现代木材加工技术：现代家具配料加工技术

作者：南京林业大学 李军博士

欢迎访问e展厅 展厅 2 木工机械/家具机械展厅 木工雕刻机, 木工铣床, 木工镂铣机, 旋切机, 木工钻床/排钻, ... 1 前言 无论是实木类家具，还是板式家具，配料加工工序都是家具生产过程中的第一道工序，也是非常关键的一道工序，它直接影响家具生产的材料利用率、生产效率及生产效益。 一位头脑灵活、经验丰富的配料工人最多能记住五种零件规格尺寸，不能满足现代家具生产对配料工序的要求。传统配料所选锯材规格也主要是根据车间现有材料进行选择，其配料质量全凭配料工人把握，人为影响因素比较大、随机性也比较大，属于典型手工作坊式配料，而现代生产模式的配料则要求尽可能地消除人为影响、清除不确定因素。 板式家具配料的关键是提高出材率，即采用排料图进行开料。传统配料工艺中没有排料图，如何开料全凭配料工人对板式家具零件的理解和经验，人为因素占主导作用，不适合现代生产模式要求。 现代家具生产模式与传统生产模式相比，已经发生了根本的变化。由手工作坊式或大规模生产方式，改为随家具市场变化和消费者需求变化而变化的新型生产模式。人们对家具的要求越来越个性化，生产制造企业为了自身的生存就必须满足这种个性化要求，但家具企业已经习惯于从大规模生产方式中获得利润，这就产生了多品种小批量的家具高层需求与大规模生产之间的矛盾。解决该矛盾一个有效的办法就是采用先进的制造技术和管理。柔性化生产（Flexible Manufacturing）、成组技术（Group Technology）、大规模定制（Mass Customization）、精益生产（Lean Production）等生产模式和技术因此应运而生了。 国内外许多行业，如机械、汽车、电子、化工等许多制造业都已经如火如荼应用这些先进的生产模式组织生产或管理生产，也取得了显著的成果。国内家具行业中，一些大型、有实力的企业也已经开始柔性化生产、成组技术和大规模定制这方面的尝试。尝试的原因是为了使企业的生产适应家具市场的需要，解决传统生产适应家具市场的需要，解决传统生产模式解决不了的矛盾。实现现代化家具生产模式，相应的配料工序也不例外。 家具生产企业最关心的是生产效率、生产效益及材料利用率，所有这些都与配料工的柔性有直接关系。配料工序是家具生产过程中一个关键工序，因为它是整个家具生产机械加工过程的开端，相当于制衣过程的裁剪，所以说它决定了一个家具企业的效率和兴衰。 2 家具传统配料 2.1实木家具传统配料方式 配料的原则：①根据家具零件对于材料要求配料；②根据原料（板材）与家具零件毛料的规格尺寸匹配关系进行配料。 配料方案：①先横后纵；是实木家具生产中常用方法，占用厂房面积较小，但是材料利用率低。②先纵后横；出材率比较高，但是占用厂房面积较大，而且毛料宽度规格比较单一。③划线下锯：主要适合曲线型零件，其目的是提高出材率。④刨削后，再进行①或②；主要适合于对家具零件表面质量要求较高的家具零件配料。⑤胶拼后，再划线；主要目的是为提高曲线型零件的配料出材率。 操作模式：家具企业中的生产部门给配料组下达生产任务→配料组根据任务再安排每个工人的生产任务或每个工位的生产任务→工人凭经验来完成生产任务→统计人员或班组长统计生产完成情况→生产部汇总。质量检验穿插在生产过程中进行。 配料设备：常用配料设备为吊截锯、精密推台锯、悬臂式圆锯机、普通圆锯机、多锯片圆锯机、带锯机、风剪等设备。这些设备的加工精度及效率较低，工人的劳动强度比较大，不利于连续现代化生产，不能真正满足家具企业的需要。 2.2板式家具传统方式配料 常用设备是精密推台锯、普通电子开料锯（立式或卧式）或圆锯机等。板式家具传统配料工艺是工人凭经验开料。先开大料或和长料，然后再开小料或短料，随意性很大，因此出材率不稳定且较低，原因在于没有经过优化的排料图指导排料操作。 综上所述，从操作模式不难看出，传统配料人为因素占主导作用，其随机性也相当大。从配料方案可知，原材料的质量也参差不齐，导致可变因素太多。配料方案比较灵活，但不确定因素也较多，生产比较难控制。从配料设备可以看出，配料的加工精度低、配料工艺可控制性差。传统配料工序虽然具有灵活性，但是它是一种不可控制的柔性，反而消耗了大量时间、人员及场地，并且生产效率很低，不适合现代化生产的要求。 3家具现代配料 3.1实木家具现代配料 3.1.1实木家具现代配料要求 实木家具的现代生产方式要求配料生产具有柔性、高效、且能提供个性化配料方案等。换言之，配料工序考虑的具体指标是指产品规格，等级要求，出材率，经济效益等因素。在传统配料中要求操作工人同时考虑上述因素是不现实的，因为一个经验丰富的配料工人一次也只能记住有限的零件规格，更谈上不综合其它几方面的因素了，只有借助计算机才能实现全面优化的工作。 