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      本文在對(duì)家具產(chǎn)品協(xié)同定制設(shè)計(jì)需求分析的基礎(chǔ)上，建立了面向家具產(chǎn)品協(xié)同定制工作的體系結(jié)構(gòu)，并研究了協(xié)同環(huán)境下實(shí)現(xiàn)家具產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)所涉及的基于模塊化和基于可調(diào)節(jié)因子的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型建立、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化設(shè)計(jì)功能組件以及協(xié)同環(huán)境支持工具等關(guān)鍵技術(shù)。 

　　0 引言

　　中國(guó)己成為重要的家具生產(chǎn)基地和出口基地，培養(yǎng)和吸引了大批的家具研發(fā)技術(shù)人員和制造從業(yè)人員，形成了較為完善的家具設(shè)計(jì)制造加工產(chǎn)業(yè)鏈。但中國(guó)家具制造業(yè)雖然已形成較大規(guī)模，卻多以勞動(dòng)密集型產(chǎn)品為主，不少企業(yè)引入了、CAM技術(shù)和設(shè)備，但由于產(chǎn)品信息管理手段和方式的相對(duì)落后，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息的高度集成和共享，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、管理、服務(wù)等各個(gè)流程和水平相比尚有較大差距。

　　家具產(chǎn)品是客戶(hù)化要求非常高的產(chǎn)品，產(chǎn)品創(chuàng)新能力是家具企業(yè)的生命。創(chuàng)新性與客戶(hù)化的家具家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)也需要專(zhuān)家、伙伴企業(yè)或客戶(hù)的親自參與。面對(duì)動(dòng)態(tài)多變、創(chuàng)新資源分散化和社會(huì)化等特點(diǎn)，有效的協(xié)同工作機(jī)制、模式及軟件支撐成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。 

　　近年來(lái)，眾多學(xué)者對(duì)協(xié)同定制數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵技術(shù)從多方面進(jìn)行了研究，取得了一些成果。綜合分析目前該領(lǐng)域的研究成果，還存在沒(méi)有真正意義上的與家具行業(yè)和企業(yè)融合等問(wèn)題。因此，本文以家具產(chǎn)品為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究異地協(xié)同工作技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)等，為家具行業(yè)進(jìn)行規(guī)?；ㄖ泼艚葜圃炷Ｊ窖邪l(fā)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

　　1 家具產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)與制造的需求分析

　　隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們生活水平日益提高和居住條件的改善，家具的更新周期越來(lái)越短，而其功能的多樣性和特殊性的要求越來(lái)越高，家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造的需求也相應(yīng)發(fā)生了變化，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1)實(shí)現(xiàn)從量變到質(zhì)變需求

　　家具與家居行業(yè)作為與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活需要密切相關(guān)的“常青產(chǎn)業(yè)”。未來(lái)5-10年，在國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求旺盛、國(guó)際家具產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的背景下，中國(guó)家具將進(jìn)入第二個(gè)高速發(fā)展期，這個(gè)時(shí)期主要不是以量的擴(kuò)張為主，而是以質(zhì)的提高為主，其工業(yè)素質(zhì)的提升和制造技術(shù)的創(chuàng)新，傳統(tǒng)家具行業(yè)的改造、升級(jí)與轉(zhuǎn)型，各家具企業(yè)都面臨著產(chǎn)品升級(jí)換代的壓力，渴望可以通過(guò)設(shè)計(jì)創(chuàng)新和敏捷制造使產(chǎn)品賣(mài)點(diǎn)清晰并取得更大的。

2)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制需求

　　隨著國(guó)內(nèi)房?jī)r(jià)的一路走高，消費(fèi)者既希望購(gòu)置的家具能彰顯文化品位，更希望家具能充分利用空問(wèn)以節(jié)省或拓展住房面積，希望住房里有梁有柱和邊界不周正的地方能充分利用，儲(chǔ)存空間設(shè)計(jì)合理。對(duì)消費(fèi)者日益擴(kuò)大的多樣化、個(gè)性化需求，需要采用*的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式，按訂單柔性生產(chǎn)的設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)能力。

