在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的中國，家具制造業(yè)作為傳統(tǒng)制造業(yè)的一種也在面臨不斷地革新。對于大規(guī)模定制家具企業(yè)來說，不僅要做好客戶對家具最基本的功能要求和個(gè)性化設(shè)計(jì)的需求，還要提高訂單完成效率和板材利用率，以增加企業(yè)生產(chǎn)效益。

定制家具企業(yè)為滿足不同客戶群體對于家具的不同需求，家具從材料， 尺寸，結(jié)構(gòu)等方面達(dá)到多樣化，同一訂單中出現(xiàn)不同尺寸，不同顏色的板件要求。

按傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，以每個(gè)訂單為單位逐個(gè)進(jìn)行生產(chǎn)， 不僅加大了車間生產(chǎn)的難度，而且降低了家具生產(chǎn)效率、材料利用率和工廠人員的浪費(fèi)。

△家具板材智能分揀系統(tǒng)

因此，如何正確合理高效的完成分揀作業(yè)是當(dāng)代定制家具企業(yè)需要關(guān)注的問題。

智能分揀的技術(shù)分析結(jié)合當(dāng)前定制家具企業(yè)的生產(chǎn)模式和分揀現(xiàn)狀，分析用分揀機(jī)器人替代分揀工人的優(yōu)勢，為定制家具企業(yè)更好地打造智能制造車間，提升企業(yè)效益提供新的借鑒。

智能分揀的必要性

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人工分揀的問題

目前定制家具企業(yè)揉單生產(chǎn)模式下的分揀工序仍是由人工分揀來完成。揉單即不以客戶訂單為單位進(jìn)行生產(chǎn)，而是將各訂單中的板 件進(jìn)行拆分、揉和、歸納，進(jìn)而進(jìn)行批量化生產(chǎn)。

人工分揀作為定制家具生產(chǎn)的工序可解釋為將多個(gè)訂單中的板件經(jīng)過開料、封邊、鉆孔 等工位統(tǒng)一生產(chǎn)后，由工人將板件按照訂單要 求進(jìn)行分類，一個(gè)訂單的板件統(tǒng)一放在指定的緩存小車上，最后進(jìn)行包裝出庫。在人工分揀的情況下會出現(xiàn)諸多問題。

①分揀速度慢：分揀工人需要先對板件 進(jìn)行掃碼后才能搬運(yùn)，對每個(gè)板件進(jìn)行人工掃 碼會花費(fèi)大量時(shí)間，且效率不高。

②錯(cuò)誤率高：工人在掃碼中會由于存在 不可控因素，會出現(xiàn)板件“漏掃碼，錯(cuò)分揀”的 情況，導(dǎo)致該板件的信息沒有上傳，PDA機(jī)無法顯示訂單齊套，導(dǎo)致花費(fèi)時(shí)間找板件，或是板件不能正確地對號入座到相應(yīng)的訂單，導(dǎo)致訂 單少板或者是多板的情況。

③工人體力勞動消耗過大：人工分揀工人需要消耗大量的時(shí)間和體力去完成分揀工 作，分揀過程中檢查到板件問題還要進(jìn)行反饋，生產(chǎn)效率低，出錯(cuò)率高。

④占用面積大：人工分揀需要的緩存區(qū)智能在地面，所以要占用工廠大部分的面積， 對未分揀完成的板件進(jìn)行緩存，這樣會阻礙整 個(gè)生產(chǎn)車間的工作效率，提高生產(chǎn)成本。

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智能分揀的優(yōu)點(diǎn)

目前，定制家居占據(jù)中國家居行業(yè)的主要 市場。越來越多的用戶選擇定制，給定制家具企業(yè)帶來利益的同時(shí)，也帶來了一定的挑戰(zhàn)。

自德國首次提出“工業(yè)4.0”，以及＊＊＊＊對智 能制造產(chǎn)業(yè)的重視與扶持下，家具制造業(yè)也面 臨著新的轉(zhuǎn)型機(jī)遇，打造“智能制造車間”已成為多數(shù)定制家具的發(fā)展目標(biāo)。

