制鞋业距离大规模自动化还有多远？
- 2020/12/3 16:55:20 21079
- 来源：高工机器人网
【仪表网 仪表企业】有人说，中国鞋业像是被“关起来”的巨鳄。一方面，中国鞋业的市场规模之巨大无疑。据2019《世界鞋业年报》数据显示，制鞋产业高度集中在亚洲，其鞋产量约占总产量的90%。其中，中国鞋类产量134.75亿双，以55.5%的占比位居，远高于其他国家。
另一方面，中国鞋业市场近来并不平静，达芙妮退出市场，富贵鸟被迫退市，贵人鸟逾期……与之相对应的还有中国传统制鞋厂面临的诸多问题，如员工数量多且流动性大；工资成本高昂且人员操作水平参差不齐；员工培训进度慢，整体生产进度减缓；生产环境有毒害物质或会对员工健康安全造成影响等。
2020年疫情之下，这些问题被放大的同时，企业主更加意识到“订单碎片化”已是新常态，制鞋业正逐步从手工时代进入机械化时代，并迈向数字化时代的分水岭，新时期生产制造的核心竞争力和准入门槛将重塑。
洞察到这些机遇和挑战，长盈精密的子公司天机，在3C行业积累了丰富的实战经验后，拥有对新工艺的理解以及将积累的经验优势转换到新行业的能力，于是从2018年开始切入制鞋自动化领域并持续深耕。
如今天机在制鞋自动化领域已打造了多种设备，包括智能画线机、针车自动换梭机、3D视觉及力控鞋帮打磨机、鞋底动态跟随喷胶设备等，实现了大底/鞋帮打磨自动化、大底动态跟随喷胶自动化、大底成型拉模上料生产自动化、画线自动化、电脑针车换梭自动化、鞋帮涂胶/药水自动化、制鞋打磨喷胶烘烤整线自动化、制鞋中段全自动生产线等。
天机目前能应对的鞋型有运动鞋、劳保鞋、皮鞋、休闲鞋等，服务于阿迪达斯、耐克、知恩、法国代尔塔等。
天机相关负责人告诉「高工机器人」，在制鞋自动化改造的过程中，鞋底喷胶与打磨是挑战大的两个工序，加之鞋子具有非标性，一条生产线上也许同时生产上百种鞋，不同的材料、款式、尺码、颜色，同时鞋子更新换代迅速等，从而导致制鞋业还未形成规模的自动化应用，而天机要做的正是推动鞋业产线的全自动化进程。
鞋底涂胶主要有以下三个难点。首先由于胶水具有腐蚀性、粘性，这两个特性不仅影响到机器人的性能及使用寿命，而且会对传送带造成腐蚀、粘连而无法正常使用，一经腐蚀的传送带还会致使3D相机误差判断，带来更严重的后果。同时，喷胶工序会产生大量雾化物质，也会对鞋面造成一定的污染。另外，在进行喷胶工序时，胶水会堵住喷枪枪口，导致无法正常出胶。
基于以上三个挑战，天机在不断实验与摸索中找到了解决方案。为解决胶水腐蚀以及粘连传送带的问题，天机采用一种具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂特点的特殊喷涂材料附着于传送带上，并增加了清洗机构保证其洁净。针对胶水粘性问题，设置了清洗结构，用来清理枪头，且喷头的喷射宽度可调，保证喷胶效果，达到涂胶均匀性与拉力性能的优化。后，天机还研发了干燥机构解决喷胶产生大量雾化物质，保证鞋面不受污染。
在鞋底喷胶工序中，市面上大多是定点涂胶作业，天机采用的是动态跟随涂胶，进一步加快工作节拍，提高生产效率。
由于鞋底、鞋帮的高点与低点不在同一个平面上，凹凸分布不一致，在进行轨迹动态跟随时容易发生位置偏离。一些自动化方案采用2D视觉来识别鞋型，但此类方案不能获得对象的空间坐标信息，因此不支持形状相关的测量，诸如对象平坦度，表面角度，体积或区分相同颜色的对象,而3D视觉恰恰弥补了2D视觉在这些应用上的缺点。
为解决这一难点，天机选择在传送带的上方搭载天机自主研发的3D智能相机，通过非接触式扫描对产品进行三维定位与测量，形成可视化操作，适配算法库，扫描鞋底、鞋帮后输出点云原始数据，1.25s即可建立模型，实现对产品轮廓的精准识别，在进行轨迹跟随时做到精确高效。
