板式家具是家具制造領(lǐng)域中應(yīng)用設(shè)備種類較少、工藝較為簡(jiǎn)單的一個(gè)分支，板式家具有著設(shè)計(jì)更容易模塊化，工藝更容易標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)更容易批量化的特征，也正因如此，板式家具企業(yè)成為了國內(nèi)最早一批開展家具定制化嘗試的企業(yè)。

生產(chǎn)線是達(dá)成定制目標(biāo)的最終途徑，生產(chǎn)線的柔性程度決定了定制的范圍，對(duì)設(shè)備類型的選擇和車間的布局是產(chǎn)線規(guī)劃的關(guān)鍵點(diǎn)。本文通過實(shí)際調(diào)研，總結(jié)論述了工業(yè)4.0背景下，板式定制家具不同工序的設(shè)備及特點(diǎn)，重點(diǎn)分析設(shè)備與產(chǎn)線布局相關(guān)的要素，并針對(duì)不同情況提出了3種典型的車間布局。

01 定制家具不同工序的典型設(shè)備

（1）開料裁板工序

鋸類設(shè)備是板式家具最常用的開料設(shè)備，根據(jù)是否配有信息化控制系統(tǒng)，開料鋸可以分為電子鋸和人工推臺(tái)鋸。電子鋸加工時(shí)使用配套的夾具夾緊板件，通過刀具的移動(dòng)來完成鋸切路線。

電子鋸上料方式有前端進(jìn)料和后端進(jìn)料，前端進(jìn)料需要人工進(jìn)料，后端進(jìn)料的電子鋸可以同智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)配合完成自動(dòng)進(jìn)料。

單臂數(shù)控加工中心（CNC）是另一種開料常用設(shè)備，其主軸與板件平面垂直，可通過自動(dòng)換刀實(shí)現(xiàn)多種邊緣形狀的加工，也可以在開料的同時(shí)完成開槽、切角、鉆通孔等工作。鋸類設(shè)備的走刀路線要滿足“一刀切到底”，而數(shù)控加工中心則不需要，因此數(shù)控加工中心是目前開料靈活性和板材利用率很高的一類設(shè)備。

（2）封邊工序

封邊是企業(yè)應(yīng)用最廣泛的人造板邊部處理方法，也是板式家具質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)加工范圍，封邊設(shè)備可分為直線封邊機(jī)、曲線封邊機(jī)、直曲線封邊機(jī)三種，單面直線封邊機(jī)是所有封邊設(shè)備的基礎(chǔ)，它在進(jìn)料時(shí)需要人工將板材對(duì)齊、貼緊在設(shè)備加工面上，加工完一邊后可以使用傳送帶運(yùn)輸回進(jìn)料端再加工第二邊。

連線封邊機(jī)由多個(gè)單面直線封邊機(jī)組合而成，使用夾具、靠檔等部件保證加工邊和板材基準(zhǔn)邊的相對(duì)關(guān)系，上料之后無需人工干預(yù)便可完成多個(gè)邊的加工。曲線封邊機(jī)和直曲封邊機(jī)大多為手動(dòng)設(shè)備，封邊全程需人工跟隨板材邊緣型狀施壓才可保證封邊質(zhì)量。

（3）鉆孔工序

排鉆是最早應(yīng)用于32 mm系統(tǒng)中的鉆孔設(shè)備，根據(jù)鉆位的排數(shù)可分為單排鉆、三排鉆等，通過在每個(gè)鉆位上安裝不同鉆頭，以及調(diào)整每排鉆位的間距來適應(yīng)家具不同部位鉆孔的需要。這就意味著排鉆制作新產(chǎn)品時(shí)需要花費(fèi)大量時(shí)間調(diào)試，而一旦調(diào)試好后它便有了非常高的加工效率，因此定制企業(yè)仍會(huì)使用它來加工訂單中的標(biāo)準(zhǔn)件部分。

單臂 CNC 數(shù)控加工中心除了開料之外，也可用來完成鉆孔，但和排鉆一樣通常一次只能完成板件一面的加工。定制企業(yè)常用的適用于柔性制造的鉆孔設(shè)備是臥式數(shù)控鉆，它根據(jù)可同時(shí)加工的面數(shù)分為六面鉆、五面鉆等，其中可以應(yīng)用于流水線布局的又稱為通過式數(shù)控鉆。

