淺析家具智能化生產(chǎn)的應(yīng)用

陳雷

摘 要 目前，我國(guó)家具行業(yè)集中度較低，中小企業(yè)占據(jù)很大的市場(chǎng)份額，大型家具企業(yè)屈指可數(shù)。這對(duì)于具備行業(yè)優(yōu)勢(shì)家具企業(yè)來(lái)說(shuō)，是個(gè)良好的發(fā)展契機(jī)。隨著家具產(chǎn)業(yè)工業(yè)園建設(shè)速度的加快，以及生產(chǎn)工藝技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)設(shè)備的引進(jìn)，家具行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)成為必然。

關(guān)鍵詞 家具企業(yè);家具制造業(yè);智能化生產(chǎn);應(yīng)用

1背景

據(jù)統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2000～2013年，我國(guó)規(guī)模以上家具制造業(yè)企業(yè)營(yíng)業(yè)收入復(fù)合增速達(dá)25.8%，2013年以后隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)和地產(chǎn)降溫，家具行業(yè)年均增速降至20%以下并呈持續(xù)放緩態(tài)勢(shì)，2013～2017年整體營(yíng)收復(fù)合增速降至8.8%，至2017年家具制造業(yè)實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入為9056億元，同比增長(zhǎng)5.8%，增速較2016年下降2.9pct。2013年以后，家具行業(yè)雖然增速有所放緩，但受益于地產(chǎn)后周期、人口中年化再來(lái)二次置業(yè)、個(gè)性化和空間利用最大化等需求興起，近年家具行業(yè)尤其是定制行業(yè)又迎來(lái)了新一輪增長(zhǎng)需求。首先，隨著我國(guó)10年人口變遷，我們發(fā)現(xiàn)其中最明顯的趨勢(shì)是20～40歲的人口基數(shù)增多，而人口中年化帶來(lái)的最大改變即是消費(fèi)升級(jí)，其中，也包括二次置業(yè)的需求。其次，據(jù)2016年度家具消費(fèi)報(bào)告，20～35歲消費(fèi)人群約占70%，家具消費(fèi)群體呈現(xiàn)年輕化，他們對(duì)家具個(gè)性化、人性化、智能化、健康化和功能化的追求與日俱增，帶動(dòng)定制家具需求增長(zhǎng)。因此，如何使住房空間利用最大化已成為一線城市小戶型家裝的首要任務(wù)，定制家具逐步成為現(xiàn)代裝修的首選。在《中國(guó)家具行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中提出家具行業(yè)“十三五”期間主要的目標(biāo)：進(jìn)入中高速發(fā)展階段后，穩(wěn)中求進(jìn)將是家具行業(yè)發(fā)展的總基調(diào)，保持主營(yíng)業(yè)務(wù)收入年均9%～10%左右的增長(zhǎng)。家具行業(yè)要進(jìn)一步加強(qiáng)貿(mào)易交流，適應(yīng)全新國(guó)際形勢(shì)，充分打造行業(yè)合力，積極應(yīng)對(duì)貿(mào)易摩擦，提升產(chǎn)品附加值和對(duì)外貿(mào)易水平。要繼續(xù)鞏固和提升中國(guó)家具在國(guó)際市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，保持家具出口值年均3%～5%的增長(zhǎng)[1]。

從近幾年家具行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展速度來(lái)看，我國(guó)家具行業(yè)發(fā)展前景廣闊，盡管今年受外部環(huán)境不穩(wěn)定等因素的影響，產(chǎn)量和銷量均呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，但隨著我國(guó)政策的出臺(tái)，我國(guó)家具行業(yè)的發(fā)展環(huán)境將逐漸趨于穩(wěn)定，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2024年，我國(guó)家具行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)1萬(wàn)億元。