　　現(xiàn)有的定制設(shè)計(jì)系統(tǒng)都是對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)選擇或模塊組合，并不能真正滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化需求。顧客只能根據(jù)現(xiàn)有的信息選擇現(xiàn)有的產(chǎn)品，不能體現(xiàn)面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)特點(diǎn)。大多數(shù)系統(tǒng)沒(méi)有對(duì)產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行合理的約束和判斷，因此定制結(jié)果不一定合理。系統(tǒng)沒(méi)有給出定制產(chǎn)品是否合理的提示信息。并且現(xiàn)有定制系統(tǒng)一般為單向信息流動(dòng)，只是顧客提交定制信息給系統(tǒng)，沒(méi)有系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)反饋給顧客，從而缺乏顧客與企業(yè)之間的信息交流。包括顧客對(duì)產(chǎn)品需求、定制產(chǎn)品的更改、產(chǎn)品訂單狀態(tài)等信息的傳遞。大多數(shù)定制系統(tǒng)在顧客完成定制后，提供給顧客的只是簡(jiǎn)單的產(chǎn)品參數(shù)選擇列表信息，或者是簡(jiǎn)單的二維圖片信息，沒(méi)有提供定制產(chǎn)品的詳細(xì)信息（包括產(chǎn)品的三維模型信息、產(chǎn)品訂單信息、產(chǎn)品價(jià)格信息等），從而造成顧客對(duì)定制產(chǎn)品的信息模糊不清。

3)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造數(shù)字化需求

　　家具企業(yè)中各種信息（如圖形、數(shù)據(jù)、知識(shí)、技能等）均以數(shù)字化的形式表示，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間、企業(yè)和經(jīng)銷(xiāo)商間傳遞，且在虛擬現(xiàn)實(shí)、快速原型、數(shù)據(jù)庫(kù)等多種數(shù)字化技術(shù)的支持下，迅速協(xié)同設(shè)計(jì)并制造出相應(yīng)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的快速重組與對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)。

4)面向產(chǎn)品全生命周期需求

　　家具產(chǎn)品生命周期包括市場(chǎng)調(diào)研、設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售、維護(hù)服務(wù)等。為避免差錯(cuò)和減少返工，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段必須全面考慮產(chǎn)品生命周期各階段的要求，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的各個(gè)版本進(jìn)行存儲(chǔ)，合理進(jìn)行家具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理。

5)協(xié)同工作環(huán)境的需求

　　家具產(chǎn)品的定制是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，需要多領(lǐng)域人員的參與?？蛻?hù)、設(shè)計(jì)師、拆單員、管理者等一個(gè)群體為了能夠有效地進(jìn)行協(xié)作，必須有一個(gè)協(xié)同工作機(jī)制，進(jìn)行項(xiàng)目管理、任務(wù)規(guī)劃、進(jìn)度監(jiān)控等過(guò)程管理的工作。

　　2 家具產(chǎn)品協(xié)同定制數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的體系結(jié)構(gòu)

　　針對(duì)家具中某一范圍內(nèi)的產(chǎn)品，根據(jù)現(xiàn)有的和未來(lái)的可預(yù)測(cè)得客戶(hù)需求，建立由該類(lèi)相似產(chǎn)品組成的產(chǎn)品族；在產(chǎn)品族模型的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)，根據(jù)客戶(hù)的具體需求來(lái)快速生成定制產(chǎn)品，并對(duì)定制產(chǎn)品的成本和合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。并將網(wǎng)上定制系統(tǒng)與ERP、PDM相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的功能集成和管理上的職能集成。協(xié)同定制設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：數(shù)字化產(chǎn)品族模型的建立、定制產(chǎn)品的生成和定制產(chǎn)品的成本估算。

