王士忠

（青島貝來文化科技有限公司，青島 266300）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的消費(fèi)需求越來越個性化，使得板式家具的制造從大批量轉(zhuǎn)向大規(guī)模定制化。當(dāng)前，在國內(nèi)大部分家具裝備制造業(yè)中，裝備種類較少，結(jié)構(gòu)簡單，自動化水平低。由于家居大多來自各個制造業(yè)廠商，很難無縫整合家具制造生產(chǎn)線?，F(xiàn)有的板式家具生產(chǎn)線大多存在柔性差、人工調(diào)試頻繁以及效率低下等問題，很難適應(yīng)多品種、小批量、短時間的個性化家具需求。雖然一些大的家具公司已引進(jìn)了國外先進(jìn)的生產(chǎn)線，但是配套服務(wù)較差，在與國內(nèi)客戶需求和產(chǎn)能的匹配等方面存在較大問題，且產(chǎn)品成本較高。企業(yè)自行研發(fā)可用于板材加工的全自動貼標(biāo)機(jī)、切割機(jī)、接料機(jī)、封邊設(shè)備及打孔設(shè)備，使板材切割、封邊及打孔過程的設(shè)備更加智能化，并增設(shè)運(yùn)輸及配送設(shè)備，設(shè)計(jì)可定制的板材加工柔性流水線。

1 板式定制家具一般生產(chǎn)流程

板式定制家具的制作過程復(fù)雜，與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、外觀風(fēng)格、材料以及應(yīng)用環(huán)境等都有緊密聯(lián)系，甚至同一產(chǎn)品在不同的廠商中制作過程也存在差異。以普通的衣櫥為例，按照生產(chǎn)過程可將衣柜分成掩門、串門以及除了衣柜之外的其他部分。但是，由于在生產(chǎn)過程中即使是同一個衣柜的不同部分，也不能在一條流水線上進(jìn)行生產(chǎn)。櫥柜可以被劃分成兩種，一種是長方板，另一種是異形板。目前，國內(nèi)僅有長方板能夠做到智能化，而其他種類的櫥柜組件生產(chǎn)無法實(shí)現(xiàn)智能化，多采用半自動化或完全人工制造。定制家具長方體板材的智能化加工工藝主要為加工領(lǐng)料、切料、封邊、穿孔、分類、打包以及人員入庫。為改善產(chǎn)品的品質(zhì)和提高人員的工作效率，可以在主工藝中加入其他程序，如切割后的板面清洗程序、品質(zhì)檢驗(yàn)程序等[1]。

2 定制家具智能制造方法

本文提出新設(shè)計(jì)思想，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案。生產(chǎn)預(yù)備階段是指制造業(yè)中各工序的生產(chǎn)資料通過制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Process System，MES）分發(fā)到各工序的各個設(shè)備。在接收到MES的預(yù)處理消息后，該立體倉儲將按照加工次序完成預(yù)處理和分類處理。生產(chǎn)時，工作區(qū)由感應(yīng)器進(jìn)行掃碼來啟動。工作結(jié)束后，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）會對線控系統(tǒng)下達(dá)指令，從而得到工藝數(shù)據(jù)。線控系統(tǒng)可以通過WinCC/OPC對PLC請求進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)檢測到PLC請求后，線控系統(tǒng)會從設(shè)備數(shù)據(jù)庫中獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行計(jì)算和分析，隨后通過WinCC/OPC將其反饋給計(jì)算機(jī)的PLC，再根據(jù)線控反饋結(jié)果進(jìn)行控制。整個生產(chǎn)流程記錄設(shè)備生產(chǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)、設(shè)備實(shí)時狀態(tài)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，具體流程如圖1所示[2]。

圖1 生產(chǎn)流程圖

3 動態(tài)控制的信息技術(shù)

3.1 生產(chǎn)過程中的靈活規(guī)劃和安排技術(shù)

在實(shí)際制造中，在制定定制化的訂貨方案后，柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacture System，F(xiàn)MS）可以通過分析零件、產(chǎn)品和工藝路線等，靈活規(guī)劃和調(diào)度工廠。此外，F(xiàn)MS可以實(shí)時采集車間的產(chǎn)量和加工數(shù)據(jù)，減少手工統(tǒng)計(jì)工作，避免出現(xiàn)錯件、漏件和補(bǔ)件。