2家具行業(yè)現(xiàn)狀

我國(guó)家具行業(yè)經(jīng)過(guò)改革開放40多年的發(fā)展，家具產(chǎn)品種類越來(lái)越豐富，產(chǎn)品風(fēng)格越來(lái)越多樣化，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)也進(jìn)入了品牌競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代。國(guó)內(nèi)家具消費(fèi)將呈現(xiàn)兩極化的發(fā)展趨勢(shì)，一極是高檔家具消費(fèi)方興未艾，另一極是平價(jià)家具產(chǎn)品的流行。現(xiàn)從三大市場(chǎng)運(yùn)行狀況來(lái)分析家具行業(yè)現(xiàn)狀。

2.1 中國(guó)是世界家具最大的生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)

家具行業(yè)現(xiàn)狀分析，中國(guó)家具行業(yè)自改革開放以來(lái)得到迅速發(fā)展，特別是近十多年來(lái)的迅速增長(zhǎng)，使中國(guó)家具生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有了較大提高。目前，中國(guó)已成為世界家具制造第一大國(guó)。從2006年起，中國(guó)成為全球最大家具出口國(guó)，多年來(lái)保持出口第一的位置。

2.2 中國(guó)家具制造業(yè)發(fā)展迅速

20世紀(jì)80年代以來(lái)，全球家具生產(chǎn)呈現(xiàn)出從歐美等工業(yè)化國(guó)家不斷向亞洲發(fā)展中國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，家具行業(yè)現(xiàn)狀分析，伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展，以及中國(guó)等新興國(guó)家和地區(qū)市場(chǎng)的崛起，我國(guó)家具行業(yè)的收入規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，從2005年的1，337.06億元增長(zhǎng)到2016年的8，559.50億元，年復(fù)合增長(zhǎng)接近20%。

2.3 中國(guó)家具制造業(yè)利潤(rùn)持續(xù)增長(zhǎng)

家具行業(yè)現(xiàn)狀分析，伴隨著收入的增長(zhǎng)，我國(guó)家具行業(yè)的利潤(rùn)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)步的增長(zhǎng)，2016年我國(guó)家具制造業(yè)利潤(rùn)總額已經(jīng)達(dá)到537.5億元，超過(guò)2009年的4倍，行業(yè)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。

目前，家具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)火熱、行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型蓄勢(shì)待發(fā)，提升整個(gè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力已迫在眉睫。家具行業(yè)現(xiàn)狀分析，突破行業(yè)發(fā)展問(wèn)題并不簡(jiǎn)單，對(duì)此，企業(yè)必要做到深化企業(yè)改革，立足企業(yè)創(chuàng)新，優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低企業(yè)不必要的成本支出[2]。

3智能化應(yīng)用

3.1 碼垛

碼垛技術(shù)是實(shí)現(xiàn)定制家具行業(yè)物流領(lǐng)域自動(dòng)化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。碼垛機(jī)械手作為末端執(zhí)行器對(duì)碼垛行為的完成至關(guān)重要。碼垛機(jī)器人在完成碼垛作業(yè)的過(guò)程中，涉及視覺系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。例如，發(fā)那科機(jī)器人公司生產(chǎn)的新型高速的FANUC碼垛機(jī)器人——垛-410iB/140H，具有運(yùn)動(dòng)范圍廣，搬運(yùn)速度快等特點(diǎn)，可負(fù)載重達(dá)700kg的超重貨物靈活作業(yè)，結(jié)合碼垛家具和人性化的編程軟件，以此實(shí)現(xiàn)碼垛作業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，如圖1所示。