大多數(shù)定制家具生產(chǎn)車間在開料、封邊、 鉆孔等關(guān)鍵工序以基本實(shí)現(xiàn)半自動化。與人工分揀不同，在智能分揀系統(tǒng)和分揀機(jī)器人的作用下分揀人員從加工中心，將加工好和敲好膠 粒的板件分堆轉(zhuǎn)移至智能分揀緩存區(qū)，并使用 PDA掃描該分堆內(nèi)的任一塊板件，系統(tǒng)記錄該 分堆的板件已經(jīng)全部分揀，按此操作，直至上 分揀系統(tǒng)的板件批次全部齊套。

智能分揀是依靠智能識別技術(shù)，優(yōu)化信息處理技術(shù)，是現(xiàn)代 定制家具企業(yè)完善工廠的生產(chǎn)秩序，優(yōu)化產(chǎn)業(yè) 配置，走向智能化發(fā)展的必經(jīng)之路。智能分揀系統(tǒng)可以有效解決目前人工分揀的種種問題， 提高工作效率，更有效地完成生產(chǎn)過程中板件搬運(yùn)、倉庫中板件儲存的管理問題。

定制家具企業(yè)在利用智能分揀系統(tǒng)后可以降低人工分 揀因失誤帶來的出錯(cuò)率，減少生產(chǎn)工人的工作強(qiáng)度，更有效的利用勞動力，大大提高工作效 率，縮短企業(yè)訂單生產(chǎn)周期，減少板件在緩存 區(qū)的滯留問題。

智能分揀系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用

分揀系統(tǒng)運(yùn)行需要相應(yīng)的基礎(chǔ)機(jī)器設(shè)備以及信息采集和處理方面的軟件系統(tǒng)的綜合 運(yùn)用，整個(gè)分揀過程才可以運(yùn)行。

智能分揀設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施也就是一些機(jī)械設(shè)備包括輸送 線設(shè)備、分揀設(shè)備、立體庫貨架等。軟件系統(tǒng)主要包括WMS系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)以及MES系統(tǒng)等。

01

智能分揀系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備

輸送線設(shè)備是指可以將待分揀的板件 運(yùn)輸至分揀區(qū)域的一套設(shè)備，一般是由升降平臺、滾筒輸送線、皮帶機(jī)、頂升移栽機(jī)組成的。

基于板件的重量都比較重，采用升降平臺可以較為輕松地將已加工完成的板件放至輸送線上開始分揀步驟，再由滾筒輸送線將板件運(yùn)輸至分揀機(jī)器人處，并由分揀機(jī)器人進(jìn)行抓 取和擺放從而完成整個(gè)分揀步驟。

由于滾筒輸送線只能作直線運(yùn)輸，所以還需要用皮帶機(jī)、 頂升移栽機(jī)來進(jìn)行水平和豎直方向的運(yùn)送過 程，直至將板件送達(dá)到相應(yīng)的位置。

分揀設(shè)備也是分揀系統(tǒng)中的核心部分。它可將同一批次所有板件全部按初始訂單分類進(jìn)行分揀，大大地提高了分揀過程的效率， 降低了人工分揀存在的錯(cuò)誤率。分揀設(shè)備主要由分揀機(jī)器人和機(jī)械手臂組成。

由于板件大多是平面板塊而且又薄又重，一般不會考慮類似于蜘蛛手的分揀機(jī)器人。板式家具分揀過程中 所使用的分揀機(jī)器人需要具有較高的承受能力和靈活度，以便抓取板塊之后可以自由旋轉(zhuǎn)將板件放置存儲區(qū)域。所以一般采用六軸機(jī)器人 和機(jī)械手，鋼結(jié)構(gòu)的固定底座保持機(jī)器人的穩(wěn)定性。

