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家具批量生产中工业机器人的应用优势
摘要：在当前家具行业中，工业机器人的应用非常广泛。工业机器人的应用，使得家具批量生产的作业效率进一步提高，有效满足了家具需求，提高我国家具行业的国际竞争力。在新的发展形势下，怎样将工业机器人与家具行业的批量生产有效结合起来，是当前必须要面对的问题。主要从应用现状、关键工序、关键因素等三个方面，对工业机器人在家具行业的应用进行了分析与研究，这对于加快我国家具行业的智能化、现代化、机械化发展，具有重要意义。
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在家具批量生产过程中，通过应用工业机器人，不仅提高了家具生产的作业效率，创造了更高经济价值，而且有效减轻了工人的作业负担，对于整个行业安全管理也起到了非常好的影响。本文旨在通过探讨工业机器人在家具批量生产过程中的应用方式，以期为家具行业的发展提供参考[1,2]。
1、工业机器人在家具行业的应用现状
1.1 智能制造产业格局变化
近十年来，智能制造产业格局存在着明显的发展变化特点：大量传统型家具生产企业，在整体经营业绩方面出现了一定下滑，少数企业被整合。随着人们物质生活水平的提高，定制家具成为了行业发展的一个新方向，定制家具市场呈现出明显的快速发展趋势（如图1所示）。国内定制家具市场面临着前所未有的发展机遇，各种新兴应用技术以及大规模定制开始融入传统家具行业。以往纯手工生产作业模式已经无法满足生产制造的实际需要。今后，智能制造产业将会实现快速发展，也将实现高技术人员及各种人工智能的全方位高层次协同。工业机器人集中了各种最新科学技术，具有典型的机械化、自动化应用特点。在发展中实现了跨学科、跨技术领域的综合集成，涵盖了自动化控制、计算机技术、机械、电子等众多领域。工业机器人与定制家具的结合，将是今后家具行业发展的一个基本趋势[3,4,5]。
图1 室内定制家具
1.2 工业机器人在家具行业应用情况
在计算机信息技术推动下，整个社会都朝着信息化、多元化方向发展，传统家具行业也在发生着深刻变化。各种类型的定制家具持续增多，这些都对家具行业的生产制造效率提出了更高要求。家具行业只有提高自身生产效率，减少相关成本投入，体现客户个性化需求，才能在激烈的市场竞争环境中占据更多优势，这些都为工业机器人应用到家具行业创造了条件。从整体上看，我国家具行业对于工业机器人的认识、选择与应用都有了显著提升；但从具体应用上看，还存在着明显不足；工业机器人在家具行业的应用，主要还是起辅助作用，核心影响尚未体现出来[4,5,6,7,8]。
1.3 存在问题
由于我国在智能制造技术方面起步比较晚，与德国、美国等西方发达国家相比，在一些方面存在着明显差距。主要体现在以下方面：从整体发展投入上看，我国在智能制造方面的人财物力资源投入不够；人工智能领域当中的核心技术有不少还需要从国外引进，这使得我国人工智能的成本明显偏高。缺乏相关工业化发展的经验，在智能化生产上的创新性不够，人工智能与现代制造业的结合还需要进一步加深。由于中国是一个人口大国，就业是考核地方政府的一个重要标准，一旦大规模推广人工智能，将会对现有就业形势带来严重冲击[9,10]。
人工智能在传统家具行业的应用上也存在着不少问题，在定制家具背景下，家具的种类越来越多，实木家具、软体家具……单纯靠人工智能还无法做到科学有效处理[11]。家具生产包含的作业流程非常繁杂，尤其是定制家具需要非常多的工序，这都是现有人工智能无法满足的。工业机器人的购置、维护、使用等成本投入非常大，对于很多中小型家具制造企业而言，资金压力难以承受[12,13,14]。
2、工业机器人在家具行业关键工序的应用研究
2.1 码垛
在码垛操作中，码垛机械手作为末端执行器有着重要影响（如图2所示）。在码垛操作中，需要视觉、运动以及控制等系统的支撑。结合具体应用来看，码垛机器人能够在非常广的范围内运动，具有非常快的搬运速度。随着科学技术水平的提升，负载货物的重量也在不断增加，这对于码垛作业的创新发展具有深刻影响[15]。
图2 码垛机器人
2.2 分拣
在定制家具制造行业当中，分拣机器人手臂借助于板件上的二维码，通过扫描可以专门对相关材料或者板件做到有效标定，有助于更好把握它们在输送带上的具体位置。在图像匹配技术支持下，可以对经过识别以及定位的工件或者材料进行精准分拣，这样可以将类型不同的板件做到有效分类。以往人工分拣存在的出错、低效等情况，可以得到显著改善，从而提高物流运转等工作效率[16]。
2.3 搬运
当前，许多家具制造企业开始倾向于使用小巧灵活、承载力强的机器人来代替人工搬运。通过应用GPS导航系统，可以很好提高生产效率，将整个物流操作进行有效简化；这样可以将人工搬运过程中的各种问题隐患降到最低，而且最大限度提高搬运工作效率[17]。
