家具制造企业多中心智能制造共享云平台
制造业的发展关系着国家经济命脉，影响着国家实力的展现、制造产业地位的稳固。制造业不仅是科技创新的主战场，更是国家提升竞争力和加强 自主 创 新 能 力 的 源 泉。2015 年《中 国 制 造 2025》的提出明确了智能制造转型升级的必要 性和紧迫性，战略中提出“创新驱动、质量为先、绿 色发展、结构优化、人才为本”这一要求，因此要将先进的信息技术与专业制造设备深度融合，不 断推动我国制造产业智能制造的转型升级，创造出 真正有中国特色的制造文化。
在从“制造大国”向 “智造强国”转型的过程中，关键在于解决企业运 营管理和生产制造过程中的痛点，如何整合制造资 源、利用制造能力，如何节省制造成本、避免资源浪费。为推动家具制造企业智能制造的发展，解决智能制造转型升级中面临的问题，笔者提出多中心智能制造共享云平台的理念、架构、研究内容和 运作模式。
1 家具企业智能制造转型升级的现状及问题
我国家具制造业规模庞大，未来发展态势良 好。一方面得益于强大的国内需求，工业化的发展和人民消费水平的提高拉动了内需; 另一方面得益 于家具产品出口的推动，家具行业产品质量的提高促使国外消费者购买国内的家具产品，推动我国家具行业的发展。智能制造转型升级需要国家政策 的扶持、信息化管理人才的培养、大量资金的投入， 然而目前家具制造企业中中小企业数量占比较高， 物质基础薄弱，不具备全方位转型升级的条件。未来几年特别是 5G 通信进入实用阶段，实现万物互 联，制造业将进入智能制造的鼎盛时期，我国每年 在智能制造上投入增幅将超过 40%。未来智能制 造的发展势不可挡，然而在家具制造企业进行智能 制造转型升级的过程中面临许多不容忽视的问题。
1.1 设计的效率和准确性较低
个性化定制成为家具制造企业的一大趋势，然 而设计软件参数化不完善，无法达到标准化，在设计生产过程中易出现数据传递不准确、数据重复输 入等物力和人力浪费的问题。设计效率低下增加 了设计加工周期，降低企业制造生产效率; 数据的 不准确传递会导致定制生产的出错率升高，成品率降低，生产成本增加。
1.2 设计、管理系统和设备尚未完全打通
设计、管理系统( ERP 和 MES) 和设备之间不能完全对接，EＲP 和 MES 系统之间数据传输存 在差异。企业需要依靠 ERP 和 MES 系统对整 个生产流程进行管理，数据传输是其中一个重要的 环节，然而设计和设备无法对接，设计与管理系统之间数据难以直通，EＲP 和 MES 系统之间数据传 输存在时间差或者数据不准确，以上问题将直接影 响企业生产的正常进行。
1.3 根深蒂固的传统思维和管理模式
智能制造的关键点不仅是制造设备的更新换 代，更是管理模式和思维的更新。然而我国制造企业的现状是制造设备不断趋于智能化和专业化，管 理模式和思维却不能与先进的设备相匹配，无法满 足智能制造发展的需求。
1.4 信息化制造管理人才的匮乏
信息化制造管理人才的培养涉及多学科融合， 特别注重顶层设计和信息系统的整体架构，有实力的家具制造企业可以通过智能制造项目的导入培 养信息管理人才，一般中小企业不具备这样的人才培养条件。
2 多中心智能制造共享云平台的构建
为解决家具制造企业智能制造发展中面临的 问题，特提出多中心智能制造共享云平台，即以多 个家具制造企业为中心、众多商户和供应商参与 的、支持企业智能制造、实现制造共享和供应链共 享的云平台，为我国家具制造企业充分利用共享资 源，提高效率、降低成本，增强企业综合竞争力提供重要的帮助。
2.1 共享云平台的目标
云平台的使用用户有云商户、云供应商、云制 造企业，云商户为使用云平台的家具门店、装饰公 司等商户。云平台主要能实现以下目标: 1) 为云商户提供采购下单功能，将家具采购 订单下单给云制造商。2) 为云供应商提供销售接单功能，获得来自 云制造企业的采购订单。 3) 为云制造企业提供智能制造支持平台，通过该平台管理生产制造过程和企业的运营。同时提供来自云制造企业和云商户的销售接单功能，以 及将制造共享的采购订单下达给其他云制造企业 的功能。