3.2 FMS信息集成與共享技術(shù)用于MES

FMS數(shù)據(jù)通常由MES提供，可在各個功能軟件和設(shè)備間共享和傳遞。因此，F(xiàn)MS數(shù)據(jù)來源往往由其他功能軟件提供，如企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）和MES，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在功能軟件和設(shè)備間的共享與傳遞。本文主要從兩個方面對大型定制家具FMS中的信息集成和共享技術(shù)進(jìn)行研究。

3.2.1 FMS的信息集成

在具體運(yùn)用中，F(xiàn)MS和各功能軟件之間的整合利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以ERP、MES、供應(yīng)鏈管理（Supply Chain Management，SCM）等為核心，實(shí)現(xiàn)了對企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)信息的共享。ERP系統(tǒng)提供FMS的基本信息，如材料、采購、銷售等。MES為FMS進(jìn)行材料需求計(jì)劃，生成產(chǎn)品產(chǎn)量計(jì)劃、成本計(jì)劃等[3]。

FMS制造流程中的ERP與MES所需的重要信息，對設(shè)備與質(zhì)量管理等多個功能模塊的完善具有極大的促進(jìn)作用。通過FMS與自動化倉庫的整合，可以實(shí)時統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)截取訂單的配合表、生產(chǎn)領(lǐng)料單以及生產(chǎn)退料單中的原料凈出庫數(shù)據(jù)。

FMS還可以與MES系統(tǒng)相配合，用零件的標(biāo)簽掃描記錄工藝過程。商店和顧客可以用計(jì)算機(jī)或者手機(jī)等移動終端進(jìn)行訂單追蹤和詢問。

3.2.2 與外部裝置之間的整合

FMS與外部設(shè)備的整合，實(shí)現(xiàn)了工藝數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)數(shù)控（Computerized Numerical Control，CNC）設(shè)備的對接。工件在生產(chǎn)車間流動，并在生產(chǎn)過程中給予實(shí)時反饋。加工信息與CNC裝置的對接，主要以企業(yè)設(shè)計(jì)軟件（如TopSolid）、優(yōu)化軟件（如CutRite）、數(shù)據(jù)機(jī)床加工軟件（如IMOS）等之間的數(shù)據(jù)對接為基礎(chǔ)，通過智慧物流技術(shù)，使得工件可在車間流動，并借由自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）實(shí)現(xiàn)加工過程中物體的自動位移。在FMS中，現(xiàn)場的信息反饋指的是利用MES系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，對加工數(shù)據(jù)、各工段的計(jì)劃完成情況以及訂單下單等進(jìn)行實(shí)時顯示。

3.3 工廠可視化管理技術(shù)

柔性制造可視化車間管控技術(shù)以ERP、MES、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等為基礎(chǔ)，形成一種實(shí)時動態(tài)監(jiān)控技術(shù)，具體包括現(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。生產(chǎn)過程中掃描各個位置上的標(biāo)識，從而達(dá)到對加工時間、加工進(jìn)度、設(shè)備產(chǎn)能等信息的實(shí)時收集，并在發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）屏幕上進(jìn)行實(shí)時展示。

3.4 數(shù)控裁板設(shè)備

開料是指根據(jù)工件的尺寸要求，將原板材切割為特定規(guī)格的零件。常規(guī)開料設(shè)備采用電動切割，將一塊完整的板料進(jìn)行縱向切割和橫向切割形成各種尺寸的板料。該流水線上的開料過程是由一個加工中心完成的，除了可以自動抓取和推片之外，還可以根據(jù)標(biāo)識獲得開料數(shù)據(jù)，并自動調(diào)整過程的參數(shù)，從而達(dá)到對片材的高效率切割。為提高產(chǎn)量，可在開合機(jī)的前面增加一個智能化導(dǎo)線控制的導(dǎo)流機(jī)構(gòu)，完成多個開料機(jī)的工作[4]。這類加工中心可一次實(shí)現(xiàn)裁切、開槽、鉆孔等功能。

3.5 柔性封邊設(shè)備

板式定制家具中，每個零件單位的大小和顏色都不相同。因此，大規(guī)模生產(chǎn)需要封邊機(jī)器具備一定的加工靈活性，如可滿足對不同封邊材料的需求、適應(yīng)不同尺寸規(guī)格產(chǎn)品的能力以及根據(jù)材料進(jìn)行更換封邊方式等。在軟封邊線中，每一個站位都是根據(jù)軟封邊線的特性而進(jìn)行的，因此可以快速改變軟封邊線的加工工藝，并可以在軟封邊線中靈活進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而提升軟封邊線的靈活性[5]。