配料生产的柔性是指板材缺陷（主要指节疤分布）千差万别，但都能按相同的配料工艺加工，并且配料后的产品也能满足不同家具零件的需要。与传统配料工艺的灵活性不同，它是一种可控制的、有序的柔性。 配料生产的高效率是指生产订单发生变化时能作出快速反应，生产量和生产要求发生变化时也能及时调整配料生产，如插订单或交货日期发生变动，都能按时保质保量完成，其生产秩序跟正常配料生产一样，即配料工序和设备布置都相对稳定。 配料生产的个性配料方案：家具企业可能会有不同的经营策略。如有的订单强调家具要高质量，这时其零件质量要求也较高，因此配料时要着重考虑板材的等级；有时订单要求数量比较大，但家具档次偏低，此时配料方案着重考虑产量；通常家具企业追求综合经济效益，即配料会按产值最高方案来配料。 通过与传统配料工艺比较不难看出，上述要求在传统配料工艺中是无法全面实施的，但现代配料工艺却可以实现，因为现代配料工艺是以计算机信息为主干，用工艺和设备的稳定来面对复杂原材料与家具零件的变化要求。 3.1.2实木家具现代配料设备 根据实木家具现代配料要求可知现代配料工艺与传统配料工艺已经完全不同了。这个根本性的转变是由一个核心设备来完成的，这就是优选锯（Optimizing cut-off saw）。 其它设备主要包括： 多锯片圆锯机：对于板材进行等宽剖料；如果采用以锯代刨的锯片，有利于后续加工，如横截时其定位更加准确，且减少修边工作量。 修边锯：对于优越锯加工后长度较短的板方料，进行修边，为开指形榫做准备。将拼宽的倍数毛料加工成符合零件要求的毛料。 开指机和接长机：主要是完成短料的接长任务。 双面刨：对于接长的方料进行加工基准面，为拼板做准备。 接板机：将接长的方料按家具零件要求进行倍数毛料拼宽。 优选锯能够根据生产任务的要求进行配料方案优化，然后将等宽的方料截断成符合生产要求的方材。它是由PLC（单板机）进行控制的，具有分析、优化、统计等功能，其加工精度和生产效率都远高于手工配料，且能满足客户个性要求达到最佳配料效果。如果原材料节疤越多，需要配料的零件尺寸就越多，它就越能显示优选锯的优点，因为节疤材配料需要考虑的因素多，靠手工配料是无法综合考虑和高效完成的，而优选锯的计算机系统则具有优化配料方案功能，所以优选锯基本上能够排除人为因素的影响，轻松地完成现代配料生产任务。 优选锯所具有的具体功能如下： （1）产量优化：优选锯计算机系统采用与锯切清单（生产任务单）相比较的方法，分析每一块板材，最终最大限度地提高板材生产出材率。 （2）价值优化：通过事先设定锯切清单中不同规格板材的相应价值，优选锯的计算机系统就可以对每一块板材分析，并根据所生产板材长度可能创造价值，优化其长度比例组成，最终确定取得最大价值的配料方案，此时可能产量会减少。 （3）数量优化：该模式的配料结果是有主副产品之分。主产品是符合家具生产的毛料，副产品是短方料需要接长或拼板加工。此模式还可以按最佳库存量或及时化生产产量来配料。在每个工作日结束时，根据配料清单要求，板材的长度比例达到平衡。 （4）选择性搜索：为了优化产量、价值及数量，优选锯计算机系统能够有条件搜索，如搜索被指接利用的短板材或边部有缺的板材，并由搜索结果就能够推算出指接材产量。 （5）柔性功能强：能够最多对16种不同宽度和200种不同长度的板材进行优选，最多可识别8个等级并能找到不同等级相合的优选方案，同时也能够兼顾板材的规格、数量、效益等方面的因素。 （6）加工精度高：优选锯的加工精度为0.8mm，由于是机械自动操作，所以比较安全。传统手工配料要达到此精度非常危险，而且生产率极低。 （7）加工范围广：可加工各种长度的板材，包括超长板材，加工后优选锯能够按长度不同分类。 （8）生产效率高：优选锯的进给机械是由计算机控制的无级调速带，进给速度极快。优选锯完成一次切割循环时间仅为0.25秒，其产量是相当惊人的。 （9）功能强大：优选锯能提供完整的，详细的锯割方案和产品统计报告，配料方案输入与信息汇报都是通过Microsoft windows 2000网络实现的，也可以单机设定，按板材方材表面分析材料的利用率和浪费率，总切削长度和表面积及加工净表面等指标都由电脑记录和统计。 （10）节省开支：优选锯的生产效率高、自动化程度高，所以能节省大量的工作人员在车间和办公室的准备时间，因此也就提高了人员的工作效率。优选锯下单清晰准确，减少错误发生的概率，也就减少了浪费，同时还能够充分利用脚料，提高了出材率。 3.1.3实木家具现代配料方式 实木家具现代配料主要有两种： 其一对于大规格零件（主要指零件断面尺寸）主要采用规格材截断的配料方案，即原材料的断面规格与毛料的断面规格基本匹配，只是长度上是毛料倍数关系，配料时只要进行精截即可。