家具生產車間可視化管理方案探究

摘要：目的：工業(yè)的高速發(fā)展，特別是制造業(yè)的數字化轉型成為全球范圍內的重要趨勢。智能車間是智慧工廠的重要組成部分。為解決智能制造時代行業(yè)轉型升級的問題，文章探究家具生產車間的可視化管理方案。方法：文章對現代家具生產車間進行分析，在信息、物流和工人操作可視化三個方面提出智能化工廠的運行方法，以期對生產過程、設備運行狀態(tài)實現可視化管理，提高生產能力，并實現車間的高效運行。通過總管理、看板和RFID的組合使用，精確管理物件流轉過程；通過增加機器傳感系統(tǒng)和機器視覺捕捉，使工人操作可視化。結果：隨著統(tǒng)計學和計算機科學的不斷發(fā)展，數據分析技術和可視化技術日趨成熟，采用多種數據采集方式，有利于推進工業(yè)智能化發(fā)展。文章將四種數據采集方式相結合，提出車間物流管理方案，以確保生產有序進行。結論：技術革新與產業(yè)革命不僅改變了生產方式，還引領了時代的進步。以制造業(yè)數字化、網絡化和智能化為核心的發(fā)展路徑，正將先進制造技術與信息技術深度融合，推動制造領域往更加智能、安全、高效的方向發(fā)展。隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷擴展，智能化工廠將成為家具產業(yè)轉型升級的重要方向，未來在持續(xù)創(chuàng)新和優(yōu)化中應推動行業(yè)朝著更高效、更環(huán)保、更可持續(xù)的方向發(fā)展。

關鍵詞：可視化；家具；生產車間；智能；管理

中圖分類號：F426；TS664 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）12-00-03

我國的家具產業(yè)歷史悠久，在長期發(fā)展過程中，整體呈現出相對穩(wěn)定的增長態(tài)勢，在產量、盈利等方面均保持良好的增長勢頭。目前，“工業(yè)4.0”被提升至國家戰(zhàn)略發(fā)展層面，《中國制造2025》作為我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領，旨在打造集智能倉儲、智能車間、追溯管理等功能模塊于一體的智慧工廠。隨著信息化和工業(yè)自動化的發(fā)展，數據采集涵蓋范圍擴大，采集方式的進步使制造企業(yè)擁有大量的生產數據［1］，利用現代信息系統(tǒng)進行車間管理成為現代工廠的發(fā)展趨勢。

1 家具生產車間信息管理

1.1 大規(guī)模定制

家具企業(yè)的生產規(guī)劃是一個高度協(xié)同的過程，多個部門密切合作以確保生產流程順暢和高效?？蛻舻纳a訂單一旦確認，關鍵信息便會被迅速傳遞至生產控制部門，其是整個生產流程的核心協(xié)調機構［2］。計劃部門結合企業(yè)的生產能力、原材料庫存以及工藝流程，綜合考慮各種因素，如時間成本、設備利用率等，開展排料工作。車間作為生產執(zhí)行的核心部門，會根據生產指令單安排生產任務，而倉庫則根據物料需求計劃，負責購買各種材料，確保所需物料能夠按時、按量供應給車間。合格的產品會進入分揀裝配環(huán)節(jié)，再回到成品倉庫進行最后的核對和登記工作，為發(fā)貨作準備。目前，企業(yè)車間存在一系列問題：缺乏對加工設備狀態(tài)進行監(jiān)控的能力，導致生產過程中缺乏對進度、質量等信息的管理；制造過程中的數據很大程度上依賴人工記錄，易受外部因素干擾；家具生產涉及的物料繁多，容易出現信息混亂和滯后的情況，缺乏整合各部分生產信息的系統(tǒng)［3］。

1.2 信息系統(tǒng)構建

為解決車間可視化生產問題，需要建立車間總管理系統(tǒng)，信息采集監(jiān)控采用實時采集和集中監(jiān)控模塊。主監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)視連續(xù)數據，如機器動態(tài)、物料流向、工人動作，展開綜合分析，實現對整個生產過程的跟蹤，并展現運行情況［4］。基于ERP系統(tǒng)的資源整合管理，分析車間實時采集生產現場設備運行參數，跟蹤設備運行狀況和車間物流狀況，囊括計劃下發(fā)、計劃進度監(jiān)控和計劃完成整個過程，合理分配物料，發(fā)揮生產資源調度管理以及輔助決策的功能，以機器計算代替重復勞動，讓管理者能投入綜合分析工作中。家具在包裝出庫后應保留材料、生產機器編碼、生產員工編碼等一系列數據，在因質量問題退回后可掃碼提取信息，并呈現在管理頁面，以發(fā)現生產過程中存在的問題。監(jiān)控系統(tǒng)主要應對問題數據，按照計劃設定的截止日期對即將到期的任務進行預警，機器損壞或物料不足屬于一級問題，應立即在機器上亮紅燈，并在管理員面板給予顏色和聲音警示，從而及時調試設備，快速處理故障，保證生產順利進行［5］。同時，高危機器或可能造成人身危險的機器上應有警示標志，易燃材料儲存堆放處應有禁止火種標志，安全閘門、滅火器、防火毯位置固定并在工廠空間標出。