（4）質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備

目前在板式家具的質(zhì)量檢驗(yàn)工序，人眼仍具有不可替代的地位，但人工全檢還是抽檢都具有效率低、精度低、耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。得益于計(jì)算機(jī)算力的普遍提高，基于機(jī)器視覺的板件開料、封邊、鉆孔質(zhì)量檢查成為了近年來家具生產(chǎn)自動(dòng)化的重要方向。

封邊工序的質(zhì)量檢驗(yàn)則是該研究的重點(diǎn)。如下圖所示Baumer公司生產(chǎn)的一種自動(dòng)化板件開料質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，封邊和鉆孔工序則可以把設(shè)備嵌入到加工設(shè)備中，它使用恒溫光源和 CCD 傳感器采集板件圖像，采集圖像時(shí)無需暫停流水線。

（5）分揀工序

分揀工序的目的則是把揉單后的生產(chǎn)批次按照區(qū)域、訂單、包裹進(jìn)行重新劃分。雖然目前定制企業(yè)的分揀工作仍需要大量人力，但已經(jīng)有很多企業(yè)開始了搭建智能分揀系統(tǒng)的嘗試。

如下圖所示，智能分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)備由傳送設(shè)備、掃碼裝置、分揀機(jī)械手、分揀貨架組成，進(jìn)料傳送帶將板件送入分揀設(shè)備后掃碼讀取板件信息，由系統(tǒng)分配唯一貨位，全部板件都上架之后系統(tǒng)根據(jù)包裝規(guī)則計(jì)算出料順序，分揀機(jī)械手將板件依次取出并放入出料傳送帶，同時(shí)系統(tǒng)可以將相應(yīng)包裝信息傳送給包裝設(shè)備。

02 板式定制家具生產(chǎn)線典型布局

生產(chǎn)線布局指的是不同生產(chǎn)設(shè)備的搭配、組合和在車間限定場(chǎng)地內(nèi)的分布。設(shè)備決定了企業(yè)的生產(chǎn)范圍，但是對(duì)于板式家具而言，設(shè)備的種類較少，可替換性相對(duì)較高，因此對(duì)不同設(shè)備取長(zhǎng)補(bǔ)短進(jìn)行搭配選擇就十分關(guān)鍵，可以說布局決定了生產(chǎn)效率、柔性程度和未來升級(jí)改造的潛力。

（1）全自動(dòng)連續(xù)流水線布局

這種布局通過傳送帶、傳送滾軸等設(shè)備將所有工序串聯(lián)起來，并盡可能的使用自動(dòng)化設(shè)備以代替人力。這種布局的難點(diǎn)在于如何保證各工序的生產(chǎn)節(jié)拍一致，減小設(shè)備出料量的波動(dòng)，使流水線可以不暫停、少暫停高速平穩(wěn)的流轉(zhuǎn)。

如下圖所示是一種典型的全自動(dòng)連續(xù)流水線式布局。開料工序通過智能立庫系統(tǒng)和AGV車實(shí)現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)自動(dòng)上料。使用吸附式機(jī)械手進(jìn)行開料換向，開料產(chǎn)生的大尺寸余料同板件一起向下工序流轉(zhuǎn)，小尺寸廢料從電子鋸的廢料出口直接進(jìn)入廢料傳送帶。

開料設(shè)備后面是自動(dòng)標(biāo)簽機(jī)，根據(jù)出料隊(duì)列打印并粘貼標(biāo)簽，標(biāo)簽機(jī)后設(shè)置掃碼設(shè)備以確認(rèn)標(biāo)簽是否正確粘貼。數(shù)臺(tái)開料設(shè)備流出的板件經(jīng)過合理分配匯合到一條傳送帶上，經(jīng)過質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備后，不合格的板件和大尺寸余料一同被退料刺猬架剝離流水線。

連續(xù)流水線式布局

1.智能倉儲(chǔ)；2.開料吸附式機(jī)械手；3.后端進(jìn)料電子鋸；4.標(biāo)簽機(jī)；5.標(biāo)簽掃描設(shè)備；6.開料質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備；7.余料刺猬架；8.緩存架；9.封邊機(jī)；10.智能分揀設(shè)備；11.裁紙機(jī)；12.堆垛機(jī)械手；13.自動(dòng)包裝機(jī)；14.人工質(zhì)量復(fù)檢崗位

