板式家具智能制造的工艺变型设计方法

板式家具智能制造的工艺变型设计方法

杨波

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摘要：随着经济的发展，自从上世纪80年代我国实施改革开放，人造板行业得到深远发展，也推动了板式家具的发展。板式家具工厂尤其是定制类的家具工厂，他们的很多产品都是根据客户的不同需求和个性偏好设计的，因此对产品的要求不是单一的而是多样化的、个性化的，相应地这也对家具设计提出了较高的要求。特别是当今厨柜市场环境复杂多变，竞争日趋白热化，找到一种简单、易操作的产品尺度比例设计的方法，对于定制家具工厂尤为重要。

关键词：板式家具；智能制造；工艺变型；设计方法

引言

智能化制造最早由德国提出，是基于信息物理系统（CPS），通过CPS网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流，从而构建一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的智能制造模式。如今整个中国制造业都在研究着智能化制造并向其进行发展，家具制造业也是如此。现如今，虽然未来的形势大好，但定制家具行业依然存在一些问题，影响整个家具行业的进一步发展。这就需要一些理性的思考，促进定制家具行业更健康更合理地成长。

1国内板式家具设计现状

目前，国内常见的板式家具设计，主要考虑的设计依据是人体工效学、人的使用要求、板材的规格尺寸、材料利用率以及结构强度等因素，因此设计出来的家具在尺度比例方面往往达不到最美观的效果。家具设计通常缺乏操作性强的设计理论来指导，设计是否美观，比例是否合适，完全取决于设计师个人经验及美学修养，然而大多数设计师很难到达这一要求，只有行业内少数经验丰富的设计师才能达到要求。相反在国外展会看到的欧洲板式家具的设计水平就比较高了，看起来很普通的搭配比例都会有内在的设计依据，有数学理论作为指导，体现出一种数学的美感。

2板式定制家具智能化制造改造方法

2.1软件方面

软件硬件的一体化。一款好软件的背后离不开一家紧密合作的机器设备商，长时间的默契配合，提升了二者的兼容性，不断的实践纠错，最终锤炼出优质的产品。软件的研发与服务团队。软件的背后应拥有一支经验丰富、齐心协力的团队，依靠产品经理桥梁的作用打通理论与现实的。软件公司具有可持续发展性和创新性。客户基数的多少是评价软件公司能否可持续发展的指标之一，而持续的推陈出新是创新性的基本体现。

2.2硬件方面

板式定制家具智能制造在满足了软件等虚拟条件后，硬件的合理选择也同样关乎成败。电子开料锯作为传统的开料设备，基本能满足智能化生产需要，如今采用铣切方式加工的大板套裁设备已逐步取代了电子开料锯，大板套裁设备在开料成型的同时板件已然规方，不仅优化了家具的制造工艺，而且便于实现自动上料、加工、出料，使得利用机械臂下料成为了可能。因而大板套裁设备在智能化生产线中成为市场的新宠儿。通过式钻孔中心具有高效率、高精度、高柔性化生产等特点，可同时加工板件的四个面，通过上位机软件的控制，可智能判断双工位或单工位，并将加工程序合理分配给各个排钻轴，确保加工精度，提升加工效率，为实现工件不落地的生产提供有力保障。

此外，智能化生产线还包括机械臂、动力辊、缓存架、90°转向机等。其中机械臂的作用搬运和分拣板件；动力辊则是运输板件；缓存架可对板件进行暂时的存储。

3工艺变型设计方法

3.1工艺变型设计思路

本研究的工艺变型设计的基本思路是基于CAD/CAE/CAPP/CAM一体化集成系统，在构建系统、层次化的工艺信息模型的基础上进行工艺变型设计。整体思路和架构如图1所示，包括工艺事物特性表建模、工艺建模和工艺卡片基础建模三大模块的设计，分别对应图中B、C、D3个区域。由于在变型设计过程中，不同模块间通过一体化集成系统互相关联，依据A区域，即工艺变型原理，当工艺模型中的工艺特性参数发生变化时，基于工艺事物特性表的产品族工艺变型设计系统，会随即生成符合设计要求的工艺文档。