3.6 鉆孔設(shè)備

打孔工藝的精確性將對家具產(chǎn)品的組裝品質(zhì)和服役壽命產(chǎn)生重要影響。根據(jù)定制板式家具的加工工藝需求，傳統(tǒng)的板材鉆孔裝備除了要持續(xù)適應(yīng)大批量加工工藝外，還需要完成多規(guī)格、多類型的鉆孔加工。在這條流水線上，打孔和開槽都是在一個六面鉆井中心上進(jìn)行的。這種鉆井裝置可以與前序的封邊環(huán)節(jié)無縫連接起來，只需要主機(jī)通過掃描標(biāo)記獲得加工信息，就可以自動完成打垂直孔、側(cè)孔和開槽等過程。整個過程不需要人為的技術(shù)介入，可以大大提升加工的準(zhǔn)確性，并實(shí)現(xiàn)自動化和智能化操作。六面鉆井中心數(shù)控鉆適用于銑、鉆、切削等小體積、小占用空間的零件，可高度集成化加工。一些設(shè)備有自動吸盤系統(tǒng)，具有鉆頭快速更換系統(tǒng)的立式高速鉆軸和自動換刀工具庫，能夠完成工件周邊銑型、鉆孔以及開槽3種加工，適合于非標(biāo)準(zhǔn)零件加工，且連接不易牢固。

3.7 緩存設(shè)備和分揀設(shè)備

緩沖設(shè)備旨在臨時存儲生產(chǎn)過程中的零件。線邊倉庫作為一種常用的板式家具自動化生產(chǎn)線中的零件緩沖設(shè)備，作用是解決在生產(chǎn)中因各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力不匹配或是出現(xiàn)突發(fā)故障時導(dǎo)致的傳送線堵塞等問題[6]。通過分類裝置可以分離和安排到達(dá)的零件，將其暫時存放在環(huán)狀或三維緩沖區(qū)域，使得物料的流向更清晰，同時能高效準(zhǔn)確地追蹤各個零件的準(zhǔn)確位置。當(dāng)部件被齊套后，通過機(jī)械設(shè)備按照貨物列表中的需求對部件進(jìn)行分類，準(zhǔn)確率達(dá)到100%，避免了人工的錯誤分類，極大地減少了發(fā)貨錯誤。

3.8 零件自動包裝設(shè)備

定制家具的整體器具被分解成各個小零件后，系統(tǒng)會產(chǎn)生一份打包列表。在組件被裝配好后，由包裝工段按照該列表的需要對已歸類的組件進(jìn)行打包，其中最主要的設(shè)備是箱子切割設(shè)備和箱子包裝設(shè)備。裁切器根據(jù)包裝表格中各部分的大小決定裁切器的大小，可增加包裝的靈活性，降低箱體損失，同時起到一定的保護(hù)作用，降低運(yùn)送時的損失。盒式封口機(jī)可以在進(jìn)料區(qū)自動檢測盒體尺寸，并且可以按照盒體尺寸進(jìn)行調(diào)整，采用熱熔膠接技術(shù)密封盒體[7]。

4 柔性制造生產(chǎn)線應(yīng)用

定制化板式家具柔性制造生產(chǎn)線已經(jīng)在定制化家具產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，具有很強(qiáng)的技術(shù)普適性，是許多定制家具企業(yè)實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”的核心生產(chǎn)線，家具生產(chǎn)企業(yè)認(rèn)同度高。智能定制化板式家具柔性制造生產(chǎn)線可滿足在加工過程中對各種大小板材進(jìn)行加工生產(chǎn)的需要，還可節(jié)約人力成本，將生產(chǎn)效率提高30%～40%，而價格僅為進(jìn)口類似設(shè)備的1/3，具有更高的性價比。

5 結(jié)語

在板式家具生產(chǎn)過程中，定制板式家具的柔性生產(chǎn)流水線是其生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵一環(huán)，對加工效率、加工成本和產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。本文將適合定制板式家具特征的設(shè)備集合在一起，并提高設(shè)備的智能化程度，從而確保整條流水線產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍和安全，更好地適應(yīng)定制家具板材的多元化生產(chǎn)要求，有效緩解家具制造業(yè)的個性化定制需求和規(guī)?；a(chǎn)之間的矛盾，使板式家具制造向自動化、信息化、精細(xì)化與數(shù)字化方向發(fā)展。