建技术、参数化建模技术以及应用程序接口技术等，具体分析数字化设计技术的应用现状和应用价值，以期为未来定制家具的数字化设计提供参考。

1 数字化设计技术概述

数字化是指将复杂的物质信息量化成数字和数据，并利用这些数字和数据建立数字模型，通过二进制代码导入计算机内部[1]。在设计领域，数字化设计技术是指在虚拟现实、互联网技术、通信协议、三维可视化、数据库等支撑技术的支持下，从计算机辅助绘图(Computer Aided Drawing) 发展到计算机辅助设计(Computer Aided Design) 的核心技术。在数字化技术条件下，定制家具设计研发的不同阶段会应用到不同的数字化设计技术，从而在设计思路、设计方法和设计流程上产生创新[2]。

1.1 数字化设计技术在定制家具中的应用现状

定制家具设计过程中，通过应用数字化设计技术实现了物质设计到家具数字化的过程。多数定制家具企业意识到数字化是行业发展趋势，就引进了数字化软件产品和设备。但对数字化设计技术的理解和应用深度不足，仅停留在借助数字化软件绘图阶段，仍需投入大量的人力，与真正意义上的定制家具数字化集成还有很大的差距[3]。我国在定制家具领域的数字化设计技术应用中，多数是引进国外相对成熟的软件和技术，自主研发的能力还有待提高。尤其在三维参数化建模技术、家具产品体系构建技术等方面与海外成熟的数字化集成家具行业存在较大的差距。

定制家具行业缺乏对数字化设计技术应用的全局意识，在定制家具设计生产的全生命周期中，忽视了全链路需要借助数字化技术串联打通。因此在定制家具设计生产制造过程中，存在软件与系统之间的接口不联通、系统的集成应用无法发挥功能以及设计信息和数据共享转换不通畅等问题[4]。同时，数字化设计技术的应用对定制家具设计人才提出了要求，这类人才需要对整个定制家具行业有全面的认知并能够将数字化设计技术应用在定制家具设计中。就现阶段的应用现状而言，我国能够跟进定制家具设计生产制造全链路数字化的人才非常缺乏，导致推进数字化设计技术应用的进程较为缓慢。企业虽然购置了数字化的设备和软件，但未能将数字化设计技术充分应用。

■图1 VR设备

■图2 VR技术应用场景

■图3 产品库切角柜适配客户的户型

1.2 数字化设计技术在定制家具中的应用优势

定制家具设计主要有三方面的痛点：第一，自主创新能力不足，定制家具品类相似；第二，定制家具产品体系不完善不规范；第三，设计生产链路不畅通，设计生产周期长，交付不准时。数字化设计技术的应用将定制家具设计的独立环节连接起来，提高数据传递的效率，降低对人工的依赖程度并减少在信息流转过程中的重复动作。通过参数化建模技术和家具产品体系构建技术，可系统性梳理定制家具产品体系，搭建定制家具产品库。设计师在为客户定制设计方案的时候，可调用定制家具产品库的基础模块以缩短设计周期。同时可以根据客户的个性化需求设计定制模块，提高设计创新能力。定制的模块还能够丰富产品库，为设计师的设计持续输出灵感和创新。

2 数字化设计技术在定制家具设计中的应用分析

通过分析定制家具设计中具体数字化设计技术的应用，对虚拟现实展示、家具产品体系构建、参数化建模以及应用程序接口等技术的应用形式、应用优势以及局限性进行分析，说明数字化设计技术在定制家具设计中的必要性。

2.1 虚拟现实技术的应用分析

虚拟现实技术(Virtual Reality)，VR是借助电脑模拟三维虚拟世界，体验者通过传感器接收视觉、听觉、触觉等维度的多种信息源，感受沉浸式的交互体验。VR 技术应用在定制家具中的关键取决于前期的底层数据搭建。要对家具产品的体系如品类、尺寸、材质、颜色、功能、结构和工艺等进行信息数据的采集，搭建家具产品数据库并通过三维软件完成建模和贴图，生成虚拟的家具产品信息[5]。

