家具生產車間可視化管理方案探究

摘要：目的：工業的高速發展，特別是制造業的數字化轉型成為全球范圍內的重要趨勢。智能車間是智慧工廠的重要組成部分。為解決智能制造時代行業轉型升級的問題，文章探究家具生產車間的可視化管理方案。方法：文章對現代家具生產車間進行分析，在信息、物流和工人操作可視化三個方面提出智能化工廠的運行方法，以期對生產過程、設備運行狀態實現可視化管理，提高生產能力，并實現車間的高效運行。通過總管理、看板和RFID的組合使用，精確管理物件流轉過程；通過增加機器傳感系統和機器視覺捕捉，使工人操作可視化。結果：隨著統計學和計算機科學的不斷發展，數據分析技術和可視化技術日趨成熟，采用多種數據采集方式，有利于推進工業智能化發展。文章將四種數據采集方式相結合，提出車間物流管理方案，以確保生產有序進行。結論：技術革新與產業革命不僅改變了生產方式，還引領了時代的進步。以制造業數字化、網絡化和智能化為核心的發展路徑，正將先進制造技術與信息技術深度融合，推動制造領域往更加智能、安全、高效的方向發展。隨著技術的不斷進步和應用場景的不斷擴展，智能化工廠將成為家具產業轉型升級的重要方向，未來在持續創新和優化中應推動行業朝著更高效、更環保、更可持續的方向發展。

關鍵詞：可視化；家具；生產車間；智能；管理

中圖分類號：F426；TS664 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）12-00-03

我國的家具產業歷史悠久，在長期發展過程中，整體呈現出相對穩定的增長態勢，在產量、盈利等方面均保持良好的增長勢頭。目前，“工業4.0”被提升至國家戰略發展層面，《中國制造2025》作為我國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領，旨在打造集智能倉儲、智能車間、追溯管理等功能模塊于一體的智慧工廠。隨著信息化和工業自動化的發展，數據采集涵蓋范圍擴大，采集方式的進步使制造企業擁有大量的生產數據［1］，利用現代信息系統進行車間管理成為現代工廠的發展趨勢。

1 家具生產車間信息管理

1.1 大規模定制

家具企業的生產規劃是一個高度協同的過程，多個部門密切合作以確保生產流程順暢和高效。客戶的生產訂單一旦確認，關鍵信息便會被迅速傳遞至生產控制部門，其是整個生產流程的核心協調機構［2］。計劃部門結合企業的生產能力、原材料庫存以及工藝流程，綜合考慮各種因素，如時間成本、設備利用率等，開展排料工作。車間作為生產執行的核心部門，會根據生產指令單安排生產任務，而倉庫則根據物料需求計劃，負責購買各種材料，確保所需物料能夠按時、按量供應給車間。合格的產品會進入分揀裝配環節，再回到成品倉庫進行最后的核對和登記工作，為發貨作準備。目前，企業車間存在一系列問題：缺乏對加工設備狀態進行監控的能力，導致生產過程中缺乏對進度、質量等信息的管理；制造過程中的數據很大程度上依賴人工記錄，易受外部因素干擾；家具生產涉及的物料繁多，容易出現信息混亂和滯后的情況，缺乏整合各部分生產信息的系統［3］。

1.2 信息系統構建

為解決車間可視化生產問題，需要建立車間總管理系統，信息采集監控采用實時采集和集中監控模塊。主監控系統通過監視連續數據，如機器動態、物料流向、工人動作，展開綜合分析，實現對整個生產過程的跟蹤，并展現運行情況［4］。基于ERP系統的資源整合管理，分析車間實時采集生產現場設備運行參數，跟蹤設備運行狀況和車間物流狀況，囊括計劃下發、計劃進度監控和計劃完成整個過程，合理分配物料，發揮生產資源調度管理以及輔助決策的功能，以機器計算代替重復勞動，讓管理者能投入綜合分析工作中。家具在包裝出庫后應保留材料、生產機器編碼、生產員工編碼等一系列數據，在因質量問題退回后可掃碼提取信息，并呈現在管理頁面，以發現生產過程中存在的問題。監控系統主要應對問題數據，按照計劃設定的截止日期對即將到期的任務進行預警，機器損壞或物料不足屬于一級問題，應立即在機器上亮紅燈，并在管理員面板給予顏色和聲音警示，從而及時調試設備，快速處理故障，保證生產順利進行［5］。同時，高危機器或可能造成人身危險的機器上應有警示標志，易燃材料儲存堆放處應有禁止火種標志，安全閘門、滅火器、防火毯位置固定并在工廠空間標出。

