巫曉婷，湯儀平，李志偉，黃善鋼

（1.黎明職業(yè)大學，福建 泉州 362000；2.福建鼎輝紡織有限公司，福建 南安 362324）

0 引言

據相關部門統(tǒng)計，福建省鞋類產量占全世界份額的36.58%，其中泉州市的鞋類產量占全世界份額的20%。為加快經濟轉型升級，國家與政府主要依托福建省及相關產業(yè)地市針對鞋類產業(yè)配套出具了諸多產業(yè)政策，其中國家層面的有國務院《關于加快發(fā)展體育產業(yè)促進體育消費的若干意見》，該政策規(guī)劃的實施，預計到2025年，我國體育產業(yè)年均創(chuàng)造GDP應大于5萬億元人民幣，占到GDP 2%以上，復合增長率達到15%～16%。另外，國務院辦公廳出臺的《關于加快發(fā)展體育產業(yè)的指導意見》和福建省人民政府出臺的《實施〈中國制造2025〉行動計劃》《關于加快發(fā)展智能制造九條措施》《福建省智能制造工程實施方案 （2016～2020年）》等戰(zhàn)略亦開始推行。福建泉州市政府出臺了《泉州制造2025》《關于促進紡織鞋服行業(yè)健康發(fā)展若干措施》《關于加快發(fā)展體育產業(yè)的實施意見》等一攬子文件，推行“泉州制造2025”和“數控一代”智能制造先行模范工程，推動勞動密集型產業(yè)加快標準化工序工段中機器代人，加速制鞋產業(yè)中先進設備和智能系統(tǒng)的融合應用，打造世界范圍內具備代表性先進水平的紡織鞋服生產基地和全國機械裝備制造中心，預期到2020年底，產業(yè)增加值占GDP的10%以上。

1 數字化工業(yè)制版技術在制鞋產業(yè)中的定位

針對政府的各項政策，“數字化鞋類工業(yè)樣板制造技術方案研究”項目團隊針對目前制鞋產業(yè)向智能制造轉型過程中的數字化工業(yè)樣板制造技術應用進行研究和探索，力求以實際案例銜接產業(yè)上下段工序，貫通鞋類產品“虛擬化設計研發(fā)”“數字化工業(yè)制版”“智能化大貨生產”的“智造工序”。本技術經過本項目參與企業(yè)應用成功后，將可在鞋類工業(yè)制版大數據建設、軟件研發(fā)方面進行一定范圍的推廣嘗試，可在行業(yè)內產生積極的示范性帶動作用，有效提高企業(yè)的生成效率，有較高的社會效益示范性和經濟效益性。數字化工業(yè)制版技術在制鞋產業(yè)中的定位示意圖如圖1。

圖1 數字化工業(yè)制版技術在制鞋產業(yè)中的定位示意圖

2 研究背景與開展示意

2.1 境外的研究狀況

目前境外相關技術的研發(fā)主要體現在科研單位，如高校、著名品牌企業(yè)等，均設有制版技術研發(fā)實驗中心以及運動生物力學實驗中心，在進行新技術升級后研發(fā)。例如耐克集團與我國臺灣省臺北市立大學運動科學實驗室合作的版型技術研發(fā)中心；美國AUTO CAD巨頭Autodesk收購英國鞋類CAM公司Delcam，在戰(zhàn)略布局上切入鞋類數字化工業(yè)樣板研發(fā)，但由于遠離鞋類生產基地，相關研發(fā)進展緩慢；意大利的Torielli公司在相關方面作出了初步探索，進行了power數字化制版放版技術研究探索[1]。

2.2 境內研究

國內相關技術多參考中國臺灣技術和美國加州技術，比較典型的一是比楦轉蹺法，是指在三維楦面上用工業(yè)美紋膠進行控制點、線輔助下的結構設計，再通過這些控制部位的面積及接幫長度按旋轉取蹺的方法進行三維立體到二維平面的轉換。二是模版降蹺法，需首先繪出合乎人體腳型及競技鞋類設計的“原型模版”，然后按款式要求在原型基礎上加放設計量，是根據幾何學的原理運用一定公式和方法推算三維立體到二維平面的結構設計。此種方案是建立在立體幾何視角下的嚴密邏輯運算，效率低下。浙江省溫州大學李運河教授團隊復樣設計法幾何學運算方式論述了手工貼楦（經驗）設計法，展開手工工業(yè)制版技術研究，但未融入數字化；深圳新百麗鞋業(yè)等公司自主著手相關問題研究，已經有一定突破，處于內部運用階段。

