数字化鞋类工业样版制造技术方案研究

巫晓婷，汤仪平，李志伟，黄善钢

（1.黎明职业大学，福建 泉州 362000；2.福建鼎辉纺织有限公司，福建 南安 362324）

0 引言

据相关部门统计，福建省鞋类产量占全世界份额的36.58%，其中泉州市的鞋类产量占全世界份额的20%。为加快经济转型升级，国家与政府主要依托福建省及相关产业地市针对鞋类产业配套出具了诸多产业政策，其中国家层面的有国务院《关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见》，该政策规划的实施，预计到2025年，我国体育产业年均创造GDP应大于5万亿元人民币，占到GDP 2%以上，复合增长率达到15%～16%。另外，国务院办公厅出台的《关于加快发展体育产业的指导意见》和福建省人民政府出台的《实施〈中国制造2025〉行动计划》《关于加快发展智能制造九条措施》《福建省智能制造工程实施方案 （2016～2020年）》等战略亦开始推行。福建泉州市政府出台了《泉州制造2025》《关于促进纺织鞋服行业健康发展若干措施》《关于加快发展体育产业的实施意见》等一揽子文件，推行“泉州制造2025”和“数控一代”智能制造先行模范工程，推动劳动密集型产业加快标准化工序工段中机器代人，加速制鞋产业中先进设备和智能系统的融合应用，打造世界范围内具备代表性先进水平的纺织鞋服生产基地和全国机械装备制造中心，预期到2020年底，产业增加值占GDP的10%以上。

1 数字化工业制版技术在制鞋产业中的定位

针对政府的各项政策，“数字化鞋类工业样板制造技术方案研究”项目团队针对目前制鞋产业向智能制造转型过程中的数字化工业样板制造技术应用进行研究和探索，力求以实际案例衔接产业上下段工序，贯通鞋类产品“虚拟化设计研发”“数字化工业制版”“智能化大货生产”的“智造工序”。本技术经过本项目参与企业应用成功后，将可在鞋类工业制版大数据建设、软件研发方面进行一定范围的推广尝试，可在行业内产生积极的示范性带动作用，有效提高企业的生成效率，有较高的社会效益示范性和经济效益性。数字化工业制版技术在制鞋产业中的定位示意图如图1。

图1 数字化工业制版技术在制鞋产业中的定位示意图

2 研究背景与开展示意

2.1 境外的研究状况

目前境外相关技术的研发主要体现在科研单位，如高校、著名品牌企业等，均设有制版技术研发实验中心以及运动生物力学实验中心，在进行新技术升级后研发。例如耐克集团与我国台湾省台北市立大学运动科学实验室合作的版型技术研发中心；美国AUTO CAD巨头Autodesk收购英国鞋类CAM公司Delcam，在战略布局上切入鞋类数字化工业样板研发，但由于远离鞋类生产基地，相关研发进展缓慢；意大利的Torielli公司在相关方面作出了初步探索，进行了power数字化制版放版技术研究探索[1]。

2.2 境内研究

国内相关技术多参考中国台湾技术和美国加州技术，比较典型的一是比楦转跷法，是指在三维楦面上用工业美纹胶进行控制点、线辅助下的结构设计，再通过这些控制部位的面积及接帮长度按旋转取跷的方法进行三维立体到二维平面的转换。二是模版降跷法，需首先绘出合乎人体脚型及竞技鞋类设计的“原型模版”，然后按款式要求在原型基础上加放设计量，是根据几何学的原理运用一定公式和方法推算三维立体到二维平面的结构设计。此种方案是建立在立体几何视角下的严密逻辑运算，效率低下。浙江省温州大学李运河教授团队复样设计法几何学运算方式论述了手工贴楦（经验）设计法，展开手工工业制版技术研究，但未融入数字化；深圳新百丽鞋业等公司自主着手相关问题研究，已经有一定突破，处于内部运用阶段。

2.3 开展示意

综上所述，目前国内外均有团队开展相关研究，但与本课题立足鞋行业智能制造转型实际及针对性方面有较大区别，因此项目开展具有较为重要的现实意义[2]。

福建省鞋类产业正在有序且迅捷地向智能生产靠拢，三维虚拟设计、3D打印机、智能化缝纫设备、机械臂自动喷胶、自动成型等智慧设备生产条件运用，机器取代人工生产，颠覆了劳动密集型制鞋产业传统的生产方式[3]。

同时，在行业中开始出现技术更替和断层的新技术痛点，三维虚拟设计或3D打印的热塑性（PVC塑料或SLA光敏树脂）样品仅仅具备外观可视性，还不能作为真实鞋服样品穿着，也未能经生产部门进行批量工业生产，大批量生产仍需科研或技术人员进行产品的工业制版，科研及技术应用出现滞后性技术断层。落后传统的手工工业制版技术繁复且依赖大量经验积累，返工率高，研发耗时普遍在72～100h左右，严重拖累数字化研发和智能化生产进度，智能工业样板数字化制取技术研发及应用推广成为行业亟待解决的共性关键问题[4]。项目展开点示意图如图2。目前鞋类智能研发、生产与传统工业样板制造工序之间的技术断层如图3。

图2 项目展开点示意图

图3 目前鞋类智能研发、生产与传统工业样板制造工序之间的技术断层

3 数字化鞋类工业样版制造方案研究的具体内容和技术考核指标

3.1 具体内容

数字化鞋类工业样板制造方案的研究着眼福建省鞋服产业向智能制造转型生产过程中的研发系统数字化与生产设备智能化之间的衔接工序，解决鞋类造型设计和制造生产受限于工业样板制造速率缓慢、技术水平受限等产生的技术断层问题，解开传统手工工业样板制造拖累智能设备大货生产进度的行业共性痛点，应用世界主流数字化技术，打通CAD智能设计到CAM智能生产之间的桥梁，进行数字化工业制版技术及应用软件研发更新，解析典型运动鞋产品数字化工业制版技术，提高生产效率、培养数字化工业制版人才[5]。数字化工业制版技术研究要点如图4。

