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衣柜哥：板式定制家具智能制造技术探析Wardrobe brother: Analysis on intelligent Manufacturing technology of panel custom
商业软文
2023年05月29日 12:17 387
陈泓言
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智能化制造，最早由德国提出，这些是基于信息物理系统（CPS），通过CPS网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流，从而构建一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的智能制造模式。
放眼整个中国制造业，都在研究智能化制造及其方向发展，家居制造业也是如此。近年来，定制家具势不可挡，席卷了整个中国家具消费市场，对传统成品家具造成了巨大的冲击，使国内的家具市场呈现出百花齐放、百家争鸣的竞争局面。主要定制家具企业，相继推出了“大家居”发展战略，从单一产品如橱柜的制造商转变为全屋定制产品的供应商，不断向其他家具产品渗透与延伸。
一，板式定制家具生产存在的主要问题
经过定制家具企业、软件服务商、设备制造商多年的共同努力和发展，已逐步形成了通过智能软件与数控设备进行店面设计报价、订单管理沟通、工厂拆解生产、包装入库发货、终端上门安装的闭环商业模式，较以往有了不俗的进步，开始由B2C（Business-to-Customer，即商对客）转变为C2B（Cus-tomertoBusiness，即消费者到企业）的新型模式，具有无限的发展潜力。但美中仍有不足，离智能制造还有不少藩篱需要突破，值得我们不断探索，下面为行业存在的主要问题。
（1）设计端与生产端软件尚未完全打通。如今市面上的所有拆单软件还难以做到前后端的完美衔接，要么强在设计，要么强在生产，导致大多数定制家具企业同时使用两个甚至多个软件系统。
（2）工厂排单困难、生产混乱无序。庞大的订单量已令人工排产变得捉襟见肘，根本难以找到最优解，而计划的未按时完成又让生产拥堵不堪。
（3）缺少信息化生产的管理人才。行业缺少将工艺、生产、软件融会贯通的信息化管理人才，而培养需要周期，是需一步一个脚印去牢固的软实力[7]。
（4）根深蒂固的传统思维。老牌家具企业在信息化改造的步伐中已落后于新型现代企业，其组织架构庞大、思维方式固化、对新生事物反应迟钝是部分原因。
二，板式定制家具智能化生产流程
早在本世纪初，国外就已经开发出定制家具的生产系统来辅助制造，通过建模的方式制作产品模型，抓取模块下单同时生成物料清单，提高了拆单的效率，从此推开了智能化生产的大门。经过近二十年的发展，板式家具智能化生产在一些发达国家已然实现，其主要特点为工件不下地，利用工业机器人、自动化输送设备以及数控加工设备完成上下料、开料、封边、打孔、分拣、包装等多个工序，全程无人化，称之为关灯工厂。
国内开发智能化制造系统的公司有纬纶科技、三维家、圆方等，基本可以实现板式家具智能化生产。板式家具智能化生产的一般流程如图1所示。
图1板式家具智能化生产的一般流程
首先，终端设计人员利用设计软件店面端提供产品方案、最终效果图、报价等信息供消费者参考，一旦确认，订单信息将进入设计软件工厂端，后续的沟通都等均可通过系统进行，告别了以电话、邮件为主的历史。
工厂的审单部门确认订单无误后，随即进入MES软件对订单进行排程，并根据零部件的原材料、是否外购件、不同的工艺等特性进行揉单后的分线生产，将能够进入智能化生产线的板件筛选出来，最后再通过机器人分拣将板件按订单进行汇聚，直至板件齐全后输送至成品区，质检包装后入库，并等待发货处理。仅就智能化生产线而言，计划部门将每日的生产任务即xml文件通过MES系统发放给车间，操作人员调取xml导入智能化总控软件，再由line将数据分发给上位机开料软件nesting与打孔软件fcc以及机器人分拣软件，从而全面控制开料、封边、打孔、分拣的整个板件加工流程，犹如大脑的中枢神经系统支配四肢的周围神经系统。智能化总控软件的主要功能包括订单信息的加载处理、板件的流程追踪、设备的状态监控。
三，板式定制家具智能化制造改造方法
目前国内板式定制家具智能化生产线多采用如图2所示的流程。所用的设备主要有上下料机械臂、大板套裁机、封边机、通过式钻孔中心、分拣设备等。
图2智能化生产线示意图
实现板式定制家具工智能化制造需要软硬件的高度融合，软件系统与机械设备的整合度高低，对整个智能化制造系统影响巨大。下面将对软件和硬件分别进行说明。
3.1软件方面
就国内软件而言，三维家的厨衣柜设计软件、定制家具生产系统实现了前后端的打通，其在设备对接方面采用NC或CNC的G代码方式；纬纶科技在设计、拆单和生产对接及设备均是自主研发，基本完成了成套智能生产线的开发；国外的系统主要有2020、imos、wcc
等，软件在开放性上较低，一般只能对接豪迈设备。家具企业进行信息化改造时，应关注拟采用软件的以下因素。
（1）软件硬件的一体化。一款好软件的背后离不开一家紧密合作的机器设备商，长时间的默契配合，提升了二者的兼容性，不断的实践纠错，最终锤炼出优质的产品。
