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家具业大规模定制的设计方法

困扰目前国内家具业和整个制造业的难题是：小批量多品种与大批量生产之间的矛盾。在这个充满个性化的时代，人们都在追求个性，强调个性，尊重个性，而在工业化的制造技术支撑下的制造业却更适合高效快速生产大批量小品种的产品。当这种矛盾突显出来时，业内开始寻找解决办法--大规模定制成为一种必然，并迅速在制造业扩展开来。
　　大规模定制是企业采用技术和管理手段实现对每个顾客的个性化定制，而成本和时间同大批量生产相一致的生产模式。其所面临和亟待解决的问题是：速度和成本。企业需要以高速高效的方式对市场需求作快速的反应，同时以低投入低成本来实现材料到商品的转化。而产品设计阶段的成本一般占到整个产品成本的80%，其开发时间也在整个产品生命周期中占相当比重，任何生产方式的成功都离不开与其相适应的设计方法。因此，寻找一种快速高效的设计方法显得尤其必要。
　　一、大规模定制设计
　　大规模定制设计的概念是：采用并行流程围绕产品族进行设计，以有效地满足客户需求。这种设计方法的目标是在产品设计的早期进行整体概念设计的同时，考虑范围经济性和批量经济性，其重点是建立合理的产品族结构，同时完成一组产品的开发设计。大规模设计的流程图如图1。

　　流程图中最快速的方法是从客户需求直接到可变性产品的模型的转变，他跳跃了声品设计的过程，而比较容易接受的方法是通过快速设计方法，缩短产品的开发时间，获得满足客户需求的产品，该产品是在可制造产品模型基础上的可变形产品模型。家具制造业采用大规模定制设计的目标是通过扩大产品中标准零件、模块以及容易定制的零件比例来提高速度，降低成本。大规模定制设计与传统的反应式设计两种设计方法所产生的设计效果完全不同。在设计中以模块的标准化和通用化为指导依据，尽量减少非标定制板件和模块的数量。
　　二、大规模定制设计方法
　　传统的产品设计流程耗时时间长，而且产品的开发与设计同时进行（见图3）。而大规模定制设计为了省时省力，就要把产品开发阶段和设计阶段相分离，在产品开发阶段对客户需求进行定位，分析已经拥有的客户需求，预测未来的客户需求，进行分析立项，建立产品族结构；快速设计阶段则在产品开发阶段的基础上，运用并行流程，加强流程间的合作，在家具产品的模块设计划分和零部件设计中取得一致，尽量利用相同的设计成果，促进设计成果重用，快速实现随时到来的客户需求。
　　方法一：模块化设计
　　实现大规模定制的基础是零部件的标准化、规范化和通用化。家具大规模定制期望达到的目标是“构件="产品”、“构件+五金接口”。因此，以原材料利用率、工厂工艺技术能力、产品的种类及零部件特征的分析为指导，应用产品结构分析、零件分析、参数分析、编码技术，对零件的使用频谱进行科学合理的分析，为模块的确定奠定基础。"
　　1． 模块化设计的含义
　　模块化设计是大规模定制设计的方法之一。模块是一些基本制造的基本单元，它具有通用性、标准化的特点，可以通过各种不同的组合装配以实现产品的定制。模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分出一系列的功能模块，通过模块的选择和组合，构成不同产品，以满足市场不同需求的一种设计方法。
　　对于现代家具设计而言，模块化设计是一种行之有效的方法。模块化设计是建立在模块的定义与组织之上的，对特定产品和系统，模块的划分不是随意的，它应遵循以下原则：
　　（1）产品族的划分
　　对于模块的确定，要以一个产品族为依据来划分，对该产品族进行分析后，确定其中的模块。
　　（2）设计制造中的重复性
　　模块化设计的最终目的是实现大批量生产和制造，因此，其划分要依据设计制造中的重复性来确定，出现和使用频率高的确定为模块。
　　（3）产品的全生命周期
　　进行模块化设计的目的是缩短产品的开发设计时间，实现快速设计。模块的划分要能够缩短产品设计的周期。
　　2．模块化设计的优越性
　　（1）缩短产品的设计周期。
