板式家具是家具制造領(lǐng)域中應用設(shè)備種類較少、工藝較為簡單的一個分支，板式家具有著設(shè)計更容易模塊化，工藝更容易標準化、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)線是達成定制目標的最終途徑，生產(chǎn)線的柔性程度決定了定制的范圍，對設(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。本文通過實際調(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，重點分析設(shè)備與產(chǎn)線布局相關(guān)的要素，并針對不同情況提出了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鋸。電子鋸加工時使用配套的夾具夾緊板件，通過刀具的移動來完成鋸切路線。

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

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，可通過自動換刀實現(xiàn)多種邊緣形狀的加工，也可以在開料的同時完成開槽、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、曲線封邊機、直曲線封邊機三種，單面直線封邊機是所有封邊設(shè)備的基礎(chǔ)，它在進料時需要人工將板材對齊、貼緊在設(shè)備加工面上，加工完一邊后可以使用傳送帶運輸回進料端再加工第二邊。

連線封邊機由多個單面直線封邊機組合而成，使用夾具、靠檔等部件保證加工邊和板材基準邊的相對關(guān)系，上料之后無需人工干預便可完成多個邊的加工。曲線封邊機和直曲封邊機大多為手動設(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，通過在每個鉆位上安裝不同鉆頭，以及調(diào)整每排鉆位的間距來適應家具不同部位鉆孔的需要。這就意味著排鉆制作新產(chǎn)品時需要花費大量時間調(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)仍會使用它來加工訂單中的標準件部分。

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)可同時加工的面數(shù)分為六面鉆、五面鉆等，其中可以應用于流水線布局的又稱為通過式數(shù)控鉆。

（4）質(zhì)量檢測設(shè)備

目前在板式家具的質(zhì)量檢驗工序，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、耗時長等缺點。得益于計算機算力的普遍提高，基于機器視覺的板件開料、封邊、鉆孔質(zhì)量檢查成為了近年來家具生產(chǎn)自動化的重要方向。

封邊工序的質(zhì)量檢驗則是該研究的重點。如下圖所示Baumer公司生產(chǎn)的一種自動化板件開料質(zhì)量檢測設(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、分揀機械手、分揀貨架組成，進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)則計算出料順序，分揀機械手將板件依次取出并放入出料傳送帶，同時系統(tǒng)可以將相應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地內(nèi)的分布。設(shè)備決定了企業(yè)的生產(chǎn)范圍，但是對于板式家具而言，設(shè)備的種類較少，可替換性相對較高，因此對不同設(shè)備取長補短進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改造的潛力。

（1）全自動連續(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化設(shè)備以代替人力。這種布局的難點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，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車實現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)任務自動上料。使用吸附式機械手進行開料換向，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入廢料傳送帶。

開料設(shè)備后面是自動標簽機，根據(jù)出料隊列打印并粘貼標簽，標簽機后設(shè)置掃碼設(shè)備以確認標簽是否正確粘貼。數(shù)臺開料設(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；2.開料吸附式機械手；3.后端進料電子鋸；4.標簽機；5.標簽掃描設(shè)備；6.開料質(zhì)量檢測設(shè)備；7.余料刺猬架；8.緩存架；9.封邊機；10.智能分揀設(shè)備；11.裁紙機；12.堆垛機械手；13.自動包裝機；14.人工質(zhì)量復檢崗位

（2）島臺式（單元式）布局

在現(xiàn)階段的定制家具企業(yè)中，單個設(shè)備的柔性程度和效率很難兼顧，整體的自動化與生產(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)計的限制，當出現(xiàn)新產(chǎn)品新工藝時，產(chǎn)線的擴展性不高，因此島臺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，島臺式布局更強調(diào)員工的主觀能動性，設(shè)備的選用側(cè)重于低成本、專用型半自動設(shè)備以彌補人力帶來的效率損失問題。島臺式布局按照開料、封邊、鉆孔、檢驗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行運輸，滾筒之間的轉(zhuǎn)運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)。

島臺式布局

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

為了便于生產(chǎn)任務的下達與進度跟蹤，島臺式布局也可根據(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，單面直線封邊機封邊。曲線線體使用 CNC加工中心開料，手動曲線封邊機封邊。

（3）半自動混合型布局

如下圖所示半自動混合型車間布局對于缺乏大量資金建立連續(xù)流水線布局車間的企業(yè)是一種很好的補充，它以相對較低的成本實現(xiàn)了高速穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的生產(chǎn)，同時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行再利用。每臺電子鋸都連接一臺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)置自動質(zhì)檢設(shè)備，而是在鉆孔工序結(jié)束后，接入人工進行分揀和質(zhì)檢包裝。

半自動混合型布局

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

03 寫在最后

設(shè)備的選用與組合是實現(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)實踐也會倒逼設(shè)備供應商在傳統(tǒng)設(shè)備上增加更適應時代需求的功能，未來的產(chǎn)線形式也會更加多樣。除此之外，相應軟件系統(tǒng)的跟進也是工業(yè) 4.0時代為企業(yè)賦能的關(guān)鍵，討論了目前被廣泛認可的的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)容則有待進一步的實踐。