現代工廠因為占地面積廣、物料信息多、數據密度高，對帶寬的需求越來越大，為了及時精準地獲取生產過程中的信息，數字化車間需要大量的觸感識別設備和網絡支持［6］。接網的理想情況是平臺同時提供有線和無線業(yè)務，為終端提供更高質量的業(yè)務，同時盡力降低成本。光纖通信擁有傳輸速度快且傳輸損耗小的優(yōu)勢，無線通信能靈活接入但頻率有限，在收發(fā)量都很大的情況下可能導致信息失真。綜上所述，構建現代工廠網絡應實現光纖通信和無線通信的融合。波分復用技術利用不同波長的光信號在統(tǒng)一的光纖上傳輸，大大提高了光纖傳輸的容量和效率，能夠有效地解決帶寬瓶頸問題。光信號的傳輸損耗較小，適用于長距離通信。無源光網絡則是一種點對多點的光纖通信接入技術，具有結構簡單、成本較低等優(yōu)點，適合高速、大容量的數據傳輸，波分復用無源光網絡可以實現兩種通信方式的優(yōu)勢互補。

1.3 數據采集方式

RFID數據采集使用RFID技術，搭配物聯(lián)網和相關軟件平臺，利用RFID可讀寫、無線、實時﹑直接的特性及以序列號的形式進行車間物流配送、裝卸、進出庫的信息跟蹤管理。在數據采集的位置安裝RFID讀取裝置，并在人員、物流車上綁定標簽，以工廠大屏幕和看板卡的形式控制車間內的物料供給，在物料發(fā)出和就位時，通過刷卡對數據中心進行反饋，高效快捷地完成物流活動［7］。

現代車間數據采集中的智能化設備通過光纖網絡接口、感應器、附加檢測裝備等多種方式，實現了對機器加工數據的實時采集和傳輸。這種數據采集方式不僅提高了數據的準確性和實時性，而且為生產過程的監(jiān)控和優(yōu)化提供了有力的支持，有利于獲取一級數據，包括機器型號、刀具編號等［8］，以及特定機器的運行時間、停機時間、停機方式、運行速度等，二級數據如正在加工零件的名稱、數量、合格品數量以及存料區(qū)數量等也同樣重要。這些數據反映了生產過程中的物料流動情況，對生產計劃的調整、庫存管理的優(yōu)化以及生產成本的控制都具有重要意義。通過采集這些數據，企業(yè)可以實現對生產過程的全面監(jiān)控，及時發(fā)現生產中的問題并予以解決，還可以分析與優(yōu)化生產方案。PC端可視化總覽頁面要呈現機器位置、實時進行工序、實時操作員工，合格率等對比數據也要在管理界面呈現，以便管理者了解流水線生產狀態(tài)并發(fā)現生產中存在的問題。

利用機器視覺硬件和圖像識別算法，快速地對產品外觀缺陷進行檢測。在大規(guī)模工業(yè)生產中，人工檢測存在勞動強度大、人為誤差、無法實時全檢、無法適應某些特殊環(huán)境等問題。因此，有必要引入機器視覺檢測設備，通過獲取產品的表面圖像，利用圖像處理技術提取出缺陷的特征信息，然后進行分類和識別，從而快速準確地檢測出產品表面的各種缺陷，如劃痕、凹坑等。此外，機器視覺檢測設備還可以多任務并行處理，同時對產品的多個特征進行檢測，幾乎沒有時間延遲，進一步提高了生產效率。對質量要求較高的物料，可以通過AI學習和算法更新，識別細小孔洞、污痕、毛刺等［9］。

