家具產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能制造

■祁憶青，徐 然，俞大飛 Qi Yiqing & Xu Ran & Yu Dafei

(1.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇南京 210037；2.江蘇省泗陽(yáng)金滿冠建材有限公司，江蘇宿遷 223799）

1 家具產(chǎn)業(yè)制造模式轉(zhuǎn)變趨勢(shì)

隨著定制家具的崛起，家具制造業(yè)模式開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變，開(kāi)啟了工業(yè)4.0新篇章，大數(shù)據(jù)是其中最為重要的新動(dòng)力[1]。已逐步形成了以歐派、尚品宅配、索菲亞等為代表的數(shù)字化制造家具企業(yè)。這些家具企業(yè)的成功轉(zhuǎn)型為未來(lái)家具產(chǎn)業(yè)制造模式提供了新的方向，向數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為家具產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。德國(guó)最先提出了智能化制造的概念，它是在信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，連接人、產(chǎn)品和設(shè)備，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)且高效的溝通，建造出一個(gè)智能化的服務(wù)系統(tǒng)和定制化的產(chǎn)品。德國(guó)智能制造概念崛起的目的在于提升德國(guó)制造力高新技術(shù)實(shí)力，強(qiáng)調(diào)再工業(yè)化[2]。而中國(guó)根據(jù)自身國(guó)情，制定了“中國(guó)制造2025”，旨在將中國(guó)制造業(yè)引向智能制造。作為工業(yè)產(chǎn)品一部分的家具，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和制造模式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代要求，其勞動(dòng)密集且強(qiáng)度大，環(huán)境污染嚴(yán)重，產(chǎn)品相應(yīng)市場(chǎng)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，使得發(fā)展數(shù)字化智能家具成為必然趨勢(shì)，家具產(chǎn)業(yè)追求智能化制造，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制，高質(zhì)量產(chǎn)品、低能耗生產(chǎn)，友好型環(huán)境的家具產(chǎn)品生產(chǎn)[3]。傳統(tǒng)家具產(chǎn)品生產(chǎn)將朝著新一代的智能制造轉(zhuǎn)型，將家具產(chǎn)品智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化進(jìn)行深度融合。

2 家具產(chǎn)業(yè)智能制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型

數(shù)字化在現(xiàn)階段，應(yīng)用廣泛，人們?nèi)粘Ｉ钜搽S之發(fā)生變化，如微信支付、人臉識(shí)別等大數(shù)據(jù)的使用為生活提供了便捷，數(shù)據(jù)化對(duì)生產(chǎn)也有著重要影響，家具智能制造也必將朝著數(shù)據(jù)化方向發(fā)展。

數(shù)字化是智能制造的關(guān)鍵核心。數(shù)字化主要是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)文字、圖像、聲音等進(jìn)行采集分析、編碼解碼、信息分類處理、信息儲(chǔ)存、傳輸與運(yùn)用等一系列處理，從而實(shí)現(xiàn)信息的高效處理[4-5]。2019年9月4日，《工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)〈征求意見(jiàn)稿〉》圍繞資源、融合、產(chǎn)業(yè)和治理四大體系，提出了加強(qiáng)工業(yè)大數(shù)據(jù)資源采集匯聚、推動(dòng)工業(yè)大數(shù)據(jù)全面深度應(yīng)用、提升工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)能力、完善工業(yè)大數(shù)據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境等九大項(xiàng)[6]。以及建設(shè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)、重大工程數(shù)據(jù)庫(kù)、構(gòu)建工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行“一張圖”等3大推進(jìn)工程。吳智慧教授提出了智能制造概念，就是傳統(tǒng)的信息技術(shù)和新一代數(shù)碼技術(shù)（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等）在制造生命周期的應(yīng)用。家具產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化即是在保留企業(yè)原有模式的基礎(chǔ)上，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)環(huán)境的變化，形成以數(shù)字化為核心的家具產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)鏈。

家具產(chǎn)業(yè)從原始的手工制作到今天的智能制造，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，不同時(shí)期的發(fā)展取得了一定的成績(jī)，見(jiàn)圖1。但要數(shù)字化轉(zhuǎn)型需讓數(shù)據(jù)自由行，包括決策模式、研發(fā)模式、制造模式、運(yùn)營(yíng)模式、服務(wù)模式、商業(yè)模式都需要大數(shù)據(jù)分析、決策和維護(hù)（圖2），因而完全實(shí)現(xiàn)家具產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型還需要從設(shè)計(jì)、制造、管理和服務(wù)四個(gè)智能化方面改進(jìn)。