　　基于模塊化和基于可調(diào)節(jié)因子的產(chǎn)品族設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，對(duì)協(xié)同定制家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行全面的研究，使顧客真正參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，充分體現(xiàn)顧客在購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中由“被動(dòng)接受”到“主動(dòng)選擇”地位的轉(zhuǎn)變。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的定制設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠在顧客提交定制產(chǎn)品時(shí)對(duì)產(chǎn)品的合理性做出判斷，并結(jié)合原有產(chǎn)品實(shí)例對(duì)新定制的產(chǎn)品進(jìn)行推理設(shè)計(jì)，將最終設(shè)計(jì)結(jié)果以VRML形式展現(xiàn)，更加形象直觀地實(shí)現(xiàn)真正意義的網(wǎng)上定制設(shè)計(jì)。

3 實(shí)現(xiàn)家具產(chǎn)品協(xié)同定制數(shù)字化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1 協(xié)同環(huán)境下的定制設(shè)計(jì)系統(tǒng)

　　向客戶(hù)提供與設(shè)計(jì)人員交流的手段和場(chǎng)所，包括電子郵件、共享白板、同步瀏覽、視頻會(huì)議和遠(yuǎn)程控制等各種協(xié)同工具；向各階段工程設(shè)計(jì)人員提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的協(xié)同及管理工具。為支持多方設(shè)計(jì)群體的協(xié)同工作，系統(tǒng)須提供網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)管理、操作協(xié)調(diào)與沖突仲裁等基本功能。

　　基于產(chǎn)品族零部件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的相似性、通用性，利用標(biāo)準(zhǔn)化模塊化等方法降低產(chǎn)品的內(nèi)部多樣性。建立產(chǎn)品族模型所需的質(zhì)量功能配置、相容決策支持問(wèn)題、BOM表和事物特性表等技術(shù)；實(shí)現(xiàn)定制產(chǎn)品的基于實(shí)例的推理技術(shù)、變型設(shè)計(jì)、參數(shù)化CAD技術(shù)；實(shí)現(xiàn)成本估算的特征提取等。增加顧客可感知的外部多樣性，通過(guò)產(chǎn)品和過(guò)程重組將產(chǎn)品定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)化或部分轉(zhuǎn)化為零部件的批量生產(chǎn)，從而迅速向顧客提供低成本、高質(zhì)量的定制產(chǎn)品。

3.2 基于KBE的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)

3.2.1 數(shù)字化產(chǎn)品建模過(guò)程

　　按照數(shù)字化設(shè)計(jì)的要求，把家具設(shè)計(jì)過(guò)程中積累的知識(shí)進(jìn)行收集、提取、整理和存儲(chǔ)，以方便新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)?；谥R(shí)的家具數(shù)字化設(shè)計(jì)建模是在設(shè)計(jì)需求分析的基礎(chǔ)上，檢索設(shè)計(jì)知識(shí)字典目錄，查找家具產(chǎn)品模型庫(kù)，如果存在知識(shí)重用模型，對(duì)其進(jìn)行變異設(shè)計(jì)，生成知識(shí)進(jìn)化模型，并重新添加到模型庫(kù)中，如果沒(méi)有可參考的模型，則進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，形成新的模型，最終的設(shè)計(jì)模型就成為數(shù)字化快速設(shè)計(jì)模型。

3.2.2 知識(shí)粒度與知識(shí)鏈

　　板式家具、櫥柜、辦公家具、實(shí)木/軟體家具、商場(chǎng)家具/家具配套產(chǎn)品將家具中方材設(shè)計(jì)知識(shí)、板件設(shè)計(jì)知識(shí)、木框設(shè)計(jì)知識(shí)、箱框設(shè)計(jì)知識(shí)和五金配件知識(shí)等不同粒度的知識(shí)根據(jù)家具設(shè)計(jì)的需求以一定的邏輯方式銜接起來(lái)，形成一條知識(shí)供應(yīng)鏈以供給處于不同地域的多領(lǐng)域人員使用。

