鞋类制造的数字化革命

作者：ASSOMAC技术顾问 Sergio Dulio

欢迎访问e展厅 展厅 2 服装/皮革/制鞋机械展厅 缝纫机, 绗缝机, 锁边机, 包缝机, 捆条机, ... 试想，在距离现在不远的将来，打开柜子，检查衣柜并发现缺少一双完美匹配我们实际上并没有的某件衣服的鞋类，或者，需要穿上经过优化适于我们的足部以及符合我们需要达到的性能的新鞋，以作好每日漫步或者更快跑步或者更稳定地疾跑从而与朋友开展足球运动的准备。人们会想，这时需要前往时装店或者专门经营运动产品的商店；相反，我们可以打开电脑（或者可能替代所有电脑的平板电脑），查询“设计提供商”（会取代我们今天熟知的鞋类制造商）的网站，以选择我们最喜爱的型号，或者性能最佳的鞋类，然后购买这些型号的“制造权”。然后，我们下载设计并发送到我们的“3D数字打印机”，以要求的款式、优化的配件以及在屏幕上看到的数字模拟中的所有喜爱特征生产我们需要的产品。整个数字过程仅在最后才变为实物。 当然，这是一种展望场景，典型代表着“未来学派”（维基百科定义：“未来学家或未来学派是专长在于尝试系统预测未来的科学家和社会科学家，特别是人类社会或者地球上整体生命”），但是，可以想像，这种状况距离现实已经不远。首先考虑一下能够使这种未来展望成为可能的技术。这不是一种新技术：我们已经谈论快速原型制作至少二十年时间，指的是一整个系列制造技术和机器，能够从3D CAD对象演示（甚至同时具有多个对象）获取复杂的物理原型。STL（立体平版印刷）、FDM（熔化沉淀建模或熔化材料受控沉淀）、SLS（选择性激光烧结）等缩写已经在杂志上出现多年，同时在报纸和流行科学期刊上的出现频率也不断增加。情况在于，这些技术已经随着时间改进，机器已经变得更快和更精确，一次处理的结实耐用材料现今覆盖了具有各种挠性、强度和重量的广泛不同化合物。种类如此繁多，用于描述的术语已经发生变化：不再是快速原型制作系统，而是“添加机器”（不是去除材料，而是逐渐分层固化对象本身的结构工艺），直至最近命名为“直接生产机器”。根据这种最近的词汇演化，这些系统从原型制作（针对审美评估但是不能满足特定功能）过渡到生产（制造设计执行特定功能的更大系列产品）已经完成。 从实验室原型到生产线的过渡首先是能够战略发展这些技术；其次是毫无疑问与这些机器的成本逐渐降低相关，开始最初价格为几万欧元，现今所谓的“3D打印机” 特别型号成本只有10,000欧元以上。但是行程仍未结束：为了实现本文开头时的展望，需要扩展到安装了电脑（或者平板电脑）的每个家庭，这就是“个人制造商”的来临，是家庭使用的真正3D打印机，价格微微高于一台优良的激光打印机。首先几种型号已经上市：MakerBot Replicator2只是这种新型“产品创作器”的一个示例。您可以大约2,500欧元的价格从互联网上购买一台，通过标准USB接线将其连接到电脑，并开始以高度耐用的塑料聚合物创建产品：每位家庭用户都可以直接生产。发展仍将继续：这些技术的重大发展推动了应用研究，新技术和新机器正被推向市场并开始被看作传统技术的补充，直至一些人员开始想像“混合制造系统”，其内的先进添加机器与我们可以在各种鞋厂找到的设备一起共同工作。 作为新兴制造技术出现的最终成功证据是今年初两家领先的运动品牌（Nike和New Balance）宣布推出首批商业型号足球靴和运动鞋，采用了激光烧结外底，经过优化和量身定制，能够满足各个运动员的性能要求。如果我们也考虑这些公司最近在生产整个鞋面（编织而不是切割和装配配件）或者通过焊接而不是针缝将配件拼合在一起替代方式领域开展的其它创新实验，则会认识到我们可能处于制造示范转移的边缘。 从高度真实的虚拟模仿库中选择鞋类设计，下载设计文件，并发送到3D打印机：所有这些活动的共同点是它们均依赖于数字数据：进一步确认持续的数字化革命已经使整个鞋类制造世界转变。这是一种始于多年之前在推出首批电脑和开发专用CAD软件程序时的工艺，能够完全数字化产品开发过程。不需要铅笔、塑料外壳和不干胶带。立即扫描仍然采用手工制作的鞋楦，以转化为3D数字模型，设计人员可以在其工作站上使用需要的形式在其上绘图，直接制作鞋类所有配件的三维模型（可视和不可视），并生成高度仿真的视图以创建可视系列原型。 