摘要：目的：工業(yè)的高速發(fā)展，特別是制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為全球范圍內(nèi)的重要趨勢(shì)。智能車間是智慧工廠的重要組成部分。為解決智能制造時(shí)代行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的問題，文章探究家具生產(chǎn)車間的可視化管理方案。方法：文章對(duì)現(xiàn)代家具生產(chǎn)車間進(jìn)行分析，在信息、物流和工人操作可視化三個(gè)方面提出智能化工廠的運(yùn)行方法，以期對(duì)生產(chǎn)過程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)可視化管理，提高生產(chǎn)能力，并實(shí)現(xiàn)車間的高效運(yùn)行。通過總管理、看板和RFID的組合使用，精確管理物件流轉(zhuǎn)過程；通過增加機(jī)器傳感系統(tǒng)和機(jī)器視覺捕捉，使工人操作可視化。結(jié)果：隨著統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)分析技術(shù)和可視化技術(shù)日趨成熟，采用多種數(shù)據(jù)采集方式，有利于推進(jìn)工業(yè)智能化發(fā)展。文章將四種數(shù)據(jù)采集方式相結(jié)合，提出車間物流管理方案，以確保生產(chǎn)有序進(jìn)行。結(jié)論：技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)革命不僅改變了生產(chǎn)方式，還引領(lǐng)了時(shí)代的進(jìn)步。以制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為核心的發(fā)展路徑，正將先進(jìn)制造技術(shù)與信息技術(shù)深度融合，推動(dòng)制造領(lǐng)域往更加智能、安全、高效的方向發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，智能化工廠將成為家具產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向，未來在持續(xù)創(chuàng)新和優(yōu)化中應(yīng)推動(dòng)行業(yè)朝著更高效、更環(huán)保、更可持續(xù)的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：可視化；家具；生產(chǎn)車間；智能；管理

中圖分類號(hào)：F426；TS664 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2024）12-00-03

我國的家具產(chǎn)業(yè)歷史悠久，在長(zhǎng)期發(fā)展過程中，整體呈現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，在產(chǎn)量、盈利等方面均保持良好的增長(zhǎng)勢(shì)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(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)，旨在打造集智能倉儲(chǔ)、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(dòng)化的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集涵蓋范圍擴(kuò)大，采集方式的進(jìn)步使制造企業(yè)擁有大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)［1］，利用現(xiàn)代信息系統(tǒng)進(jìn)行車間管理成為現(xiàn)代工廠的發(fā)展趨勢(shì)。

1 家具生產(chǎn)車間信息管理

1.1 大規(guī)模定制

家具企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)劃是一個(gè)高度協(xié)同的過程，多個(gè)部門密切合作以確保生產(chǎn)流程順暢和高效。客戶的生產(chǎn)訂單一旦確認(rèn)，關(guān)鍵信息便會(huì)被迅速傳遞至生產(chǎn)控制部門，其是整個(gè)生產(chǎn)流程的核心協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)［2］。計(jì)劃部門結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)能力、原材料庫存以及工藝流程，綜合考慮各種因素，如時(shí)間成本、設(shè)備利用率等，開展排料工作。車間作為生產(chǎn)執(zhí)行的核心部門，會(huì)根據(jù)生產(chǎn)指令單安排生產(chǎn)任務(wù)，而倉庫則根據(jù)物料需求計(jì)劃，負(fù)責(zé)購買各種材料，確保所需物料能夠按時(shí)、按量供應(yīng)給車間。合格的產(chǎn)品會(huì)進(jìn)入分揀裝配環(huán)節(jié)，再回到成品倉庫進(jìn)行最后的核對(duì)和登記工作，為發(fā)貨作準(zhǔn)備。目前，企業(yè)車間存在一系列問題：缺乏對(duì)加工設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的能力，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中缺乏對(duì)進(jìn)度、質(zhì)量等信息的管理；制造過程中的數(shù)據(jù)很大程度上依賴人工記錄，易受外部因素干擾；家具生產(chǎn)涉及的物料繁多，容易出現(xiàn)信息混亂和滯后的情況，缺乏整合各部分生產(chǎn)信息的系統(tǒng)［3］。

