柔性制造比赛(柔性制造技术视频)

随着智能制造的发展并进入深水区，柔性制造（FlexibleManufacturing）作为工业4.0智能制造（IntelligentManufacturing）皇冠上的明珠，以其重要性和难度引起了学术界和工业界的关注。事实上，柔性制造是智能制造的重要内容和发展方向，是制造业未来发展的动力。《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出培育发展柔性制造、个性化定制等新模式。

柔性是相对于刚性而言的。传统刚性自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产，而柔性生产线更能满足小订单、快速响应以及当今消费者个性化、多元化的需求。需要。柔性制造是指因应大规模定制需求而产生的一种新的生产模式，包括：一是产能的柔性响应能力，即机械设备的小批量生产能力；二是供应链敏捷精准的反应能力，从传统的以生产决定人、财物的生产供应和销售，转变为以销售决定人财物的销售。柔性制造未来的商业模式包括C2M（CustomertoManufacturer）模式，即用户直接连接到制造商，没有中间商赚差价，即消费者直接到工厂。强调的是制造与消费者的直接连接：C2M模式下，消费者通过平台直接下订单，工厂零库存按需生产，接收消费者的个性化需求订单，然后设计、采购、生产、并按需发货，具备小批量、多批次的快速加工能力。供应链响应能力。

被业界誉为中国柔性制造之父的吴怀宇博士多年来带领三博科技团队通过长期的研发，在柔性制造技术领域实现了突破，特别是在鞋服无人制造，这是柔性制造技术难度最大的领域。该领域取得了领先于国际同行的颠覆性成果。目前已实现从3D精准柔性数据采集、鞋楦/板CAD数字化、大数据云服务、智能柔性分析、到柔性智能制造的完整技术闭环。是全球唯一一家为鞋服行业4.0提供全套C2M技术解决方案的企业。

图鞋业C2M柔性智能制造全流程

根据吴怀玉博士的深入解读，柔性制造的柔性有两层含义：

柔韧的第一层含义：柔软、易变形的物品。比如鞋子、服装会变软、变形，使原来的标准化产品变成非标产品，工厂生产过程中很难实现智能化，尤其是无人化操作。

图片柔软可变形的鞋子和衣服

另外，很多物品的使用必须考虑人体的个性和人体的软变形（以及不同站立姿势引起的人体形状的变化）。例如，在鞋服领域，人体就是一个典型的非标准物体（高矮胖瘦不同，如下图所示）。此外，人体的柔性动态变形（包括呼吸引起的体腔扩张和收缩）使得难以对全自动、无线智能3D精确尺寸动态测量提出了极高的要求（例如，当重复重复测量20次以上，皮鞋3D足部动态测量一致精度必须在1-2mm以内，西装/衬衫3D测量必须在1-2mm以内）。体型动态测量的一致性精度要求在0.5-1cm以内）。以西装衬衫的领围为例，需要提取人体颈部的周长。瘦人可以通过喉结突出点等明显特征来定位几何关键点，但胖人在外观上可能无法找到喉结突出点。这对人体参数全自动测量算法中任意人体多次测量的一致性和稳定性提出了很高的要求。

图片不同高矮胖瘦的非标个性化人体（而且各种形态的高低肩、驼背等都很常见）

柔性的第二个含义：即柔性、按需定制、小批量定制C2M生产，满足所谓小订单、快速响应，具体体现在机器柔性、工艺柔性、产品柔性、生产柔性、操作灵活性、维护灵活性、扩展灵活性等，对数字化、系统化有很高的要求。

多年来，鞋服行业始终无法解决柔性化问题（尤其是第一意义上的软变形带来的非标准化），导致其智能化、无人化非常困难，长期处于低端需要大量工人手工操作。行业无法实现向高端制造升级的战略转型。事实上，软制造的智能无人化无论是在学术理论还是在工业工程中都没有得到真正的解决。这就造成了与大规模实现智能无人操作的3C行业（如3C行业）不同的情况。由于手机和半导体的刚性（无软变形）和易于标准化，鞋类和服装行业成为智能、无人化柔性制造最具技术挑战性、最难实现规模化的制造领域。这体现在不仅物品（鞋子、衣服）变软、变形，使原本由模具压出的标准件实际上变成了非标准件；同时，人体本身是不标准的（高矮胖瘦，各种形式的高低肩、驼背等很常见）并且人体在不断地动态变形，使其非常困难准确提取稳定的尺寸参数。所以，鞋子合不合脚只有穿鞋的人知道，衣服合不合脚只有穿衣服的人知道，等等多年来一直束手无策。这就涉及到鞋子/衣服和人体双重弹性因素的叠加。

