高端家具智能生產(chǎn)設(shè)計優(yōu)化及安全追溯技術(shù)研究

夏學(xué)文 陳新生 范坤河 喻飛

摘要：隨著智能制造技術(shù)不斷發(fā)展，以紅木家具為代表的高端家具的設(shè)計方法、生產(chǎn)模式和經(jīng)營模式正發(fā)生著巨大的變化。本研究結(jié)合智能優(yōu)化算法、智能制造、區(qū)塊鏈等先進(jìn)技術(shù)對高端家具的個性化定制與設(shè)計、柔性化生產(chǎn)、及產(chǎn)品溯源等幾個方面進(jìn)行了分析了其在高端家具制造業(yè)的若干應(yīng)用場景。并對這些技術(shù)在高端家具企業(yè)智能化升級過程中的可行性及優(yōu)點進(jìn)行了討論。

隨著家具產(chǎn)業(yè)智能制造的快速發(fā)展，其銷售和服務(wù)將發(fā)生明顯變化。一方面，消費者對產(chǎn)品的認(rèn)識將從“賣場+門店”的模式向“定制+VR虛擬”的形式轉(zhuǎn)變;另一方面，家具企業(yè)的核心競爭力將逐漸從依靠資源要素的低成本競爭，向提高產(chǎn)品科技含量和附加值轉(zhuǎn)變，其中高端家具尤為明顯。本文將從高端家具的個性化定制、優(yōu)化下料與柔性化生產(chǎn)以及家具產(chǎn)品的溯源等問題進(jìn)行簡單闡述。

1. 個性化定制、設(shè)計

近年來，定制風(fēng)的逐漸興起不僅是顧客的消費升級，更是體現(xiàn)其個性的回歸。當(dāng)前的個性化定制家具的整個流程包括以下步驟：首先商家與顧客接觸，了解需求，然后設(shè)計師根據(jù)具體需求，并結(jié)合專業(yè)知識出設(shè)計方案，顧客確認(rèn)之后下訂單。在整個過程中，顧客一般提供的僅僅是一個概念上的、抽象的需求。設(shè)計師在此基礎(chǔ)上對需求進(jìn)行具體化，并將結(jié)果反饋給顧客。可以看出，個性化定制的結(jié)果主要依賴于兩個因素：顧客對個性設(shè)計的具體化程度以及設(shè)計師自身的設(shè)計偏好。一般而言，顧客提出的個性化越具體、設(shè)計師對顧客個性化理解得越準(zhǔn)確，則設(shè)計的家具越能滿足顧客的個性化需求。然而，現(xiàn)實常常是，顧客對自身需求的理解僅僅停留在概念階段，提供的常常是“歐式風(fēng)格”、“簡約風(fēng)格”等不準(zhǔn)確的描述。同時，設(shè)計師根據(jù)自己對這些抽象的描述的理解給出設(shè)計方案了。因此，從某種意義上來講，設(shè)計方案在相當(dāng)程度上體現(xiàn)的是設(shè)計師的“個性”。事實上，近年來在高端家具的個性化定制時，顧客希望能更多地參與到家具設(shè)計的過程中，通過“VR虛擬”技術(shù)不斷改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)真正的個性化定制。近年來出現(xiàn)的交互式進(jìn)化算法為這種深度個性化定制提供了可能。

交互式進(jìn)化算法是在進(jìn)化算法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新穎的優(yōu)化算法，其基本思想是在進(jìn)化算法進(jìn)行優(yōu)化的過程中引入人的主觀偏好，利用這種偏好信息指導(dǎo)算法的優(yōu)化過程。正是基于這一特點，交互式進(jìn)化算法已成功應(yīng)用于一些藝術(shù)品的設(shè)計中，如陶瓷制品、卡通人物等的交互式設(shè)計中。因此，我們認(rèn)為可以將交互式進(jìn)化算法與高端家具的個性化定制進(jìn)行有機(jī)融合，其基本流程如圖1所示。