1.2 信息系統(tǒng)構(gòu)建

為解決車間可視化生產(chǎn)問題，需要建立車間總管理系統(tǒng)，信息采集監(jiān)控采用實(shí)時(shí)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(shù)據(jù)，如機(jī)器動(dòng)態(tài)、物料流向、工人動(dòng)作，展開綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的跟蹤，并展現(xiàn)運(yùn)行情況［4］?；贓RP系統(tǒng)的資源整合管理，分析車間實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，跟蹤設(shè)備運(yùn)行狀況和車間物流狀況，囊括計(jì)劃下發(fā)、計(jì)劃進(jìn)度監(jiān)控和計(jì)劃完成整個(gè)過程，合理分配物料，發(fā)揮生產(chǎn)資源調(diào)度管理以及輔助決策的功能，以機(jī)器計(jì)算代替重復(fù)勞動(dòng)，讓管理者能投入綜合分析工作中。家具在包裝出庫后應(yīng)保留材料、生產(chǎn)機(jī)器編碼、生產(chǎn)員工編碼等一系列數(shù)據(jù)，在因質(zhì)量問題退回后可掃碼提取信息，并呈現(xiàn)在管理頁面，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題。監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)對(duì)問題數(shù)據(jù)，按照計(jì)劃設(shè)定的截止日期對(duì)即將到期的任務(wù)進(jìn)行預(yù)警，機(jī)器損壞或物料不足屬于一級(jí)問題，應(yīng)立即在機(jī)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(shí)調(diào)試設(shè)備，快速處理故障，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行［5］。同時(shí)，高危機(jī)器或可能造成人身危險(xiǎn)的機(jī)器上應(yīng)有警示標(biāo)志，易燃材料儲(chǔ)存堆放處應(yīng)有禁止火種標(biāo)志，安全閘門、滅火器、防火毯位置固定并在工廠空間標(biāo)出。

現(xiàn)代工廠因?yàn)檎嫉孛娣e廣、物料信息多、數(shù)據(jù)密度高，對(duì)帶寬的需求越來越大，為了及時(shí)精準(zhǔn)地獲取生產(chǎn)過程中的信息，數(shù)字化車間需要大量的觸感識(shí)別設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)支持［6］。接網(wǎng)的理想情況是平臺(tái)同時(shí)提供有線和無線業(yè)務(wù)，為終端提供更高質(zhì)量的業(yè)務(wù)，同時(shí)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(shì)，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(dǎo)致信息失真。綜上所述，構(gòu)建現(xiàn)代工廠網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實(shí)現(xiàn)光纖通信和無線通信的融合。波分復(fù)用技術(shù)利用不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在統(tǒng)一的光纖上傳輸，大大提高了光纖傳輸?shù)娜萘亢托剩軌蛴行У亟鉀Q帶寬瓶頸問題。光信號(hào)的傳輸損耗較小，適用于長(zhǎng)距離通信。無源光網(wǎng)絡(luò)則是一種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的光纖通信接入技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，適合高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)兩種通信方式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

1.3 數(shù)據(jù)采集方式

RFID數(shù)據(jù)采集使用RFID技術(shù)，搭配物聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)軟件平臺(tái)，利用RFID可讀寫、無線、實(shí)時(shí)﹑直接的特性及以序列號(hào)的形式進(jìn)行車間物流配送、裝卸、進(jìn)出庫的信息跟蹤管理。在數(shù)據(jù)采集的位置安裝RFID讀取裝置，并在人員、物流車上綁定標(biāo)簽，以工廠大屏幕和看板卡的形式控制車間內(nèi)的物料供給，在物料發(fā)出和就位時(shí)，通過刷卡對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行反饋，高效快捷地完成物流活動(dòng)［7］。