打磨也是制鞋工序中的一大难点。在实际制鞋过程中，由于产品多样化，同型号、同尺码的鞋子也无法达到工业要求的一致性，尤其是同一款鞋，不但区分左右脚，还分不同的尺码。产品表面高点和低点的实际受力大小不一样，且凹凸分布不一致。难以精确控制机器人的运动轨迹以拟合每一个产品表面，所以传统机器人无法实现精密打磨。
为此，天机的3D智能相机和力控打磨系统，配合TR8的打磨功能，为客户解决难题。3D视觉识别出鞋底涂胶面，自动生成三维模型。力控打磨系统采用精度0.1N、频率100hz的六维力-力矩传感器，响应频率达250hz的六轴机械臂，实时监测并反馈打磨数据，通过力控打磨系统进行打磨加工，能使系统对接触力更好的感知和反应，降低编程工作复杂度，节约工时，实现柔性自适应打磨生产。作业过程中，机器人即时高质量修正路径，从而实现对打磨力的恒定控制。
与此同时，天机还可提供不同打磨材质、不同打磨工序的工艺包，使得打磨作业细化、专业化，在一定程度上达到打磨性能的提升。并且，通过经验数据积累，天机持续对打磨技术以及工艺包进行更新。
截止目前，天机已打造了多个制鞋系统集成项目。其中，天机为客户定制的鞋底喷胶烘烤检测全自动生产线，是市面上为数不多的实际投入生产使用且运行状况良好的生产线。该生产线对鞋底进行作业，共7道工序，包含喷药水、喷胶、烘烤、荧光检测及喷码等。
这条制鞋整线正常运转仅需2名操作员，线体产能约为3000双/10H，良率达到97%以上；鞋底喷胶及喷药水采用双通道，双机械臂模式，大幅度提高生产效率，实现喷枪不等待；自动到位触发相机扫描，兼容各种鞋底类型，节省调试时间；相机扫描数据自动生成喷胶轨迹，调机时间大幅度缩减。该方案为客户解决了人工喷胶、涂胶的不均匀、缺胶、溢胶等问题，且大幅度提高生产效率，投资回报周期小于1年。
此外，制鞋中段自动化生产线包含多种制鞋中段工艺，可对鞋帮和鞋底进行作业。自动化制程包含对鞋帮进行打磨、喷药水、涂胶及烘烤；对鞋底大底喷药水、喷胶及烘烤等。鞋帮及大底出烤箱后50s内即可贴合，每小时产能大于150双，良率97%以上。具有数据产能统计功能，可以实时监控生产数据，并进行分析比对。
针车自动换梭缝纫自动化解决方案，则是对鞋面、服装等产品进行作业，实现电脑针车自动换梭芯、梭芯自动上下料、缝纫等工艺。10台机器人搭配30台自动换梭智能针车，自动剪线换梭芯，生产连续不间断。结合双层拉带流水线高效生产。导入前，达到同等产能需要30名操作员。导入后，整线仅需10名操作员。
为达到鞋型混线生产，天机通过增加适配算法库，生产换线时可以通过切换算法来实现混线生产，满足产品的个性化需求，给客户带来高效率的同时确保生产的稳定性。未来要突破的难点是工艺之间的有效结合，促使实际产线环境稳定性的提升。
随着人口红利消失，劳动力价格的提升以及竞争日益激烈的市场，制鞋产线走向全自动化已成为不可逆转的趋势。
但是，如上文所述，鞋子的非标性、推陈出新速度加快等因素，再加上非标设备不仅成本超出客户承受能力，而且产线难以批量复制规模化，对于设备商来说效益很低；以及在制鞋的很多工站目前来看还难以脱离人工作业的，例如机器在短时间内还未能完全代替人工做到对鞋子进行智能的不良外观检测。制鞋产线要实现全自动化还有很长的路要走。
这几年进入鞋业领域的自动化团队，有的坚持下来不断打磨产品，有的研发打了水漂，挖掘还不够深，选择了退出。对于天机选择坚守的驱动力，天机相关负责人表示，天机将创新的理念融于鞋业自动化中，与客户形成战略联盟，共创价值，深挖客户的痛点，为客户打造优质的个性化解决方案。“天机希望长久服务于智能制造行业，助力中国制造产业转型升级。”
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