熊先青，岳心怡

(南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，南京 210037)

中國家居產(chǎn)品制造技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工制造技術(shù)、工業(yè)化制造技術(shù)向著信息化和數(shù)字化制造技術(shù)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，逐漸向著智能制造技術(shù)快步推進(jìn)[1-2]。這其中定制家具的快速發(fā)展，為家居智能制造技術(shù)升級起到了關(guān)鍵作用[3]。定制家具制造模式自2002年前后被提出，經(jīng)歷了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、信息化管控技術(shù)、信息采集與處理技術(shù)、柔性制造技術(shù)、信息集成平臺構(gòu)建技術(shù)等研發(fā)過程[4-6]。直到2015年，我國在《政府工作報(bào)告》中首次提出實(shí)施“中國制造2025”構(gòu)想，要求通過信息化和工業(yè)化“兩化”的深度融合，引領(lǐng)和帶動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展，著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進(jìn)生產(chǎn)過程智能化，培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平[7-8]。形成了以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展為特點(diǎn)的第一個(gè)智能制造10年行動(dòng)綱領(lǐng)，加快實(shí)施從制造大國向制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，也是我國制造業(yè)所要占據(jù)的一個(gè)制高點(diǎn)[9-10]。至此，中國家居行業(yè)才真正逐漸進(jìn)入了智能制造時(shí)代，形成了具有中國家居行業(yè)特色的數(shù)字化和智能制造技術(shù)體系。

同時(shí)，受互聯(lián)、融合、協(xié)同、互動(dòng)和去中介化、快捷高效等互聯(lián)網(wǎng)思維影響，智能化制造技術(shù)正深刻改變著作為傳統(tǒng)制造業(yè)的家居生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)。家居制造模式的最大變化是制造與服務(wù)的界限不再明顯，行業(yè)逐漸開始以制造為基礎(chǔ)，由生產(chǎn)型制造轉(zhuǎn)向服務(wù)型制造、由家具產(chǎn)品制造商轉(zhuǎn)向家居系統(tǒng)解決方案服務(wù)商轉(zhuǎn)變[11]。面對這些變化，家居行業(yè)智能制造過程也面臨著新的問題，不同程度地給家居智能制造過程帶來了新挑戰(zhàn)[12]，如何推動(dòng)家居行業(yè)數(shù)字化智能制造的快速發(fā)展，適應(yīng)國家“用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)，快速推進(jìn)智能制造技術(shù)在傳統(tǒng)行業(yè)中的應(yīng)用”戰(zhàn)略，是每個(gè)學(xué)者、行業(yè)和社會(huì)共同關(guān)注和思考的問題。

基于此，筆者通過分析家居行業(yè)技術(shù)升級和生產(chǎn)模式變化的轉(zhuǎn)型之路，結(jié)合文獻(xiàn)綜述、自身科研和企業(yè)實(shí)地調(diào)研等方法，總結(jié)了中國家居智能制造近20年來的技術(shù)研究和應(yīng)用情況，并依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀提出了家居行業(yè)智能制造發(fā)展的新思路，為家居行業(yè)智能制造再上一個(gè)新臺階提供借鑒和思考。

1 家居智能制造技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 家居產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)體系的形成

依據(jù)大規(guī)模定制家具制造模式和信息化管理技術(shù)理論，家居智能制造的首要變化是家居產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生了根本改變。依據(jù)文獻(xiàn)和對企業(yè)的實(shí)地調(diào)研，相對傳統(tǒng)的家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在智能制造模式下，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)由傳統(tǒng)的手工繪制設(shè)計(jì)向著數(shù)字化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。家居數(shù)字化設(shè)計(jì)是指運(yùn)用具體的三維軟件工具，通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示，實(shí)現(xiàn)家具模型的虛擬創(chuàng)建、修改、完善、分析與展示等一系列的數(shù)字化操作。目前已經(jīng)初步形成了面向家居智能制造的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)體系[4]。該體系包括數(shù)字化家居產(chǎn)品模型構(gòu)建技術(shù)、家居產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)拆單和加工一體化技術(shù)、家居產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)信息交互與處理技術(shù)、家居產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)信息展示技術(shù)。

數(shù)字化家居產(chǎn)品模型構(gòu)建技術(shù)，主要從產(chǎn)品族規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)模塊數(shù)字化技術(shù)和產(chǎn)品成組分類與信息編碼技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行了突破，在構(gòu)建結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)零件庫、材料及半成品型材庫、型材截面圖形庫及其參數(shù)庫、強(qiáng)度分析庫等的基礎(chǔ)上，形成了完整的家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。并依據(jù)產(chǎn)品族零部件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似性、通用性，建立了產(chǎn)品族模型所需質(zhì)量功能配置、相容決策支持、BOM表和實(shí)物特性表等信息內(nèi)容，不僅為客戶與設(shè)計(jì)人員提供數(shù)據(jù)化設(shè)計(jì)信息交流平臺，更為網(wǎng)上數(shù)字化虛擬展示與協(xié)同定制設(shè)計(jì)提供便捷。