采用各种仿形工程和分类步骤完成这一创新阶段，几何定义所有鞋面和衬里部件以及相关鞋类配件，以便生成可以用于后续所有制造阶段的各种有用数据。然后，比特数据从设计部门转移到车间，以便在此有效控制无模具的切割机器、自动缝制站、鞋楦机器以及大量的其它加工设备，包括机器人。生产极度数字化，因为设计也经过数字化变革。比特数据通过其PLC（可编程逻辑控制器）和电脑控制器调整各台机器的功能，描述了设备必须执行的工作路径。软件再次控制整个工艺，通过SCADA（系统控制和数据采集）、MES（制造执行系统）、生产规划和计划应用程序等应用程序监控各种级别的各台机器和单元。如果没有软件、电脑和数字数据，工厂中没有任何一项任务或者任何一个部门可以开展操作。一种普遍存在的情况是，对于任何制鞋厂（包括工艺自动化整体水平可能看似不高的制鞋厂）的每日运营，这是十分重要。 但是，数字化革命不仅影响工厂的内部世界，而且已经改变了我们寻找新产品的方式（通过网页数字扫描）和我们订购产品的方式（再次通过网站，然后在共享虚拟或经过验证现实、数字通讯、移动应用程序等其它技术的商店中购买）。最终，比特数据已经改变了我们生活的各个方面：社会生活、媒介和新闻以及购物。由于比特数据已经在整体上改变了工业世界，一些专家开始将其称为第四次工业革命或者工业4.0。 工业1.0与18世纪晚期始于英国、在19世纪中期结束的第一次“工业革命”相关，代表着从基于手工业的农业经济转变为引入机械生产方法的工业和机器制造的经济。第二次工业革命（或者工业 2.0）与20世纪初的工业繁荣时期相关，大规模工业生产时代到来，装配线和工厂制造大规模消费产品。20世纪70年代初，工业过程中采用电子和IT，从而优化和自动化生产，为第三次工业化（工业3.0）铺平了道路，标志是以前人类负责的自动化生产工艺继续由机器接替。今后十年，第四次工业革命将推动一个“分布式”生产时代。通过智能对象、自动产品以及接近实时管理制造和生产网络的决策过程实现工业4.0。 下面描述工业4.0的展望： 所有参与者和涉及制造的资源之间出现新级别的社会技术互动。这样将围绕自动化且能够控制自己的制造资源网络（生产机器、机器人、传送器以及仓库和生产设施）的发展，以响应不同情况、自配置、基于知识、配备传感器和空间扩散，另外还集成相关规划和管理系统。作为这种展望的一个重要组成部分，智能工厂将被嵌入公司的内部价值网络，特点是采用包含制造过程和制造产品的端对端工程，实现数字和物理世界的无缝整合。采用智能工厂，能够使在其内工作的人员管理复杂性不断增加的制造过程，并确保生产同时具有吸引力、在城市环境中可持续以及有利可图。 工业4.0中的智能产品能够唯一识别并随时定位。即使在制造产品时，也将知道自己的制造工艺的详细信息。这就意味着在某些领域，智能产品将能够半自动控制生产的各个阶段。此外，将有可能确保成品知道参数位于其最佳功能范围之内且能够在整个使用寿命期间识别磨损迹象。可以收集此类信息，以在物流、部署和维护方面优化智能工厂并集成业务管理应用程序。未来，在工业4.0环境中，将能够将各个客户和产品特定特点集成于设计、配置、订购、计划、生产、操作和再循环阶段，甚至有可能立即实施生产之前甚至生产期间以及潜在操作期间的最后一分钟更改要求，因此，将有可能制造一次性产品以及极少量的产品并能够营利。 工业4.0展望的实施，员工将能够基于情况和背景敏感的目标控制、调整和配置智能制造资源网络和制造步骤。员工将不必开展例行任务，因而能够聚焦创新性增值活动，因此，他们将保留关键的职能，特别是质量保证职能。同时，采用灵活的工作条件，将能够实现其工作和个人需要之间的更大相容性。工业4.0展望的实施，将要求进一步扩展相关网络基础设施和通过服务水平协议提高网络服务质量规格，以便满足数据密集应用程序的高带宽需要以及服务提供商保证时间关键应用程序的运行时间。 这是整个工业场景的一种全面变革，数字数据的重要性甚至更明显，它们的影响和在鞋类工业中的应用现在已经成为最初的探索对象。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/24/2013)