关于大规模客户定制鞋楦设计的研究

张亚文,张一帆,龙海如,庄辉

(1.东华大学纺织学院，上海 201620)(2.军委后勤保障部军需军代局驻济南军代室，山东 济南 250022)



关于大规模客户定制鞋楦设计的研究

张亚文1,张一帆1,龙海如1,庄辉2

(1.东华大学纺织学院，上海 201620)(2.军委后勤保障部军需军代局驻济南军代室，山东 济南 250022)

目前制鞋行业的竞争越来越激烈。为了适应市场需求，鞋类的制作必须在风格和舒适性等方面满足消费者需求,所以有必要开发一个能够快速变换鞋楦模型的虚拟设计系统，在满足客户大规模定制的前提下降低公司的成本。本文提出的鞋楦制作系统，它可以改变鞋楦设计，最终实现大规模制作。这个系统还可根据个人的好爱，快速改变鞋楦造型，不需要任何物理设计。

鞋楦设计；参数化设计；大规模定制

1　简介

为了满足客户对鞋类风格和舒适性的需求，以及大规模生产到私人定制的改变，鞋类行业面临着巨大的竞争[1]。鞋类大规模生产是指不同大小的鞋按照尺寸和等级分类系统制造，然后将制作好的鞋子以相对较低的价格出售，消费者只有在购买过程中接触到鞋子大小，消费者有时候对这一情况存在不满，尤其对于脚的形状不正常的人来说。人体足部包括骨骼、韧带、肌腱和肌肉，这一复杂的结构赋予了脚运动和支撑的功能。人在静止和运动，脚的外部形状不同[2]。除了这些，还有人口，性别和年龄的差异也导致了脚外部形状的不同。现在大批量生产鞋的方法是根据脚长，脚周长或脚宽等数据信息进行设计的，但是这种方法是无法满足消费者对鞋舒适性的要求[3-5]。为了提高消费者的满意度和制造商的竞争力，开发一个可以定制以及改变造型的系统是十分必要的。

鞋类定制最重要的方面是设计一个标准的和舒适性好的鞋楦[6-7]。鞋楦是鞋的三维模型，不是由直线构成，形状相对复杂，通常以高密度聚乙烯为材料。鞋的合适性取决于鞋楦的设计、外形和体积[8-9]。鞋楦代表脚的解剖信息，同时给成品鞋一种愉悦的时尚外观感。

在传统定制鞋的过程中，经验丰富的鞋匠用卷尺测量顾客的脚，但是没有两只脚是完全一样的。鞋匠尽可能多的获取顾客脚的信息，但这仅使得鞋在大小方面适合，而且鞋匠测量的准确性是由经验和技巧决定的。后来他们发明了鞋楦来满足顾客私人定制的要求。好的鞋楦才能制造出好的鞋。但是由于缺乏科学知识的指导，大多数工厂仍然准备一双适用鞋。试鞋的制作成本高而且耗时，虽然提高了客户的满意度，但同时也浪费了高品质的皮革和时间。后来鞋匠用中等质量的皮革来制作试鞋，如果顾客穿着合适，再用高档的皮革进行加工制作；如果有不合适的地方，鞋匠们在鞋楦上标记要增加或者减少的点再做调整。虽然有了鞋楦，但是由于时间长和昂贵的成本，即使顾客想买一双非常适合的鞋，大多数消费者不愿意购买定制的鞋子。

消费者们总是愿意购买物美价廉的商品，他们总希望自己的鞋个性化而且很舒适。利用计算机CAD技术可以满足消费者这一独特的消费特征需求。而且低价定制高品质鞋，快速交易不再是一个梦。大规模定制系统提供的低成本的定制产品可以同时满足生产者和消费者的需求。目前，由于科技的进步，消费者可以了解设计和制作过程，减少不必要的其他过程。大规模定制在符合私人定制设计的前提下同时可以满足成本要求。这是一种通过提高产品合格率来降低成本效益的方法。它可以减少浪费，降低库存和提高顾客满意度，从而占领更多的市场份额。此前很多研究者提出了大规模定制的框架，但很少有人就计算机辅助设计(CAD)技术和功能进行讨论,这种技术可以使消费者和生产者在同一空间。

个性化鞋楦的设计和制作不仅需要网络搜索和选择适当鞋楦的标准，而且它需要一个在线系统和一个计算机辅助设计(CAD)来完成这个目标。在大多数现代工业中CAD技术已经成为一个重要的工具。在制鞋工业中CAD系统的应用实现了大量的自动化，而且CAD技术在鞋子设计过程起着越来越重要的作用[10]。Kim & Park运用CAD系统开发和设计了大量的鞋楦模型，该系统还能够根据消费者的需求进行修改[11]。虽然系统使用的是商业用CAD软件，但它提供了洞察未来电子商务发展需求的功能，而且消费者可以参与设计的过程。本文研究的目的是创造更多样式的鞋楦实现客户化定制。同时对设计的形成和修改进行了讨论。此外，本设计是以三维足部扫描数据为基础的，所以它不仅可以用于客户化设计，而且也适合客户化。