如橡胶木规格材制作大型床柱就采用这种配料方案等。 其二对于小规格板材或小规格方材配料，可以采用如下工艺： 板材→分等→剖分（多锯片圆锯机）→横截（优选锯）→修边→开指形榫→接长→创基准面（双机刨）→涂胶→胶拼（拼板机）。 上述工艺中核心优选锯的布置方案如上所示。优选锯加工产品可分：一种为符合家具生产要求的毛料；另外一种为短料。所有加工后的产品都是按长度进行分类的，产品中短材部分则通过指接被加工成拼板。该拼板是无缺陷，其性能是类似于天然锯材，但在形状和尺寸稳定性方面好于天然板材。通过稳定的工艺和设备能够完全满足家具零件实际的需要，展现了现代配料工艺其柔性的一面，但因其对象是具体厂家，所以又具有较强的针对性。 3.1.4实木家具现代配料特点 3.1.4.1现代配料工艺具有柔性 与传统配料工艺相比，现代配料工艺的柔性是有序的，具体表现为现代配料能够适应加工多规格、多等级的原材料，同时能够完全满足多规格、多等级的家具零件要求，能够提供若干种个性化配料方案。配料工艺中的柔性特点有助于解决家具小批量多品种的市场需要与大批量生产之间的矛盾。 3.1.4.2现代配料工艺生产率高、板材利用率高 与传统配料工艺中设备比较，优选锯的加工精度高于传统横截圆锯，优选锯切精度能够达到0.8mm之内，另外优选锯是采用自动控制，其误差小于传统手工配料的人工定位，加上其锯割循环时间为0.25秒，所以生产率、加工精度及出材率同样很高。 3.1.4.3现代配料工艺管理模式信息化 现代生产模式改变了，其管理模式也发生了变化。传统生产方式主要是利用经验数据。保守估计来管理配料生产，如根据经验值估算后再安排每日的生产量，各种零件完成情况也是靠人工统计汇总而得出结论的，这个周期太长不适合现代的生产模式。如果采用优选锯，其自身就能进行统计和分析，而且企业的计算机服务器直接相连，既可从中可能得到加工指令，也可以反馈统计数据和表格，节省大量人力、物力，而且准确。 3.1.4.4现代配料工艺对人员要求低 传统配料工序对于操作人员要求比较高，要求其要熟悉所生产的家具结构，要熟悉材料性质，要熟悉家具零件尺寸，同时还要熟悉板材的规格和等级情况，才有可能实现高出材率配料方案，满足家具零件要求。现代配料设备自动化程度高，优化系统先时，所以可以把多种原材料的不定因素转为配料工艺中的确定因素，然后再通过纵解来满足家具零件生产的多样性需要，主要的技术工作基本都由优选锯的计算机系统来完成了，所以配料工作只要在锯材上缺陷进行标识或辅助性搬运就可以了，因此配料工人不需要经过长期训练或高学历的人员。 3.2板式家具现代配料 板式家具现代配料的特征就是由经过优化的排料图进行指导生产，其形式有电子开料锯优化和PC机优化两种。 电子开料锯优化是由电子开料锯自带排料图软件实现的。需配制的零件尺寸输入电子开料锯。输入方式有开料现场手输入和通过网络输入两种，其效果是基本上一样的。然后按优化后排料图手工控制电子开料锯开料，或者由电子开料锯全自动开料。 PC机优化是指在PC机上运用优化软件对输入的零件尺寸进行优排料，并打印成图。工人按排料图进行优化开料。 现代配料加工的工艺设备能高效、优质地保证现代配料工艺的实施。与传统配料相比，现代配料有不少优点。 （1）现代配料提高了出材率。通过对标准规格人造板进行排料图优化，减少了排料时随意性，同时电子优化的排料图是经过软件多方案比较后所得到的最佳方案，因此出材率要远高于传统的配料工艺。 （2）现代配料提高了生产效率。由于事先有了排料图，所以加工时可以直接开料，不需要现场思考被加工零件尺寸和出材率问题，因此生产效率高。 （3）现代配料能够实现自动化和信息化。随着现代电子开料锯的自动化程度越来越高，完全可以实现网络控制、网络数据传输、网络产量汇总等。也可以与ERP系统相联实现真正的现代生产和管理模式，解决小批量多品种的家具需求与大规模生产的要求。 （4）现代配料具有柔性。当电子开料锯与其辅助装置都由计算机控制时，其柔性就是真正意义上的柔性。因为这时无论产品如何变化，需配料加工的零件都可以在工艺不变的情况下，在生产线上由计算机控制自动上料、下料、进入工位等一系列工作，同时还能保证较高的出材率。 4结论 为了满足现代家具的生产模式的要求，家具配料一定要采用现代的配料工艺和设备。现代配料工艺有利于实现家具生产的柔性化，有利于降低成本、提高生产率、提高出材率。现代配料加工工艺设备，能高效、优质地保证现代配料工艺的实施。现代配料的核心就是在配料工艺和设备方面实现计算机化，实现自动控制。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/28/2007)