數(shù)字化設(shè)計(jì)拆單和加工一體化技術(shù)，是在定制家居產(chǎn)品訂單流程分析的基礎(chǔ)上，如何將設(shè)計(jì)信息與數(shù)字化加工設(shè)備需求信息共享，形成設(shè)計(jì)與制造一體化。筆者依據(jù)前期大量調(diào)研分析結(jié)果，結(jié)合目前企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用情況，形成板式和實(shí)木家具的數(shù)字化設(shè)計(jì)拆單、加工一體化過程，如圖1、圖2所示。

圖1 板式家居數(shù)字化設(shè)計(jì)拆單、加工一體化過程Fig. 1 The integrated process of digital design and processing of panel furniture

圖2 實(shí)木家居數(shù)字化設(shè)計(jì)拆單、加工一體化過程Fig. 2 The integration process of digital design and processing of wooden furniture

數(shù)字化設(shè)計(jì)信息交互與處理技術(shù)，是通過插件技術(shù)和BI大數(shù)據(jù)分析，建立企業(yè)內(nèi)各軟件間共享系統(tǒng)接口技術(shù)。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息自適應(yīng)、云端自存儲、自設(shè)計(jì)等功能，并將數(shù)據(jù)與加工設(shè)備對接。解決傳統(tǒng)圖紙信息出錯(cuò)率高、設(shè)計(jì)信息孤島、智能化程度低等難題。

家居產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)信息展示技術(shù)，是通過虛擬現(xiàn)實(shí)、3D渲染、一體化等技術(shù)手段，通過云渲染、云設(shè)計(jì)、BIM、VR、AR、AI 等技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到銷售、生產(chǎn)、物流的整個(gè)家居產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共享，達(dá)到3D云設(shè)計(jì)的要求，以數(shù)字化與智能化手段讓家居產(chǎn)業(yè)的銷售、設(shè)計(jì)、制造變得更簡單、高效。該技術(shù)已逐漸發(fā)展為“家裝智能3D設(shè)計(jì)+場景生態(tài)+智能制造+精細(xì)化管理”融為一體的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

1.2 實(shí)現(xiàn)從“煙囪”到“管道”的信息化管理技術(shù)轉(zhuǎn)變

在家居智能制造模式下，面對產(chǎn)品生命周期縮短、產(chǎn)品交貨(上市)期的競爭、用戶需求個(gè)性化的生存環(huán)境變化、全球競爭的企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略和內(nèi)部管理的規(guī)范化等問題，企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)部高效運(yùn)作、外部信息及時(shí)掌握、科學(xué)決策等，都需要企業(yè)從管理上發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變，而管理技術(shù)的基礎(chǔ)是信息共享和及時(shí)處理技術(shù)。中國家居智能制造通過近20年的發(fā)展，信息處理技術(shù)最根本的變化就是實(shí)現(xiàn)了從“煙囪”到“管道”的信息化技術(shù)轉(zhuǎn)變。即信息處理過程由傳統(tǒng)的人工和紙質(zhì)流轉(zhuǎn)為主，易造成信息在企業(yè)的不同部門滯留和中斷，通過將企業(yè)內(nèi)、外部資源的靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行優(yōu)化整合，并對業(yè)務(wù)流程重組優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)信息在企業(yè)的流轉(zhuǎn)與共享，徹底改變家居智能制造過程信息的“孤島”問題，突破了ERP、MES等多軟件的信息集成[13-14]。