在車間生產中，有些人工操作如零件質檢、返廠修正等，或一些半自動化工位，如專人專車的物流車等，可能出于各種原因不方便配備自動化信息采集設備。在此背景下，人工填報可能成為主要的數據采集方式，但這種操作不利于車間生產的精確管理和優(yōu)化。可以采用條碼掃描儀和手持處理器等設備采集車間生產過程狀態(tài)信息、單據數字、操作人員編號等［10］。此外，手持處理器可以與企業(yè)的信息系統(tǒng)連接，實現數據的實時上傳和共享。這樣一來，管理人員可以在任何地點、任何時間通過手機或電腦等設備查看生產數據，進行遠程管理和決策。

2 家具生產車間物流管理

2.1 看板應用

基于看板設計的物料流程可視化是通過優(yōu)秀的生產看板來實現的，主要目標是使員工快速獲取物料的來源和去向，同時了解物料流通路徑，嚴格遵守物料的運達時限，從而減少運輸錯誤，使運輸流程得到有效管理。此外，在物料運輸的過程中，僅取所需零部件，不將存在缺陷的產品輸送到下一道工序，以確保整個過程無誤且高效進行［11］。

看板是一種信號機制，在沒有看板的情況下不進行生產或零件的移動，這意味著生產活動是根據看板的指示進行的，避免了無效的生產和物料搬運。另外，看板與物料、料箱必須相互對應，這是看板管理的基本原則之一。這種對應關系能夠確保物料流動的準確性和及時性，避免物料的混淆和錯誤使用，以使人們致力于標準化工作。電子看板因信息更新快，代替紙質看板得到廣泛使用。看板主要信息包括看板編號、物料名稱、物料編號、存儲區(qū)、總數量和單位包裝數量、所需要經過的流程代碼、條形碼。物料運輸進程、路線和規(guī)定時間也可以在中央屏幕看到。

2.2 物料流轉過程

總管理系統(tǒng)下發(fā)訂單，工廠大屏幕和物流車看板同時顯示，工人被派單后手環(huán)震動提示，對應三方信息接受訂單。取得物料出庫時，利用RFID技術，同時刷車卡與手卡，數據對應后放行，同時出庫進度反饋給總管理系統(tǒng)，并顯示在屏幕上［12］。送入加工流程后，自動刷車卡，反饋數據，流水線工人根據供給材料要求加工，成品利用機器視覺進行質量檢查，不合格品分配物流車返回重新加工［13］，合格品被質檢系統(tǒng)統(tǒng)計，將數據反饋給總系統(tǒng)。同時分配物流車出廠，工人接單后，依據看板顯示，將產品準確地運送到規(guī)定的倉庫，再次刷手卡和車卡反饋數據，一次物流則完成。

3 家具生產車間工人操作管理

中控平臺通過機器視覺的方式對車間工人操作進行管理。首先，由示范人員按照常規(guī)生產動作進行規(guī)定時間的演示。然后，對獲得的原始圖像進行處理和分析，這涉及圖像預處理、特征識別等關鍵技術。圖像預處理可以消除噪點、提高對比度等，從而提高圖像質量。特征提取則是從圖像中提取出與人體運動相關的關鍵信息，如關節(jié)角度、運動軌跡等。最后，通過分類識別技術，計算機可以將提取的特征與預先學習的標準動作模板進行匹配，從而判斷工人的操作是否符合規(guī)定。通過對大量數據的分析和學習，系統(tǒng)能夠逐漸識別出不同操作場景下的人體運動規(guī)律，從而更加精準地評估工人的操作過程，這有助于發(fā)現潛在的安全隱患。完成基于視覺的動作識別后，即可采取抽查的形式對工人操作進行識別和記錄［14］。還可以通過在有線手持設備上設置信息傳感系統(tǒng)，記錄人員工作行為發(fā)生的時間、持續(xù)的時間、結束的時間和頻率等，在實際生產中將工人操作數據與規(guī)范數據進行可視化對比［15］。

4 結語

文章針對家具生產車間提出了可視化管理方案。通過有線與無線信息傳輸技術的結合，確保數據的準確上傳，綜合運用四種信息采集技術，實時捕捉家具生產車間的設備運轉狀況、物料流轉動態(tài)以及工人操作細節(jié)，引入機器傳感系統(tǒng)和機器視覺技術，以看板的方式實現工廠的可視化。這使企業(yè)管理人員能夠實時、準確、直觀地掌握車間生產狀況，若生產中出現故障，系統(tǒng)也能迅速發(fā)出預警，確保生產流程順暢。建設智能化工廠對現代家具企業(yè)生產車間具有重要意義，是企業(yè)轉型升級、提升競爭力和實現可持續(xù)發(fā)展的關鍵舉措。

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