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辦公室家具

辦公家具個性化定制

文章出處:震名辦公家具人氣:-發表時間:2020-08-20 17:25【

以“大規模個性化定制”來重塑產業價值鏈體系,是國務院于2015年5月頒布的《中國制造2025》規劃中明確指出的制造業新模式;  

以“大規模個性化定制”為代表的智能制造,是工業和信息化部、科技部、發展改革委、財政部于2016年聯合發布的《智能制造工程實施指南(2016—2020)》中進一步明確需要培育推廣的新模式;  

以“大規模個性化定制試點示范”,實現研發設計、計劃排產、柔性制造、物流配送和售后服務的數據采集與分析,提高企業快速、低成本滿足用戶個性化需求的能力,是工業和信息化部于2016年印發的《智能制造試點示范2016專項行動實施方案》中提出的重點行動之一。  

由此,“大規模個性化定制”已經為傳統制造轉型升級提供了新的思路和方法,智能制造的帷幕已經拉開,傳統制造業正在向個性化定制、數字化生產轉型。  

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作為傳統制造業且在國民經濟中占有重要地位的家具產業,也緊跟時代步伐,已將智能制造明確為未來中國家居產業變革的重要方向,并將數字化轉型作為未來家具產業發展的目標。  

家具企業的數字化轉型,要改變現有的企業生產模式。  

一方面是滿足用戶個性化家具產品需求的大規模定制(masscustomization,MC)的商業模式誕生;  

另一個方面是能對市場需求變化做出快速響應、實現多企業組織協同、更好地滿足大規模定制家具客戶和生產需求的柔性制造(flexiblemanufacturing,FM)生產模式的形成。  

如何將這兩種模式進行融合,是實現家具智能制造、數字化轉型的關鍵,而融合的過程錯綜復雜,不僅要以規?;?、標準化和信息化為基礎,還要在考慮消費者需求的同時,將下單、組織生產、配送、上門安裝以及服務等各個環節信息進行集成與共享,這就要求企業在設計手段上、管理體制上和制造方式上發生根本的改變。  

但到目前為止,國內對于家具產業數字化設計與制造的技術理論研究還十分缺乏,因此,研究家具產品數字化設計與制造技術,對實現家具產業的智能制造意義重大。  

正是由于定制的隨意性,定制家居結構發生了重大變化,產生了與傳統家居多許多倍的不同式樣,造成了加工過程的難度,雖然定制家居市場逐年壯大,但我國定制家居產業制造裝備與軟件方面與發達國家相比仍存在巨大差距,尤其是家居行業集成制造和應用水平還處于初級階段。由于無法滿足定制結構變化的加工需求,導致生產效率低、出錯率高、交貨周期長、產品質量難以保證及管控過程信息孤島等弊端。  

因此,定制家居的快速發展給企業帶來新的挑戰,需要突破核心技術,即在企業初步自動化制造的基礎上,由傳統制造模式向智能制造模式和數字化轉變,通過數字化技術來提升生產過程中的局限性和“卡脖子”問題,才能由勞動密集型企業向技術密集型企業轉變。  

這已成為擺在家具企業面前急需解決的關鍵問題。傳統企業向數字化轉型升級的趨勢愈發成為共識,數字化轉型將成為所在企業的戰略核心。  

基于此,南京林業大學熊先青,馬清如等在總結傳統家具設計與制造技術的基礎上,就如何通過數字化設計與制造的生產方式實現柔性制造,闡述面向智能制造的家具產品數字化技術,旨在為我國家具企業的數字化轉型升級提供參考。  