3.2.3 家具產(chǎn)品編碼

　　由于家具產(chǎn)品種類(lèi)繁多，且結(jié)構(gòu)層次分明，涉及的知識(shí)面廣，所以用成組技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)相似、功能相似、工藝相似的家具產(chǎn)品進(jìn)行分類(lèi)編碼，以便在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)不同類(lèi)別的家具、不同種類(lèi)、不同層次的零部件采用相應(yīng)的知識(shí)或知識(shí)鏈進(jìn)行智能設(shè)計(jì)，并將成功的設(shè)計(jì)結(jié)果按編碼存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的實(shí)例庫(kù)中。對(duì)于產(chǎn)品層次編碼，系統(tǒng)按照產(chǎn)品族部件族和零件族的層次建立相應(yīng)的編碼以方便實(shí)例檢索；而對(duì)于零件族編碼，產(chǎn)品零件族編碼比產(chǎn)品族部件族要表達(dá)的內(nèi)容多，描述零件的特征復(fù)雜，需要兼顧成組編碼法中串式和并式兩種模式，建立柔性化、可擴(kuò)充的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)零件編碼表達(dá)模型。

3.2.4 知識(shí)工程KBE與CAX的全面融合

　　全面融合的模式在遵守協(xié)約的協(xié)同工作平臺(tái)上通過(guò)數(shù)據(jù)接和動(dòng)態(tài)資源庫(kù)連接實(shí)現(xiàn)知識(shí)的“無(wú)界”交互，保持協(xié)同工作中實(shí)例庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)等動(dòng)態(tài)資源的實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享。

3.2.5 基于知識(shí)復(fù)用的組件設(shè)計(jì)

　　知識(shí)復(fù)用的形態(tài)核心是組件和基于組件的開(kāi)發(fā)。家具設(shè)計(jì)組件有零件級(jí)組件，也有裝配級(jí)組件，這些組件的應(yīng)用一部分運(yùn)行在客戶(hù)端，一部分在中間層，一部分運(yùn)行在后端數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，它們?cè)诓煌恢玫膽?yīng)用采用不同的編程語(yǔ)言編寫(xiě)，例如在客戶(hù)端可以用ASP語(yǔ)言編程以便設(shè)計(jì)者輸入設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求；在服務(wù)端用VB以實(shí)現(xiàn)家具產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)；通過(guò)Socket通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的遠(yuǎn)程傳遞。

3.3 家具產(chǎn)品協(xié)同創(chuàng)新數(shù)字化設(shè)計(jì)支撐工具

3.3.1 協(xié)同推理工具

　　組件中開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)模板有許多，是提供給設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)用的，如何使設(shè)計(jì)者正確地使用這些模板進(jìn)行快速設(shè)計(jì)，即針對(duì)給定的新需求，系統(tǒng)如何自動(dòng)地分析與推理，尋找合適的相似設(shè)計(jì)模板，供設(shè)計(jì)者修改或借鑒，完成新品開(kāi)發(fā)，這是家具產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，選用一種基于規(guī)則和實(shí)例的協(xié)同推理技術(shù)CBD(Case-Based Design，CBD)來(lái)求解家具產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)；為體現(xiàn)設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)的應(yīng)用情況，選用面向?qū)ο蟮闹R(shí)表達(dá)方法OOKR(Object-Oriented Knowledge Representation)來(lái)描述家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)；根據(jù)產(chǎn)品、部件、零件相似設(shè)計(jì)不同層次的需要進(jìn)行相似度量。