現(xiàn)代車間數(shù)據(jù)采集中的智能化設(shè)備通過光纖網(wǎng)絡(luò)接口、感應(yīng)器、附加檢測(cè)裝備等多種方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器加工數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸。這種數(shù)據(jù)采集方式不僅提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，而且為生產(chǎn)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(jí)數(shù)據(jù)，包括機(jī)器型號(hào)、刀具編號(hào)等［8］，以及特定機(jī)器的運(yùn)行時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、停機(jī)方式、運(yùn)行速度等，二級(jí)數(shù)據(jù)如正在加工零件的名稱、數(shù)量、合格品數(shù)量以及存料區(qū)數(shù)量等也同樣重要。這些數(shù)據(jù)反映了生產(chǎn)過程中的物料流動(dòng)情況，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)整、庫存管理的優(yōu)化以及生產(chǎn)成本的控制都具有重要意義。通過采集這些數(shù)據(jù)，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題并予以解決，還可以分析與優(yōu)化生產(chǎn)方案。PC端可視化總覽頁面要呈現(xiàn)機(jī)器位置、實(shí)時(shí)進(jìn)行工序、實(shí)時(shí)操作員工，合格率等對(duì)比數(shù)據(jù)也要在管理界面呈現(xiàn)，以便管理者了解流水線生產(chǎn)狀態(tài)并發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問題。

利用機(jī)器視覺硬件和圖像識(shí)別算法，快速地對(duì)產(chǎn)品外觀缺陷進(jìn)行檢測(cè)。在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，人工檢測(cè)存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為誤差、無法實(shí)時(shí)全檢、無法適應(yīng)某些特殊環(huán)境等問題。因此，有必要引入機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備，通過獲取產(chǎn)品的表面圖像，利用圖像處理技術(shù)提取出缺陷的特征信息，然后進(jìn)行分類和識(shí)別，從而快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出產(chǎn)品表面的各種缺陷，如劃痕、凹坑等。此外，機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備還可以多任務(wù)并行處理，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的多個(gè)特征進(jìn)行檢測(cè)，幾乎沒有時(shí)間延遲，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。對(duì)質(zhì)量要求較高的物料，可以通過AI學(xué)習(xí)和算法更新，識(shí)別細(xì)小孔洞、污痕、毛刺等［9］。

在車間生產(chǎn)中，有些人工操作如零件質(zhì)檢、返廠修正等，或一些半自動(dòng)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(dòng)化信息采集設(shè)備。在此背景下，人工填報(bào)可能成為主要的數(shù)據(jù)采集方式，但這種操作不利于車間生產(chǎn)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(shè)備采集車間生產(chǎn)過程狀態(tài)信息、單據(jù)數(shù)字、操作人員編號(hào)等［10］。此外，手持處理器可以與企業(yè)的信息系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和共享。這樣一來，管理人員可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間通過手機(jī)或電腦等設(shè)備查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和決策。

2 家具生產(chǎn)車間物流管理

2.1 看板應(yīng)用

基于看板設(shè)計(jì)的物料流程可視化是通過優(yōu)秀的生產(chǎn)看板來實(shí)現(xiàn)的，主要目標(biāo)是使員工快速獲取物料的來源和去向，同時(shí)了解物料流通路徑，嚴(yán)格遵守物料的運(yùn)達(dá)時(shí)限，從而減少運(yùn)輸錯(cuò)誤，使運(yùn)輸流程得到有效管理。此外，在物料運(yùn)輸?shù)倪^程中，僅取所需零部件，不將存在缺陷的產(chǎn)品輸送到下一道工序，以確保整個(gè)過程無誤且高效進(jìn)行［11］。