1家具企業數字化轉型趨勢和特點  

1.1定制家具的快速發展  

中國家具產業經過近40年的發展,占到世界家具生產1/4強,是全球生產和出口第一大國,在世界上有著廣泛的影響和關注。中國家具產業也是國民經濟的重要支柱產業,2018年總產值達到16000億元,占中國GDP2%多。受中國經濟新常態的影響,家具制造業也放慢了增長的腳步,但總產值依然在穩步增長,連續多年主營業收入增速水平在10%左右。與此同時,受家具與建筑室內裝修結合的影響,傳統家具產業正逐步向著“大家居”方向延伸與拓展。作為勞動密集型“大家居”行業,由于受中國制造2025、工業4.0、互聯網+等時代背景和“用高新技術改造和提升傳統制造業”“大力推進制造業信息化”國家政策導向及產業轉型升級的影響,已經逐漸開始向著全屋定制家具(家居)、集成家居、智能家具、智能家居、工廠化裝修等模式快速轉變,家居產業也逐漸從產品制造商向家居系統集成服務商轉變,家具企業從產品研發設計、生產制造、過程管控、營銷服務等環節開始嘗試數字化、智能化生產經營。特別是“大規模個性化定制家具”的企業越來越多,具有一定規模的生產企業有200余家,以廣東、北京、上海、四川等省市為主,其中廣東的生產企業較多,約占80%以上,浙江等地有后起之秀的趨勢。近10年來定制家具已經在家具行業中占據了重要位置,與成品家具相比,整體增速水平在25%左右,平均營業收入水平顯著高于成品家具企業。  

1.2家具產業數字化轉型的特征  

家具數字化轉型實際上也是運用信息技術、數字技術的手段和思想對企業結構和工作流程進行全面的優化和根本性改革,而并非僅從技術層面進行簡單的搭建。其關鍵就在于既要適應個性化定制需求的市場環境變化,又要從思想上建立一種企業智能制造的新模式,是客戶參與方式的變革,也涉及企業核心業務流程、員工,以及與供應商、合作伙伴等整個家具產業鏈交流方式的變革,即讓數字技術逐漸融入到產品、服務與流程當中,是構成整個家具產品產業鏈設計技術、制造技術、計算機技術、網絡技術與管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果,以轉變家具企業業務流程及服務交付方式,來體現出全新的制造方式和價值觀念,從而提高制造效率和增強企業效益。數字化轉型對家具產業來說,是家具產業向著智能制造邁進的關鍵所在和必然趨勢,起到決定性的作用。  

1.3家具企業數字化轉型的優勢  

數字化設計與制造對家具企業來說,不僅是產業轉型,更重要的是企業生存發展的必然,是企業在新的時代背景下處于戰略核心競爭力的優勢所在,是企業實現智能制造的基礎。國內目前逐漸走向智能制造的企業如維尚工廠(尚品宅配)、索菲亞衣柜、金牌櫥柜、莫干山家居等,無不是在數字化轉型的基礎上才取得今天的業績。數字化改造對現有家具企業的競爭優勢也非常明顯,體現在以下幾個方面:第一,產品生產周期縮短。與傳統制造模式相比,由于企業實施數字化改造后,所有企業核心業務流程都在一個網絡平臺中進行,制造過程由訂單式生產向揉單式生產轉變、由自主式生產向計劃式生產轉變,生產過程中排產和管控都以科學的數據說話,因此,可大大縮短產品的生產周期。據不完全統計,以某大規模定制櫥柜為例,可將傳統制造模式的45~60d交貨期,縮短到7~10d,這就是數字化制造模式的優勢。第二,企業生產能力提升。數字化生產需要充分發揮各方面優勢資源,讓計算機服務于整個制造過程中,讓制造設備得到最大程度利用,讓管控技術在企業生產經營過程中得到充分體現。因此,企業的生產能力將會大大提高。以索菲亞家居為例,其日訂單在12000單,其零部件的數量在百萬以上,而且需要在24h內加工完成,這就是數字化帶來的驚人生產能力。第三,生產成本降低。生產成本的降低關鍵在制造過程,而數字化制造過程是利用各類軟件管控平臺和硬件數控機床的融合,由計算機對生產過程進行控制,降低了對工人經驗的依賴,由此大大提高了效率、降低出錯率、保證零部件的加工質量,從而降低生產成本。以某定制衣柜企業為例,根據企業財務對1年中進行數字化改造和應用前后對比,結果顯示,進行數字化生產后原材料利用率由原來的71.97%,提高到87.42%,提高15.45%;單位生產產量可由原來的525.62m2/人,提高到717.15m2/人,人均提高191.53m2,柜體單位生產成本可由155.60元/m2下降至130.4元/m2,下降率16.19%。這就是數字化制造給企業帶來的直接經濟效益。  