六軸關(guān)節(jié)增加分揀機(jī)器人的靈活性，增大了活動范圍。機(jī)械抓手保障了抓取板件的牢固性，防止搬運(yùn)過程中的板件的掉落。

02

智能分揀系統(tǒng)的軟件技術(shù)的運(yùn)用

WMS（Warehouse Management System）:倉 庫管理系統(tǒng),是一種綜合運(yùn)用的管理系統(tǒng)，從 計(jì)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測、包裝、出庫、售后等一系列過程的管控和檢測。

WMS具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、 定位精準(zhǔn)、掌握實(shí)時(shí)情況、信息記錄詳細(xì)等特 點(diǎn)，在最后的分揀過程中大大地提高了分揀效率，增加了空間利用率，降低失誤。

ERP（Enterprise Resource Planning）:企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)，大多數(shù)企業(yè)使用的管理信 息系統(tǒng)，位于上層計(jì)劃管理層。主要是對企業(yè)的所有資源進(jìn)行優(yōu)化管理使企業(yè)可以在激烈 的市場競爭中充分發(fā)揮其綜合實(shí)力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

管理人員和客戶可根據(jù)ERP有效地跟蹤訂單的生產(chǎn)狀況，得到準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的生 產(chǎn)信息。提高生產(chǎn)的效率，降低各種原因帶來 的不良影響，保證生產(chǎn)排產(chǎn)的可行性。

企業(yè)的數(shù)據(jù)庫具有龐大的資源，拆單小組再將訂單進(jìn)行拆單的過程中，ERP系統(tǒng)將功能相似、工藝相 似、結(jié)構(gòu)相似的產(chǎn)品進(jìn)行分類，在根據(jù)板件的 加工流程、加工工藝等信息生成二維碼，以便后續(xù)的板件信息的上傳工作和分揀操作。

MES（Manufacturing Execution System）：制造執(zhí)行管理系統(tǒng)，面向工廠車間管理，側(cè)重于車間的作業(yè)情況，計(jì)劃的執(zhí)行[8]。是連接上 層計(jì)劃層和底部控制層的中間執(zhí)行層，有效地填補(bǔ)了計(jì)劃層和控制層之間的空隙。

MES通過 對工廠車間生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)跟蹤和分析進(jìn)行 有效調(diào)度，將上層計(jì)劃層的訂單生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行 分析，再進(jìn)一步分解、細(xì)化成加工指令下達(dá)到底部控制層，并由控制層來控制機(jī)器進(jìn)行訂單的生產(chǎn)。

在整個(gè)生產(chǎn)過程中，MES利用數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控技術(shù)，可以實(shí)時(shí)了解訂單生產(chǎn)計(jì)劃，加 工設(shè)備運(yùn)行以及產(chǎn)品加工狀況，并將此類信息 傳送至計(jì)劃層由管理人員檢測，管理人員可實(shí) 時(shí)進(jìn)行檢測，一但發(fā)現(xiàn)異常立刻處理。

由上層控制層ERP系統(tǒng)利用企業(yè)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行拆單作業(yè)，每個(gè)拆開的零部件都會在開料時(shí)生成獨(dú)特的二維碼，用于記錄板件的一些 基本信息。

在生產(chǎn)過程中，二維碼被掃描識別由計(jì)算機(jī)接受信息，WMS系統(tǒng)收到信息進(jìn)行信 息的識別，通過將信息轉(zhuǎn)換成指令由PLC系統(tǒng) 接受控制智能上料機(jī)和分揀機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。分揀入庫完成之后再由MES系統(tǒng)自動包裝數(shù)據(jù) 進(jìn)行出庫任務(wù)。

智能分揀的應(yīng)用現(xiàn)狀

分揀工序作為定制家具生產(chǎn)工序中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，分揀的效率將直接影響家具 的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)周期。

然而，人工分揀一直存在一定程度的錯(cuò)誤率。因此，大多數(shù)定制家具企業(yè)變革生產(chǎn)模式也最先從分揀工序開始。

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尚品宅配

尚品宅配起源于適用于裝修行業(yè)的圓方 軟件，而后利用自身的軟件優(yōu)勢開始進(jìn)入定制家具行業(yè)并迅速搶占市場，成為定制家具行業(yè) 一匹黑馬。