■圖1 家具產(chǎn)業(yè)智能化生產(chǎn)發(fā)展歷程

■圖2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型-讓數(shù)據(jù)先行

3 設(shè)計(jì)智能化

家具設(shè)計(jì)的智能化主要體現(xiàn)在智能家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)。設(shè)計(jì)的智能化要求設(shè)計(jì)過(guò)程中的無(wú)紙化，運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)規(guī)范化設(shè)計(jì)[7-9]，形成標(biāo)準(zhǔn)化的模塊，避免傳統(tǒng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)存在的誤差不精確等細(xì)節(jié)問(wèn)題，最終將設(shè)計(jì)也帶入整個(gè)智能化產(chǎn)業(yè)鏈中。三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件、揉單技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化等是現(xiàn)在家具企業(yè)主要運(yùn)用方式[10]。但目前國(guó)內(nèi)家具企業(yè)設(shè)計(jì)軟件運(yùn)用最廣泛的Auto CAD和3DsMAX，智能化程度并不高，無(wú)法將生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行直接對(duì)接。由此產(chǎn)生了數(shù)據(jù)化設(shè)計(jì)軟件，如2020、Solidworks、Imos3D、MI-Crovellum、Topsolid Wood等，具有專門的木制品三維工程設(shè)計(jì)模塊，不僅解決了家具數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化生產(chǎn)之間的對(duì)接問(wèn)題[11]，而且通過(guò)三維模型的建立與系統(tǒng)自動(dòng)二維一體化展現(xiàn)，可以將客戶的定制要求即時(shí)反映在系統(tǒng)中，創(chuàng)建新的需求模型或者修改之前的模型，時(shí)刻滿足客戶的定制需求，實(shí)現(xiàn)客戶參與設(shè)計(jì)。同時(shí)三維可視化圖紙直接轉(zhuǎn)換成二維生產(chǎn)數(shù)據(jù)，初步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)一體化[12]。設(shè)計(jì)軟件不斷地被優(yōu)化，被開(kāi)發(fā)新的模塊，適應(yīng)不同家具生產(chǎn)需要，如SAP、Oracle、Epicor、Wcc、2020、EMOS、Topsolid Wood、鼎捷、用友、廣州華廣、金蝶、廣州偉倫、商川、造易等，其中2020設(shè)計(jì)軟件主要用于板式定制家具生產(chǎn)，而Topsolid不僅用于板式定制家具也用于框架式實(shí)木家具三維數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，軟件在推進(jìn)，家具產(chǎn)業(yè)及時(shí)跟進(jìn)應(yīng)用，設(shè)計(jì)智能化已經(jīng)成為企業(yè)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)的必選工具。

4 制造智能化

隨著智能家居日益得到國(guó)家重視和支持，已成為六大重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用示范工程之一。大數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)智能家居市場(chǎng)將保持21.4%的年復(fù)合增長(zhǎng)率，這樣的生產(chǎn)值和龐大的市場(chǎng)需求，靠傳統(tǒng)的工業(yè)化生產(chǎn)模式已經(jīng)無(wú)法完成，需要全制造鏈協(xié)同和軟硬一體的制造智能化。

4.1 全制造鏈協(xié)同

家具生產(chǎn)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程復(fù)雜、計(jì)劃編制與執(zhí)行情況跟蹤復(fù)雜、物料成套與齊套困難、長(zhǎng)制造周期等問(wèn)題，以及異地多工廠的協(xié)同、與外部供應(yīng)商的協(xié)同、與客戶的協(xié)同等都是許多家具企業(yè)所面臨的問(wèn)題，這些需要從全制造鏈的角度進(jìn)行改善。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，將家具各地工廠與協(xié)作企業(yè)部門之間的信息串聯(lián)起來(lái)[13-14]，通過(guò)云平臺(tái)，形成局部信息共享，而又不影響各自廠家機(jī)密信息泄露。將原材料采購(gòu)與全制造協(xié)同密切關(guān)聯(lián)，材料供應(yīng)信息及時(shí)共享。對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)云平臺(tái)及時(shí)處理。從原料采購(gòu)、生產(chǎn)加工、外協(xié)加工、安裝入庫(kù)全制造鏈協(xié)同，保證家具產(chǎn)品按質(zhì)、按量、按期滿足客戶要求。

■圖3 家具涂裝智能化系統(tǒng)架構(gòu)

4.2 軟硬一體化

實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的高度融合是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的重要思路，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新軟件技術(shù)融入家居行業(yè)中，對(duì)家具企業(yè)促進(jìn)銷售、加快物流、智能制造生產(chǎn)等具有極其重要的意義。傳統(tǒng)的家具生產(chǎn)，勞動(dòng)力需求量大、密集度高、生產(chǎn)效率低，機(jī)加工生產(chǎn)車間噪音大、粉塵污染嚴(yán)重，油漆車間有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)，這些都傷害了工人的身體健康，同時(shí)影響生產(chǎn)質(zhì)量，加上未來(lái)勞動(dòng)力昂貴，熟練技術(shù)工人減少等問(wèn)題凸顯，采用機(jī)械手代替勞動(dòng)力、智能加工機(jī)床代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械設(shè)備和人工智能軟件代替生產(chǎn)管理，實(shí)行軟硬一體化。特別是家具涂飾，采用智能化涂飾，既解決了生產(chǎn)效率又可以解決涂飾環(huán)保問(wèn)題，通過(guò)將設(shè)備、線控遠(yuǎn)程云端，無(wú)縫對(duì)接MES及ERP系統(tǒng)，進(jìn)行各工序涂裝，如博碩公司提供的家具涂裝智能化系統(tǒng)架構(gòu)，提供實(shí)時(shí)在線生產(chǎn)管控（圖3）。家具智能化生產(chǎn)，采用軟硬一體化，通過(guò)云服務(wù)器、云數(shù)據(jù)庫(kù)、遠(yuǎn)程運(yùn)維各車間本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，中央控制MES系統(tǒng)，無(wú)縫對(duì)接個(gè)生產(chǎn)工序，通過(guò)強(qiáng)大云端，實(shí)時(shí)在線提供維修維護(hù)，監(jiān)控產(chǎn)線狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)自動(dòng)生成圖報(bào)，達(dá)到高效、環(huán)保高質(zhì)的生產(chǎn)目的。