（2）島臺(tái)式（單元式）布局

在現(xiàn)階段的定制家具企業(yè)中，單個(gè)設(shè)備的柔性程度和效率很難兼顧，整體的自動(dòng)化與生產(chǎn)成本也存在矛盾。例如上述連續(xù)流水線布局的車間無法生產(chǎn)曲線邊緣、邊緣切角等異形板件，生產(chǎn)開槽、開通孔等板件的效率不高，且這種布局生產(chǎn)板件的尺寸花色范圍和工藝受產(chǎn)線設(shè)計(jì)的限制，當(dāng)出現(xiàn)新產(chǎn)品新工藝時(shí)，產(chǎn)線的擴(kuò)展性不高，因此島臺(tái)式布局仍是定制家具企業(yè)所必備的車間布局之一。

如下圖所示，島臺(tái)式布局更強(qiáng)調(diào)員工的主觀能動(dòng)性，設(shè)備的選用側(cè)重于低成本、專用型半自動(dòng)設(shè)備以彌補(bǔ)人力帶來的效率損失問題。島臺(tái)式布局按照開料、封邊、鉆孔、檢驗(yàn)包裝將車間橫向分為4大主要工序區(qū)域，各工序前后均設(shè)有緩存區(qū)。

半成品緩存區(qū)可使用墊板配合滾筒進(jìn)行運(yùn)輸，滾筒之間的轉(zhuǎn)運(yùn)依靠帶有滾筒和旋轉(zhuǎn)換向結(jié)構(gòu)的手推車完成，工序前端半成品緩存區(qū)面積可稍小于工序后端緩存區(qū)。

島臺(tái)式布局

15.推臺(tái)鋸；16.前端進(jìn)料電子鋸；17.數(shù)控加工中心；18.滾筒推車；19.平臺(tái)鑼機(jī)；20.手動(dòng)封邊機(jī)；21.單面直線封邊機(jī)；22.數(shù)控鉆孔設(shè)備；23.排鉆。

為了便于生產(chǎn)任務(wù)的下達(dá)與進(jìn)度跟蹤，島臺(tái)式布局也可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)難度等因素縱向劃分為數(shù)個(gè)不同線體。最基礎(chǔ)的劃分是按照板件型狀分為矩形和曲線型，矩形線體使用電子鋸類設(shè)備開料，單面直線封邊機(jī)封邊。曲線線體使用 CNC加工中心開料，手動(dòng)曲線封邊機(jī)封邊。

（3）半自動(dòng)混合型布局

如下圖所示半自動(dòng)混合型車間布局對(duì)于缺乏大量資金建立連續(xù)流水線布局車間的企業(yè)是一種很好的補(bǔ)充，它以相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)了高速穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的生產(chǎn)，同時(shí)也保持了更大的生產(chǎn)范圍。

這種布局開料工序同樣使用后端進(jìn)料電子鋸和智能立庫系統(tǒng)，但采用人工輔助換向，余料由開料工序搜集并交由其他車間進(jìn)行再利用。每臺(tái)電子鋸都連接一臺(tái)緩存架以抵消人工操作節(jié)奏的不確定性。開料、封邊和鉆孔工序同樣使用傳送帶、傳送滾軸等設(shè)備連接，但不設(shè)置自動(dòng)質(zhì)檢設(shè)備，而是在鉆孔工序結(jié)束后，接入人工進(jìn)行分揀和質(zhì)檢包裝。

半自動(dòng)混合型布局

1.智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)；2.后端進(jìn)料電子鋸；3.余料收集處；4.標(biāo)簽機(jī)；5.標(biāo)簽掃描設(shè)備；6.緩存架；7.封邊設(shè)備；8.鉆孔設(shè)備；9.人工檢驗(yàn)包裝工位

03 寫在最后

設(shè)備的選用與組合是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0理念的基礎(chǔ)，隨著定制行業(yè)的整合，大型企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐也會(huì)倒逼設(shè)備供應(yīng)商在傳統(tǒng)設(shè)備上增加更適應(yīng)時(shí)代需求的功能，未來的產(chǎn)線形式也會(huì)更加多樣。除此之外，相應(yīng)軟件系統(tǒng)的跟進(jìn)也是工業(yè) 4.0時(shí)代為企業(yè)賦能的關(guān)鍵，討論了目前被廣泛認(rèn)可的的3種典型產(chǎn)線布局，更多樣的形式和與軟件系統(tǒng)有關(guān)的內(nèi)容則有待進(jìn)一步的實(shí)踐。