改革開放以來，我國家具制造業快速發展，制造能力大幅提升，2008年已經成為全球家具生產大國和出口第一大國。但近年來，受金融危機、人民幣升值、能源及原輔材料價格上揚、勞動力成本上升等因素的影響，我國家具制造企業的出口和內銷遭遇嚴重挑戰。在此背景下，信息技術、先進制造技術和大規模定制等生產模式，正在為我國家具制造業的轉型升級發揮積極的作用。
產品設計是制造業的靈魂。據統計，產品設計階段對產品總成本的影響通常占70%左右，約75%的產品質量問題由產品設計不合理導致。由此可見，開發設計技術，對于實現家具產品的大規模定制至關重要。本文闡述面向大規模定制的家具數字化設計技術，旨為我國家具企業的技術轉型升級提供參考。
1 大規模定制的基本內涵
大規模定制(Mass customization，MC)，又稱大批量定制、大規模客戶化生產和批量客戶化生產等，是一種集企業、客戶、供應商和環境于一體，在系統思想指導下，用整體優化的觀點，充分利用企業已有的各種資源，在標準化技術、現代設計方法學、信息技術和先進制造技術等支持下，根據客戶的個性化需求，以大批量生產的低成本、高質量和高效率，提供定制產品和服務的生產方式。
盡管大規模定制概念的產生僅有40年的歷史，但由于集成大規模生產和定制化生產的優勢，已成為企業競爭的新前沿，不僅己被美歐等眾多國外家具企業視為重獲競爭優勢的戰略選擇，而且在我國家具行業中也獲得關注，并已在櫥柜、衣柜等板式家具制造企業率先得到應用。
大規模定制的基本內涵，是基于標準化原理，利用系列化、模塊化等標準化設計方法，降低產品的內部多樣化（如零件、原材料、工藝等的種類），增加顧客可感知的產品外部多樣化（如產品的風格、顏色、規格等），并通過產品重組和過程重組，將產品定制生產轉化或部分轉化為零部件的批量生產，從而迅速向顧客提供低成本、高質量的定制產品。
為了實現大規模定制，家具產品的開發設計、制造以及管理等諸多環節，均需進行相應的調整和革新，以滿足“盡量設法降低產品內部多樣化，增加產品外部多樣化”的核心要求。
2 家具數字化設計的概念及應用現狀
2.1 家具數字化設計的概念
20世紀70年代以來，計算機輔助設計(Computer aided design，CAD)技術飛速發展，極大地提高設計效率和精度，有效地支持了產品的設計創新。在充分吸收數字化設計技術研究成果的基礎上，家具的CAD成為家具設計的發展方向。有關研究表明，家具企業采用CAD等數字化設計系統，可顯著縮短產品設計周期，減少設計階段的人工成本，并有助于企業實現復雜產品的生產。
不過，僅僅滿足“設計手段”數字化的CAD技術，只是產品數字化設計的最初應用形式；隨著相關研究的深入，數字化設計的內涵不斷得到擴展。真正意義上的數字化設計，是建立在計算機輔助技術基礎上的一種創新設計，更注重“設計過程”的數字化。因此，家具數字化設計可以定義為：在現代設計理論、方法和數字化設計手段的支持下，基于數字化設計平臺、面向設計過程的家具創新設計。
2.2 我國家具數字化設計技術的應用現狀
我國對家具數字化設計技術的研究與開發始于20世紀80年代，并取得一定成果。例如：1986年北京木材工業研究所研制的家具零部件及結構系統CAFD，1987年南京大學和南京木器廠共同開發的家具結構設計系統FCAD，上海家具公司與上海交通大學開發的室內設計和家具造型設計CAD系統；上海家具研究所研制開發的室內設計和家具造型CAD系統；1990年東北林業大學開發的刨花板家具結構強度有限元分析軟件SFCAD、32mm系列板式家具設計系統DLFDH；1992年重慶大學聯合光明家具集團開發的家具造型設計系統FCAD。但由于上述軟件功能有限，缺乏應有維護與技術升級等原因，未能在行業內得到推廣和應用。
1994年，美國歐特克(Autodesk)軟件（中國）有限公司成立，其開發的AutoCAD系列計算機輔助設計通用平臺，憑借易學易用及豐富的二次開發接口等特點，迅速打開了我國市場，并逐步得到我國家具企業的認可。中南林業科技大學適時推出的基于AutoCAD二次開發的家具設計系統CADF，以及《家具》雜志刊登的《計算機輔助家具設計系統》系列講座，為AutoCAD系列軟件在我國家具企業的應用，起到一定的推動作用。
在發達國家和地區，專門為木材加工、家具企業設計和開發軟件的行業已經形成，軟件的商品化也比較成熟。90年代中后期，隨著歐、美等海外家具企業逐步加大對我國的投資，一些國外的家具設計專業軟件也逐漸被引，其中以KCD Cabinet Designer、Cabinet Pro、Cabinet Vision Solid等美國櫥柜設計軟件為代表。但是，由于價格昂貴、格式不兼容或未經漢化、售后服務及技術支持渠道不暢等問題，這些專業軟件僅限于少數外資企業或OEM企業使用。
進入21世紀，我國家具制造和出口的規模不斷擴大，我國市場開始受到國外知名軟件公司的重視，如加拿大的20-20 Design、德國的Imos 3D、法國的TopSolid Wood、美國的Microvellum等家具設計軟件開發公司相繼進軍我國市場，通過提供家具數字化設計解決方案和技術支持，搶占我國家具制造企業中的高端用戶市場。
