現(xiàn)如今，隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)家具的要求也越來越高了，家具制造業(yè)也發(fā)展的越來越高。很多家庭都選擇根據(jù)自己家的要求來定制家具，代替了直接買家具來布置房間。本文是一篇國家級(jí)期刊投稿的論文范文，主要論述了定制家具數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)研究。
　　摘要：家具制造業(yè)正在向個(gè)性定制化、生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。如何快速設(shè)計(jì)個(gè)性化定制家具以及實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)字化生產(chǎn)過程是家具業(yè)面臨的共同問題。家具產(chǎn)品數(shù)字仿真平臺(tái)通過其龐大的標(biāo)準(zhǔn)件庫、常用件庫、可變形制造的產(chǎn)品模型庫進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和變形設(shè)計(jì)，能夠有效的提高企業(yè)數(shù)字化制造水平，降低成本和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。介紹了一種以數(shù)字仿真平臺(tái)和個(gè)性定制為基礎(chǔ)的家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程，并對(duì)該數(shù)字仿真平臺(tái)的架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：家具,數(shù)字仿真,個(gè)性定制,快速設(shè)計(jì)

　　Abstract：Furniture manufacturing traditional design approach has been difficult to meet the globalization of markets， the demand for individual requirements. How to improve the quality of furniture products， shortening product life cycles furniture， furniture market to meet the needs of personalized custom furniture business is a common problem faced. Digital simulation platform furniture products through its vast library of standard parts， used parts library， variable type of products manufactured model library conceptual design and variant design， thereby enhancing the core competitiveness of enterprises radically. This article introduces a numerical simulation based platform and personalized custom furniture product design process， and the architecture and key technologies of digital simulation platform for a analysis.

　　Key words： furniture; digital simulation; personalized custom; rapid design

　　隨著用戶對(duì)家具的個(gè)性化要求不斷提高，家具制造行業(yè)正在發(fā)生以下方面的變化：(1)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)以及數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用使家具產(chǎn)品的生命周期縮短;(2)傳統(tǒng)家具市場(chǎng)逐漸呈飽和趨勢(shì)，以整體衣柜、整體櫥柜為代表的更具選擇性的銷售行為使家具市場(chǎng)朝著個(gè)性化、多樣化的方向快速發(fā)展;(3)用戶售前體驗(yàn)和使用質(zhì)量已經(jīng)成為用戶購買的首要因素之一;(4)數(shù)字化制造可以大大加快產(chǎn)品的開發(fā)速度并降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

　　1家具制造行業(yè)現(xiàn)狀

　　近年來，自動(dòng)化的家具制造裝備普及應(yīng)用使我國家具行業(yè)有了飛速發(fā)展，但是大多數(shù)企業(yè)仍然以工廠模式設(shè)計(jì)、生產(chǎn)傳統(tǒng)家具，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)大部分也只是采用通用CAD軟件。與德國等制造業(yè)強(qiáng)國相比，我國家具制造業(yè)存在的主要問題是：(1)家具產(chǎn)品以低端固定產(chǎn)品為主，缺乏原創(chuàng)性和定制化;(2)勞動(dòng)力成本和材料價(jià)格上升等原因致使成本增加，傳統(tǒng)家具企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)正在減弱，一大批小型家具企業(yè)面臨倒閉。這些問題促使家具行業(yè)與其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)相互滲透、交叉、重組，行業(yè)融合有深入發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，以“互聯(lián)網(wǎng)+家具”的數(shù)字化家具設(shè)計(jì)與制造模式處于萌芽期，發(fā)展?jié)摿�巨大。與此同時(shí)，政府扶持下的產(chǎn)學(xué)研一體化進(jìn)程加快，互聯(lián)網(wǎng)制造和產(chǎn)品虛擬化設(shè)計(jì)受到空前重視。

　　如何能在高質(zhì)量低成本的基礎(chǔ)上縮短家具產(chǎn)品的生命周期，開發(fā)出具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，是家具制造企業(yè)普遍面臨的問題。企業(yè)能否根據(jù)用戶的個(gè)性需求快速地設(shè)計(jì)制造出定制產(chǎn)品，已經(jīng)成為企業(yè)能否占領(lǐng)市場(chǎng)、發(fā)展壯大的關(guān)鍵。數(shù)字仿真技術(shù)支撐下的快速設(shè)計(jì)方法，用戶個(gè)性定制支撐下的快速設(shè)計(jì)理念將成為家具行業(yè)未來設(shè)計(jì)發(fā)展的主要方向。

