家具制造企业多中心智能制造共享云平台研究

刘俊，陈琳，刘润亚

(1. 南京林业大学经济管理学院，南京 210037；2. 昆山杜克大学，江苏 苏州 215316)

制造业的发展关系着国家经济命脉，影响着国家实力的展现、制造产业地位的稳固。制造业不仅是科技创新的主战场，更是国家提升竞争力和加强自主创新能力的源泉。2015年《中国制造2025》[1]的提出明确了智能制造转型升级的必要性和紧迫性，战略中提出“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”这一要求，因此要将先进的信息技术与专业制造设备深度融合[2]，不断推动我国制造产业智能制造的转型升级，创造出真正有中国特色的制造文化。在从“制造大国”向“智造强国”转型的过程中，关键在于解决企业运营管理和生产制造过程中的痛点，如何整合制造资源、利用制造能力，如何节省制造成本、避免资源浪费[3]。为推动家具制造企业智能制造的发展，解决智能制造转型升级中面临的问题，笔者提出多中心智能制造共享云平台的理念、架构、研究内容和运作模式[4]。

1 家具企业智能制造转型升级的现状及问题

我国家具制造业规模庞大，未来发展态势良好。一方面得益于强大的国内需求，工业化的发展和人民消费水平的提高拉动了内需；另一方面得益于家具产品出口的推动，家具行业产品质量的提高促使国外消费者购买国内的家具产品，推动我国家具行业的发展。智能制造转型升级需要国家政策的扶持、信息化管理人才的培养、大量资金的投入，然而目前家具制造企业中中小企业数量占比较高，物质基础薄弱，不具备全方位转型升级的条件。未来几年特别是5G通信进入实用阶段,实现万物互联，制造业将进入智能制造的鼎盛时期，我国每年在智能制造上投入增幅将超过40%。未来智能制造的发展势不可挡，然而在家具制造企业进行智能制造转型升级的过程中面临许多不容忽视的问题。

1.1 设计的效率和准确性较低

个性化定制成为家具制造企业的一大趋势，然而设计软件参数化不完善，无法达到标准化，在设计生产过程中易出现数据传递不准确、数据重复输入等物力和人力浪费的问题。设计效率低下增加了设计加工周期，降低企业制造生产效率；数据的不准确传递会导致定制生产的出错率升高，成品率降低，生产成本增加。

1.2 设计、管理系统和设备尚未完全打通

设计、管理系统(ERP和MES[5])和设备之间不能完全对接，ERP和MES系统之间数据传输存在差异[6]。企业需要依靠ERP和MES系统对整个生产流程进行管理，数据传输是其中一个重要的环节，然而设计和设备无法对接，设计与管理系统之间数据难以直通，ERP和MES系统之间数据传输存在时间差或者数据不准确，以上问题将直接影响企业生产的正常进行[7]。

1.3 根深蒂固的传统思维和管理模式

智能制造的关键点不仅是制造设备的更新换代，更是管理模式和思维的更新。然而我国制造企业的现状是制造设备不断趋于智能化和专业化，管理模式和思维却不能与先进的设备相匹配，无法满足智能制造发展的需求。

1.4 信息化制造管理人才的匮乏

信息化制造管理人才的培养涉及多学科融合，特别注重顶层设计和信息系统的整体架构，有实力的家具制造企业可以通过智能制造项目的导入培养信息管理人才，一般中小企业不具备这样的人才培养条件。

2 多中心智能制造共享云平台的构建

为解决家具制造企业智能制造发展中面临的问题,特提出多中心智能制造共享云平台，即以多个家具制造企业为中心、众多商户和供应商参与的、支持企业智能制造、实现制造共享和供应链共享的云平台，为我国家具制造企业充分利用共享资源，提高效率、降低成本，增强企业综合竞争力提供重要的帮助[8]。