为了解决柔性制造最难的技术难点，基于长期在3D智能数字化方面的技术积累，吴怀宇博士带领三体技术团队在柔性制造这一最典型的领域实现了全球领先的颠覆性突破，鞋类和服装制造。开展智能无人技术规模化产业应用。吴怀宇博士提出的3D视觉计算+3D深度变形网络两步法，为柔性制造提供了从3D柔性形状采集到3D变形智能仿真拟合以及基于深度神经网络的3D智能校正的完整3D智能校正算法算法。该解决方案完成了理论和工程实践的技术闭环，是柔性制造大规模应用的全球首次突破。

图自主研发的3D视觉扫描传感器和完整的3D人像定制制造流程（3D扫描+3D建模+3D打印）

图3D智能数字算法，包括3D变形智能模拟拟合，以及基于深度神经网络的3D智能校正算法

总体而言，解决柔性制造问题的核心在于3D智能数字化，即首先利用3D视觉以3D数字方式捕捉个性化的柔性形状细节，然后利用3D智能对捕捉到的柔性形状细节进行个性化处理。个性化、快速加工，适应工业大规模定制的生产能力。

1.针对非标准化柔性人体/足形的参数测量准确一致

首先，在非标准化柔性人体/足部形状参数测量方面，Sansbody技术团队自主研发了各类3D人体/足部扫描仪软硬件，对人体/足部形状进行全自动快速测量参数快速采集C端用户3D人体大数据。

图C2M中的C端设备（用于采集C端消费者的个性化3D人体数据）

需要强调的是，通过3D扫描仪获得高精度3D人体/足部形状并不是柔性制造的核心难点。最困难的部分是全自动、精确地加工表面光滑的非标准柔性人体/足部形状。稳定一致的人体参数线提取和参数测量（更重要的是：测量结果必须与体测量仪/足测量仪手动测量的结果相同），如下图所示，而这正是鞋服制造商所追求的评估3D扫描仪准确性的唯一标准。前面提到，人体是一个典型的非标准物体（高、矮、胖、瘦，各种形式的高低肩、驼背等都很常见），再加上人体灵活的动态变形（包括呼吸引起的体腔的扩张和收缩，以及身体的不同姿势）。（受姿势形状影响），使得实现全自动、无人化、智能化的3D精确稳定的尺寸测量变得非常困难。

图C2M中的2端算法（用于将C端消费者的3D脚型/身体数据转换为工厂的M端制造鞋楦/服装版型数据。其技术的核心在于软非标准人体变形下准确一致的3D人体参数提取）

吴怀宇博士团队基于3D视觉计算理论和3D人体大数据下的3D深度柔性变形网络动态匹配算法，实现了复杂个性化条件下柔性人体参数的精确测量，并成功通过了3D人体大数据领域的图灵测试。首次3D人体测量。还曾在国内西服行业领先企业进行过大规模测试。测试数据表明，该方法得到的3D人体提取参数数据整体非常稳定，并且达到了非常高的准确率（高于98%），已经可以满足实际要求。高级时装服装需求。同时，测量结果不仅准确、与国宝级红邦身体测量仪/足尺测量仪的手动测量结果相近，而且比手动测量更加稳定、重复性好。该项目成果入选中央电视台财经频道拍摄的庆祝中华人民共和国成立70周年节目，重点关注尚体科技团队开展的3D人体测量和服装工业4.0智能制造。

中央电视台财经频道拍摄的中华人民共和国成立70周年节目图片

专注于三体科技团队开展的3D人体测量与服装工业4.0智能制造

2、针对鞋服柔性变形导致的标准件改为非标件

鞋子和衣服都是柔软且容易变形的物品。由于它们柔软、可变形，原本标准化的产品变成了非标产品。因此，鞋服工厂生产过程中实现智能化，尤其是无人化作业是非常困难的。大的。吴怀宇博士团队提出的3D视觉计算+3D深度变形网络两步法，为柔性制造提供了从3D柔性形状获取，到3D变形智能仿真拟合，以及基于深度神经网络的3D智能校正算法的柔性制造解决方案。完整的解决方案完成了理论和工程实践的技术闭环，是全球首个柔性制造的成熟应用。

我们以下图的鞋底自动喷胶为例。首先，对柔性鞋底进行3D视觉扫描以获得其当前的3D形状。然后，模拟鞋底在未来鞋底压制过程中将受到的受力和变形，并预先模拟受力和变形情况。预估并获得未来因受力变形后的喷胶路径，然后机器人根据预估的将要变形的路径精确喷胶。

图片鞋底自动喷胶

鞋面自动喷胶（要求喷胶路径精度在1mm以内）类似（如下图）。一、灵活的鞋面（虽然是同一个模具生产的，但由于空间的软变形，有2-3mm的个性化任意变形）。）进行3D视觉扫描，获得其当前精确的3D形状（精度达到0.01mm），然后模拟鞋面在未来鞋底压制过程中将受到的应力和变形，提前预测未来的应力和变形。确定喷胶路径，然后机器人根据预估的未来会变形的路径精确喷胶。可见，对于鞋面自动喷胶，只能通过单独的3D视觉扫描来进行个性化定制：因为喷胶的精度必须在1mm以内，而柔性鞋面的个性化自由变形误差为2-3mm，所以如果错误地将鞋面视为均匀刚体，采用相同的喷胶路径，则由于柔性变形，喷胶精度必然无法在1mm以内。并且我们采用3D智能数字化一对一个性化定制加工方式，可以自动灵活适应精准的喷胶路径（因为3D智能数字化处理的速度足够快，虽然看起来和饼干的制作类似）-切割大货，但其实每双鞋都是定制生产的，即每双鞋都经过智能算法精心控制和排列）。

