10 - 2018

Цифровая фабрика обуви

Александр Худошин
Консультант по PLM-решениям в отрасли «автомобилестроение», Siemens PLM Software.

Передовые технологии Siemens PLM Software позволяют предприятиям преобразовать существующее производство в цифровую фабрику будущего.

История обуви насчитывает более тридцати тысячелетий, на протяжении которых она остается одним из самых необходимых и важных предметов гардероба. Но только в XIX веке обувная промышленность становится механизированной, появляются первые фабрики обуви, где ручной труд частично заменяют станки и начинается массовое изготовление обуви с учетом конфигурации стопы, асимметрии и разделения пары на левую и правую.

Фабрики обуви нашего времени уже работают с невероятными мощностями. Они ежемесячно производят тысячи пар модной обуви, используя как натуральные, так и синтетические материалы. ­Обувь постоянно совершенствуется — придумываются и изготавливаются новые колодки, фасоны, стельки. Теперь ее можно купить и в маленьком бутике, и большом супермаркете, и через Интернет. Современное многообразие фасонов и моделей отражает потребность людей в удобной, защищающей стопу от повреждений, отвечающей последним веяниям моды, красивой обуви.

При всем многообразии и динамике рынка доля ручного труда в производстве обуви остается достаточно высокой. Между тем в полной мере ручной труд обоснован лишь в узком сегменте обуви, изготавливаемой по индивидуальным размерам. Для большинства производителей важна скорость разработки новых привлекательных моделей и ускоренный вывод их на рынок.

Разработка абсолютно новой модели обуви включает изготовление колодки, поиск дизайнерских решений, градирование деталей по размерам. Ручной труд делает эти этапы чрезвычайно трудоемкими и налагает ограничения на степень новизны. Из­за использования ручного труда при разработке новой обуви часто предпочтение отдается моделям под существующую оснастку, а следовательно, наследуется фасон старых моделей. В результате новая «старая» модель выходит на рынок с запозданием и теряет своего покупателя. При этом выверенный стиль на основе размера обуви может искажаться от размера к размеру. Отсутствие оснастки часто компенсируется ручной обработкой деталей — и в новой модели можно разглядеть прошлогодний фасон, жесткую, склеенную и обработанную ручным способом подошву из пластика.

Сегодня промышленность стоит на пороге четвертой промышленной революции, характерными чертами которой являются «цифровизация» изделия и процессов, применение инновационных материалов и технологий. Передовые технологии Siemens PLM Software позволяют предприятиям преобразовать существующее производство в цифровую фабрику будущего. Первоисточником производства будущего является цифровой двойник изделия на основе параметрической электронной модели. Виртуальная среда разработки снимает множество ограничений, имманентных натурным проработкам. Результат цифрового проектирования открывает возможности для автоматизации процессов изготовления самой обуви и необходимой технологической оснастки, в частности становятся доступны инновационные аддитивные технологии.

Для примера реализации параметрической модели обуви была выполнена работа, включающая построение колодки, деталей обуви в сборе и разверток для последующего раскроя. Важно реализовать эффективный и гибкий процесс для его многократного применения в последующих проектах. Наибольшим потенциалом для цифровой фабрики обладает параметрическая колодка на основе сечений и «гладких» поверхностей. Она не содержит ограничений, присущих фасетным объектам, и обеспечивает большую точность контурам деталей.

Для решения наиболее сложных и оригинальных задач Siemens PLM Software предлагает технологию 3D­про­ектирования NX. Работа в контексте управления жизненным циклом изделия Teamcenter необходима для управления данными на последующих стадиях. Пример был создан с использованием прототипа стандартного решения для отечественных предприятий на основе PLM­системы Teamcenter. Реализованная методология позволяет решать сложную задачу в несколько стадий: поиска технического решения, получения мастер­геометрии деталей и производных от мастер­геометрии. Для этого применялись специальные объекты в PLM­системе.

Процесс разработки начинается с построения параметрической колодки. Использование системы математических зависимостей между параметрами построения позволяет сделать колодку гибкой и адаптируемой под выбираемые размеры стопы, каблука, полноты и др. На следующей стадии разрабатывается стиль будущей модели, куда входят подошва, каблук и детали верха. После выверки замысла детали дорабатываются и служат основой для получения разверток, спецификаций, маркетинговых материалов, разработки технологического процесса, расчета стоимости и многого другого.

Фотореалистичные изображения с применением текстур и манекена, несомненно, являются важной частью работы. Совершенство стиля определяет успех продукции на рынке. Данные иллюстрации выполнены непосредственно в NX, где задачи проектирования, дизайна и разработки оснастки реализуются неразрывно. Студия дизайна NX поддерживает технологию I­Ray. Текстура материалов выглядит рельефной, есть множество готовых сцен и т.п.

Будучи гибким и неразрывным, процесс может применяться повторно для новых проектов или градирования деталей. Создание шаблона с пользовательским интерфейсом в NX Product Template Studio для колодки или всей цепочки связанных объектов позволяет существенно упростить повторное применение. Такой шаблон не требует знаний программиста и может быть создан пользователем самостоятельно.

Цифровой двойник изделия помимо геометрической модели изделия может включать данные анализа и симуляций поведения конструкции при эксплуатации. Применение решения Simcenter, тесно интегрированного со средой разработки NX, позволит поднять качество продукции на более высокий уровень. Могут быть проанализированы прочность, деформации, тепломассоперенос и другие важные свойства.

Наличие модели колодки и разверток позволяет изготавливать колодки на автоматизированном оборудовании из перерабатываемых материалов, осуществлять раскрой без изготовления шаблонов, повышать точность и снижать объем неиспользуемых остатков материала. В свою очередь, геометрическая модель подошвы позволяет создать оснастку для литья или печати в NX.

Сегодня Siemens PLM Software активно развивает направление аддитивных технологий. NX как комплексное решение содержит модули для построений методом топологической оптимизации и подготовки печати с поддержкой промышленного оборудования. Функционал позволяет реализовать инновационные идеи в конструкции обуви для соответствия продукции требованиям рынка.

Наши решения и методология обеспечивают реализацию инноваций в конструкции обуви, бизнес­модели, технологиях продаж. Это открывает новые возможности предприятиям обувной промышленности для расширения присутствия и укрепления позиций на рынке. Для массового потребителя — это доступная, модная и удобная обувь, широкий ассортимент и качественные материалы.

Для творческого инженера обувь как конструкция представляет особый интерес и уникальную возможность отточить навыки и знания. Лично для меня это был уникальный и интересный опыт, который позволил шире взглянуть на объекты и задачи проектирования, а также на области применения систем NX и Teamcenter. Я буду рад предоставить дополнительную информацию для исследования возможностей наших решений. Выражаю благодарность Н.В. Тихоновой, д.т.н., профессору кафедры конструирования одежды и обуви Казанского национального исследовательского технологического университета, и Е.М. Савоськину, к.т.н., инженеру­ортопеду ООО «Доспехи», за методическую поддержку при анализе научной базы.