面對與日俱增的市場需求，尚品宅配再次順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢，建設(shè)尚品宅配智造基地，依托于機(jī)器人技術(shù)，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式， 提升產(chǎn)能，縮短生產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)智能制造。

通過機(jī)器人技術(shù)及智能物流系統(tǒng)的建設(shè)使尚品宅配單日產(chǎn)能突飛猛進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛 躍，相較于過去有了近十倍的激增。在尚品宅配智造基地中，“互聯(lián)網(wǎng)+制造”被廣泛運(yùn)用于各個(gè)工序。

利用機(jī)器人技術(shù)，尚品宅配實(shí)現(xiàn)了材料利用率由原先的85%左右到現(xiàn)在93%以上的 提升。通過分揀工序中利用機(jī)器換人，改變了過往人工分揀有較高錯(cuò)誤率的情況，出錯(cuò)率則從原先的30%左右下降到3%。

原先分揀工序主要依賴于人工分揀，而人工分揀必然存在或多或少不可避免的問題。由于前期揉單生產(chǎn)，工人的錯(cuò)誤分揀將直接導(dǎo)致一整個(gè)批次的訂單停滯，從而間接影響產(chǎn)品的交貨周期。

每一個(gè)訂單至少包含幾十塊板 件，進(jìn)而一個(gè)批次的訂單則至少包含幾百塊板件。工人的一次的多揀、漏揀最嚴(yán)重可能直接導(dǎo)致整個(gè)批次的訂單需要重新分揀，同時(shí)板件的滯留會導(dǎo)致工廠生產(chǎn)場地緊張，影響后續(xù)訂單生產(chǎn)極大程度的影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

正是由于分揀的錯(cuò)誤率無法避免，而分揀工序又是定制家具企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)工序中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以利用機(jī)器人代替人工分揀是企業(yè)降低分揀錯(cuò)誤率的有效途徑。

尚品宅配選用安川電機(jī)機(jī)器人代替人工，避免了人工 生產(chǎn)的不確定性，降低訂單分揀的錯(cuò)誤率，提高了生產(chǎn)效率。

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索菲亞

在大家居時(shí)代，索菲亞率先建造“智能工 廠”，嚴(yán)格依照于德國工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。作為工業(yè)4.0的實(shí)踐者，索菲亞利用機(jī)器人技術(shù)轉(zhuǎn)變 生產(chǎn)模式，集成各個(gè)生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)全智能化的生產(chǎn)模式。

無論是從最初的開料還是到最后的打包，索菲亞“智能工廠”實(shí)現(xiàn)全程不落地， 使人真正的從原先的生產(chǎn)者變?yōu)楹髞碓O(shè)備監(jiān)督維護(hù)者。同時(shí)，智能工廠的落實(shí)為索菲亞降低了成本，提升了生產(chǎn)效率，爭取了更大的市場份額。

由智能立體倉庫實(shí)現(xiàn)智能入庫，每一塊板材都有一個(gè)自己獨(dú)特的號碼，方便進(jìn)行管 理；再對板材進(jìn)行智能開料，通過識別板材號碼識別加工信息，反饋到開料機(jī)器人的控制系統(tǒng)， 由控制系統(tǒng)指揮機(jī)器人完成開料；然后開料好 的板材進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)各個(gè)工序生產(chǎn)的緩存區(qū)域，通 過生產(chǎn)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)各個(gè)工段進(jìn)行加工；之后再進(jìn)入智能分揀系統(tǒng)，利用六軸機(jī)器人對板材 進(jìn)行快速分揀，按照訂單要求進(jìn)行碼垛。

索菲亞的智能分揀系統(tǒng)利用六軸機(jī)器人 加上書本架式的儲存結(jié)構(gòu)完成不同板件的分 揀。六軸機(jī)器人作為智能分揀系統(tǒng)的硬件通過不同板件特點(diǎn)對板件進(jìn)行分類存儲，而書架式的儲存結(jié)構(gòu)則作為分揀后板件的緩存單元。