2　设计系统

本课题利用CAD系统开发了一个创新性的鞋楦定制设计系统。此定制鞋楦设计系统的框架如图1所示。在这个系统中，消费者可以在加工之前选择合适的样式。利用足部扫描仪扫描消费者的足部，存储相关数字化信息，消费者自由选择数据库里鞋的风格，选择好后，系统可以根据信息设计出消费者需要的鞋。此设计系统把消费者和制造商链接在一个系统中，制造商设计各种样式的鞋楦提供消费者选择。然后消费者根据各自的需要进行简单的修改。在样式选择好之后，消费者可以决定做成正常尺寸或自定义尺寸。这样不仅可以生产出消费者自己设计的鞋楦，而且更重要的是省时省力。

3　样式和鞋楦设计系统

鞋楦设计包括鞋跟高度设计，鞋头形状设计和鞋的款式设计[12]。图2显示的是物理鞋楦。不同款式的鞋可以在同一个鞋楦上进行设计，但是每双鞋的鞋头形状和鞋跟高度是相同的。不同款式的鞋楦可以通过改变鞋头形状来创建。一双合适的鞋楦是一个可靠的投资，而且是制造出时尚和舒适鞋的第一步。

图1　鞋楦设计系统框架

图2　鞋楦

3.1设计的探索与选择

本课题在三次样条的基础上对鞋楦进行了设计，三次样条可以表示最常见的曲线和曲面[13]。通过变化参数改变鞋楦的款式，直到消费者的满意。图3为设计的流程图。好的鞋楦是利用各种样条曲线进行设计的。在工厂里，鞋楦修改通常是鞋头形状的修改，忽略了脚背曲线的设计与开发。

图3　设计流程图

本文利用Luximon的方法创建了标准化的脚背曲线[14]。足底的鞋楦轮廓如图4(a)。PH表示后跟中心线上的脚尖触碰地面的点 (图4(a)和4(b))。图4(a)显示的是鞋楦的头部和后跟部分。鞋头部分可以用两个样条曲线进行模拟，一个外侧(CW)和一个在内侧(CN)，如图4(b)所示。外侧曲线是由指骨跖骨关节位置PMW和它的切线 P’MW，以及鞋楦前面尖点PTW和它的切线P’TW四个参数控制得到的。同理内侧曲线CN是由点PMN和PTN以及各自的切线P’MN和P’TN四个参数得到的。点PTW和点PTN是同一个点。参数L和T控制点PTW的原始位置。L可以控制鞋头的长短，T可以控制鞋头形状。通过改变切线P’TN和’TW大小改变鞋头形状。切线P’TN和’TW分别控制曲线1和曲线2的张力，从而调整鞋头的形状。

(a) 鞋楦轮廓　　　　　　　　　　(b) 鞋楦头部外形设计

(a) 脚尖翘度曲线　　　　　　　　　　(b) 脚背曲线

脚底曲线生成后，鞋头轮廓的设计如图5所示。图5显示了鞋头部分由两条曲线构成：脚尖翘度曲线(图5(a))和脚背曲线(图5(b))。类似于鞋头的设计，脚尖翘度曲线(CI)由PH、PTN两点和各自的切线构成。脚背曲线(CL)的鞋头部分由点PL、PTN和各自的切线构成，曲线CI和CL的形状可以调整。

两个截面曲线CC1和CC2可以改变鞋头设计(图6)。分别找出交叉点PL1、PW1和PN1和交叉点PL2、PW2和PN2，这样就形成了脚背的截面曲线CC1和CC2。图7显示了一些通过修改样式曲线鞋楦的变化，在CAD平台上进行设计仿真(CATIA系统)，更多的变化曲线可以通过添加额外的点来实现。消费者可以通过修改曲线实现个性化定制设计。设计师和制造商可以用更多的时间研究自助设计和修改方法。

(a) 截面曲线　　　　　　　　　　　　　　　(b)曲线创建曲面

(b) 脚尖翘度变化图

4　鞋楦定制的使用评价

如果根据消费者的需求进行鞋楦设计，消费者对鞋楦的满意度会大大提高。所以设计一个满足消费者选择鞋楦的调整、分级 、自定义系统是十分必要的[15]。图7为鞋楦设计图，通过鞋楦鞋头翘度和鞋跟高度的数字化信息调整鞋的形状，修改代表鞋的内部形状的鞋楦后利用MATLAB程序进行误差计算。图8表示一个误差彩色图，用于评价鞋的合脚性。它可以计算平均误差。因为在不同的脚位置公差的情况不同，需要设计一个平均误差的加权函数。

图8　彩色等级图

5　结论

本文对鞋楦设计和大规模定制进行了研究。大规模定制既保持了大规模生产效率优势的同时又满足市场要求。本课题开发了一个可以改变鞋楦造型的系统。该系统对消费者和制造商都有好处。三维足部扫描，帮助精确测量个体消费者的各项参数。设计师可以通过系统中CAD变化曲线、 点、 曲面等工具轻松的设计鞋楦造型。该系统可以使产品可视化，而且有效的控制成本，提高顾客满意度。这项研究系统更有助于买家选择样品，同时节约了生产成本，减少了材料浪费和交货时间。同时通过提供更适合消费者的样式定制，大大降低了鞋类不合脚的风险。

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张亚文，东华大学硕士研究生，研究方向是数字化纺织工程、鞋类舒适性。

张一帆，东华大学讲师，硕士研究生导师。研究方向是数字化纺织工程、鞋类舒适性和智能传感器的开发。

TU22

A

1671-1602(2016)18-0042-03