圖1. 基于交互式進(jìn)化算法的家具設(shè)計與優(yōu)化過程

在利用該方法進(jìn)行交互式家具定制時，一方面，客戶在家具模型迭代優(yōu)化設(shè)計過程中，通過可視化的方式將自己的偏好指導(dǎo)算法的優(yōu)化，不僅深度地融入了家具設(shè)計的核心過程，同時也充分體現(xiàn)自己的個性化需求;另一方面，設(shè)計師可將設(shè)計過程中涌現(xiàn)出的新穎元素納入到“家具基礎(chǔ)元素庫”，作為家具企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)，為企業(yè)未來的個性化定制提供了更為豐富的基礎(chǔ)素材，從而能有效提升設(shè)計效率。

2. 優(yōu)化下料與柔性化生產(chǎn)

要做好高端家具的定制工作，必須有相應(yīng)的生產(chǎn)能力來保障，這種能力主要體現(xiàn)在精細(xì)化、高效化。當(dāng)訂單量較大時，傳統(tǒng)的生產(chǎn)加工方式無法提供精細(xì)的下料方式和高效的工序安排。事實上，目前行業(yè)內(nèi)所有已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模定制的家具企業(yè)背后都離不開智能制造的支撐[7]。

眾所周知，隨著高端家具的不斷升級，原材料也從最初的普通木制板材升級為高端木制板材、石制品板材、貴金屬板材等等，非標(biāo)部件也越來越多。目前研究較多的是規(guī)則零件（如矩形）的排樣、下料問題，對非標(biāo)部件的研究較少。常用的對非標(biāo)部件的處理基本上是基于規(guī)則零件排樣處理的矩形近似方法和對不規(guī)則零件直接處理兩種方法，因此，作為加工階段的第一步，如何將這些高端原材料進(jìn)行精細(xì)化下料是有效節(jié)約成本、提升企業(yè)競爭力的關(guān)鍵之一。傳統(tǒng)下料方式主要依賴于工人的經(jīng)驗和加工工藝，容易造成廢料過多、加工精度不高、耗時等缺點。因此，近年來一些學(xué)者開始將智能算法應(yīng)用于高端家具的優(yōu)化下料。該算法和傳統(tǒng)方法不同的是，下料者無需具有豐富的排樣經(jīng)驗，只需要提供非標(biāo)部件的形狀尺寸即可。實驗結(jié)果也表面，基于智能算法的排樣方法能得到更優(yōu)的結(jié)果，這一優(yōu)點在高端家具的大規(guī)模定制、設(shè)計過程中能顯著降低物料成本，提升企業(yè)的競爭力。

此外，大規(guī)模家具定制生產(chǎn)時，還需考慮的另一個問題是如何將安排零部件加工、組裝的工藝次序已達(dá)到縮短工時、提升加工效率的目的。現(xiàn)實生產(chǎn)中，不同零部件加工所需設(shè)備、耗時、加工次序各有不同。因此，在現(xiàn)有加工設(shè)備的條件下，如何合理安排加工、組裝的工藝次序?qū)μ嵘庸ば视兄鴽Q定性的作用。一般而言，中小規(guī)模的生產(chǎn)可借助工人的經(jīng)驗或已有的自動化生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的工序安排。但面臨大規(guī)模生產(chǎn)或具有突發(fā)訂單時，這種方法的局限性就凸顯出來了。因此，近年來基于人工智能方法的柔性化生產(chǎn)加工方案已吸引了越來越多的加工企業(yè)的關(guān)注，家具行業(yè)也不例外。目前，像尚品宅配、索菲亞等定制家具的龍頭企業(yè)已成功引入了柔性化生產(chǎn)技術(shù)，能夠每天生產(chǎn)30多萬塊非標(biāo)部件，生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)模式的8～10倍。

3. 家具產(chǎn)品溯源

以紅木家具為代表的高端家具產(chǎn)品溯源不僅能滿足家具購買者對產(chǎn)品信息進(jìn)行認(rèn)證的需求，同時也是廠家進(jìn)行品牌推廣、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的需要。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，家具產(chǎn)品的溯源從依賴圖片、視頻等技術(shù)發(fā)展成為以先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動識別技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化溯源技術(shù)。通過這些先進(jìn)的信息技術(shù)為每件高端家具建立一個獨一無二的身份碼以及溯源碼。身份碼和溯源碼的唯一性與二者間的互相驗證性保證了產(chǎn)品溯源的真實性和不可抵賴性。目前，作為國內(nèi)雕刻之鄉(xiāng)的浙江東陽，很多紅木家具企業(yè)開始使用數(shù)字溯源系統(tǒng)，建立紅木家具的數(shù)字化身份碼，提升產(chǎn)品價值和企業(yè)形象，拓展企業(yè)品牌方面，走在了行業(yè)前面。