　　据统计，在设计过程中利用模块化设计能节约50%的时间，这主要体现在两个方面：在产品开发阶段，设计人员可以利用大量系统中通用的模块，通过标准模块与非标准模块的组合，创新产品，从而缩短了产品的开发时间；而在进行新产品的设计时，可以全部利用已有的模块或增加少量的专用模块来组合满足用户订货需求的品种。
　　（2）有利于降低成本，增强产品的竞争力。
　　大量的模块进行批量生产，可对一批产品从开料到加工实现大批量生产，降低成本，减少废品率。
　　3．家具模块体系研究
　　家具的模块，可以分为功能模块、结构模块、单元模块。这种模块在一个产品族或一个生产企业具有标准性、系统性、通用性的特点。板式家具的模块有如下三个系统：
　　（1）标准模块--标准单体（板式家具）
　　　　专用模块--非标准单体（板式家具）
　　（2）标准模块--标准板件（板式家具）
　　　　专用模块--非标准板件（板式家具）
　　　　接　　口--五金配件（板式家具）
　　（3）标准模块--标准单体、标准板件（板式家具）
　　　　专用模块--非标准单体、非标准板件（板式家具）
　　　　接　　口--五金连接件（板式家具）
在上面的体系中，体系二更适合目前的中国板式家具行业。这种组合既符合快速设计需求，也符合生产自制造的持点，同时在一定程度和范围上尽量满足了客户需求。以卧室大衣橱为例，其设计模块分析如图4。
　　在设计中，对标准模块进行借用，而对有美学要求的门板、屉面板进行特殊设计，在具体实施设计时，只需对非标板件进行造型设计和结构设计，而对于标准板件，从图中进行调用即可完成。
　　此外，对于一个企业，可以建立自己的模块化设计系统，例如抽屉、橱柜的柜体等，尽量减少模块的种类，从而降低制造的间接成本和供应链的成本。
　　这种模块化设计的理念的引人，可以引导制造中的模块化，使企业高效快速地对市场需求做出反应，实现大规模定制的生产模式，创造高收益。
方法二：成组技术设计方法
　　成组技术是一项把技术和管理紧密结合在一起的综合技术。它可以应用于产品设计、生产制造和管理活动的各种环节，使整个系统合理化和现代化。
　　成组技术主要是利用对千差万别的各种零件的分类归组，将具有相似特征或属性的零件归并成组，并建立供检索和重复使用的信息和资源库，或给出同一组的共性部分的标准或统一的工艺方法，目的在于在设计和生产中扩大相似零件的批量，降低因人为的差异带来的重复设计、重复生产所造成的生产技术准备的成本，从而提高设计速度和生产效率，降低成本，取得相应的规模效益。
　　传统的设计开发流程中，从立项调研、论证、绘图、工艺准备、样品制作、修改定型到生产，开发的周期时间长，而且设计人员70％的时间用在重复绘图、改变图样上。因为对一个家具企业而言，产品的开发设计具有系统性和继承性，因而已经生产和使用成熟技术、方法是十分宝贵的财富，在新产品开发设计中要应用这些技术方法。
　　成组技术的运用，首先要从产品的研发阶段开始，摆脱传统的设计开发模式，使产品设计实现简单化、模块化、标准化和快速化，使企业最大限度利用现有的资源，实现产品研发设计的合理性。
　　1．成组技术设计模式
　　家具是零部件装配形成的产品。一个企业根据内部产品零部件的属性和图形信息，建立相应的图册和图形库。图册和图形库的内容是所有产品的图纸，图纸按照产品的零部件分类编号，用于手工和计算机检索使用。其设计流程如图5所示。

　　设计人员根据总体设计要求，首先进行产品的检索，查寻图册和图形库中系列产品资料，并将这些资料与新产品设计要求进行比较，确定出不需要更改、可以继承和直接使用的部件图，再通过部件检索确定那些部件是可以通过局部修改而使用的部件图，对于不能继承借用的部件、修改的部件或需要进行创新设计的部件，分解成若干零件。按照零件的类别再去检索有无直接借用的同类零件或仅需局部更改后便可使用的零件图。这种直接借用图纸的方法节省了重新设计绘图的人力、物力、财力和时间，加快了设计速度，便于实现快速设计；对于需做局部修改而使用的部件图、有关的生产工艺技术资料稍做修改即可使用，有的工艺可以直接沿用，比完全重新设计快了很多。节省的对间，可以直接用于需要工艺技术创新的关健部位或需要重新设计的零部件的开发设计。