ERP技術(shù)[15]主要是實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)單據(jù)信息數(shù)字化傳送、物料需求計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃制定、采購任務(wù)生成、出入庫信息記錄、單據(jù)生成打印等業(yè)務(wù)功能管控，包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、信息綜合管理、信息決策管理等技術(shù)。其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理技術(shù)，是將企業(yè)產(chǎn)品、半成品、原材料、部門架構(gòu)、單據(jù)屬性、客戶資料、供應(yīng)商資料等基礎(chǔ)信息進(jìn)行數(shù)字化整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)屬性管理和數(shù)據(jù)檔案管理等；信息綜合管理技術(shù)，主要包括兩塊，一是數(shù)據(jù)處理技術(shù)構(gòu)建，是將定制家具企業(yè)動(dòng)、靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、銷售訂單、采購任務(wù)、倉儲數(shù)據(jù)、物流、生產(chǎn)資料數(shù)據(jù)、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)等信息資料進(jìn)行整合、分析與綜合，將數(shù)據(jù)群進(jìn)行計(jì)算，生成符合目標(biāo)企業(yè)決策需要的統(tǒng)計(jì)報(bào)表；二是業(yè)務(wù)功能模塊構(gòu)建，是依據(jù)定制家具企業(yè)的組織架構(gòu)和生產(chǎn)特征，按功能進(jìn)行劃分模塊，通過業(yè)務(wù)部門間工作流、信息流、數(shù)據(jù)流以數(shù)字化的形式進(jìn)行處理與傳輸，滿足業(yè)務(wù)流程協(xié)同管理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)過程管控、企業(yè)資源數(shù)字化流通；信息決策管理技術(shù)，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、綜合信息以及外部資料為企業(yè)進(jìn)行決策性管理服務(wù)，其決策以企業(yè)資源優(yōu)化為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度管控、產(chǎn)品質(zhì)量管控和決策信息反饋；

MES技術(shù)[16-17]主要是通過網(wǎng)絡(luò)(Web)將企業(yè)的數(shù)控設(shè)備、各類優(yōu)化軟件及管理軟件(ERP)進(jìn)行優(yōu)整合，并對車間及倉庫的硬件、網(wǎng)絡(luò)情況、點(diǎn)位進(jìn)行布置，形成了MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、數(shù)控加工任務(wù)、車間加工過程跟蹤、包裝信息記錄等動(dòng)態(tài)管控，包括訂單計(jì)劃管理、生產(chǎn)車間管理和信息集成等核心技術(shù)。其中，訂單計(jì)劃管理技術(shù)通過MES系統(tǒng)進(jìn)行工藝分析與計(jì)算、自動(dòng)進(jìn)行排產(chǎn)，通過設(shè)計(jì)二維碼標(biāo)簽、優(yōu)化工藝流程和生產(chǎn)線等信息實(shí)現(xiàn)加工信息自動(dòng)形成與流轉(zhuǎn)、加工信息與數(shù)控設(shè)備的對接及車間計(jì)劃與調(diào)度自管控等；研發(fā)了零部件工藝成組技術(shù)、零部件工序自加工技術(shù)和可視化車間管控技術(shù)。

在實(shí)踐應(yīng)用過程中，為更好地發(fā)揮ERP系統(tǒng)在大規(guī)模定制家具企業(yè)的資源優(yōu)化配置，實(shí)際運(yùn)行過程中，往往需要同企業(yè)的其他信息化協(xié)同管理系統(tǒng)(如MES、OA、CRM等)及相關(guān)外部設(shè)備(如PDA掃描器、射頻設(shè)備等)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而滿足企業(yè)信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享流通及設(shè)備參數(shù)配置管控的作用。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由ERP與MES雙系統(tǒng)運(yùn)行到ERP與MES合二為一，如圖3、圖4所示。

圖3 大規(guī)模定制家居ERP系統(tǒng)集成與拓展功能Fig. 3 Integration and expansion of mass customization home ERP system

圖4 大規(guī)模定制家居MES系統(tǒng)組成及與相關(guān)系統(tǒng)、外圍設(shè)備的集成Fig. 4 Mass customization furniture MES system components and integration with related systems peripherals