2.2 共享云平台的结构组成与主流程
2.2.1 共享云平台的结构组成
通过对平台用户交互功能分析，发现存在两种功能，即采购下单功能和销售接单功能，这些功能隶 属于供应链范畴。因此，根据功能进行划分可以把 云平台分成供应链部分和智能制造部分。这两个部 分的复杂程度、要求的响应时间各不相同，智能制造 部分模块众多、复杂程度高、要求的响应级别高。 为了最大化地提高云平台的使用效率、降低使用成本，多中心智能制造共享云平台由智能制造云 平台和供应链云平台组成，且独立运行，云平台的结构如图 1 所示。该平台以多个家具制造企业为中心，实现制造共享和供应链共享。
图 1 多中心智能制造共享云平台结构
2.2.2 共享云平台
主流程云平台主流程分为 4 个步骤，允许流程内部迭 代，如图 2 所示。
图 2 共享云平台主流程
1) 云商户采购下单与云制造企业销售接单。云商户获取终端用户的需求后，将家具采购信息输 入到供应链云平台生成采购申请，选择云制造商、 确定采购价格和技术规范，并上传相关图纸，在财 务审核通过后生成采购订单。云制造企业登录供 应链云平台，查看来自云商户的采购订单，并把采 购订单转化为销售订单，同时销售订单数据通过接口加载到智能制造云平台。 2) 智能制造云平台支持云制造企业智能制造 过程，详细功能见下文介绍。 3) 云制造企业采购下单与云供应商或其他云制 造企业销售接单。云制造企业既可以和步骤 1) 云 商户一样生成采购订单，又可以从智能制造云平台 将采购订单导入。云供应商或其他云制造企业登录 供应链云平台，查看来自云制造企业的采购订单，并 把采购订单转化为销售订单。对于其他云制造企 业，销售订单数据通过接口加载到智能制造云平台。 4) 如果存在其他云制造企业销售接单的情 况，即制造外包，实现制造共享，则返回步骤 2。
2.3 智能制造共享云平台使用前提条件
家具制造企业使用云平台的前提条件是在企业中实现数字化设计。 数字化设计的功能有: 1) 数字设计，即运用专业的设计工具，产品快速 3D 建模; 2) 基于标准化 的参数设计，即通过修改尺寸参数改变物体形状， 并能定义尺寸参数的关系，修改材质和风格参数， 改变物体的材质和风格; 3) 拆单功能，即快速生成 零部件图纸; 4) 生成 CNC 加工程序，并能模拟加工 过程; 5) CNC 加工程序与设备无缝对接; 6) BOM 表构建功能; 7) 制定产品的生产工艺; 8) 快速渲染功能; 9) 快速报价功能。 数字化设计提高了设计效率和准确性，为后续的业务产生了数据源，解决了相同数据重复输入的问题。以上功能须由设计软件整体提供，如果由多个软件分别提供，不仅会增加对接成本，而且 要面临软件升级带来的软件之间不同步的问题。
2.4 智能制造共享云平台的特质
2.4.1 建立“三位一体”智能制造运行模式
“三位一体”，即数字化设计、管理系统( ERP 和 MES 系统) 和设备一体化，运行模式见图 3。建 立“三位一体”智能制造运行模式能实现设计、管 理系统、设备之间的无缝对接和数据驱动业务，提 高零件加工的效率和准确性。具体表现如下:
图 3 智能制造“三位一体”运行模式
1)设计软件生成的工艺、BOM、刀具等数据通过接口导入到管理系统中，将 CNC 加工程序和 3D 文件释放到网络共享区。
2)在数控设备上，进入管理系统，扫描零件条码或二维码，将网络共享区零件的 CNC 加工程序下载到数控设备，以驱动数控设备加工零件。使用 专用的 3D 浏览器实现对三维零件的查看。
3) 实现设计软件的加工模块与国内外主流的 2 轴、3 轴、4 /5 轴的 CNC 加工中心对接。对接设 备的加工中心需要满足的条件: ①设备具备 3D 模 板定义功能( 用于定义加工中心的动作、原点等) ;②设备配备控制系统( 通常的木工设备常用系统有发那科、新代、欧塞、维宏、台达等) ; ③设备具备 程序代码样例定义功能( 做端口时需要定义设备 机代码的信息等) 。设计软件的加工模块根据不同的机型做设备后置接口( 接口包含上面几条的 设置) ，实现加工模块与数控设备的配对。