　　2．成组技术在CAD中的应用
　　计算机辅助设计（CAD）己广泛应用于家具设计与制造系统。企业在原有CAD技术和基础上，可以将部门间的CAD联网操作，建立CAD工作站，形成本企业系列产品零部件的数据库。在进行产品开发时，首先检索数据库，其流程是：查寻--继承借用--修改设计--创新设计，依据流程分层完成产品--部件设计--零件设计，并将新产品的设计按照同样的分类、标识、存储的方法补充到数据库，以备开发设计检索使用。
　　方法三：面向并行工程的并行设计方法
　　并行工程是一种系统工程动态优化处理问题的方法。美国防务分析研究所（1DA）1988年2月提出：“并行工程是一种系统集成的方法，它采用并行方法处理产品设计及其相关过程，包括制造及支持过程，这种方法可以使开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到消亡的整个寿命周期中的所有因素，包括质量、成本、作业调度及用户需求”。以尽可能短的时间，尽可能低的成本，生产出质量尽可能好的产品，是在竞争日益激烈的市场经济中求生存的唯一方式。
　　1．并行工程模式
　　并行工程是相对于传统的串行工程而言的。一个新产品的问世要经过一系列的生产经营活动，这些活动包括：市场分析与技术论证--方案设计--工程制图--工艺工装设计--样件试制--批量生产--销售及服务。
　　在传统的串行模式下，上述过程是一维串行的，先后有序的，在每个阶段一般只有一个部门，每张图纸只有一个人参与。比如，在设计完成审批结束之后，工艺部门才能收到工程图纸，进行工艺工装设计，这就势必造成设计部门与工艺部门在产品设计工艺上的纷争，反复修改，不仅使产品开发过程时间拖得很长，延误产品投入市场的时间，而且不易保证设计质量。并行过程就是将产品开发的各个阶段，尽可能同步进行，一张图纸多人共同参与，从而可以缩短研制开发周期，提高产品的设计质量，降低成本，使得产品以最快的速度上市并一举占领市场。

　　并行工程并不是要省去产品常规设计制造过程中的任一环节，也不是让设计与生产重叠同步，而是要求从产品设计的一开始就有明确的全局观点，一体化、并行地进行产品及其有关过程设计，密切设计与后续环节的联系，注重设计、工艺、制造、服务全过程的全面质量和整体效益，尤其注重早期概念设计阶段的并行协调。并行工程强调人员的集体协同工作，对人的网络与电子网络给以同样的重视。并行作业的队伍包括从设计、制图、工艺、制造工程、数控和产品支持等众多人员和部门，这些团队成员共享数据是十分重要的。 并行工程模式如图6。
　　（1）并行设计方法
　　并行工程的核心是并行设计。在图6中，由设计协调组成并行工程模式的中心，对各个部门进行协调，达到在最短的时间内使新开发的产品上市的目标。
　　产品的设计包括产品的方案设计（完成产品从造型、结构、功能等的设计全过程）、技术设计、工艺设计等阶段，在串行设计中，各设计阶段依次进行，只有在产品样品制作完成后才可以进入设计评价与修改，而应用并行设计的方法，在方案设计、技术设计、工艺设计等阶段都及时反馈信息，修订产品的设计方案，设计出适合市场需要的产品。
　　（2）串行设计与并行设计的比较
　　串行工作方法与并行工作方法比较如下。
　　从比较图中，不难看出。并行工作方法在概念的形成即产品的开发阶段，顾客、供应商、评审人员、生产人员都参与其中，不断的形成产品的信息，并及时反馈给设计人员。并行工作方法不仅节省时间，更重要的是，形成的产品集合了生产、使用、销售、设计等所有相关人员的心血，更能适应市场，具有更旺盛的生命力。
　　在具体的工作模式上，串行与并行也有所不同。其比较如图7。并行工程的工作中，方案设计阶段同时考虑工艺设计，工艺设计阶段又同时考虑加工制造，这样使得每一步的工作都和企业的实际情况紧密结合，避免了串行工作中的开发阶段不符合实际而造成的生产成本浪费等问题。
　　无论是模块化设计、成组技术设计方法还是并行设计，其所达到的预期目标都是缩短产品开发周期，实现大批量生产和大规模定制。而且，设计方法都是以高科技为技术支持，离不开计算机的开发和应用。其更深远的应用等待着我们的继续探索。