1.3 研發(fā)了定制家居揉單生產(chǎn)模式技術(shù)體系

中國家居智能制造經(jīng)過近20年的探索，最為突出的一點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了從訂單式生產(chǎn)向著揉單式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，即實(shí)現(xiàn)了揉單式生產(chǎn)，并形成了定制家居揉單生產(chǎn)技術(shù)體系。所謂揉單生產(chǎn)，是由柔性制造系統(tǒng)(flexible manufacturing system，F(xiàn)MS)，即數(shù)控加工設(shè)備(數(shù)控設(shè)備和傳統(tǒng)設(shè)備)、物料運(yùn)儲裝置(工件輸送系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。包括多個(gè)柔性制造單元(flexible manufacturing cell，F(xiàn)MC)，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整。通過柔性制造技術(shù)(flexible manufacturing technology，F(xiàn)MT)[18]和成組技術(shù)(group technology，GT)原理[19]，即根據(jù)零部件的生產(chǎn)工藝特性進(jìn)行零部件族規(guī)劃，將規(guī)劃后的零部件毛坯數(shù)控機(jī)床(computer numbering control，CNC)設(shè)備和普通設(shè)備構(gòu)成的加工系統(tǒng)，然后依據(jù)中央計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令完成各工序加工。在加工過程中，工件將被自動(dòng)識別、刀具將被自動(dòng)換取、切削過程將會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換、設(shè)備不需停機(jī)的情況下更換新零部件、整個(gè)過程將被自動(dòng)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)多品種工件的加工。與傳統(tǒng)的制造模式相比，柔性生產(chǎn)改變的是傳統(tǒng)的“以產(chǎn)定消”模式，更加適合以消費(fèi)者為導(dǎo)向，多品種、中小批量生產(chǎn)的“以需定產(chǎn)”的大規(guī)模定制生產(chǎn)模式。目前形成的揉單式生產(chǎn)技術(shù)體系主要包括：標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝規(guī)范技術(shù)和模塊化柔性生產(chǎn)技術(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝規(guī)范技術(shù)，開發(fā)和建立了定制家具產(chǎn)品的三維參數(shù)化零部件數(shù)據(jù)庫，通過簡化設(shè)計(jì)，建立家具產(chǎn)品族的規(guī)劃與數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)模塊，并依據(jù)成組分類與信息編碼技術(shù)，制定家具編碼的檔案管理體系、形成產(chǎn)品和零部件的標(biāo)準(zhǔn)化管理，體現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)柔性；通過建立工藝術(shù)語與符號標(biāo)準(zhǔn)化，加工余量、公差、工藝規(guī)范等工藝要素標(biāo)準(zhǔn)化，刀具、機(jī)床夾具、機(jī)床輔具等工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)化，工藝規(guī)程、工藝守則、材料定額等工藝文件標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)工藝過程快速變化體現(xiàn)工藝柔性；通過管控過程規(guī)范化，將相同零件組的典型工藝、某工序的典型工藝、標(biāo)準(zhǔn)件和通用件典型工藝等，通過數(shù)字化處理，從而形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化工藝過程；并將家具生產(chǎn)過程中的各環(huán)節(jié)及相關(guān)因素形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)的分析和處理，為企業(yè)提供快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的環(huán)境。

模塊化柔性生產(chǎn)技術(shù)，是將結(jié)構(gòu)、功能和工藝相似的定制家具產(chǎn)品進(jìn)行分類，并依據(jù)成組技術(shù)模型分析，形成成組技術(shù)方案；通過工藝路線匹配與分組，提取產(chǎn)品族或零部件族及其典型工藝特點(diǎn)的共有屬性，形成參數(shù)化典型工藝和典型工藝模板，實(shí)現(xiàn)從訂單式生產(chǎn)方式向揉單式生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，從而完成自動(dòng)揉單與零部件制造過程流轉(zhuǎn)；并依據(jù)大規(guī)模定制家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征和工藝特征，形成零部件族的典型工藝模塊、工序的典型工藝模塊及標(biāo)準(zhǔn)件和通用件的典型工藝模塊。同時(shí)，通過生產(chǎn)過程重組技術(shù)，將功能和工藝相似的零件集中生產(chǎn)，將尺寸和形狀相同的零件進(jìn)行集中備料，采用通過式加工和工序分化的形式實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的重組。

1.4 搭建了數(shù)字化動(dòng)態(tài)管控技術(shù)平臺

中國家居智能制造在經(jīng)歷了數(shù)字化設(shè)計(jì)、信息化管理和柔性制造過程的技術(shù)理論研究和產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐之后，初步形成了制造過程的數(shù)字化動(dòng)態(tài)管控技術(shù)平臺。該平臺的技術(shù)特征主要包括三方面：一是研發(fā)了基于自動(dòng)識別技術(shù)的家居零部件加工過程的信息采集與處理方法；二是構(gòu)建了可視化車間管控方法；三是集成了多軟件共享數(shù)據(jù)平臺。

零部件加工過程的信息自動(dòng)采集與處理技術(shù)[20]，主要利用條形碼技術(shù)、二維碼技術(shù)和RFID技術(shù)，形成了物料編碼技術(shù)和物料流轉(zhuǎn)過程的信息采集與處理技術(shù)，進(jìn)行家居產(chǎn)品物料管理，實(shí)現(xiàn)物料和零部件加工和流轉(zhuǎn)過程動(dòng)態(tài)可控。

構(gòu)建的可視化車間管控方法，是依托ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等組成的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)，由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析、現(xiàn)場信息反饋等模塊構(gòu)成。通過車間各崗位標(biāo)簽掃描，實(shí)現(xiàn)加工時(shí)間、加工進(jìn)度、設(shè)備產(chǎn)能的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、車間的LED看板實(shí)時(shí)展示等車間實(shí)時(shí)管控過程。