3.3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)工具

　　對(duì)于某個(gè)家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)，不同的設(shè)計(jì)者往往會(huì)提供不同的設(shè)計(jì)方案，究竟采用哪一種設(shè)計(jì)方案，需要多領(lǐng)域?qū)＜夜餐瑳Q策。在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，有些評(píng)價(jià)指標(biāo)很難進(jìn)行定量分析，因此需要采用模糊綜合評(píng)價(jià)法來(lái)裁定設(shè)計(jì)結(jié)果。

3.4 網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)

　　分布對(duì)象技術(shù)己成為建立應(yīng)用框架和軟構(gòu)件的核心技術(shù)，系統(tǒng)采用ActiveX/分布式組件對(duì)象模型，開(kāi)發(fā)ActiveX控件，嵌入Web頁(yè)面中供用戶(hù)使用。

3.5 CAD/CAE/CAPP/CAM集成數(shù)據(jù)管理技術(shù)

CAD/CAE/CAPP/CAM的協(xié)同工作中，往往存在產(chǎn)品信息關(guān)聯(lián)差，信息表達(dá)不充分等問(wèn)題，為此采用STEP產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，STEP規(guī)定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造等全生命周期中所包含的各種信息，為各領(lǐng)域的協(xié)同工作提供了產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換和共享的基礎(chǔ)。系統(tǒng)建立在基于特征的協(xié)同設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，如設(shè)計(jì)特征、制造特征、形狀特征、材料特征、工藝特征、協(xié)作管理特征等。

　　4 櫥柜類(lèi)家具產(chǎn)品協(xié)同定制數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用

　　協(xié)同定制設(shè)計(jì)系統(tǒng)服務(wù)于小批量、多品種需求的板式柜類(lèi)家具產(chǎn)品敏捷制造模式，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDM)集成櫥柜研制過(guò)程中所有產(chǎn)品信息，以CAPP提供工藝模塊。該系統(tǒng)能夠在顧客提交定制產(chǎn)品時(shí)對(duì)產(chǎn)品的合理性做出判斷，結(jié)合緣由產(chǎn)品實(shí)例對(duì)新定制的產(chǎn)品進(jìn)行推理設(shè)計(jì)，將最終結(jié)果以VRML形式展現(xiàn)在客戶(hù)面前。

　　在上述研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)面向櫥柜類(lèi)家具產(chǎn)品協(xié)同定制數(shù)字化設(shè)計(jì)的原型系統(tǒng)，以CAD軟件進(jìn)行數(shù)字化二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，使用Visual InterDev進(jìn)行ASP網(wǎng)頁(yè)制作，使用VC++來(lái)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)特定功能Active控件，通過(guò)Socket編程實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與服務(wù)器端應(yīng)用程序通訊。定制系統(tǒng)與MV軟件無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)柔性參數(shù)化建模，MV的每個(gè)產(chǎn)品庫(kù)模型都具有邏輯判斷規(guī)則，能夠?qū)⑵髽I(yè)生產(chǎn)工藝通過(guò)邏輯判斷規(guī)則融入設(shè)計(jì)中并且能夠?qū)?hù)所具有的任意三軸的CNC設(shè)備。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的融合已成為家具制造業(yè)重要發(fā)展方向，家具行業(yè)具有鮮明的傳統(tǒng)加工特點(diǎn)，企業(yè)要從傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型的模式脫離，實(shí)現(xiàn)家具設(shè)計(jì)制造技術(shù)向集成化、數(shù)字化、柔性化、敏捷化方向發(fā)展，使我國(guó)的家具研制水平逐步與國(guó)際接軌。家具產(chǎn)品協(xié)同定制數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)在研究分布式處理技術(shù)、DFX技術(shù)、基于模塊化和基于可調(diào)節(jié)因子的產(chǎn)品族設(shè)計(jì)技術(shù)、PDM技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)家具產(chǎn)品的協(xié)同定制設(shè)計(jì)與制造，為家具研制由傳統(tǒng)方式向協(xié)同定制數(shù)字化設(shè)計(jì)制造方式轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支持。