現代工廠因為占地面積廣、物料信息多、數據密度高，對帶寬的需求越來越大，為了及時精準地獲取生產過程中的信息，數字化車間需要大量的觸感識別設備和網絡支持［6］。接網的理想情況是平臺同時提供有線和無線業務，為終端提供更高質量的業務，同時盡力降低成本。光纖通信擁有傳輸速度快且傳輸損耗小的優勢，無線通信能靈活接入但頻率有限，在收發量都很大的情況下可能導致信息失真。綜上所述，構建現代工廠網絡應實現光纖通信和無線通信的融合。波分復用技術利用不同波長的光信號在統一的光纖上傳輸，大大提高了光纖傳輸的容量和效率，能夠有效地解決帶寬瓶頸問題。光信號的傳輸損耗較小，適用于長距離通信。無源光網絡則是一種點對多點的光纖通信接入技術，具有結構簡單、成本較低等優點，適合高速、大容量的數據傳輸，波分復用無源光網絡可以實現兩種通信方式的優勢互補。

1.3 數據采集方式

RFID數據采集使用RFID技術，搭配物聯網和相關軟件平臺，利用RFID可讀寫、無線、實時﹑直接的特性及以序列號的形式進行車間物流配送、裝卸、進出庫的信息跟蹤管理。在數據采集的位置安裝RFID讀取裝置，并在人員、物流車上綁定標簽，以工廠大屏幕和看板卡的形式控制車間內的物料供給，在物料發出和就位時，通過刷卡對數據中心進行反饋，高效快捷地完成物流活動［7］。

現代車間數據采集中的智能化設備通過光纖網絡接口、感應器、附加檢測裝備等多種方式，實現了對機器加工數據的實時采集和傳輸。這種數據采集方式不僅提高了數據的準確性和實時性，而且為生產過程的監控和優化提供了有力的支持，有利于獲取一級數據，包括機器型號、刀具編號等［8］，以及特定機器的運行時間、停機時間、停機方式、運行速度等，二級數據如正在加工零件的名稱、數量、合格品數量以及存料區數量等也同樣重要。這些數據反映了生產過程中的物料流動情況，對生產計劃的調整、庫存管理的優化以及生產成本的控制都具有重要意義。通過采集這些數據，企業可以實現對生產過程的全面監控，及時發現生產中的問題并予以解決，還可以分析與優化生產方案。PC端可視化總覽頁面要呈現機器位置、實時進行工序、實時操作員工，合格率等對比數據也要在管理界面呈現，以便管理者了解流水線生產狀態并發現生產中存在的問題。

利用機器視覺硬件和圖像識別算法，快速地對產品外觀缺陷進行檢測。在大規模工業生產中，人工檢測存在勞動強度大、人為誤差、無法實時全檢、無法適應某些特殊環境等問題。因此，有必要引入機器視覺檢測設備，通過獲取產品的表面圖像，利用圖像處理技術提取出缺陷的特征信息，然后進行分類和識別，從而快速準確地檢測出產品表面的各種缺陷，如劃痕、凹坑等。此外，機器視覺檢測設備還可以多任務并行處理，同時對產品的多個特征進行檢測，幾乎沒有時間延遲，進一步提高了生產效率。對質量要求較高的物料，可以通過AI學習和算法更新，識別細小孔洞、污痕、毛刺等［9］。

在車間生產中，有些人工操作如零件質檢、返廠修正等，或一些半自動化工位，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化信息采集設備。在此背景下，人工填報可能成為主要的數據采集方式，但這種操作不利于車間生產的精確管理和優化。可以采用條碼掃描儀和手持處理器等設備采集車間生產過程狀態信息、單據數字、操作人員編號等［10］。此外，手持處理器可以與企業的信息系統連接，實現數據的實時上傳和共享。這樣一來，管理人員可以在任何地點、任何時間通過手機或電腦等設備查看生產數據，進行遠程管理和決策。

2 家具生產車間物流管理

2.1 看板應用

基于看板設計的物料流程可視化是通過優秀的生產看板來實現的，主要目標是使員工快速獲取物料的來源和去向，同時了解物料流通路徑，嚴格遵守物料的運達時限，從而減少運輸錯誤，使運輸流程得到有效管理。此外，在物料運輸的過程中，僅取所需零部件，不將存在缺陷的產品輸送到下一道工序，以確保整個過程無誤且高效進行［11］。

看板是一種信號機制，在沒有看板的情況下不進行生產或零件的移動，這意味著生產活動是根據看板的指示進行的，避免了無效的生產和物料搬運。另外，看板與物料、料箱必須相互對應，這是看板管理的基本原則之一。這種對應關系能夠確保物料流動的準確性和及時性，避免物料的混淆和錯誤使用，以使人們致力于標準化工作。電子看板因信息更新快，代替紙質看板得到廣泛使用。看板主要信息包括看板編號、物料名稱、物料編號、存儲區、總數量和單位包裝數量、所需要經過的流程代碼、條形碼。物料運輸進程、路線和規定時間也可以在中央屏幕看到。