2.4.2 实现ERP与MES的融合
智能制造的发展离不开管理系统的运用，EＲP 和 MES 系统的数据是企业生产制造和经营决策的 依据。实现 EＲP 与 MES 系统的融合，能减少两个系统之间数据传输滞后带来的数据差异，提高数据 的准确性，有助于监控生产制造的流程、优化企业资源配置。
2.4.3 采用便携式的数据采集手段
通过设备或传感器将条码、二维码、ＲFID 中的数据读入，并对采集的数据进行加工和处理。数据 采集不仅要求操作简单、使用方便、显示清晰，还要 求智能识别数据、对操作员的身份识别、操作员可 用菜单的显示、操作员采集数据的限制。所有的操 作可以通过扫码一步完成，去除了签字、核对、汇总 等人工处理步骤，提高管理效率的同时保证了数据的实时性和准确性。
2.4.4 提供智能化管理功能
生产制造环节繁多、工序复杂，需要依靠先进的管理理念和管理方法，实现人工管理到智能管理的 转变［15］。智能化管理平台是系统强大生命力的体 现，如数据驱动业务、业务与财务一体化、生产成本的实时统计、智能计算生产计划和采购计划、物料将 来库存显示、配套出库和销售出库的智能化建议等。
3 应用案例分析
该云平台在 HT 公司获得应用，HT 是一家从 事家具生产和销售的公司，公司内部管理规范、职 责分明，年销售额在 7 000 万元以上。HT 公司的情况如下:
1) 早在 2010 年就开始探索数字化设计， 购买了几种家具设计软件，形成具有自身特色的数 字化设计方法; 2) 购置的设备 90%以上为数控设 备，实现了设计生成的加工程序驱动数控设备加工 零件; 3) 2015 年开始使用内部管理系统，公司员工有使用管理系统的经验。 基于以上情况，HT 公司满足智能制造云平台 使用前提条件。
云平台的实施分为 3 个步骤:
1) 云制造企业智能制造云平台的使用; 2) 云供应 商供应链云平台的使用; 3) 云商户供应链云平台 的使用。云制造企业使用智能制造云平台是基础 且实施难度最大，需首先实施，实施模块包括基础 数据管理、财务管理( 含财务会计、管理会计与工 资管理) 、产品配置管理、计划管理、行政管理、销 售管理、采购管理、库房管理、MES 等。整个实施 过程 HT 公司用了 3 个月的时间，主要的云供应商 和云商户共用了 1 个月的时间。
云平台给 HT 公司带来的改善:
1) 实现制造共 享，降低工厂设备投入; 2) 实现采购资源的共享，降低采购成本; 3) 智能制造云平台大幅降低智能 制造软件的使用费用，且供应链云平台免费提供给云商户和云供应商使用; 4) 减少产品的交付周期，从 1 个月缩短至 15 d; 5) 节省材料消耗，材料用量同比降低 10%; 6) 实时统计生产订单成本( 材料成 本和人工成本) ，分析生产成本的构成，实时控制 生产成本; 7) 动态统计销售成本( 运输费用、安装 费用等) ，提供预警机制，监控销售成本的波动; 8) 实现数据驱动业务，业务与财务一体化，对比实施前，企业管理成本降低 50%，效率提高 50%。
4 结语
家具制造企业多中心智能制造共享云平台能 达到多重效果: 一是实现制造资源共享，有效利用企业剩余产能，节省实体工厂投入成本; 二是降低供应链成本，众多供应商资源降低了云平台企业的采购成本，众多客户资源降低了云平台企业的销售 费用; 三是提高中小家具制造企业的智能制造水平 和管理水平，促进企业转型升级。 针对未来一些产能富余的家具制造企业加入云平台，怎样实现最大程度的制造共享，这是云平 台下一步需要解决的问题。
本文原载于《林业工程学报》2021年第6期 作者：刘俊 陈琳 刘润亚
本文为授权转载文章，已标明作者和出处，文章内容仅代表作者观点。如需转载，请与作者或授权媒体联系。如对文章内容有疑议，请联系editor@xingongye.cn。