（2）软件的研发与服务团队。软件的背后应拥有一支经验丰富、齐心协力的团队，依靠产品经理桥梁的作用打通理论与现实的。
（3）软件公司具有可持续发展性和创新性。客户基数的多少是评价软件公司能否可持续发展的指标之一，而持续的推陈出新是创新性的基本体现。
3.2硬件方面
板式定制家具智能制造在满足了软件等虚拟条件后，硬件的合理选择也同样关乎成败。电子开料锯作为传统的开料设备，基本能满足智能化生产需要，如今采用铣切方式加工的大板套裁设备已逐步取代了电子开料锯，大板套裁设备在开料成型的同时板件已然规方，不仅优化了家具的制造工艺，而且便于实现自动上料、加工、出料，使得利用机械臂下料成为了可能。因而大板套裁设备在智能化生产线中成为市场的新宠儿。封边连线单元通常由2~4台高速自动封边机组成，适用于三聚氰胺板、中密度板、胶合板（夹板）等的边加工，可使用不同材质的卷式封边带，包括PVC、ASB、亚克力等。进给速度可在16~26mm/min的范围内调节，上履带式压料系统保证了板件在封边过程中的平稳输送由此可以保证在智能化过程中的效率与封边质量。通过式钻孔中心具有高效率、高精度、高柔性化生产等特点，可同时加工板件的四个面，通过上位机软件的控制，可智能判断双工位或单工位，并将加工程序合理分配给各个排钻轴，确保加工精度，提升加工效率，为实现工件不落地的生产提供有力保障。
此外，智能化生产线还包括机械臂、动力辊、缓存架、90°转向机等。其中机械臂的作用搬运和分拣板件；动力辊则是运输板件；缓存架可对板件进行暂时的存储。每台设备都实现了PC化并开放其外部接口，与中央控制器进行通信、传输和反馈。
四，板式定制家具企业信息化改造探讨
定制家具企业在计划实现智能化制造之前，要进行充分考虑与评估，包括自我的认知，是否具备转型升级的能力和条件、人力、物力等，另外是否有全面的改造周期与实施计划，各时间节点的确认，最后通过信息化解决方案的供应商获得外部的推动力量和技术支持。以下就纬纶科技系统为例介绍定制家具企业信息化生产，纬纶科技的软件系统包括：店面设计软件（治木2.0店面端）、订单管理软件（CRM）、工厂拆单软件（治木2.0工厂端）、生产管理软件（MES）、上位机软件（nesting、fcc）、智能化连线总控软件（line）、机器人分拣软件等，基本实现了板式家具智能化生产的所有流程。
如图3所示，智能化总控软件line是整条生产线的中心，通过将MES软件导出包含多个订单信息的加工文件xml导入line软件，再由其进行分解，将开料的尺寸信息传递给大板套裁设备的上位机软件nesting；将打孔的大小与位置信息和机械臂1号机搬运工件的队列信息发送给通过式钻孔中心的上位机软件fcc；将每块工件的订单信息分发给分拣装置。其还有的功能包括生产任务的全程记录，可以连接电子看板，随时关注生产完成进度；板件的流程追踪，使得每块工件在生产线的哪个位置都能清楚的显示；设备的状态监控，及时报警出故障的设备，对生产线的快速维修提供了便利。得到line软件开料信息与命令的nesting软件，会进行优化排版，通过解析xml为G代码并与控制器进行通讯，从而指挥大板套裁设备上料、贴标、打孔、铣型、下料等工序。另外只有单面垂直孔的板件还可以直接加工，从而减少后端打孔的工作量，增强生产线的效率，而异形工件则可以通过咬合的算法提高原材料利用率。开完料后，机械臂将工件转移到旁边的辅助线进行封边、打孔的操作，最终可通过人工，也可通过分拣装置扫码的功能与同订单的工件汇总。
图3智能化连线总控软件line（左）和开料软件nesting（右）
如图4所示，获得line软件指令的打孔软件fcc，会将工件封边的队列信息与此工件的加工信息相匹配，若人为打乱顺序，则会造成加工出错，在正确无误的板件流转顺序下，fcc会将加工数据转化为通过式钻孔中心所能识别的语言，开始钻孔加工，其的特点是能够根据钻头的排布与板件实际加工工艺进行算法的匹配，可同时调取两个或多个以上的钻孔进行打孔，大大提高了钻孔的效率。
最后是获得line软件分拣要求的机械臂，同样是通过机械臂的分拣软件将每块板件的尺寸信息以及其对应的订单信息传递给机械臂本体，由于工件的大小不一，其中心位置均不一致，必须通过算法告诉机械臂的抓板位置以及放置在分拣架的何处。机械臂分拣订单数量的阈值，需考虑生产批次的揉单量以及分拣架的数量与层数等。就本案例可以看出，如今国内板式家具制造基本实现板件不落地的生产模式，与以往通过人工贴标扫码加工的方式相比已有了显著的不同，在可预见的将来，以工作站为单元的传统定制家具制造模式将逐步被无人化、自动化、智能化的新型生产方式取代。
图4上位机打孔软件fcc（左）和机器人分拣软件（右）
五，结语
目前智能制造的作用主要体现在：由于店面设计端与工厂生产端共用一个数据库，理论上实现了前后端的无缝衔接，缩短了拆单的时间，降低了沟通成本；通过CRM与MES精准定位订单的流转状态，保证了交货周期；Nesting的异形咬合排版提高了材料的利用率；xml加工信息文件对接机器与智能化生产线的连动降低了对人工的依赖度和订单的人为出错率。
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