家具制造企業多中心智能制造共享云平臺研究

劉俊，陳琳，劉潤亞

(1. 南京林業大學經濟管理學院，南京 210037；2. 昆山杜克大學，江蘇 蘇州 215316)

制造業的發展關系著國家經濟命脈，影響著國家實力的展現、制造產業地位的穩固。制造業不僅是科技創新的主戰場，更是國家提升競爭力和加強自主創新能力的源泉。2015年《中國制造2025》[1]的提出明確了智能制造轉型升級的必要性和緊迫性，戰略中提出“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”這一要求，因此要將先進的信息技術與專業制造設備深度融合[2]，不斷推動我國制造產業智能制造的轉型升級，創造出真正有中國特色的制造文化。在從“制造大國”向“智造強國”轉型的過程中，關鍵在于解決企業運營管理和生產制造過程中的痛點，如何整合制造資源、利用制造能力，如何節省制造成本、避免資源浪費[3]。為推動家具制造企業智能制造的發展，解決智能制造轉型升級中面臨的問題，筆者提出多中心智能制造共享云平臺的理念、架構、研究內容和運作模式[4]。

1 家具企業智能制造轉型升級的現狀及問題

我國家具制造業規模龐大，未來發展態勢良好。一方面得益于強大的國內需求，工業化的發展和人民消費水平的提高拉動了內需；另一方面得益于家具產品出口的推動，家具行業產品質量的提高促使國外消費者購買國內的家具產品，推動我國家具行業的發展。智能制造轉型升級需要國家政策的扶持、信息化管理人才的培養、大量資金的投入，然而目前家具制造企業中中小企業數量占比較高，物質基礎薄弱，不具備全方位轉型升級的條件。未來幾年特別是5G通信進入實用階段,實現萬物互聯，制造業將進入智能制造的鼎盛時期，我國每年在智能制造上投入增幅將超過40%。未來智能制造的發展勢不可擋，然而在家具制造企業進行智能制造轉型升級的過程中面臨許多不容忽視的問題。

1.1 設計的效率和準確性較低

個性化定制成為家具制造企業的一大趨勢，然而設計軟件參數化不完善，無法達到標準化，在設計生產過程中易出現數據傳遞不準確、數據重復輸入等物力和人力浪費的問題。設計效率低下增加了設計加工周期，降低企業制造生產效率；數據的不準確傳遞會導致定制生產的出錯率升高，成品率降低，生產成本增加。

1.2 設計、管理系統和設備尚未完全打通

設計、管理系統(ERP和MES[5])和設備之間不能完全對接，ERP和MES系統之間數據傳輸存在差異[6]。企業需要依靠ERP和MES系統對整個生產流程進行管理，數據傳輸是其中一個重要的環節，然而設計和設備無法對接，設計與管理系統之間數據難以直通，ERP和MES系統之間數據傳輸存在時間差或者數據不準確，以上問題將直接影響企業生產的正常進行[7]。

1.3 根深蒂固的傳統思維和管理模式

智能制造的關鍵點不僅是制造設備的更新換代，更是管理模式和思維的更新。然而我國制造企業的現狀是制造設備不斷趨于智能化和專業化，管理模式和思維卻不能與先進的設備相匹配，無法滿足智能制造發展的需求。

1.4 信息化制造管理人才的匱乏

信息化制造管理人才的培養涉及多學科融合，特別注重頂層設計和信息系統的整體架構，有實力的家具制造企業可以通過智能制造項目的導入培養信息管理人才，一般中小企業不具備這樣的人才培養條件。

2 多中心智能制造共享云平臺的構建

為解決家具制造企業智能制造發展中面臨的問題,特提出多中心智能制造共享云平臺，即以多個家具制造企業為中心、眾多商戶和供應商參與的、支持企業智能制造、實現制造共享和供應鏈共享的云平臺，為我國家具制造企業充分利用共享資源，提高效率、降低成本，增強企業綜合競爭力提供重要的幫助[8]。

2.1 共享云平臺的目標

云平臺的使用用戶有云商戶、云供應商、云制造企業，云商戶為使用云平臺的家具門店、裝飾公司等商戶。云平臺主要能實現以下目標：

1)為云商戶提供采購下單功能，將家具采購訂單下單給云制造商。

2)為云供應商提供銷售接單功能，獲得來自云制造企業的采購訂單。

3)為云制造企業提供智能制造支持平臺，通過該平臺管理生產制造過程和企業的運營。同時提供來自云制造企業和云商戶的銷售接單功能，以及將制造共享的采購訂單下達給其他云制造企業的功能。