2大規模定制家具企業信息化  

建設面料的問題  

2.1家具信息模型的搭建  

面向智能制造的家具企業數字化設計與制造,實際是用數據來驅動生產,而信息模型的搭建是提供數據的來源,也是企業進行數據轉型的關鍵。家具信息模型(furnitureinformationmodel,FIM)是以三維數字化技術為基礎,集成了家具各相關信息的數據模型,是家具制造各環節實體與特性的數字化表達。它不是狹義的模型或建模技術,而是一種新的理念,以此為核心的數字化技術才能真正引領家具行業數字化設計與制造的變革。家具信息模型的特征應包括:家具產品三維幾何信息及拓撲關系、產品對象的邏輯結構與裝配結構信息、產品對象的工藝與工序信息、產品對象的銷售與成本信息等(圖1)。同時,模型信息的某個對象發生變化時與之關聯的外部對象也會隨之更新,從而形成內部對象相互關聯;為保證家具信息模型內信息的一致性,不同環節的模型信息必須完全一致,才能發揮信息模型的作用。  

2.2數據的轉換和應用過程  

依據圖1家具信息模型平臺,并結合家具企業數字化設計與制造轉型的需求,搭建信息模型還必須能實現家具企業信息共享、協同工作,并支持設計、生產與銷售一體化,通過實施數字化轉型和信息化改造,才能通過數據來驅動家具企業運行模式改變,最終推動家具智能制造進程。  

因此,在搭建家具信息模型的同時,還需明確數據的轉換和應用過程。依據目前定制家具企業的現狀,本研究搭建的數據轉換過程和應用過程模型見圖2。  

由圖2可知,由搭建的家具信息模型,包括訂單管理信息、物料BOM(物料清單)、工藝BOM、圖紙BOM、刀具BOM、工時BOM、各種加工程序信息等,傳遞給企業相關的ERP(企業資源計劃)/MES(制造執行系統)/CRM(客戶關系管理)等管理系統,實施數據源管理、作業資源管理、加工及備料數據下達、排產管理、操作指示呈現、在制品追蹤、ERP數據交換等數據處理后,實現數據在數控加工設備的執行與反饋,從而實現數據的轉換和應用過程。  

2.3家具制造過程的數據集成  

面向智能制造的家具企業其核心單元應是由數控加工設備(木工數控加工設備、機器人)、物料運輸設備(自動運儲裝置)、自動信息采集與處理設備(采集器)、計算機控制系統等組成的自動化制造系統單元,通過該單元的各類技術集成來適應多品種、小批量家具產品生產,并且能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整。但由于家具智能制造是一個系統的生產過程,具有高度隨機性、不確定性和多約束性,造成制造影響因子多而且互相影響,加上我國家具的信息化和數字化建設基礎薄弱,這種集成技術還處在實踐性的初級階段,因此,始終都無法擺脫出錯率高、效率低下、生產周期長等問題。要擺脫此類瓶頸問題,必須對智能制造過程中零部件的復雜性和非線性生產工藝過程系統性、精確管控和追溯技術、車間層信息流流轉和共享技術等進行集成,才是實現家具數字化制造的關鍵。  