在定制家具设计的过程中，VR技术的主要应用场景是用户选购定制家具的环节，主要的设备有：头戴式显示器、摄像头、耳机和手持控制器（图1）。将全屋设计信息集成在VR眼镜里，体验者只需要戴上VR眼镜和耳机，就可以全方位的环视全屋的设计。通过手持控制器，体验者就可以以第一视角对空间的任何一个部分进行随心替换装修，甚至虚拟体验对家具的使用（图2）。索菲亚、 欧派家具等定制家具上市企业在各大门店相继引入VR技术，用户通过第一视角体验，身临其境选购家具。

VR技术与传统的二维效果图展示相比，有以下三方面的优点：从用户维度，改善用户体验感，提高用户整体的满意度，同时也拓宽了用户的选择面，更深层次地实现定制家具个性化设计，并且减少了实际施工效果与效果图的差异；从设计师维度，产出设计方案的周期被缩短，并且修改设计方案的频次被降低；从门店和企业的维度，VR技术解除了传统家具体验馆或卖场的空间限制，降低了企业的营销成本，提高了竞争力。通过VR技术能够捕获用户的数据，预测家具个性化需求趋势，为产品研发提供数据支撑。

现阶段，我国的虚拟现实技术尚处于起步阶段，要充分发挥VR技术需要大量的底层数据支撑和配套的设备。因此现阶段的VR技术应用存在一定门槛。但基于VR技术应用的优势，在未来的定制家具行业发展中，VR技术会有很大的市场空间，与定制家具领域也会有更深度全面的结合。

2.2 定制家具数字化产品体系构建技术的应用分析

数字化家具产品体系构建技术是通过拆分整体家具，对家具的零部件进行归类，然后用模块化的方法，设计开发家具的三维参数化产品库[6]。家具产品体系构建是实现定制家具数字化设计技术应用的关键。家具产品体系的构建流程可以简单提炼为从用户需求分析出发，依据订单用户、用户群体、市场这三方面的需求，对家具产品进行分类，筛选出共性较强的部分进行模块开发。再结合工艺技术和生产信息的要求进行发散，最终构建出相对完整的产品体系。家具产品体系投入使用后，再根据用户需求和工艺生产等信息进行迭代升级。因此在构建产品体系之前，需要考虑用户需求、工艺技术以及生产信息等因素（表1）。

现阶段，定制家具产品体系尚不规范，缺少统一的标准。不同的定制家具企业根据自身的需求梳理各类的家具。通过模块化和标准化的方法实现家具产品体系化，能够降低设计与生产过程中的复杂程度。在满足用户个性化需求的同时，还能实现大批量生产。

表1 产品体系的影响因素

■图4 参数化建模界面

■图5 适用API接口的应用场景

多数定制家具企业综合用户需求调研、设计师设计习惯、海量户型以及制造生产工艺信息的限制因素，梳理出契合企业设计生产特点的家具产品库目录，再通过参数化建模技术，在后台预先搭建家具产品库。设计师为客户设计方案时，可以根据客户的户型在家具产品库调用适配的基础模型，再通过更改模型参数来匹配客户个性化需求（图3）。在定制家具先下单后生产的模式下，存在生产周期不稳定和家具产品交付不准时的问题。因此企业通过搭建家具产品库的方式，规范设计生产环节，能有效缩短设计周期，提高产品交付的准时率。

2.3 参数化建模技术的应用分析

参数化建模技术（Parametric Modeling）是以尺寸约束为前提，由尺寸驱动以带动参数驱动的数字化模型构建技术。用传统的三维建模技术搭建的成品模型尺寸固定，若用户有对三维模型进行修改编辑，将会增加重复劳动。在定制家具设计过程中需要较大的模型修改量，因此应用参数化建模技术搭建的模型，只需要调整参数就可实现模型修改，较为适用定制家具设计[7-8]。

区别于传统三维建模技术，参数化建模技术对整个设计过程进行存储，最终的设计方案是系列的家具模型而非单一的家具模型，因此能实现快速设计的目的[9]。因此，参数化模型与传统成品模型在模型粒度、组成模块、尺寸设定以及编辑方式上，都有所不同（表2）。在定制家具设计过程中，通过参数化建模技术建立的模型，能够通过改变参数进行可视化修改（图4）。在参数化编辑器的参数配置栏中，可预先设置参数，设计过程中通过调节系统变量、自定义变量以及各个部件之间的变量来实现模型修改（表3）。在模型视图窗口直接可视化观察模型的修改。参数化建模技术提高了建模的效率和自动化的程度，减少了设计师的重复劳动，有效缩短了定制家具建模的周期，也能为用户的个性化需求提供广泛的服务。