图1家具零部件工艺变型设计思路流程

3.2工艺编码技术的构建

在工艺变型设计的研究中要想实现信息化的工艺管理并建立完整的工艺数据库系统，解决工艺生产管理烦琐、劳动生产率不高的问题，对材料、工段、工序、加工路线和设备等工艺信息进行编码操作十分关键。在家具制造工艺编码领域进行了全面、系统的探讨，本研究在此基础上结合大规模定制和柔性化制造制成图2，得出符合工艺变型设计的数字编码方案。针对工艺变型设计所制定的工艺、工段、工序、加工路线和设备等工艺信息，分别确定各自编码，组成该零件加工工艺的识别代码。贴合家居企业工艺变型设计的编码技术既能清楚地说明工艺流程和加工设备，实现科学的流水线设计与生产作业，又能便于客户查看自己订购产品零部件的加工状况，提高了企业信息化管理水平。

图2工艺编码结构                 图3木材事物特性表及其约束关系图

家居企业在家具零部件生产制造过程中的任意工艺过程，有且仅有唯一的工艺代码与之相对应。由图3对应可知，以零件工艺代码03．11-HD31310403011为例，表示为HD客户的11mm厚的实木板材在直线封边机上使用ABS条进行封边工艺生产。

3.3工艺事物特性表建模

工艺事物特性表是在事物特性表的基础上，结合产品族加工工艺以及工艺的约束特性建立的。工艺事物特性表建模见图1区域B，根据实际工艺需求与事物特性表内的信息，使用到的工艺特性参数如板长、板宽、厚度、粗糙度、平整度、加工余量、加工公差、封边带胶种、过机速度、溶胶温度、涂胶温度、加工机型、气缸压力等标准文件编号等。根据有关标准对产品族工艺事物特性表进行设计，表头是各种工艺事物特性的集合，表格的每一行表示一个产品工艺特性参数的案例，表格的每一列代表该产品某一工艺特性的参数信息。以方材胶合工艺为例，制作图3。根据标准特性代码采用字母序列表示，主动特性用字母序列A01～J09表示;从动特性是由主动特性经过公式计算得到的特性数值，用DAA～DZZ表示;其他特性为非主动特性和从动特性，却也在描述模型的特性，用AAA～AZZ表示。

3.4工艺建模

工艺建模流程发生在产品设计(CAD)和产品分析(CAE)之后，主要目的是建立工艺模型，建模过程对应图1区域C，其构建的工艺模型是对产品设计结果的一种描述。工艺模型的构建经历了4个阶段，如图4所示。构建的工艺模型可与产品需求信息结合，通过设计变量对工艺参数进行更改和替换，驱动生成新的工艺，实现工艺变型。

图4家具零部件工艺建模流程

3.5工艺卡片基础建模

工艺卡片基础建模用来生成因工艺事物特性表中特性参数的改变，驱动工艺变型设计的工艺卡片基础模型，如图1区域D所示。工艺事物特性表用来描述工艺卡片模型中的变量，将表中的特性参数与工艺卡片模型参数相关联，方便下一步的工艺变型设计。工艺卡片相当于是操作工人和生产机器的“员工手册”，是工艺生产操作的准则，在加工过程中用来指导工人的各种操作要求和工艺要求。好的工艺卡片可以直接决定加工质量和装配质量，良好的工艺过程可以提升生产效率、降低成本。

结语

家居制造企业若准备在经济全球化、智能全球化的今天对变幻莫测的市场快速做出反应，以最快的速度推出高质量的木家具制品，正在起步的木制品工艺变型设计便是关键。未来，更需要在材料选用、制造技术、管理模式等多方面进行整体优化，实现家具制造业逐步融合计算机技术，向智能化方向发展的愿景。

参考文献

［1］熊先青，岳心怡．中国家居智能制造技术研究与应用进展［J］．林业工程学报，2022，7(2):26－34．

［2］熊先青，马清如，袁莹莹，等．面向智能制造的家具企业数字化设计与制造［J］．林业工程学报，2020，5(4):174－180．

［3］曹平祥，王福辕.板式家具数字化制造技术浅谈[J].木材工业，2013，27（1）：35-38.