2.2 共享云平臺的結構組成與主流程

2.2.1 共享云平臺的結構組成

通過對平臺用戶交互功能分析，發現存在兩種功能，即采購下單功能和銷售接單功能，這些功能隸屬于供應鏈范疇。因此，根據功能進行劃分可以把云平臺分成供應鏈部分和智能制造部分。這兩個部分的復雜程度、要求的響應時間各不相同，智能制造部分模塊眾多、復雜程度高、要求的響應級別高。

為了最大化地提高云平臺的使用效率、降低使用成本，多中心智能制造共享云平臺由智能制造云平臺和供應鏈云平臺組成，且獨立運行，云平臺的結構如圖1所示[9]。該平臺以多個家具制造企業為中心，實現制造共享和供應鏈共享[10]。

圖1 多中心智能制造共享云平臺結構Fig. 1 Multi-center intelligent manufacturing sharing cloud platform architecture

2.2.2 共享云平臺主流程

云平臺主流程分為4個步驟，允許流程內部迭代，如圖2所示。

圖2 共享云平臺主流程Fig. 2 Sharing cloud platform main process

1)云商戶采購下單與云制造企業銷售接單。云商戶獲取終端用戶的需求后，將家具采購信息輸入到供應鏈云平臺生成采購申請，選擇云制造商、確定采購價格和技術規范，并上傳相關圖紙，在財務審核通過后生成采購訂單。云制造企業登錄供應鏈云平臺，查看來自云商戶的采購訂單，并把采購訂單轉化為銷售訂單，同時銷售訂單數據通過接口加載到智能制造云平臺。

2)智能制造云平臺支持云制造企業智能制造過程，詳細功能見下文介紹。

3)云制造企業采購下單與云供應商或其他云制造企業銷售接單。云制造企業既可以和步驟1)云商戶一樣生成采購訂單，又可以從智能制造云平臺將采購訂單導入。云供應商或其他云制造企業登錄供應鏈云平臺，查看來自云制造企業的采購訂單，并把采購訂單轉化為銷售訂單。對于其他云制造企業，銷售訂單數據通過接口加載到智能制造云平臺。

4)如果存在其他云制造企業銷售接單的情況，即制造外包，實現制造共享，則返回步驟2。

2.3 智能制造共享云平臺使用前提條件

家具制造企業使用云平臺的前提條件是在企業中實現數字化設計。

數字化設計的功能有：1)數字設計，即運用專業的設計工具，產品快速3D建模；2)基于標準化的參數設計，即通過修改尺寸參數改變物體形狀，并能定義尺寸參數的關系，修改材質和風格參數，改變物體的材質和風格；3)拆單功能，即快速生成零部件圖紙；4)生成CNC加工程序，并能模擬加工過程；5)CNC加工程序與設備無縫對接；6)BOM表構建功能；7)制定產品的生產工藝；8)快速渲染功能；9)快速報價功能。

數字化設計提高了設計效率和準確性，為后續的業務產生了數據源，解決了相同數據重復輸入的問題[11]。以上功能須由設計軟件整體提供，如果由多個軟件分別提供，不僅會增加對接成本，而且要面臨軟件升級帶來的軟件之間不同步的問題。

2.4 智能制造共享云平臺的特質

2.4.1 建立“三位一體”智能制造運行模式

“三位一體”，即數字化設計、管理系統(ERP和MES系統)和設備一體化，運行模式見圖3。建立“三位一體”智能制造運行模式能實現設計、管理系統、設備之間的無縫對接和數據驅動業務，提高零件加工的效率和準確性。具體表現如下：

圖3 智能制造“三位一體”運行模式Fig. 3 Intelligent manufacturing “trinity” structure

1)設計軟件生成的工藝、BOM、刀具等數據通過接口導入到管理系統中，將CNC加工程序和3D文件釋放到網絡共享區[12]。

2)在數控設備上，進入管理系統，掃描零件條碼或二維碼，將網絡共享區零件的CNC加工程序下載到數控設備，以驅動數控設備加工零件。使用專用的3D瀏覽器實現對三維零件的查看。