立式的書架式存儲單元能同時(shí)緩存多個(gè)訂單，有 效的節(jié)約廠房空間，合理利用，協(xié)調(diào)各個(gè)工序， 同時(shí)又方便分揀機(jī)器人進(jìn)行存取，協(xié)調(diào)機(jī)器人 作業(yè)。

索菲亞“智能工廠”通過機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將各個(gè)工段連成一條產(chǎn)業(yè)鏈，統(tǒng)籌整個(gè)生產(chǎn)過程，縮短整個(gè)工序的等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)智能化 生產(chǎn)，大幅度的縮短交貨周期，贏得更好的市 場口碑。

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莫干山

莫干山家居作為浙江升華云峰的旗下品牌，主營板式家具。由于市場需求的持續(xù)增加 并仍有遞增趨勢，市場的倒逼使莫干山迫切需 要提升產(chǎn)能，縮短交貨周期；另一方面，人工分揀一直存在較高的錯(cuò)誤率，長期在8%左右。因此，莫干山引進(jìn)智能分揀設(shè)備，建設(shè)工業(yè)4.0 車間，以期提升效率，降低錯(cuò)誤率，提升產(chǎn)能 。

莫干山智能分揀系統(tǒng)由分六軸機(jī)器人、書 架式存儲單元、揀機(jī)器人抓手、庫存管理軟件、 緩存區(qū)、二維碼識別系統(tǒng)、頂升移栽機(jī)構(gòu)、分 揀輸送線、升降機(jī)構(gòu)、堆垛機(jī)、大板垂直庫、電 控柜等設(shè)備組成。

通過二維碼識別系統(tǒng)識別二 維碼，再由WMS軟件確定零部件放置的單元格， 再由機(jī)器人的分揀控制系統(tǒng)依據(jù)信息，將零部 件長短分開放置到相應(yīng)的存儲位置。如遇故 障，部件則放入緩存區(qū)。

莫干山分揀項(xiàng)目通過機(jī)器人項(xiàng)目旨在解決定制家具訂單70%板件分揀問題。通過WMS軟件共享ERP+MES數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能分揀板件。這些板件在數(shù)量上占板件的40%-50%，體積上要占 到70%。通過引進(jìn)智能分揀設(shè)備，莫干山實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期。

結(jié) 語

大規(guī)模定制家具的生產(chǎn)中，分揀過程一直以來都是最需要注意的一道工序。定制家具企業(yè)的智能分揀多采用六軸機(jī)器人與立式書架式存儲單元相結(jié)合的方式。

通過分揀系統(tǒng)的使 用，定制家具企業(yè)在一定程度上降低了人工分揀導(dǎo)致的分揀過程的錯(cuò)誤率，如板件擺放錯(cuò) 誤，多板少板等情況。

同時(shí)利用機(jī)器換人提高了訂單的生產(chǎn)效率，降低了人工成本，同時(shí)縮 短了產(chǎn)品的交貨周期，提升了客戶滿意度。智能分揀系統(tǒng)的提出和使用以及信息化技術(shù)的發(fā)展突破了傳統(tǒng)家具小批量，多品種訂單產(chǎn)品只能按照單個(gè)訂單逐一生產(chǎn)的局限性，為企業(yè)帶來了更多的訂單，更大的利益、更好的發(fā)展。

同時(shí)機(jī)器換人提高了定制家具企業(yè)市場的競爭力，走在智能制造發(fā)展的前端。復(fù)雜的分揀工序得到很好的解決方案，智能分揀代替人工分揀也是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

本文供稿：彭文文，熊先青，《定制家具企業(yè)生產(chǎn)中智能分揀系統(tǒng)的應(yīng)用研究》，家具，2020

技術(shù)咨詢：力維智能裝備李功君

（文章來源：定峰匯，侵刪）