集成了多軟件共享數(shù)據(jù)平臺[21-22]，采用插件技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析，突破腳本建模、插件、數(shù)據(jù)庫重構(gòu)等系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)；采用基于業(yè)務(wù)流的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、標(biāo)準(zhǔn)的B/S體系結(jié)構(gòu)和C/S體系結(jié)構(gòu)，在分析企業(yè)作業(yè)現(xiàn)狀和預(yù)測未來發(fā)展的基礎(chǔ)上，對MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)信息進(jìn)行優(yōu)化升級；結(jié)合WMS和WCS系統(tǒng)，通過接口技術(shù)開發(fā)，構(gòu)建以Web技術(shù)為基礎(chǔ)的定制家居產(chǎn)品2020+ERP+MES+WCS+WMS信息集成與共享平臺，實(shí)現(xiàn)定制家居可視化動(dòng)態(tài)管理。

1.5 家居智能制造技術(shù)應(yīng)用情況

通過十多年的努力，我國家居行業(yè)逐漸形成了一套比較成熟的智能制造技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)構(gòu)建、柔性制造技術(shù)研究、自動(dòng)信息采集技術(shù)研究、數(shù)字化木工設(shè)備研發(fā)及數(shù)字化管控平臺搭建等，取得了不少成果，并在企業(yè)實(shí)踐中得到應(yīng)用。

2006年，借助廣東省廣州市科技局科技項(xiàng)目，維尚工廠和圓方軟件公司合作承擔(dān)，進(jìn)行國內(nèi)第一個(gè)家具信息化成果“中國家具企業(yè)大規(guī)模定制生產(chǎn)”鑒定。此技術(shù)不僅為尚品宅配智能制造(國內(nèi)第一個(gè)家居智能制造示范基地)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，更為家居智能制造技術(shù)快速發(fā)展提供科學(xué)的理論借鑒依據(jù)。

2010年，借助“十一五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目和“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目課題，南京林業(yè)大學(xué)與廈門金牌櫥柜聯(lián)合承擔(dān)了國家高技術(shù)項(xiàng)目 “木竹制品規(guī)?；ㄖ泼艚葜圃旒夹g(shù)”。該技術(shù)的研發(fā)，以信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)家居企業(yè)的各種資源的進(jìn)行優(yōu)化配置、全程監(jiān)控與集成管理，使個(gè)性化定制家居產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短1/3，提高原料利用率5%，降低能耗10%，產(chǎn)品成本降低10%。2012年順利通過科技部驗(yàn)收。

2014年，南京林業(yè)大學(xué)聯(lián)合南京普瑞迪信息科技有限公司、南京漢特家具有限公司共同合作，對“基于家具木制品定制的ERP/MES智能系統(tǒng)實(shí)時(shí)管控技術(shù)”校企合作項(xiàng)目進(jìn)行了研究和產(chǎn)業(yè)化，突破了基于非線性工藝的排產(chǎn)管理技術(shù)、基于ERP/MES的生產(chǎn)成本信息共享技術(shù)、基于EPR/MES的產(chǎn)品生命周期(PLM)逆向物流(RL)管理技術(shù)。該技術(shù)成果通過國家林業(yè)局科技司技術(shù)鑒定(鑒字[2016]第13號)。

2015年，借助浙江省兩化深度融合智能制造專項(xiàng)計(jì)劃，南京林業(yè)大學(xué)與浙江升華云峰新材股份有限公司合作承擔(dān)了 “大規(guī)模定制整體衣柜智能制造管理系統(tǒng)” (浙經(jīng)信信息[2015]246號)項(xiàng)目，聯(lián)合對定制整體衣柜的智能制造技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)。該技術(shù)突破了定制衣柜的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)和數(shù)字化管理技術(shù)的“瓶頸”，形成了“智能化整體定制家居集成新技術(shù)” (證書編號20160809)，獲得浙江省經(jīng)信委組織的驗(yàn)收和技術(shù)鑒定。

2020年，借助“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“木質(zhì)家居產(chǎn)品柔性制造技術(shù)”，通過將產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交互與共享，通過數(shù)字化設(shè)計(jì)與信息化制造的生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)柔性制造，完成定制家居產(chǎn)品一鍵下單、設(shè)計(jì)與制造一體化，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制家居智能制造。研發(fā)的“定制家居產(chǎn)品三維參數(shù)化設(shè)計(jì)與虛擬展示關(guān)鍵技術(shù)”和“定制家居產(chǎn)品柔性制造與智能分揀關(guān)鍵技術(shù)”成果于2020年12月經(jīng)過中國林學(xué)會(huì)科技成果評價(jià)，目前處于國際領(lǐng)先水平。