2.4 打磨
对于定制家具而言，打磨有着非常高的质量要求。借助工业机器人进行打磨操作，可以提高打磨效率，有助于减少打磨的人工投入。同时，应用机器人技术进行打磨，人工打磨当中的灰尘、噪音等问题也得到了显著改善。用工业机器人进行打磨，使得打磨的工序更加的标准化、规范化、数字化[18]。
3、工业机器人在家具行业应用的关键因素分析
3.1 生产过程分析
以某知名家具公司的智能生产系统为例：一是智能仓库，在仓库的管理上，主要是使用WMS技术系统，该系统可以对家具物料的存储情况进行动态显示，这样可以减少仓库物料大量积压的情况，而且还有效提高了作业效率；二是板件标签二维码，在对板件进行开料后会贴上专属的二维码，通过扫描二维码可以获取尺寸加工、钻孔等相关信息；三是板件加工，这是一个智能系统的设备，通过对二维码的扫描，将设备传输到相应区域，在完成封边后，再经过升降度带机、悬臂式多层缓存区、链条式多层缓存料架，完成大小型号不同板件的区分，直到最后输送到钻孔区域等[19,20,21,22,23,24]。
3.2 系统技术分析
在定制家具ETO实现当中，从客户满意的角度出发，需要应用大数据、人工智能以及物联网等技术。由于定制家具包含的环节多，需要的零件较为复杂，这些都对生产管理流程提出了较高要求，为此，需要选择先进的技术管理执行系统来满足不同阶段的需求，这样才能让客户更加满意，对于生产效率的提高也有重要意义[25,26,27,28,29,30,31]。在定制家具不断增多的情况下，中型、大型家具企业面对的客户群体不断增大。为让客户与企业之间在各种信息管理上更加高效、有序，需要加快以MES为核心的智能制造执行系统建设，这样才能更好满足客户不同需求下的设计等工作。
3.3 技术人员分析
在定制家具生产过程中，智能化将会是基本趋势。在实际转变进程中，家具企业也应当多层面提升员工智能化水平。一方面，注重引进高素质技术人才，充实到基层生产制造一线，满足智能机器人等实际应用需要；另一方面，定期组织员工对工业机器人等的使用进行教育培训，提高员工对于智能化的了解与认识，从而强化自我危机意识，尽快提升自身的适应能力。
4、结语
随着家具批量生产技术的发展，工业机器人在家具行业的应用越来越广泛。本文通过介绍智能制造产业格局变化、工业机器人在家具行业应用情况以及存在问题，阐述了工业机器人在家具行业的应用现状，分析了工业机器人在码垛、分拣、搬运、打磨等关键工序的应用，进一步分析了工业机器人在家具行业应用的自动化生产过程、系统技术及技术人员等关键因素，这对于新时期家具行业智能化生产制造水平的提升具有重要意义。
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珍贵优良家具和装饰用材树种，一般指木材硬度高、密度大、颜色深、纹理美观、材质优良，具有特殊用途，市场上稀有，经济价值高，可用于制作高档家具、乐器工艺品和雕刻等木制品及高档装饰、装修材料的树种。漳州市老科学技术工作者协会日前组织相关专家对漳州发展珍贵优良家具和装饰用材林开展专题调研，在此基础上进行一些思考。
2020-12-21
智能家具的设计风格丰富，组合简洁，清新大方，符合现代人们审美标准。多功能家具造型新颖、使用方便、舒适实用，再加上智能化的融合，所以受到年轻消费者喜爱，同时也是小户型居室的首选。本文设计的智能多功用一体化床柜是将休息、工作、休闲等功能集于一体的智能床柜，造价适中，实用性强，适应于普通家庭，具有广阔的市场应用前景。
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木材干燥是木材加工的重要环节,是确保家具及木制品质量的关键技术。虽然一些特种干燥能够提高干燥速度、减少干燥缺陷[2,3,4],但木材常规干燥具有综合干燥优势,被木材加工企业广泛采用。然而,到目前为止还没有对风车木干燥工艺进行较为系统的研究,风车木的相关干燥特性尚未掌握[5],极大地影响了其干燥质量及在家具和木制品上的应用。
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本文以久盛地板有限公司生产的17种硬阔叶材树种实木地暖地板产品为研究对象,根据LY/T1700-2018木质地采暖地板的导热效能测量方法,测算17种树种的导热效能值,分析不同实木地暖地板导热效能的差异性,其结果可为研究实木地暖地板的导热性能提供借鉴,并有利于实木地暖地板的推广使用。
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国内刊号：41-1378/N
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2020-06-28
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