3面向智能制造的家具企業數字化技術  

3.1家具企業數字化技術架構  

面向智能制造的家具數字化制造關鍵技術應包括設計數字化、生產過程數字化、制造裝備數字化、管理數字化等技術。同時,實現數字化制造的關鍵技術還應從3個方面夯實網絡基礎建設,即基礎技術、單元技術和集成技術,其中基礎技術主要由企業數據庫管理系統研發及應用和制造過程數控設備研發及應用等;單元技術主要是指數字化設計過程中三維CAD產品的研發及應用、產品模塊化和零部件標準化模型的搭建、基于成組技術的產品族、數字化車間管控過程的MES系統研發及應用、管理數字化過程中的ERP產品研發及應用、全生命周期的信息化管理;集成技術是企業實施數字化過程中的網絡制造系統研發及應用、企業集成系統的研發及應用,最終實現數據的傳遞與共享。本研究以定制家具的數字化建設為基礎,搭建了面向智能制造的定制家具數字化技術基本架構,如圖3所示。  

3.2網絡化基礎數據平臺的搭建家  

具企業數字化設計與制造指通過利用現代信息技術和通信手段(ICT),借助網絡化基礎數據平臺,以數字化來改變企業為客戶創造價值的方式。企業在進行數字化設計與制造時,需要由企業的網絡化基礎數據平臺構建作為基礎,將數字化的符號通過該平臺進行處理,從而指導生產。依據某定制衣柜企業的數字化轉型構建的數字化平臺見圖4。由圖4可知,家具企業的數字化平臺主要包括三大部分的數字化轉型,即前端業務層構成的設計數字化轉型、中間核心業務層構成的制造過程和管理過程數字化轉型及輔助業務層構成的企業輔助資源。其中前端業務數據主要包括客戶個性化需求信息和產品設計信息,并能被數控設備識別的零部件加工信息,為生產做準備;而且核心業務層是企業生產和經營管理的核心信息,一切圍繞產品制造過程所需的信息,即“人財物、產供銷”,也包括生產組織過程,制造資源計劃MES系統;輔助業務數據主要輔助生產過程中的信息,包括財務、辦公、設備維護等信息。上述所有信息都應集中在企業一個大的網絡平臺中進行及時共享與傳遞。  

3.3數字化設計技術  

家具企業實施數字化轉型,首先需要的是設計過程的數字化轉型。與傳統的家具設計相比,家具智能制造過程的數字化轉型,主要包括:家居產品三維參數化零部件實例庫的建立和家居設計信息交互技術。家居產品三維參數化零部件實例庫的建立包括家具產品模塊體系構建、標準化接口數字化設計技術、三維參數化零部件實例庫,是依據成組技術,基于產品族零部件和產品結構相似性、通用性構建家具產品標準模塊,并通過家具產品零部件的特征分析、分類及工藝柔性等方法,綜合分析家具產品零件的功能和物理特性,構建關系矩陣和模塊體系,形成家具產品標準模塊和標準接口,從而構建三維參數化零部件數據庫。定制家居設計信息交互技術包括支持多源信息跨平臺共享的軟件架構技術和開發支持多平臺的定制家居快速定制設計系統,是在建立產品族模型所需的質量功能配置、相容決策支持、BOM表和實物特性表等技術基礎上,向客戶與設計人員提供交流的平臺,進行網上虛擬展示與協同定制設計系統開發。該技術需具備自適應數據對接、云端自存儲、自設計以及設計信息快速拆解和并組功能,從而解決家具智能制造過程產品設計圖紙信息出錯率高、設計信息孤島、在線設計難及智能化程度低等關鍵問題。  