一般而言，家具廠家首先需將紅木家具的信息，如原材料、加工、檢驗認(rèn)證等所有信息通過身份信息存入云服務(wù)，并且提供全網(wǎng)查詢。家具買家則可以通過手機(jī)掃碼或網(wǎng)絡(luò)查詢等方式對家具產(chǎn)品的規(guī)格、圖片、原料、原料產(chǎn)地、認(rèn)證鑒定、廠家信息等進(jìn)行全方位的驗證。家具產(chǎn)品數(shù)字化溯源的功能作用主要包括：

（1）有效杜絕假冒偽劣產(chǎn)品，以及杜絕一次充好產(chǎn)品，維護(hù)消費者權(quán)益。以紅木家具為代表的高端家具，不僅價格高，而且具有保值、投資、增值的功能，而僅依靠銷售人員的介紹是無法讓購買者真正了解產(chǎn)品的價值，也無法杜絕廠家的以次充好、售后抵賴等現(xiàn)象。而引入了數(shù)字化身份碼及溯源碼后，購買者不僅能隨時查詢到產(chǎn)品的詳細(xì)信息，而且還能避免售后的糾紛。因此有了高端家具溯源系統(tǒng)，不僅能有效杜絕以次充好的劣質(zhì)家具危害市場，讓優(yōu)質(zhì)家具真正體現(xiàn)其價值，同時還能維護(hù)消費者權(quán)益。

（2）成本低，信息化程度高，防偽技術(shù)先進(jìn)。雖然每件家具的溯源碼、身份碼僅需幾分錢，但卻包含了豐富的產(chǎn)品信息。由于溯源碼、身份碼由系統(tǒng)生成，并通過多重加密后存儲在云端，因此不僅能有效防止假冒，同時還能避免買賣雙方的違約、抵賴行為的發(fā)生。因此，家具的溯源技術(shù)不僅為企業(yè)打擊盜版假冒提供了有力的技術(shù)支持，同時也規(guī)范了交易雙方的行為。

（3）充分發(fā)揮移動互聯(lián)，促進(jìn)企業(yè)品牌價值提升。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，不僅讓以古老的紅木家具為代表的高端家具行業(yè)也具有網(wǎng)絡(luò)特性，便于傳播和推廣優(yōu)質(zhì)企業(yè)的實力以及高端家具產(chǎn)品。同時，也能更好的服務(wù)更多的消費者，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展。

4.結(jié)束語

人工智能技術(shù)在高端家具制造業(yè)領(lǐng)域的深度融合使該產(chǎn)業(yè)在設(shè)計、銷售和服務(wù)等方面發(fā)生著顯著的變化。本文從大規(guī)模定制下高端家具的個性化定制、設(shè)計、柔性化生產(chǎn)、產(chǎn)品溯源等幾個方面對高端家具企業(yè)的智能化升級之路進(jìn)行了簡單的討論。可以預(yù)見，高端家具企業(yè)的戰(zhàn)略核心將是產(chǎn)業(yè)的智能化升級，這不是家具行業(yè)發(fā)展的必由之路，同時也是木材資源可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

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作者簡介：夏學(xué)文，1974.8，男，湖北省孝感市，漢，博士研究生，教授， ?研究方向：人工智能及其應(yīng)用;陳新生，1953.1，男，福建省漳州市，漢，大專，中級工程師，研究方向：現(xiàn)代家具智能生產(chǎn)設(shè)計;范坤河，1982.5.17，男，福建漳州，漢，大專，中級工程師，研究方向：現(xiàn)代家具智能化設(shè)計;喻飛，1981.12.02，男，湖北省鐘祥市，漢，博士研究生，副教授，研究方向：智能計算與應(yīng)用