3 面向大規模定制的家具數字化設計體系
3.1 面向大規模定制家具設計的技術特征
面向大規模定制的生產模式對家具設計提出了全新的要求，使其完全有別于傳統大批量生產模式下的家具設計，并具有如下技術特征。
1)設計面向產品族，而不是單個產品。
通過分析顧客的需求，根據擬采用的定制方法提取變型參數，同時對一族產品進行設計，從而形成可變型的產品模型。以產品族的方式進行產品設計和管理，改變了孤立設計單一產品的傳統模式，不僅可簡化產品設計、縮短制造時間，而且可有效降低產品設計、制造和管理的成本。
2)設計面向模塊化，而不是終端產品本身。
基于模塊化設計的基本思想，結合客戶需求，對家具產品族進行全面分析，將具有相同或相似功能的單元部件加以分離，開發出一些具有獨立功能的家具模塊化產品。通過對模塊重新組合，形成完整的產品族，實現家具產品的多樣化和個性化。
3)設計面向家具產品的全生命周期，而不僅僅停留在家具產品的開發設計階段。
面向大規模定制的家具設計，不僅要縮短家具產品的開發設計周期，提高產品的開發質量，而且應考慮產品的開發設計、制造、管理、營銷、售后服務等全生命周期，即在其整個生命周期實行產品族管理。
3.2 面向大規模定制的家具數字化設計技術體系
由圖1所示可知，面向大規模定制的家具數字化設計基于客戶的需求，面向制造和裝配，包括家具開發、家具設計和家具工程分析等三個主要設計過程。
圖1 面向大規模定制的家具數字化設計技術體系
1)家具開發數字化
是一個明確并實現客戶需求的創造性過程主要基于產品族和模塊化的設計方法，并通過面向特征的參數化建模技術，建立貫穿設計全過程的家具產品主模型。該階段關鍵技術為計算機輔助概念設計(Computer aided concept design，CACD)，具體包含家具產品概念設計、參數分析等。
2)家具設計數字化
對家具產品主模型采用配置設計和變型設計等方法，實現家具定制產品的快速設計，并迅速提供準確的報價。關鍵技術主要是計算機輔助工業設計(Computer aided industrial design,CAID)，具體包括：貫徹工業設計的理念和方法運用數字化設計手段，實現家具產品形態、色彩、人體工程學和美學原則的定量化描述和評價。
3)家具工程分析數字化
關鍵技術主要有計算機輔助工程分析(Computer aided engineering，CAE)，即對家具整體設計和零部件進行強度等有限元分析，進行虛擬裝配和干涉檢查，以保證設計功能符合實際工程需要，并使家具產品重量、用料、結構、成本達到最優化。
CAE在提升企業研發能力、提高產品質量等方面起著重要的作用，已經成為聯系“設計”與“制造”的紐帶及關鍵環節，具有從設計技術體系中獨立，發展成為工程分析技術體系的趨勢。
4 我國實現面向大規模定制的家具數字化設計亟待解決的問題
數字化設計技術在我國家具企業已有近20年的應用，也涌現了一些自主研發家具數字化設計系統的企業。但是，大多數家具制造企業仍停留在單純的數字化繪圖階段，距離實現真正意義上的家具數字化設計還存在著很大的差距。筆者認為，我國家具制造業要實現面向大規模定制的家具數字化設計，亟待解決如下三方面的問題：
1)開發具有自主知識產權的家具數字化設計系統。
雖然國產家具數字化設計系統的二維制圖功能，與AutoCAD等通用軟件相差不大，但在三維參數化建模技術、工程數據庫等方面，與國外成熟產品的差距較大。尤其是尚未出現具有自主品牌的家具數字化設計系統，造成我國面向大規模定制的家具數字化設計系統的對外依賴性較強。
2)培養設計人員的全局觀。
大多數家具制造企業認識到數字化設計的重要性，但往往只關注設計手段的數字化，而忽視設計過程的數字化，或僅將數字化設計系統作為繪圖工具。特別是現有教育體系和產業環境中培養的家具設計人員，往往比較關注產品設計本身，普遍忽視客戶的需求，以及家具產品的加工性能、制造成本、生產周期等全局性問題。不合理的開發設計，往往是造成產品質量問題和成本高企的主要根源。
3)攻克設計與制造一體化的瓶頸。
為謀求轉型升級，家具制造企業紛紛加大了在數字化設計軟件、數控制造設備和管理信息系統等方面的投資，但存在軟件與設備系統的接口不通、數據轉換不暢和信息無法共享等問題，系統的集成應用功能無法發揮，不僅造成系統功能的閑置和浪費，而且無法通過“面向可制造性的設計”和“面向可裝配性的設計”，解決家具產品在實際制造和裝配前的可制造性和可裝配性等問題。
5 結語
我國家具制造業已經具備了應用數字化設計技術的基礎，但要實現面向大規模定制的家具數字化設計，一方面尚需加強產品技術研究，形成具有自主知識產權和市場競爭力的產品，另一方面還需要重視培養設計人員的全局觀，通過面向可制造性和可裝配性的設計，實現家具產品設計與制造的一體化。
軟件開發企業、家具制造企業、科研院所和高校等，應聯合實現產、學、研協作，突破面向大規模定制的家具數字化設計技術的瓶頸，逐步提升我國家具制造業應用信息技術、先進制造技術和大規模定制等生產模式的水平，推進我國家具制造業的轉型升級。
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