2 家居智能制造技術(shù)面臨的新形勢

2.1 家居產(chǎn)品屬性和價(jià)值的變化

隨著家居產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，家居產(chǎn)品屬性已經(jīng)從傳統(tǒng)的單一產(chǎn)品向著系統(tǒng)或系列產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，從而直接影響著消費(fèi)模式的變化，即：產(chǎn)品需求上，實(shí)現(xiàn)從“單一產(chǎn)品”向著“套餐包”的形式轉(zhuǎn)變；產(chǎn)品銷售宣傳上，實(shí)現(xiàn)從“單一產(chǎn)品銷售”向著“場景化包裝”的形式轉(zhuǎn)變；銷售渠道上，實(shí)現(xiàn)“線下為主”向著“O2O”的形式轉(zhuǎn)變；客戶認(rèn)知上，實(shí)現(xiàn)“賣場+門店”向著“虛擬體驗(yàn)館”的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，家居產(chǎn)品的價(jià)值增值也已經(jīng)從傳統(tǒng)制造的“材料+制造”向著智能制造時(shí)代的“材料+知識+制造資源+服務(wù)”的轉(zhuǎn)變，即要求家居產(chǎn)品整個(gè)制造過程具備可持續(xù)發(fā)展和全生命周期的理念。由此可知，隨著家居產(chǎn)品屬性和價(jià)值的變化，要求產(chǎn)品從設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)、數(shù)字化加工和功能性材料的研發(fā)到過程管理、用戶服務(wù)、營銷模式和回收再造的整個(gè)過程具備數(shù)字化和信息化的意識，才能適應(yīng)這種變化。

2.2 時(shí)代背景對家居智能制造的影響

一方面，國家新政方面：2020年中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議精神，明確了著力推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展和雙循環(huán)新格局，即構(gòu)建國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局。采取差異化調(diào)控措施、及時(shí)科學(xué)精準(zhǔn)調(diào)控確保房地產(chǎn)市場平穩(wěn)健康發(fā)展和《關(guān)于全面推進(jìn)城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造工作的指導(dǎo)意見》，從而激活住房消費(fèi)；通過脫貧攻堅(jiān)成果推動(dòng)消費(fèi)、農(nóng)村設(shè)施建設(shè)，形成潛在的消費(fèi)市場。與此同時(shí)，2020年11月18日的國務(wù)院常務(wù)會(huì)議指出，要提振汽車、家電家具家裝等大宗消費(fèi)重點(diǎn)消費(fèi)。具體來說，要實(shí)施擴(kuò)大內(nèi)需戰(zhàn)略，進(jìn)一步促進(jìn)大宗消費(fèi)、重點(diǎn)消費(fèi)，釋放農(nóng)村消費(fèi)潛力，促進(jìn)家電家具家裝消費(fèi)，鼓勵(lì)有條件的地區(qū)對淘汰舊家電家具并購買綠色智能家電、環(huán)保家具給予補(bǔ)貼等。國家新政策的頒布和實(shí)施必將對家居智能制造技術(shù)產(chǎn)生重大影響。

另一方面，技術(shù)層面：包括互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)、工業(yè)4.0、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、3D打印、5G通信、人工智能AI等新技術(shù)的快速發(fā)展，不僅正在改變?nèi)祟惿罘绞?，帶來了生活、消費(fèi)模式的變化，更為傳統(tǒng)制造帶來挑戰(zhàn)和機(jī)遇，企業(yè)只有在設(shè)備和技術(shù)不斷升級、智能化的同時(shí)，通過信息化、數(shù)字化加強(qiáng)內(nèi)部精益生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)智能制造模式的轉(zhuǎn)變，才能保持可持續(xù)發(fā)展和核心競爭力。

2.3 家居智能制造技術(shù)推進(jìn)過程中的挑戰(zhàn)

伴隨著家居智能制造技術(shù)的快速推進(jìn)，家居產(chǎn)品的屬性和價(jià)值的變化及時(shí)代背景的影響，家居智能制造技術(shù)推進(jìn)過程中也面臨著新的挑戰(zhàn)[23]。

首先，生產(chǎn)系統(tǒng)如何適應(yīng)從“生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)型”向著“市場驅(qū)動(dòng)型”轉(zhuǎn)變的技術(shù)挑戰(zhàn)，這就需要加大“個(gè)性化定制”與“柔性化生產(chǎn)”關(guān)鍵技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破?！皞€(gè)性化定制”方面，需要的是B2C向著C2B或O2O的 “商業(yè)模式”轉(zhuǎn)變問題；“柔性制造”方面，需求的是關(guān)鍵工序技術(shù)突破問題，即如何保證在不停機(jī)的情況下，通過信息化管理功能和快速響應(yīng)技術(shù)，適應(yīng)多品種工件的加工問題，以保證制造過程消除冗余無用損耗，從而實(shí)現(xiàn)M2B向著M2C或C2M的轉(zhuǎn)變問題。