3)實現設計軟件的加工模塊與國內外主流的2軸、3軸、4/5軸的CNC加工中心對接。對接設備的加工中心需要滿足的條件：①設備具備3D模板定義功能(用于定義加工中心的動作、原點等)；②設備配備控制系統(通常的木工設備常用系統有發那科、新代、歐塞、維宏、臺達等)；③設備具備程序代碼樣例定義功能(做端口時需要定義設備機代碼的信息等)。設計軟件的加工模塊根據不同的機型做設備后置接口(接口包含上面幾條的設置)，實現加工模塊與數控設備的配對。

2.4.2 實現ERP與MES的融合

智能制造的發展離不開管理系統的運用，ERP和MES系統的數據是企業生產制造和經營決策的依據。實現ERP與MES系統的融合，能減少兩個系統之間數據傳輸滯后帶來的數據差異，提高數據的準確性，有助于監控生產制造的流程、優化企業資源配置[13-14]。

2.4.3 采用便攜式的數據采集手段

通過設備或傳感器將條碼、二維碼、RFID中的數據讀入，并對采集的數據進行加工和處理。數據采集不僅要求操作簡單、使用方便、顯示清晰，還要求智能識別數據、對操作員的身份識別、操作員可用菜單的顯示、操作員采集數據的限制。所有的操作可以通過掃碼一步完成，去除了簽字、核對、匯總等人工處理步驟，提高管理效率的同時保證了數據的實時性和準確性。

2.4.4 提供智能化管理功能

生產制造環節繁多、工序復雜，需要依靠先進的管理理念和管理方法，實現人工管理到智能管理的轉變[15]。智能化管理平臺是系統強大生命力的體現，如數據驅動業務、業務與財務一體化、生產成本的實時統計、智能計算生產計劃和采購計劃、物料將來庫存顯示、配套出庫和銷售出庫的智能化建議等。

3 應用案例分析

該云平臺在HT公司獲得應用，HT是一家從事家具生產和銷售的公司，公司內部管理規范、職責分明，年銷售額在7 000萬元以上。HT公司的情況如下：1)早在2010年就開始探索數字化設計，購買了幾種家具設計軟件，形成具有自身特色的數字化設計方法；2)購置的設備90%以上為數控設備，實現了設計生成的加工程序驅動數控設備加工零件；3)2015年開始使用內部管理系統，公司員工有使用管理系統的經驗。

基于以上情況，HT公司滿足智能制造云平臺使用前提條件。云平臺的實施分為3個步驟：1)云制造企業智能制造云平臺的使用；2)云供應商供應鏈云平臺的使用；3)云商戶供應鏈云平臺的使用。云制造企業使用智能制造云平臺是基礎且實施難度最大，需首先實施，實施模塊包括基礎數據管理、財務管理(含財務會計、管理會計與工資管理)、產品配置管理、計劃管理、行政管理、銷售管理、采購管理、庫房管理、MES等。整個實施過程HT公司用了3個月的時間，主要的云供應商和云商戶共用了1個月的時間。

云平臺給HT公司帶來的改善：1)實現制造共享，降低工廠設備投入；2)實現采購資源的共享，降低采購成本；3)智能制造云平臺大幅降低智能制造軟件的使用費用，且供應鏈云平臺免費提供給云商戶和云供應商使用；4)減少產品的交付周期，從1個月縮短至15 d；5)節省材料消耗，材料用量同比降低10%；6)實時統計生產訂單成本(材料成本和人工成本)，分析生產成本的構成，實時控制生產成本；7)動態統計銷售成本(運輸費用、安裝費用等)，提供預警機制，監控銷售成本的波動；8)實現數據驅動業務，業務與財務一體化，對比實施前，企業管理成本降低50%，效率提高50%。

4 結 語

家具制造企業多中心智能制造共享云平臺能達到多重效果：一是實現制造資源共享，有效利用企業剩余產能，節省實體工廠投入成本；二是降低供應鏈成本，眾多供應商資源降低了云平臺企業的采購成本，眾多客戶資源降低了云平臺企業的銷售費用；三是提高中小家具制造企業的智能制造水平和管理水平，促進企業轉型升級。

針對未來一些產能富余的家具制造企業加入云平臺，怎樣實現最大程度的制造共享，這是云平臺下一步需要解決的問題。