2.3 開展示意

綜上所述，目前國內外均有團隊開展相關研究，但與本課題立足鞋行業(yè)智能制造轉型實際及針對性方面有較大區(qū)別，因此項目開展具有較為重要的現實意義[2]。

福建省鞋類產業(yè)正在有序且迅捷地向智能生產靠攏，三維虛擬設計、3D打印機、智能化縫紉設備、機械臂自動噴膠、自動成型等智慧設備生產條件運用，機器取代人工生產，顛覆了勞動密集型制鞋產業(yè)傳統(tǒng)的生產方式[3]。

同時，在行業(yè)中開始出現技術更替和斷層的新技術痛點，三維虛擬設計或3D打印的熱塑性（PVC塑料或SLA光敏樹脂）樣品僅僅具備外觀可視性，還不能作為真實鞋服樣品穿著，也未能經生產部門進行批量工業(yè)生產，大批量生產仍需科研或技術人員進行產品的工業(yè)制版，科研及技術應用出現滯后性技術斷層。落后傳統(tǒng)的手工工業(yè)制版技術繁復且依賴大量經驗積累，返工率高，研發(fā)耗時普遍在72～100h左右，嚴重拖累數字化研發(fā)和智能化生產進度，智能工業(yè)樣板數字化制取技術研發(fā)及應用推廣成為行業(yè)亟待解決的共性關鍵問題[4]。項目展開點示意圖如圖2。目前鞋類智能研發(fā)、生產與傳統(tǒng)工業(yè)樣板制造工序之間的技術斷層如圖3。

圖2 項目展開點示意圖

圖3 目前鞋類智能研發(fā)、生產與傳統(tǒng)工業(yè)樣板制造工序之間的技術斷層

3 數字化鞋類工業(yè)樣版制造方案研究的具體內容和技術考核指標

3.1 具體內容

數字化鞋類工業(yè)樣板制造方案的研究著眼福建省鞋服產業(yè)向智能制造轉型生產過程中的研發(fā)系統(tǒng)數字化與生產設備智能化之間的銜接工序，解決鞋類造型設計和制造生產受限于工業(yè)樣板制造速率緩慢、技術水平受限等產生的技術斷層問題，解開傳統(tǒng)手工工業(yè)樣板制造拖累智能設備大貨生產進度的行業(yè)共性痛點，應用世界主流數字化技術，打通CAD智能設計到CAM智能生產之間的橋梁，進行數字化工業(yè)制版技術及應用軟件研發(fā)更新，解析典型運動鞋產品數字化工業(yè)制版技術，提高生產效率、培養(yǎng)數字化工業(yè)制版人才[5]。數字化工業(yè)制版技術研究要點如圖4。

圖4 數字化工業(yè)制版技術研究要點

一是對世界主流鞋類數字化制版技術進行分析，立足行業(yè)普遍采用的虛擬化研發(fā)設計系統(tǒng)和智能制造生產系統(tǒng)進行針對化研究，聚焦典型鞋產品數字化工業(yè)制版技術研究和案例化應用分析，貫通鞋類產品“虛擬化設計研發(fā)—數字化工業(yè)制版—智能化大貨生產”的“智造工序”[6]，如圖 5 所示。

圖5 鞋類數字化制版技術項目化、案例化研究路線圖

二是進行軟件開發(fā)和編程，針對數字化工業(yè)制版技術研發(fā)和應用推廣過程中的實際技術難題，使相關軟件技術在普適性的同時，更加貼合泉州市鞋類產業(yè)實際生產需求和智能制造化轉型過程中出現的各類新工藝、新技術、新設備等，并在合作企業(yè)試用后進行第三方企業(yè)試用和推廣[7]。

三是針對數字化工業(yè)制版技術研發(fā)和應用推廣，進行工程師和技術類人才培養(yǎng)，針對數字化和軟件工程技術的特征，針對性制作方便推廣學習的數字化工業(yè)制版MOOC教程，另外為智能制造行業(yè)、鞋類行業(yè)公益性培養(yǎng)數字化工業(yè)制版方向工程師。如圖6所示。