2.2 物料流轉過程

總管理系統下發訂單，工廠大屏幕和物流車看板同時顯示，工人被派單后手環震動提示，對應三方信息接受訂單。取得物料出庫時，利用RFID技術，同時刷車卡與手卡，數據對應后放行，同時出庫進度反饋給總管理系統，并顯示在屏幕上［12］。送入加工流程后，自動刷車卡，反饋數據，流水線工人根據供給材料要求加工，成品利用機器視覺進行質量檢查，不合格品分配物流車返回重新加工［13］，合格品被質檢系統統計，將數據反饋給總系統。同時分配物流車出廠，工人接單后，依據看板顯示，將產品準確地運送到規定的倉庫，再次刷手卡和車卡反饋數據，一次物流則完成。

3 家具生產車間工人操作管理

中控平臺通過機器視覺的方式對車間工人操作進行管理。首先，由示范人員按照常規生產動作進行規定時間的演示。然后，對獲得的原始圖像進行處理和分析，這涉及圖像預處理、特征識別等關鍵技術。圖像預處理可以消除噪點、提高對比度等，從而提高圖像質量。特征提取則是從圖像中提取出與人體運動相關的關鍵信息，如關節角度、運動軌跡等。最后，通過分類識別技術，計算機可以將提取的特征與預先學習的標準動作模板進行匹配，從而判斷工人的操作是否符合規定。通過對大量數據的分析和學習，系統能夠逐漸識別出不同操作場景下的人體運動規律，從而更加精準地評估工人的操作過程，這有助于發現潛在的安全隱患。完成基于視覺的動作識別后，即可采取抽查的形式對工人操作進行識別和記錄［14］。還可以通過在有線手持設備上設置信息傳感系統，記錄人員工作行為發生的時間、持續的時間、結束的時間和頻率等，在實際生產中將工人操作數據與規范數據進行可視化對比［15］。

4 結語

文章針對家具生產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的結合，確保數據的準確上傳，綜合運用四種信息采集技術，實時捕捉家具生產車間的設備運轉狀況、物料流轉動態以及工人操作細節，引入機器傳感系統和機器視覺技術，以看板的方式實現工廠的可視化。這使企業管理人員能夠實時、準確、直觀地掌握車間生產狀況，若生產中出現故障，系統也能迅速發出預警，確保生產流程順暢。建設智能化工廠對現代家具企業生產車間具有重要意義，是企業轉型升級、提升競爭力和實現可持續發展的關鍵舉措。

參考文獻：

［1］ 羅書明.數字化車間生產現場數據采集與智能管理探析［J］.信息記錄材料，2022，23（2）：173-175.

［2］ 熊先青，周卓蓉.基于“互聯網+”技術的家具產品物流配送過程管控平臺構建［J］.制造業自動化，2022，44（1）：6-9.

［3］ 熊先青，蔡琦，吳智慧，等.大規模定制家具生產線規劃與車間管理關鍵技術［J］.林產工業，2013，40（2）：35-38.

［4］ 熊先青，岳心怡.中國家居智能制造技術研究與應用進展［J］.林業工程學報，2022，7（2）：26-34.

［5］ 李智，汪惠芬，劉婷婷，等.面向制造過程的車間實時監控系統設計［J］.機械設計與制造，2013（3）：256-259.

［6］ 潘雨婷，熊先青，張江.板式定制家具生產線平衡優化［J］.家具，2023，44（3）：107-110，57.

［7］ 任燕，許輝.基于柔性生產線的數字化工廠系統搭建［J］.現代制造技術與裝備，2021，57（2）：81-82.

［8］ 熊先青，李榮榮，白洪濤.中國智能家具產業現狀與發展趨勢［J］.林業工程學報，2021，6（1）：21-28.

［9］ 師寧，劉輝.基于工業4.0的數字化工廠監控系統設計［J］.機電產品開發與創新，2020，33（6）：71-73.

［10］ 時運來，付少蕾，春輝，等.面向生產車間的實時監控系統設計［J］.組合機床與自動化加工技術，2020（2）：132-135，139.

［11］ 柴蘇原，吳智慧.定制家具生產物流現狀分析與改善［J］.家具，2022，43（6）：103-107.

［12］ 熊先青，袁瑩瑩，牛怡婷，等.大規模定制家具ERP系統的構建及其關鍵技術［J］.林業工程學報，2019，4（4）：162-168.

［13］ 王維龍.數字化車間管理平臺的研究與實現［J］.中國新通信，2019，21（11）：31-32.

［14］ 張會，徐偉.板式定制家具企業余料庫存管理優化［J］.家具，2022，43（6）：108-112.

［15］ 裴曉涵，吳智慧，謝序勤.工業4.0理論下板式定制家具生產線典型設備和布局［J］.家具，2022，43（2）：117-121.