5 管理智能化

目前大部分家具企業(yè)都實(shí)行企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）。雖然還不能完全適應(yīng)家具企業(yè)，它的供應(yīng)鏈管力、流程優(yōu)化、實(shí)時(shí)監(jiān)控、工廠與設(shè)備管理等制度對(duì)于促進(jìn)家具企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型起到了推動(dòng)作用[15-16]。而制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）是隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型而升級(jí)提出的，它強(qiáng)調(diào)的是對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)鏈的優(yōu)化，絕不僅僅是某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的改善。它確保著數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集，并能實(shí)時(shí)作出分析。MES將原來(lái)的手工圖紙的傳遞過(guò)程優(yōu)化成了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。它對(duì)于定制家具企業(yè)的作用主要體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，設(shè)備運(yùn)行的維護(hù)以及生產(chǎn)進(jìn)度的追蹤。不斷進(jìn)行創(chuàng)新，包括商業(yè)模式創(chuàng)新、生產(chǎn)模式創(chuàng)新、運(yùn)營(yíng)模式創(chuàng)新到?jīng)Q策模式創(chuàng)新，進(jìn)行家具產(chǎn)品全方位智能化管理，見(jiàn)圖4，這在很大程度上，降低了生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)收益，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)智能化管理[17-19]。

6 服務(wù)智能化

傳統(tǒng)的家具服務(wù)模式，將所有的產(chǎn)品擺放在實(shí)體店中，由銷售人員熟背產(chǎn)品特征，向客戶逐一介紹，人工收集客戶采購(gòu)信息，一個(gè)月后匯總給車間，這嚴(yán)重滯留客戶需求信息，使產(chǎn)品生產(chǎn)更新緩慢，無(wú)法快速響應(yīng)市場(chǎng)。服務(wù)智能化，將云計(jì)算技術(shù)運(yùn)用到家具訂單信息和客戶信息等大數(shù)據(jù)中，實(shí)現(xiàn)信息智能化管理?？蛻糁恍枰斎攵ㄖ频姆块g尺寸比例，便能從數(shù)據(jù)庫(kù)中得到比配的家具產(chǎn)品，進(jìn)行模塊化組裝，最終進(jìn)行顏色調(diào)整和尺寸設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)后下單便可將信息發(fā)送給生產(chǎn)部門，以最快的速度進(jìn)行生產(chǎn)[20-21]。同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)還實(shí)時(shí)更新著市場(chǎng)信息，包括熱門的家具風(fēng)格、家具顏色、家具價(jià)格等[22-24]。通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析，還能預(yù)測(cè)家具市場(chǎng)的流行趨勢(shì)，實(shí)時(shí)為客戶提供家具選擇，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)服務(wù)。另一方面，促進(jìn)家具物流智能化追蹤[25-26]。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與家具物流結(jié)合，使用射頻識(shí)別技術(shù)將每件家具零件都擁有唯一的電子標(biāo)簽，里面包含著零件的顏色、尺寸規(guī)格、名稱型號(hào)等詳細(xì)信息，消費(fèi)者可準(zhǔn)確查詢到整個(gè)家具生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)那闆r。運(yùn)用工業(yè)大數(shù)據(jù)，提供服務(wù)平臺(tái)，將人工智能與智能制造應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)服務(wù)。

7 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)智能家具正在迅速發(fā)展，雖然與冶鐵、汽車制造業(yè)相比，家具智能化制造技術(shù)還處于低級(jí)階段，工廠生產(chǎn)還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)人工智能、數(shù)字化生產(chǎn)，但國(guó)內(nèi)外家具市場(chǎng)需求巨大，快速響應(yīng)市場(chǎng)是家具企業(yè)生存關(guān)鍵。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式不能適應(yīng)人們快速生活，不能滿足國(guó)家環(huán)保要求，家具產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫。解放勞動(dòng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，將智能工廠搬到家具企業(yè)，做到知行合一，也就是耳聰目明、聽(tīng)話出活、隨機(jī)應(yīng)變、持續(xù)改善，將人工智能技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、智能機(jī)器人、設(shè)備PHM、質(zhì)量檢測(cè)和產(chǎn)線管控應(yīng)用到家具生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域，覆蓋從研發(fā)創(chuàng)新、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管控等多個(gè)方面，為中國(guó)家具在設(shè)計(jì)生產(chǎn)、技術(shù)創(chuàng)新、品牌影響，始終占據(jù)世界前沿而提供思路。

■圖4 家具管理智能化結(jié)構(gòu)圖