家具产业数字化转型与智能制造

■祁忆青，徐 然，俞大飞 Qi Yiqing & Xu Ran & Yu Dafei

(1.南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037；2.江苏省泗阳金满冠建材有限公司，江苏宿迁 223799）

1 家具产业制造模式转变趋势

随着定制家具的崛起，家具制造业模式开始发生转变，开启了工业4.0新篇章，大数据是其中最为重要的新动力[1]。已逐步形成了以欧派、尚品宅配、索菲亚等为代表的数字化制造家具企业。这些家具企业的成功转型为未来家具产业制造模式提供了新的方向，向数字化转型已成为家具产业发展趋势。德国最先提出了智能化制造的概念，它是在信息管理系统的基础上，连接人、产品和设备，从而进行实时且高效的沟通，建造出一个智能化的服务系统和定制化的产品。德国智能制造概念崛起的目的在于提升德国制造力高新技术实力，强调再工业化[2]。而中国根据自身国情，制定了“中国制造2025”，旨在将中国制造业引向智能制造。作为工业产品一部分的家具，传统的设计方法和制造模式已经满足不了现代要求，其劳动密集且强度大，环境污染严重，产品相应市场周期长等问题，使得发展数字化智能家具成为必然趋势，家具产业追求智能化制造，可以实现个性化定制，高质量产品、低能耗生产，友好型环境的家具产品生产[3]。传统家具产品生产将朝着新一代的智能制造转型，将家具产品智能化、信息化、网络化和数字化进行深度融合。

2 家具产业智能制造数字化转型

数字化在现阶段，应用广泛，人们日常生活也随之发生变化，如微信支付、人脸识别等大数据的使用为生活提供了便捷，数据化对生产也有着重要影响，家具智能制造也必将朝着数据化方向发展。

数字化是智能制造的关键核心。数字化主要是基于计算机技术，对文字、图像、声音等进行采集分析、编码解码、信息分类处理、信息储存、传输与运用等一系列处理，从而实现信息的高效处理[4-5]。2019年9月4日，《工业大数据发展指导意见〈征求意见稿〉》围绕资源、融合、产业和治理四大体系，提出了加强工业大数据资源采集汇聚、推动工业大数据全面深度应用、提升工业大数据技术能力、完善工业大数据法规标准环境等九大项[6]。以及建设重点产业、重大工程数据库、构建工业经济运行“一张图”等3大推进工程。吴智慧教授提出了智能制造概念，就是传统的信息技术和新一代数码技术（大数据、物联网、云计算、虚拟现实、人工智能等）在制造生命周期的应用。家具产业要实现数字化即是在保留企业原有模式的基础上，能够适应网络市场环境的变化，形成以数字化为核心的家具产业生产链。

家具产业从原始的手工制作到今天的智能制造，经历了漫长的发展过程，不同时期的发展取得了一定的成绩，见图1。但要数字化转型需让数据自由行，包括决策模式、研发模式、制造模式、运营模式、服务模式、商业模式都需要大数据分析、决策和维护（图2），因而完全实现家具产业的数字化转型还需要从设计、制造、管理和服务四个智能化方面改进。

■图1 家具产业智能化生产发展历程

■图2 数字化转型-让数据先行

3 设计智能化

家具设计的智能化主要体现在智能家具产品的设计和研发。设计的智能化要求设计过程中的无纸化，运用设计软件系统规范化设计[7-9]，形成标准化的模块，避免传统图纸设计存在的误差不精确等细节问题，最终将设计也带入整个智能化产业链中。三维参数化设计软件、揉单技术、标准化等是现在家具企业主要运用方式[10]。但目前国内家具企业设计软件运用最广泛的Auto CAD和3DsMAX，智能化程度并不高，无法将生产数据和设计参数进行直接对接。由此产生了数据化设计软件，如2020、Solidworks、Imos3D、MI-Crovellum、Topsolid Wood等，具有专门的木制品三维工程设计模块，不仅解决了家具数字化设计与数字化生产之间的对接问题[11]，而且通过三维模型的建立与系统自动二维一体化展现，可以将客户的定制要求即时反映在系统中，创建新的需求模型或者修改之前的模型，时刻满足客户的定制需求，实现客户参与设计。同时三维可视化图纸直接转换成二维生产数据，初步实现设计与生产一体化[12]。设计软件不断地被优化，被开发新的模块，适应不同家具生产需要，如SAP、Oracle、Epicor、Wcc、2020、EMOS、Topsolid Wood、鼎捷、用友、广州华广、金蝶、广州伟伦、商川、造易等，其中2020设计软件主要用于板式定制家具生产，而Topsolid不仅用于板式定制家具也用于框架式实木家具三维数字化生产设计，软件在推进，家具产业及时跟进应用，设计智能化已经成为企业迅速占领市场的必选工具。

4 制造智能化

随着智能家居日益得到国家重视和支持，已成为六大重点领域应用示范工程之一。大数据显示，我国智能家居市场将保持21.4%的年复合增长率，这样的生产值和庞大的市场需求，靠传统的工业化生产模式已经无法完成，需要全制造链协同和软硬一体的制造智能化。