3.2 分揀

在整個(gè)定制家具制造行業(yè)中使用最廣泛的機(jī)器人就是分揀機(jī)器人手臂，通過(guò)掃描每個(gè)板件上帶有的獨(dú)特的二維碼進(jìn)行分析，采用視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)，首先對(duì)工件或材料進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，確定輸送帶上的工件或材料位置。并通過(guò)圖像匹配技術(shù)的應(yīng)用對(duì)工件或材料進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過(guò)工件識(shí)別和工件定位對(duì)所拍攝的圖片進(jìn)行分析，從而準(zhǔn)確的進(jìn)行分揀，實(shí)現(xiàn)了不同板件依次分類。對(duì)降低人工出錯(cuò)率、提高生產(chǎn)效率、加快物流運(yùn)轉(zhuǎn)、減少生產(chǎn)時(shí)間影響重大。如圖2所示，川崎機(jī)器人公司生產(chǎn)的CX系列機(jī)器人——六軸CX110L機(jī)器人。這款機(jī)器人裝配有大型中空結(jié)構(gòu)手臂，可以輕松地實(shí)現(xiàn)高速度、緊湊化的物料分揀和搬運(yùn)等多種工序。其可負(fù)載110 kg，伸展距離可達(dá)2699mm，其工作效率相當(dāng)于6個(gè)工人的效率，是發(fā)展無(wú)人化工廠中必不可少的一部分。

3.3 搬運(yùn)

產(chǎn)品訂單較多，且板件較重，想要搬運(yùn)板件至相應(yīng)的位置需要大量人力，這使得本就不寬敞的生產(chǎn)車間顯得更加擁擠混亂，大大加劇了安全隱患。不少公司開始用小巧靈活、承載力強(qiáng)的機(jī)器人來(lái)代替人工搬運(yùn)。歐姆龍機(jī)器人公司生產(chǎn)的LD系列移動(dòng)機(jī)器人。通過(guò)GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自主導(dǎo)航，提高生產(chǎn)效率，簡(jiǎn)化物流操作。不僅把人工失誤降到最低，而且也使物料具有可追溯性從而提高了工作效率。通過(guò)超聲波感應(yīng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自主規(guī)避。該公司提供的一種車載激光定位技術(shù)使機(jī)器人能夠適應(yīng)復(fù)雜的車間環(huán)境，完全符合安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)安全交互。

3.4 打磨

利用機(jī)器人進(jìn)行家具打磨的工序一方面減少了人力時(shí)間的輸出，提高了生產(chǎn)效率。另一方面機(jī)器人打磨技術(shù)的運(yùn)用改善了傳統(tǒng)的打磨工序中灰塵、噪音等各種擾人的情況。同時(shí)也使得打磨的工序更加趨于標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、便捷化。一種機(jī)器人末端執(zhí)行器的全自動(dòng)快換裝置，首先根據(jù)快換裝置的使用要求和關(guān)鍵性能，進(jìn)行快換裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);然后采用有限元仿真對(duì)快換結(jié)構(gòu)的兩個(gè)典型工況進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果表明最大Mises應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料許用應(yīng)力，符合強(qiáng)度要求。該快換裝置無(wú)須額外動(dòng)力進(jìn)行裝配，且具有一定彈性，使機(jī)器人打磨家具時(shí)能更好地貼合打磨表面，提高打磨效果[3]。

4結(jié)束語(yǔ)

智能時(shí)代為家具制造業(yè)發(fā)展提供新的起點(diǎn)和新的契機(jī)。目前智能機(jī)器人在定制家具生產(chǎn)中的應(yīng)用仍有很大的發(fā)展空間。企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)技術(shù)的研究與開發(fā)，應(yīng)用系統(tǒng)管理充分連接機(jī)器人在每一道加工工序中的應(yīng)用。充分借助于我國(guó)龐大完整的工業(yè)體系和市場(chǎng)基礎(chǔ)，爭(zhēng)取在第四次工業(yè)革命中占據(jù)更大的市場(chǎng)份額。

參考文獻(xiàn)

[1] 熊先青，吳智慧.家居產(chǎn)業(yè)智能制造發(fā)展趨勢(shì)和關(guān)鍵技[J].林業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，32（3）：1-3.

[2] 熊先青，蔣義，黃瓊濤，等.大規(guī)模定制家具M(jìn)ES系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2018，40（7）：1-5.

[3] 李中原，丁建文.板式定制家具智能制造技術(shù)淺探[J].家具，2018，39（4）：1-5.