　　2 定制化家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法

　　傳統(tǒng)的家具生產(chǎn)中，賣方主導(dǎo)市場(chǎng)，生產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品供用戶選擇，消費(fèi)者對(duì)商品沒有選擇的主動(dòng)權(quán)，賣方只關(guān)心產(chǎn)品數(shù)量，很少考慮市場(chǎng)的個(gè)性化需求。傳統(tǒng)的家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

　　在經(jīng)融危機(jī)、勞動(dòng)力成本上升、傳統(tǒng)家具市場(chǎng)逐步飽和等因素的沖擊下，家具制造企業(yè)必須轉(zhuǎn)型升級(jí)。同時(shí)，面對(duì)消費(fèi)者不斷變化的個(gè)性化需求，制造過程需要不斷縮短產(chǎn)品生命周期，降低生產(chǎn)成本，更加直接的面對(duì)用戶需求設(shè)計(jì)家具產(chǎn)品。此時(shí)，更高效的家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

　　上述對(duì)比可知，數(shù)字化定制設(shè)計(jì)來源除了概念設(shè)計(jì)(分析用戶需求生成概念產(chǎn)品的設(shè)計(jì)活動(dòng))外還有變形設(shè)計(jì)(修改參數(shù)或局部調(diào)整結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)活動(dòng))。與傳統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)在的概念設(shè)計(jì)來源不單單是用戶需求下的重新設(shè)計(jì)，而是家具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件、常用件標(biāo)準(zhǔn)庫支撐下的組合設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)效率更高。新增的變形設(shè)計(jì)則是根據(jù)用戶的實(shí)際需求，對(duì)已有的可進(jìn)行生產(chǎn)制造的產(chǎn)品模型進(jìn)行合理改動(dòng)并快速生成，新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期更短。在龐大的由標(biāo)準(zhǔn)件庫、常用件庫、可變型制造的產(chǎn)品模型庫組成的數(shù)據(jù)庫支撐下，產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間會(huì)大幅縮短。同時(shí)，概念設(shè)計(jì)中補(bǔ)充進(jìn)來的新數(shù)據(jù)將進(jìn)一步的擴(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，從而促進(jìn)后續(xù)的開發(fā)設(shè)計(jì)，使整個(gè)開發(fā)設(shè)計(jì)形成良性循環(huán)。

　　此外，與傳統(tǒng)的基于通用CAD的家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程相比更高效的家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中多了通過建立虛擬產(chǎn)品模型(樣機(jī))，并對(duì)其做仿真測(cè)試與實(shí)驗(yàn)的步驟。一方面，設(shè)計(jì)人員通過虛擬家具產(chǎn)品能夠更好的模擬其生產(chǎn)出來的效果，提升用戶的售前體驗(yàn)，評(píng)估是否滿足購買需求;另一方面，設(shè)計(jì)人員通過虛擬產(chǎn)品能夠發(fā)現(xiàn)可能遇到的設(shè)計(jì)缺陷、制造缺陷等。 　　家具產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)可通過搭建家具產(chǎn)品數(shù)字仿真平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。

　　3 數(shù)字化仿真平臺(tái)研究

　　數(shù)字仿真技術(shù)，就是在數(shù)字化參數(shù)下運(yùn)用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模擬真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。數(shù)字仿真技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在航空航天、信息、生物、材料等領(lǐng)域，并在產(chǎn)品研制的全生命周期中得到廣泛的使用。在家具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，該技術(shù)尤其是在家具組建庫的建立以及三維渲染效果方面有待進(jìn)一步探索。圖3給出了家具產(chǎn)品數(shù)字仿真平臺(tái)的整體研究架構(gòu)。

　　數(shù)字化仿真平臺(tái)的研究構(gòu)架中，通過基礎(chǔ)項(xiàng)目的研究，完成各項(xiàng)數(shù)字化支撐技術(shù)進(jìn)而開發(fā)出各類工具，最終完成整個(gè)平臺(tái)的搭建。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR(Virtual Reality)等設(shè)備的支持下，以家具行業(yè)工藝和知識(shí)庫為基礎(chǔ)，通過相關(guān)學(xué)科的優(yōu)化算法來研究家具三維數(shù)據(jù)下的動(dòng)態(tài)工藝生成、三維渲染、拆單排樣等技術(shù)。并以三維引擎為核心研究仿真元模型建模技術(shù)、模板定制技術(shù)、組件模型裝配技術(shù)、模型資源庫中的家具產(chǎn)品分類標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。這些技術(shù)的互動(dòng)則是通過虛擬交互動(dòng)作規(guī)則與虛擬交互產(chǎn)品行為算法來實(shí)現(xiàn)的。在這些支撐技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)相應(yīng)的管理工具、模型建模、裝配仿真工具以及配套的數(shù)據(jù)Web交互系統(tǒng)和接口。