2.1 共享云平台的目标

云平台的使用用户有云商户、云供应商、云制造企业，云商户为使用云平台的家具门店、装饰公司等商户。云平台主要能实现以下目标：

1)为云商户提供采购下单功能，将家具采购订单下单给云制造商。

2)为云供应商提供销售接单功能，获得来自云制造企业的采购订单。

3)为云制造企业提供智能制造支持平台，通过该平台管理生产制造过程和企业的运营。同时提供来自云制造企业和云商户的销售接单功能，以及将制造共享的采购订单下达给其他云制造企业的功能。

2.2 共享云平台的结构组成与主流程

2.2.1 共享云平台的结构组成

通过对平台用户交互功能分析，发现存在两种功能，即采购下单功能和销售接单功能，这些功能隶属于供应链范畴。因此，根据功能进行划分可以把云平台分成供应链部分和智能制造部分。这两个部分的复杂程度、要求的响应时间各不相同，智能制造部分模块众多、复杂程度高、要求的响应级别高。

为了最大化地提高云平台的使用效率、降低使用成本，多中心智能制造共享云平台由智能制造云平台和供应链云平台组成，且独立运行，云平台的结构如图1所示[9]。该平台以多个家具制造企业为中心，实现制造共享和供应链共享[10]。

图1 多中心智能制造共享云平台结构Fig. 1 Multi-center intelligent manufacturing sharing cloud platform architecture

2.2.2 共享云平台主流程

云平台主流程分为4个步骤，允许流程内部迭代，如图2所示。

图2 共享云平台主流程Fig. 2 Sharing cloud platform main process

1)云商户采购下单与云制造企业销售接单。云商户获取终端用户的需求后，将家具采购信息输入到供应链云平台生成采购申请，选择云制造商、确定采购价格和技术规范，并上传相关图纸，在财务审核通过后生成采购订单。云制造企业登录供应链云平台，查看来自云商户的采购订单，并把采购订单转化为销售订单，同时销售订单数据通过接口加载到智能制造云平台。

2)智能制造云平台支持云制造企业智能制造过程，详细功能见下文介绍。

3)云制造企业采购下单与云供应商或其他云制造企业销售接单。云制造企业既可以和步骤1)云商户一样生成采购订单，又可以从智能制造云平台将采购订单导入。云供应商或其他云制造企业登录供应链云平台，查看来自云制造企业的采购订单，并把采购订单转化为销售订单。对于其他云制造企业，销售订单数据通过接口加载到智能制造云平台。

4)如果存在其他云制造企业销售接单的情况，即制造外包，实现制造共享，则返回步骤2。

2.3 智能制造共享云平台使用前提条件

家具制造企业使用云平台的前提条件是在企业中实现数字化设计。

数字化设计的功能有：1)数字设计，即运用专业的设计工具，产品快速3D建模；2)基于标准化的参数设计，即通过修改尺寸参数改变物体形状，并能定义尺寸参数的关系，修改材质和风格参数，改变物体的材质和风格；3)拆单功能，即快速生成零部件图纸；4)生成CNC加工程序，并能模拟加工过程；5)CNC加工程序与设备无缝对接；6)BOM表构建功能；7)制定产品的生产工艺；8)快速渲染功能；9)快速报价功能。

数字化设计提高了设计效率和准确性，为后续的业务产生了数据源，解决了相同数据重复输入的问题[11]。以上功能须由设计软件整体提供，如果由多个软件分别提供，不仅会增加对接成本，而且要面临软件升级带来的软件之间不同步的问题。

2.4 智能制造共享云平台的特质

2.4.1 建立“三位一体”智能制造运行模式

“三位一体”，即数字化设计、管理系统(ERP和MES系统)和设备一体化，运行模式见图3。建立“三位一体”智能制造运行模式能实现设计、管理系统、设备之间的无缝对接和数据驱动业务，提高零件加工的效率和准确性。具体表现如下：

图3 智能制造“三位一体”运行模式Fig. 3 Intelligent manufacturing “trinity” structure

1)设计软件生成的工艺、BOM、刀具等数据通过接口导入到管理系统中，将CNC加工程序和3D文件释放到网络共享区[12]。

2)在数控设备上，进入管理系统，扫描零件条码或二维码，将网络共享区零件的CNC加工程序下载到数控设备，以驱动数控设备加工零件。使用专用的3D浏览器实现对三维零件的查看。