看板是一種信號(hào)機(jī)制，在沒有看板的情況下不進(jìn)行生產(chǎn)或零件的移動(dòng)，這意味著生產(chǎn)活動(dòng)是根據(jù)看板的指示進(jìn)行的，避免了無效的生產(chǎn)和物料搬運(yùn)。另外，看板與物料、料箱必須相互對(duì)應(yīng)，這是看板管理的基本原則之一。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系能夠確保物料流動(dòng)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，避免物料的混淆和錯(cuò)誤使用，以使人們致力于標(biāo)準(zhǔn)化工作。電子看板因信息更新快，代替紙質(zhì)看板得到廣泛使用?？窗逯饕畔窗寰幪?hào)、物料名稱、物料編號(hào)、存儲(chǔ)區(qū)、總數(shù)量和單位包裝數(shù)量、所需要經(jīng)過的流程代碼、條形碼。物料運(yùn)輸進(jìn)程、路線和規(guī)定時(shí)間也可以在中央屏幕看到。

2.2 物料流轉(zhuǎn)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(shí)顯示，工人被派單后手環(huán)震動(dòng)提示，對(duì)應(yīng)三方信息接受訂單。取得物料出庫時(shí)，利用RFID技術(shù)，同時(shí)刷車卡與手卡，數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)后放行，同時(shí)出庫進(jìn)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(dòng)刷車卡，反饋數(shù)據(jù)，流水線工人根據(jù)供給材料要求加工，成品利用機(jī)器視覺進(jìn)行質(zhì)量檢查，不合格品分配物流車返回重新加工［13］，合格品被質(zhì)檢系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，將數(shù)據(jù)反饋給總系統(tǒng)。同時(shí)分配物流車出廠，工人接單后，依據(jù)看板顯示，將產(chǎn)品準(zhǔn)確地運(yùn)送到規(guī)定的倉庫，再次刷手卡和車卡反饋數(shù)據(jù)，一次物流則完成。

3 家具生產(chǎn)車間工人操作管理

中控平臺(tái)通過機(jī)器視覺的方式對(duì)車間工人操作進(jìn)行管理。首先，由示范人員按照常規(guī)生產(chǎn)動(dòng)作進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的演示。然后，對(duì)獲得的原始圖像進(jìn)行處理和分析，這涉及圖像預(yù)處理、特征識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)。圖像預(yù)處理可以消除噪點(diǎn)、提高對(duì)比度等，從而提高圖像質(zhì)量。特征提取則是從圖像中提取出與人體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的關(guān)鍵信息，如關(guān)節(jié)角度、運(yùn)動(dòng)軌跡等。最后，通過分類識(shí)別技術(shù)，計(jì)算機(jī)可以將提取的特征與預(yù)先學(xué)習(xí)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作模板進(jìn)行匹配，從而判斷工人的操作是否符合規(guī)定。通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析和學(xué)習(xí)，系統(tǒng)能夠逐漸識(shí)別出不同操作場(chǎng)景下的人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而更加精準(zhǔn)地評(píng)估工人的操作過程，這有助于發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。完成基于視覺的動(dòng)作識(shí)別后，即可采取抽查的形式對(duì)工人操作進(jìn)行識(shí)別和記錄［14］。還可以通過在有線手持設(shè)備上設(shè)置信息傳感系統(tǒng)，記錄人員工作行為發(fā)生的時(shí)間、持續(xù)的時(shí)間、結(jié)束的時(shí)間和頻率等，在實(shí)際生產(chǎn)中將工人操作數(shù)據(jù)與規(guī)范數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化對(duì)比［15］。

4 結(jié)語

文章針對(duì)家具生產(chǎn)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(shù)的結(jié)合，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確上傳，綜合運(yùn)用四種信息采集技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉家具生產(chǎn)車間的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、物料流轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)以及工人操作細(xì)節(jié)，引入機(jī)器傳感系統(tǒng)和機(jī)器視覺技術(shù)，以看板的方式實(shí)現(xiàn)工廠的可視化。這使企業(yè)管理人員能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、直觀地掌握車間生產(chǎn)狀況，若生產(chǎn)中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)也能迅速發(fā)出預(yù)警，確保生產(chǎn)流程順暢。建設(shè)智能化工廠對(duì)現(xiàn)代家具企業(yè)生產(chǎn)車間具有重要意義，是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提升競(jìng)爭(zhēng)力和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。

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