参数化建模技术是CAD技术发展到一定阶段的必然产物。通过参数化建模技术能够实现数据信息快速的集成，在前端设计软件对接后端生产软件的过程中，应用参数化建模技术搭建的家具模型在导入后端生产软件后能够快速将家具模型设计信息和工艺信息集成在一起。在参数化建模软件中进行可视化装配、干涉检查、约束条件检测与结果评估等规则设定，可以模拟生产过程，避免实际生产过程中不必要的错误，提高生产效率[10]。随着定制家具设计的发展，参数化建模技术的应用范围将更广，应用程度将更深。同时对应用参数化建模技术的设计人员提出更高的专业要求。

2.4 应用程序接口技术的应用分析

应用程序接口（Application Program Interface，API）是定义、协议的功能集合，通过调用 API 接口作为桥梁打通各个系统，实现数据共享和通信。

通过API接口的调用，能满足定制家具从营销获客到设计下单再到生产管理的全链路定制需求。API接口能将设计软件、ERP、CRM以及拆单软件串联成一条完整的链路。通过JSON文档，实现数据的投送传递，解决了定制家具设计生产过程中各个软件系统信息独立的问题。调用API对接各个软件，在全链路形成完整的闭环（图5），同时数据被存储在云端，保障数据信息的安全。订单与设计信息独立的问题也能够应用API技术来解决[11]。

定制家具企业可根据自身需求，调用API来对接设计生产全链路的各个环节。调用API对接软件的前提是对接软件双方共同商议对接传输协议和抓取方式。同时两个软件都需要开发对外的接口，将对接的内容进行梳理，并用标准字段进行对接。如果对接的内容涉及非标字段，还需要双方进行沟通协调实现个性化对接。对接成功后，可下发接口用同样的方式与第三方对接。应用API技术，从技术层面来说是能够实现定制家具设计生产过程中各软件之间的信息传递。但就现阶段而言，API文档和调用规约尚未完善，若是出现漏洞则会引发数据安全问题。

表2 参数化模型与成品模型的对比

表3 参数配置

3 数字化设计技术在定制家具中的应用趋势

通过具体分析不同的数字化设计技术在定制家具中的应用，可以预见数字化设计技术在未来定制家具中呈现出深度交互和智能化的趋势。

3.1 交互性

定制家具设计以用户的个性化需求为出发点，以提高用户体验为导向，促使数字化设计技术的应用愈发注重用户服务与交互体验。未来定制家具企业会借助数字化设计技术，快速识别用户需求，提高用户需求响应机制和实时处理能力，为定制家具设计赋予创新性和灵活性。

与传统定制家具设计模式相比，数字化时代的定制家具设计不仅满足设计师快速设计的需求且更注重用户体验和满意度。从VR技术的快速发展和市场的潜力来分析，在未来定制家具设计过程中，用户参与设计的比重将逐渐上升。因此应用数字化设计技术帮助用户自主参与、选择、设计适配自身需求的家具时会注重用户的交互体验。同时，用户交互体验过程中所产生真实可靠的数据信息，有助于数字化设计技术的应用发展。

3.2 智能化

数字化设计技术的可变性、集成性、高存储特征和定制家具设计生产服务一体化的模式，将会使未来数字化设计技术的应用趋于智能化。通过数字化设计技术的应用，用户原始数据不易丢失且数据利用率被提高，在定制家具设计过程中所产生的数据信息还能被客观地分析，从而降低人工收集分析数据的劳动成本。

随着基础底层数据不断地完善集成以及API技术的不断开发，未来定制家具设计全链路数据可以被更客观地分析。应用数字化设计技术规范了定制家具设计过程中的数据和传递方式，减少人工操作，使数字化设计技术应用更智能[12]。

4 结语

数字化是这个时代发展的趋势和方向，数字化设计技术渗透在定制家具设计的各个环节，驱动定制家具的变革和发展。本文探析数字化设计技术在定制家具设计中的具体应用以及应用趋势，为先进的数字化设计技术深度应用在定制家具设计中提供参考。