3)实现设计软件的加工模块与国内外主流的2轴、3轴、4/5轴的CNC加工中心对接。对接设备的加工中心需要满足的条件：①设备具备3D模板定义功能(用于定义加工中心的动作、原点等)；②设备配备控制系统(通常的木工设备常用系统有发那科、新代、欧塞、维宏、台达等)；③设备具备程序代码样例定义功能(做端口时需要定义设备机代码的信息等)。设计软件的加工模块根据不同的机型做设备后置接口(接口包含上面几条的设置)，实现加工模块与数控设备的配对。

2.4.2 实现ERP与MES的融合

智能制造的发展离不开管理系统的运用，ERP和MES系统的数据是企业生产制造和经营决策的依据。实现ERP与MES系统的融合，能减少两个系统之间数据传输滞后带来的数据差异，提高数据的准确性，有助于监控生产制造的流程、优化企业资源配置[13-14]。

2.4.3 采用便携式的数据采集手段

通过设备或传感器将条码、二维码、RFID中的数据读入，并对采集的数据进行加工和处理。数据采集不仅要求操作简单、使用方便、显示清晰，还要求智能识别数据、对操作员的身份识别、操作员可用菜单的显示、操作员采集数据的限制。所有的操作可以通过扫码一步完成，去除了签字、核对、汇总等人工处理步骤，提高管理效率的同时保证了数据的实时性和准确性。

2.4.4 提供智能化管理功能

生产制造环节繁多、工序复杂，需要依靠先进的管理理念和管理方法，实现人工管理到智能管理的转变[15]。智能化管理平台是系统强大生命力的体现，如数据驱动业务、业务与财务一体化、生产成本的实时统计、智能计算生产计划和采购计划、物料将来库存显示、配套出库和销售出库的智能化建议等。

3 应用案例分析

该云平台在HT公司获得应用，HT是一家从事家具生产和销售的公司，公司内部管理规范、职责分明，年销售额在7 000万元以上。HT公司的情况如下：1)早在2010年就开始探索数字化设计，购买了几种家具设计软件，形成具有自身特色的数字化设计方法；2)购置的设备90%以上为数控设备，实现了设计生成的加工程序驱动数控设备加工零件；3)2015年开始使用内部管理系统，公司员工有使用管理系统的经验。

基于以上情况，HT公司满足智能制造云平台使用前提条件。云平台的实施分为3个步骤：1)云制造企业智能制造云平台的使用；2)云供应商供应链云平台的使用；3)云商户供应链云平台的使用。云制造企业使用智能制造云平台是基础且实施难度最大，需首先实施，实施模块包括基础数据管理、财务管理(含财务会计、管理会计与工资管理)、产品配置管理、计划管理、行政管理、销售管理、采购管理、库房管理、MES等。整个实施过程HT公司用了3个月的时间，主要的云供应商和云商户共用了1个月的时间。

云平台给HT公司带来的改善：1)实现制造共享，降低工厂设备投入；2)实现采购资源的共享，降低采购成本；3)智能制造云平台大幅降低智能制造软件的使用费用，且供应链云平台免费提供给云商户和云供应商使用；4)减少产品的交付周期，从1个月缩短至15 d；5)节省材料消耗，材料用量同比降低10%；6)实时统计生产订单成本(材料成本和人工成本)，分析生产成本的构成，实时控制生产成本；7)动态统计销售成本(运输费用、安装费用等)，提供预警机制，监控销售成本的波动；8)实现数据驱动业务，业务与财务一体化，对比实施前，企业管理成本降低50%，效率提高50%。

4 结 语

家具制造企业多中心智能制造共享云平台能达到多重效果：一是实现制造资源共享，有效利用企业剩余产能，节省实体工厂投入成本；二是降低供应链成本，众多供应商资源降低了云平台企业的采购成本，众多客户资源降低了云平台企业的销售费用；三是提高中小家具制造企业的智能制造水平和管理水平，促进企业转型升级。

针对未来一些产能富余的家具制造企业加入云平台，怎样实现最大程度的制造共享，这是云平台下一步需要解决的问题。