其次，如何適應(yīng)從單一家居產(chǎn)品向著“大家居環(huán)境”轉(zhuǎn)變的技術(shù)挑戰(zhàn)，并實(shí)現(xiàn)家居產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展的問題。家居產(chǎn)品不僅是林業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的終端產(chǎn)品，也是家居環(huán)境的重要組成部分，同時(shí)也是家居價(jià)值鏈的關(guān)鍵一環(huán)。家居產(chǎn)品的變革需求將對產(chǎn)業(yè)鏈起到引領(lǐng)和增值作用，也會(huì)直接影響產(chǎn)品制造技術(shù)的變化；因此，在家居智能制造技術(shù)的推進(jìn)過程中，離不開整個(gè)家居產(chǎn)業(yè)鏈的“多翼齊飛”，需要產(chǎn)品鏈企業(yè)在“大家居環(huán)境”中聯(lián)合與協(xié)作、發(fā)揮集群優(yōu)勢，才能提升整個(gè)智能制造技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

最后，企業(yè)競爭力如何適應(yīng)新技術(shù)和智能制造思維影響的技術(shù)挑戰(zhàn)。新技術(shù)和智能制造思維的最大特征是互聯(lián)、融合、協(xié)同、互動(dòng)和去中介、快捷高效等。這就要求企業(yè)的競爭力需要從依靠資源要素“低成本競爭”向提高產(chǎn)品“科技含量及附加值”轉(zhuǎn)變，從單純的“產(chǎn)品”向“產(chǎn)品+服務(wù)”轉(zhuǎn)變和競爭，從“規(guī)?；a(chǎn)”向“個(gè)性化定制”轉(zhuǎn)變和競爭，由“家具產(chǎn)品制造商”轉(zhuǎn)向“家居系統(tǒng)解決方案服務(wù)商”的轉(zhuǎn)變。在這些轉(zhuǎn)變過程中的理念和需求，直接影響著家居智能制造技術(shù)的推進(jìn)。

3 家居智能制造技術(shù)升級展望

3.1 對生產(chǎn)過程的重新認(rèn)識

面對智能制造技術(shù)的快速發(fā)展，在家居產(chǎn)業(yè)所形成的“個(gè)性化定制”和“柔性制造”技術(shù)體系[24]，下一階段家居企業(yè)應(yīng)在考慮“成本、質(zhì)量、柔性、服務(wù)、生產(chǎn)周期”等競爭要素和“高效率、低成本、高柔性、準(zhǔn)時(shí)”等基本目標(biāo)的基礎(chǔ)上，如何實(shí)現(xiàn)高效、低耗、靈活、準(zhǔn)時(shí)地生產(chǎn)合格產(chǎn)品和提供滿意服務(wù)，才是未來家居產(chǎn)品智能制造的主要任務(wù)；因此，未來家居智能制造的技術(shù)升級需要對家居生產(chǎn)過程重新認(rèn)識。筆者認(rèn)為，應(yīng)從以下方面重點(diǎn)考慮：

一是要有系統(tǒng)觀的概念，即家居生產(chǎn)過程中在考慮全局性、協(xié)同性和層次性的同時(shí)，關(guān)鍵是構(gòu)建家居生產(chǎn)過程人機(jī)復(fù)合系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)開放系統(tǒng)技術(shù)平臺；

二是要有集成觀的理念，即家居生產(chǎn)過程中需要發(fā)揮優(yōu)勢、實(shí)現(xiàn)最佳配置，實(shí)現(xiàn)人員、技術(shù)、管理的綜合集成技術(shù)；

三是要有信息觀的認(rèn)知，要認(rèn)清家居智能制造一定是依靠信息和數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)質(zhì)是信息采集、加工、轉(zhuǎn)化和傳遞的過程；因此，信息技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)仍然是家居智能制造發(fā)展的關(guān)鍵所在；

四是要有服務(wù)觀的意識，家居產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造最大的轉(zhuǎn)變，是從單純的制造型企業(yè)向著服務(wù)型制造和系統(tǒng)解決商的企業(yè)轉(zhuǎn)變，即“在需要的時(shí)候，企業(yè)能以適宜的價(jià)格，向顧客提供具有滿意的質(zhì)量和環(huán)境效能的產(chǎn)品與服務(wù)”，制造過程不僅對顧客樹立服務(wù)意識，同時(shí)還需要組織好內(nèi)部部門間服務(wù)關(guān)系。