　　以下5點(diǎn)是建立數(shù)字仿真平臺(tái)的關(guān)鍵：(1)三維數(shù)據(jù)引擎。平臺(tái)主要是面向設(shè)計(jì)與虛擬交互，其中存在大量的三維圖像實(shí)時(shí)互動(dòng)，這對(duì)系統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)引擎提出了較高的要求。三維數(shù)據(jù)引擎作為底層開發(fā)工具支撐著高層的圖形軟件開發(fā)，它包含了基本圖形的通用算法和工具的封裝。三維引擎還包括仿真圖形的三維渲染算法，使得用戶能夠觀測(cè)到逼真的設(shè)計(jì)效果圖。(2)零件族模型的信息模型描述。產(chǎn)品建模是變型設(shè)計(jì)的必要手段，而建模的核心任務(wù)是建立能夠變型的產(chǎn)品和零件族模型。而零件族模型的變型能力(尺寸變型能力和局部結(jié)構(gòu)變形能力)與所建立的信息模型描述息息相關(guān)。因此，零件族模型的信息模型即其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的確定非常重要。(3)設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)的建立與維護(hù)的算法。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，需要確定一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型來描述組件間的層次關(guān)系，并確定相關(guān)實(shí)現(xiàn)算法。(4)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的基于約束的選配算法。大批量定制設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)品主體結(jié)構(gòu)、零部件主模型和文檔來進(jìn)行，根據(jù)產(chǎn)品特性可將所要選配的模塊分為：基礎(chǔ)模塊、必選模塊和可選模塊。在選配時(shí)，已被選配的模塊可能對(duì)后者選配時(shí)有約束作用，因此需借助于關(guān)聯(lián)矩陣，構(gòu)建基于屬性約束的選配算法。(5)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的裝配建模技術(shù)。目前比較典型的裝配方法有兩種：自底向上和自頂向下的建模方法。但在大批量的定制設(shè)計(jì)中，裝配的自動(dòng)化程度決定了裝配建模的速度，采取上述方法進(jìn)行裝配建模不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此需要研究基于特征約束的預(yù)定義的裝配方式。

　　4 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

　　定制家具數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)(圖4)采用Visual Studio 2010環(huán)境開發(fā)，基于OpenGL三維圖形引擎。平臺(tái)構(gòu)建了板式家具零件族模型和組建庫，并建立了模型組件間的形變關(guān)系約束與裝配參數(shù)約束，平臺(tái)能夠根據(jù)設(shè)定的家具外形尺寸自動(dòng)生成組建尺寸和加工工藝，目前已經(jīng)初步應(yīng)用于衣柜等板式定制家具產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)。

　　5結(jié)語

　　家具產(chǎn)品數(shù)字仿真平臺(tái)革新了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式。一方面，在三維建模環(huán)境中，由家具行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件庫、常用件庫支撐的概念設(shè)計(jì)能有效的縮短家具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，平臺(tái)能直接根據(jù)用戶個(gè)性定制的需求完成家具產(chǎn)品的變形設(shè)計(jì);另一方面，數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)能夠與企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)的定制家具制造執(zhí)行系統(tǒng)。平臺(tái)有效提升了定制型家具企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，顯著縮短家具產(chǎn)品的生命周期，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，通過數(shù)字化的方式控制生產(chǎn)，還有效的降低了出錯(cuò)率。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]董媛媛，劉文金.家具產(chǎn)品生命周期的細(xì)分與設(shè)計(jì)策略[J].家具與室內(nèi)裝飾，2007 (3)：30-31.

　　[2]蔣松林，陳祖建，何曉琴.基于消費(fèi)者價(jià)值的家具產(chǎn)品設(shè)計(jì)策略[J].家具與室內(nèi)裝飾，2010(10)：11-13.

　　[3]王偉榮.家具產(chǎn)品的三維展示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：上海交通大學(xué)，2012.

　　[4]李向東，劉靜雅，李艷，李亞坤.面向平臺(tái)開發(fā)戰(zhàn)略的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)流程研究 [J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013，(6)：108-113.
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