图4 数字化工业制版技术研究要点

一是对世界主流鞋类数字化制版技术进行分析，立足行业普遍采用的虚拟化研发设计系统和智能制造生产系统进行针对化研究，聚焦典型鞋产品数字化工业制版技术研究和案例化应用分析，贯通鞋类产品“虚拟化设计研发—数字化工业制版—智能化大货生产”的“智造工序”[6]，如图 5 所示。

图5 鞋类数字化制版技术项目化、案例化研究路线图

二是进行软件开发和编程，针对数字化工业制版技术研发和应用推广过程中的实际技术难题，使相关软件技术在普适性的同时，更加贴合泉州市鞋类产业实际生产需求和智能制造化转型过程中出现的各类新工艺、新技术、新设备等，并在合作企业试用后进行第三方企业试用和推广[7]。

三是针对数字化工业制版技术研发和应用推广，进行工程师和技术类人才培养，针对数字化和软件工程技术的特征，针对性制作方便推广学习的数字化工业制版MOOC教程，另外为智能制造行业、鞋类行业公益性培养数字化工业制版方向工程师。如图6所示。

图6 鞋类数字化工业制版技术研发和应用推广研究路线图

3.2 技术考核指标

3.2.1 软件研发方面

以国标《GB8566-88计算机软件开发规范》《GB/T 12504-90计算机软件质量保证计划规范》《GB/T 14394-93计算机软件可靠性和可维护性管理》为监测标准，专业方向性检验指标均以运动鞋款式分类及相关参数为标准。包括：支持跑鞋、篮球鞋、足球鞋、板鞋等典型鞋款的典型形态数据库，具备如Y型、C型、I型前套、M型后方、单扇型后方等专业形态的跷度自动调整的数据支持；支持扫描仪扫描文件的输入和数字化自由曲线的识别、绘制、调整以及支持分版、拆版的群组化线条操作；支持线条的相接、切断、截取、平移、复制时移位等操作以及支持分版的工艺跷加放、支持分版线条群组的分次性旋转、空间切断等；要支持中国鞋码、法国鞋码的自动化鞋码扩缩；支持典型激光、刀头切割机的连接；要满足研发过程中发现的其他应涉及的专业技术技能方面要求。

3.2.2 应用新技术的产品开发与样品试制方面需达到的标准

以国标《HGT2017-2011普通运动鞋》GB/T 15107-2013《旅游鞋》为监测标准，具体检验指标包括：一是要检验样板的比例、结构是否规范合理；二是检验样板的数量是否完整且裁断样板与基础净样板是否吻合；三是检验裁断样板是否符合镶接工艺标准且是否便捷符合现代工业化生产；四是试帮成功后，方可进行扩缩、制作样品鞋、写工艺文件等操作；五是成型后帮面各标志点、标志线与原楦面结构设计保持吻合、一致。

3.2.3 检验过程中绷帮定型需达到的标准

在CAD系统处理鞋类工业版型后，存在几个问题：一个是跷度转换后部件组装完时的相接适合度，因立体角转化为平面后不再存在三维立体上的弧度体面，原两部件间的两曲线直接镶接会变化为曲线与直接镶接，非实验室条件下可能造成长度不一；二是跷度变化后的帮面伏楦性标准，各部件伏楦良好，无空浮、围盖及后身平伏无褶皱；三是统口贴楦性标准方面，侧帮即舌式竞技运动鞋的围条或耳式竞技运动鞋的鞋耳紧紧贴伏于楦面，无松弛、敞口；四是后弧及侧身抱脚性标准方面，后弧紧紧贴伏于楦面，上部无松弛、敞口，中部无空浮现象，侧身版挺括、紧紧向背中线扣合。

4 展开方案

以案例实践研究法为主要技术和实验展开方法，研究过程中需要采用详细且具体的典型产品进行技术方案研究和实验。具体方案如下：一是对接企业本工位前段生产工序虚拟化设计工作过程展开研究；二是对标企业本工位后段生产工序智能化生产制造工作过程展开研究；三是面向产品整体生产流程的系统研究法；既要将整体生产工序作为一个完整的流程作为研究出发点，又要聚焦工业制版工序的岗位特征进行数字化软件工程技术研发；四是面向复杂多变的产品造型采取变量研究法，通过对固定款式、部分同部位不同造型结构（如帮底组装工艺中的结帮半包楦工艺、全包楦工艺、绷帮工艺造成的数据变化）或不同工艺形式的变化 （如外头部件中的C型、T型、Y型等线形变化）展开研究。

5 结语

本研究着眼福建省鞋服产业向智能制造转型生产过程中的研发系统数字化与生产设备智能化之间的衔接工序，解决新品设计开发和大货生产因工业样板制造进度不匹配、技术水平受限等问题。针对数字化工业样板制造技术的研究和应用探索，能够衔接产业上下段工序，贯通鞋类产品“虚拟化设计研发”“数字化工业制版”“智能化大货生产”的“智造工序”。本技术经过在企业应用成功后，将可在鞋类工业制版大数据建设、软件研发方面取得一定进展，可在行业内产生积极的示范性带动作用，有效提高企业的生成效率，社会和经济效益极高。