3.2 智能制造技術(shù)升級的關(guān)鍵點(diǎn)和建議

3.2.1 全過程“智”造問題

由智能制造的內(nèi)涵和發(fā)展思想[25-26]可知，其根本目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化(按需定制)、柔性化、高質(zhì)量、低能耗的“制造”，核心就是要解決“智”造問題。主要體現(xiàn)在三方面：一是需要通過物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)把制造業(yè)物理設(shè)備單元和傳感器、終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施等連接組合起來，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)控制“智能”；二是通過人和人、人和機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器、制造與服務(wù)之間互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程“智能制造”；三是通過用戶全過程、全流程參與，達(dá)到個(gè)人定制、眾包設(shè)計(jì)的目的，實(shí)現(xiàn)商業(yè)模式“智能變革”。如何實(shí)現(xiàn)和解決“智”造問題：在智能制造技術(shù)升級新軌道上，應(yīng)著重從全過程的“智”造考慮，即從定制家居產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展、從單據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)向著數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變、推進(jìn)智能制造平臺的搭建(信息集成)等方向持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新與跟進(jìn)。

3.2.2 關(guān)鍵工序“效率”提升問題

家居智能制造最大改變是生產(chǎn)模式的改變，即實(shí)現(xiàn)了揉單生產(chǎn)。揉單生產(chǎn)能夠充分考慮車間各產(chǎn)線的產(chǎn)能情況，利用優(yōu)化軟件進(jìn)行合理開料，充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力，從而提高了材料利用率和設(shè)備利用率，從一定程度上也提高了生產(chǎn)效率。但現(xiàn)階段效率并沒有發(fā)揮出最大優(yōu)勢，甚至出現(xiàn)了關(guān)鍵工序“瓶頸”，直接影響整個(gè)生產(chǎn)效率。因此，在新的智能制造技術(shù)升級層面，解決此類問題的建議主要從三方面考慮：一是減少零件變化，即推行三化(產(chǎn)品系列化、零部件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化)、快速建模技術(shù)、推行成組技術(shù)(group technology，GT)、推行變化減少方法(variety reduction program，VRP)；二是提高生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性，加快從揉單生產(chǎn)向著柔性制造系統(tǒng)(FMS)的轉(zhuǎn)變，即通過機(jī)器柔性、工藝柔性、產(chǎn)品柔性、生產(chǎn)能力柔性、擴(kuò)展柔性、生產(chǎn)維護(hù)柔性的綜合提高生產(chǎn)過程的柔性，最終構(gòu)成“FMS=DNC+AGV+AS/RS+計(jì)算機(jī)控制室”柔性生產(chǎn)系統(tǒng)形式；三是快速響應(yīng)問題[27]，即通過TopSolid、ERP、MES、WCS等設(shè)計(jì)管控軟件的優(yōu)化升級，實(shí)現(xiàn)更多軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和集成，真正實(shí)現(xiàn)從客戶、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理過程的一體化，滿足生產(chǎn)過程的快速響應(yīng)。

3.2.3 全鏈聯(lián)動(dòng)“技術(shù)”升級問題

全鏈聯(lián)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)家居產(chǎn)業(yè)智能制造技術(shù)升級的一個(gè)核心問題，應(yīng)是在面對“個(gè)性化定制”和“柔性制造”構(gòu)架的技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建制造過程全鏈聯(lián)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)[28-29]。該系統(tǒng)應(yīng)包括智能加工中心和生產(chǎn)線、智能倉儲運(yùn)輸與物流、智能生產(chǎn)過程管控及智能生產(chǎn)控制中心，如圖5所示。

其中：智能加工中心和生產(chǎn)線的技術(shù)升級，需要對智能化的設(shè)備、智能化的機(jī)器手、設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、機(jī)器視覺技術(shù)、智能模工具管理等的升級；智能倉儲運(yùn)輸與物流的升級，需要構(gòu)建自動(dòng)化立體創(chuàng)庫、AGV智能小車和資源定位系統(tǒng)等的技術(shù)升級；智能生產(chǎn)過程管控升級，需要對包括高級計(jì)劃排程、執(zhí)行過程調(diào)度、數(shù)字化物流管控及數(shù)字化質(zhì)量檢測等技術(shù)升級；智能生產(chǎn)控制中心，需要對中央控制室、現(xiàn)場監(jiān)視設(shè)備、現(xiàn)場Andon等進(jìn)行升級。

圖5 家居智能制造技術(shù)體系平臺架構(gòu)Fig. 5 Home intelligent manufacturing technology system platform architecture