圖6 鞋類數字化工業(yè)制版技術研發(fā)和應用推廣研究路線圖

3.2 技術考核指標

3.2.1 軟件研發(fā)方面

以國標《GB8566-88計算機軟件開發(fā)規(guī)范》《GB/T 12504-90計算機軟件質量保證計劃規(guī)范》《GB/T 14394-93計算機軟件可靠性和可維護性管理》為監(jiān)測標準，專業(yè)方向性檢驗指標均以運動鞋款式分類及相關參數為標準。包括：支持跑鞋、籃球鞋、足球鞋、板鞋等典型鞋款的典型形態(tài)數據庫，具備如Y型、C型、I型前套、M型后方、單扇型后方等專業(yè)形態(tài)的蹺度自動調整的數據支持；支持掃描儀掃描文件的輸入和數字化自由曲線的識別、繪制、調整以及支持分版、拆版的群組化線條操作；支持線條的相接、切斷、截取、平移、復制時移位等操作以及支持分版的工藝蹺加放、支持分版線條群組的分次性旋轉、空間切斷等；要支持中國鞋碼、法國鞋碼的自動化鞋碼擴縮；支持典型激光、刀頭切割機的連接；要滿足研發(fā)過程中發(fā)現的其他應涉及的專業(yè)技術技能方面要求。

3.2.2 應用新技術的產品開發(fā)與樣品試制方面需達到的標準

以國標《HGT2017-2011普通運動鞋》GB/T 15107-2013《旅游鞋》為監(jiān)測標準，具體檢驗指標包括：一是要檢驗樣板的比例、結構是否規(guī)范合理；二是檢驗樣板的數量是否完整且裁斷樣板與基礎凈樣板是否吻合；三是檢驗裁斷樣板是否符合鑲接工藝標準且是否便捷符合現代工業(yè)化生產；四是試幫成功后，方可進行擴縮、制作樣品鞋、寫工藝文件等操作；五是成型后幫面各標志點、標志線與原楦面結構設計保持吻合、一致。

3.2.3 檢驗過程中繃幫定型需達到的標準

在CAD系統(tǒng)處理鞋類工業(yè)版型后，存在幾個問題：一個是蹺度轉換后部件組裝完時的相接適合度，因立體角轉化為平面后不再存在三維立體上的弧度體面，原兩部件間的兩曲線直接鑲接會變化為曲線與直接鑲接，非實驗室條件下可能造成長度不一；二是蹺度變化后的幫面伏楦性標準，各部件伏楦良好，無空浮、圍蓋及后身平伏無褶皺；三是統(tǒng)口貼楦性標準方面，側幫即舌式競技運動鞋的圍條或耳式競技運動鞋的鞋耳緊緊貼伏于楦面，無松弛、敞口；四是后弧及側身抱腳性標準方面，后弧緊緊貼伏于楦面，上部無松弛、敞口，中部無空浮現象，側身版挺括、緊緊向背中線扣合。

4 展開方案

以案例實踐研究法為主要技術和實驗展開方法，研究過程中需要采用詳細且具體的典型產品進行技術方案研究和實驗。具體方案如下：一是對接企業(yè)本工位前段生產工序虛擬化設計工作過程展開研究；二是對標企業(yè)本工位后段生產工序智能化生產制造工作過程展開研究；三是面向產品整體生產流程的系統(tǒng)研究法；既要將整體生產工序作為一個完整的流程作為研究出發(fā)點，又要聚焦工業(yè)制版工序的崗位特征進行數字化軟件工程技術研發(fā)；四是面向復雜多變的產品造型采取變量研究法，通過對固定款式、部分同部位不同造型結構（如幫底組裝工藝中的結幫半包楦工藝、全包楦工藝、繃幫工藝造成的數據變化）或不同工藝形式的變化 （如外頭部件中的C型、T型、Y型等線形變化）展開研究。

5 結語

本研究著眼福建省鞋服產業(yè)向智能制造轉型生產過程中的研發(fā)系統(tǒng)數字化與生產設備智能化之間的銜接工序，解決新品設計開發(fā)和大貨生產因工業(yè)樣板制造進度不匹配、技術水平受限等問題。針對數字化工業(yè)樣板制造技術的研究和應用探索，能夠銜接產業(yè)上下段工序，貫通鞋類產品“虛擬化設計研發(fā)”“數字化工業(yè)制版”“智能化大貨生產”的“智造工序”。本技術經過在企業(yè)應用成功后，將可在鞋類工業(yè)制版大數據建設、軟件研發(fā)方面取得一定進展，可在行業(yè)內產生積極的示范性帶動作用，有效提高企業(yè)的生成效率，社會和經濟效益極高。