4.1 全制造链协同

家具生产存在结构复杂、工艺流程复杂、计划编制与执行情况跟踪复杂、物料成套与齐套困难、长制造周期等问题，以及异地多工厂的协同、与外部供应商的协同、与客户的协同等都是许多家具企业所面临的问题，这些需要从全制造链的角度进行改善。通过互联网，将家具各地工厂与协作企业部门之间的信息串联起来[13-14]，通过云平台，形成局部信息共享，而又不影响各自厂家机密信息泄露。将原材料采购与全制造协同密切关联，材料供应信息及时共享。对整个过程进行监控，若发现问题，通过云平台及时处理。从原料采购、生产加工、外协加工、安装入库全制造链协同，保证家具产品按质、按量、按期满足客户要求。

■图3 家具涂装智能化系统架构

4.2 软硬一体化

实现软件与硬件的高度融合是实现转型的重要思路，将云计算、大数据、物联网等新软件技术融入家居行业中，对家具企业促进销售、加快物流、智能制造生产等具有极其重要的意义。传统的家具生产，劳动力需求量大、密集度高、生产效率低，机加工生产车间噪音大、粉尘污染严重，油漆车间有害气体严重超标，这些都伤害了工人的身体健康，同时影响生产质量，加上未来劳动力昂贵，熟练技术工人减少等问题凸显，采用机械手代替劳动力、智能加工机床代替传统机械设备和人工智能软件代替生产管理，实行软硬一体化。特别是家具涂饰，采用智能化涂饰，既解决了生产效率又可以解决涂饰环保问题，通过将设备、线控远程云端，无缝对接MES及ERP系统，进行各工序涂装，如博硕公司提供的家具涂装智能化系统架构，提供实时在线生产管控（图3）。家具智能化生产，采用软硬一体化，通过云服务器、云数据库、远程运维各车间本地数据库，中央控制MES系统，无缝对接个生产工序，通过强大云端，实时在线提供维修维护，监控产线状态，采集数据自动生成图报，达到高效、环保高质的生产目的。

5 管理智能化

目前大部分家具企业都实行企业资源计划（ERP）。虽然还不能完全适应家具企业，它的供应链管力、流程优化、实时监控、工厂与设备管理等制度对于促进家具企业的数字化转型起到了推动作用[15-16]。而制造企业生产过程执行管理系统（MES）是随着数字化转型而升级提出的，它强调的是对于整个生产链的优化，绝不仅仅是某个生产环节的改善。它确保着数据的实时收集，并能实时作出分析。MES将原来的手工图纸的传递过程优化成了系统数据的传输。它对于定制家具企业的作用主要体现在现场的实时监控和管理，设备运行的维护以及生产进度的追踪。不断进行创新，包括商业模式创新、生产模式创新、运营模式创新到决策模式创新，进行家具产品全方位智能化管理，见图4，这在很大程度上，降低了生产成本，增加了企业收益，实现了企业智能化管理[17-19]。

6 服务智能化

传统的家具服务模式，将所有的产品摆放在实体店中，由销售人员熟背产品特征，向客户逐一介绍，人工收集客户采购信息，一个月后汇总给车间，这严重滞留客户需求信息，使产品生产更新缓慢，无法快速响应市场。服务智能化，将云计算技术运用到家具订单信息和客户信息等大数据中，实现信息智能化管理。客户只需要输入定制的房间尺寸比例，便能从数据库中得到比配的家具产品，进行模块化组装，最终进行颜色调整和尺寸设计。设计后下单便可将信息发送给生产部门，以最快的速度进行生产[20-21]。同时数据库内还实时更新着市场信息，包括热门的家具风格、家具颜色、家具价格等[22-24]。通过数据处理和分析，还能预测家具市场的流行趋势，实时为客户提供家具选择，实现精准服务。另一方面，促进家具物流智能化追踪[25-26]。将物联网技术与家具物流结合，使用射频识别技术将每件家具零件都拥有唯一的电子标签，里面包含着零件的颜色、尺寸规格、名称型号等详细信息，消费者可准确查询到整个家具生产运输的情况。运用工业大数据，提供服务平台，将人工智能与智能制造应用于产业服务。

7 结语

中国智能家具正在迅速发展，虽然与冶铁、汽车制造业相比，家具智能化制造技术还处于低级阶段，工厂生产还没有真正实现人工智能、数字化生产，但国内外家具市场需求巨大，快速响应市场是家具企业生存关键。传统生产模式不能适应人们快速生活，不能满足国家环保要求，家具产业数字化转型迫在眉睫。解放劳动力，提高产品质量，将智能工厂搬到家具企业，做到知行合一，也就是耳聪目明、听话出活、随机应变、持续改善，将人工智能技术、语音识别、图像识别、智能机器人、设备PHM、质量检测和产线管控应用到家具生产各个领域，覆盖从研发创新、生产管理、质量管控等多个方面，为中国家具在设计生产、技术创新、品牌影响，始终占据世界前沿而提供思路。

■图4 家具管理智能化结构图