3.4數字化制造技術  

面向智能制造的家具企業數字化制造技術主要應突破兩個方面,即制造過程中的自動信息采集和流轉、信息跟蹤與追溯技術。其中自動信息采集和流轉技術,要解決的是柔性生產線搭建和揉單生產后的高效排產。實際應用過程中應以定制家具產品柔性生產線建設為突破對象,采用技術集成的方法,針對生產線數控機床和機器手,分析制造工藝規劃系統,對生產流程中物料和工藝數據進行統計、分析和管理,并將生產線上所有執行機構、檢測系統的數據與計劃、工藝、品質要求融合協同優化形成數字化的加工技術,實現成組排產、多訂單混流生產;信息跟蹤與追溯技術,需要通過計劃管理與車間管理兩大數據處理核心部分,結合自動采集技術(如二維碼技術),將生產計劃制定、工序優化、車間加工過程跟蹤、分揀包裝信息記錄等流程數據化管理,并依據定制家具管理軟件ERP平臺,將數據實時與2020、IMOS、CUTRITE優化軟件、CNC加工設備和普通加工設備組成信息接口與交互,從而實現零部件流轉加工過程和揉單生產過程的信息流追溯,其信息跟蹤技術架構如圖5所示。  

3.5數字化管理技術  

面向智能制造的家具企業數字化管理技術,應通過定制家居數字化生產過程中實時數據的采集,針對定制加工過程中出現的信息傳遞錯誤、揉單排產難、信息不準、生產執行跟蹤難、浪費嚴重等問題,如何通過多機器人協同控制及指令系統,實現家具生產過程多機協同運行;并對設備運行狀態在線監控和訂單生產信息智能分析,做出相應的分析和處理,開發家具企業資源規劃ERP系統、揉單生產自動排產和多機協同管控MES系統,整合定制家具集成車間加工過程管控,并最終搭建信息集成管控平臺。結合某定制家具企業實踐,本研究搭建的家具企業智能制造信息集成管控平臺如圖6所示。  

由圖6可知,該平臺以B/S架構ERP系統+MES系統+WCS系統+WMS系統,結合C/S架構EAS系統,通過工廠內部服務器+云服務器的方式,結合電腦、云終端、智能手機、PDA、掃描槍等多類型硬件終端,打通內部局域網絡與外部互聯網的信息流串接,實現由門店下單、報價審核、訂單BOM拆解、采購外協跟進、生產計劃制定、車間制造物流管控、倉儲入庫發貨、成本統計核算、門店收貨反饋、客戶售后服務等全業務流程;結合立體存儲倉庫、環形存儲倉、機器人分揀、龍門機器人、物料自動運輸設備等,可實現定制家具產品的智能制造信息集成與管控技術,從而解決家具柔性生產過程中的信息交互與實時管控技術難題,為企業提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造環境。  

3.6裝備數字化技術  

面向智能制造的家具企業數字化裝備技術,是實現數字化制造的基礎。主要包括:數控設備的研發技術、機器人技術、自動物流技術。其中,數控設備的研發技術應在自動化和普通CNC研發基礎上加大五軸聯動數控木工機床開發,這將會是家具企業實施數字化制造裝備技術處于競爭優勢的標志性產品;機器人技術在我國家具制造業中的應用仍處于起步階段,雖然機器人的種類很多,但是實際運用非常有限,主要在裝配、搬運、焊接、鑄造、噴涂、碼垛、分揀等生產過程中。對數字化制造而言,需要對新型結構的家具制造機器人及其操作系統和控制系統、視覺反饋等關鍵技術進行研發,才能突破“機器換人”過程中復雜工作實施的技術瓶頸。自動物流技術應包括對自動化立體創庫、AGV智能小車和資源定位系統等方面的技術進行突破。  

結論  

對家具企業而言,通過數字化可幫助企業實現規范化管理,為企業經營戰略服務。本研究面向智能制造的家具企業數字化制造關鍵技術,是在結合企業實際情況的基礎上形成的,對整個家具企業即將實施數字化智能制造具有一定的借鑒作用。但由于我國家具企業實施信息化改造和數字化制造的基礎薄弱,加上家具生產和結構的特殊性,數字化轉型還處于初級摸索階段,其更為優化的技術措施還有待進一步深入研究。

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