画上自动喷胶

这里需要提到的是，3D视觉识别和定位的额外好处是，它还避免了高成本的定制鞋楦。下图左侧为标准鞋楦（售价约38元/双）。如果没有3D视觉，机器人/机械臂就无法自动识别和定位。只能在鞋楦上方加装一个高精度（微米级）。）加工金属模块（见下图右侧，一双定制鞋楦改装成本高达270-320元/双）辅助机器人定位。由于该工厂每年生产多种不同款式的鞋子，据国内领先男鞋企业测算，该工厂每年仅定制和修改鞋楦的费用就超过500万元。3D视觉的使用完全避免了这种额外成本，并且可以100%兼容识别普通鞋楦。同时，仍能精准引导机器人自动定位鞋楦的空间位置，以便后续各工序精准作业。

同时需要注意的是，即使采用定制鞋楦辅助机器人定位，也只能实现鞋楦的刚性定位，而无法对鞋面各部位进行精确的空间定位（很容易实现鞋楦的刚性定位）。柔软且可变形）。因此，目前还无法完成高端鞋面的自动精准喷胶（精度要求：1mm）。只有利用3D视觉和3D智能计算，才能实现如此高度灵活、精准的自动化无人操作。

图标准鞋楦和定制鞋楦

3D智能数字化在柔性制造中的成功应用，也使得以前从未实现过的混流生产（可以在一条线上同时生产不同款式、不同尺寸）成为现实，甚至实现了每件产品的批量生产。生产线。鞋子都是不同的，是为每个消费者定制的，正所谓千人千鞋。同时，切换风格非常智能防呆，不需要人工；无需定制高精度鞋楦，节省大量成本。

这里需要强调的是，对于以前的自动化生产线来说，切换生产不同的鞋型需要工程师引导机械臂一步步记住新的路径（即教学），这需要几个小时的重复。只有通过修正和调整，才能生成一条相对满意的路径，然后机械臂就会根据这条路径对所有鞋子进行刚性、刚性的操作。利用3D视觉和3D智能数字化，整条生产线仅需1分钟即可切换新型号，并且可全自动实现每只鞋的柔性路径优化，达到比人工更好的效果（高级技师）手眼协调可以实现更精确的路径定位。此外，在产能方面，3D智能线可以达到前所未有的日产量6000双。与之前自动化线日产量1800双相比，产能提升了230%。

表3D智能柔性线与以往自动化线指标对比

三博科技团队自主打造了鞋服行业首条基于3D视觉技术的无人柔性生产线。如下图所示，全线使用了25组视觉传感器和10台工业机器人：全线由原来的36人减少到1人，产能翻倍，实现视觉上料/卸料、鞋面抛光、鞋底喷涂、喷涂处理剂、自动压鞋底、自动拆楦、烘烤等，系统无需示教，傻瓜式切换。鞋业构建了柔性智能制造系统的框架，未来该解决方案可以在不同行业复制。核心技术优势包括：自主研发3D视觉软硬件、柔性制造的3D变形智能仿真拟合和3D智能校正算法、工业装配线成套设备设计、熟练掌握中段成型各种工艺、价格和成本只是国外的。总数的五分之一等多个高科技门槛的组合。

图C2M中的M端设备（用于工厂柔性制造）

据国内某领先鞋业企业总部工厂负责人评价，这条柔性生产线对于制鞋行业来说是真正革命性、颠覆性的突破，因为无需无人涂胶的柔性鞋面还没有被广泛应用。国外解决了。例如，国外公司RobertSystems仍然需要工程师。手动示教规划机器人的运动路径。通过3D视觉+3D柔性变形仿真校正，三体科技在全球首次真正解决了柔性制造最难的核心问题。这是真正的国际原始创新和革命性突破。另外，由于整线自主研发生产，成本低（几百万的售价相比国外几千万的售价），企业客户2年即可收回全部投资成本。这条无人柔性生产线的成功研发，让中国鞋服企业未来向越南和东南亚转移已经没有意义，因为这条无人柔性生产线的综合生产成本已经降到甚至低于越南的劳动力成本。越南及东南亚。成品率较高且稳定可控。

三体科技多年来深耕人工智能/三维数字化/复杂机器人系统控制领域。以科技赋能传统柔性鞋服制造行业，解决鞋服舒适度，降低网购退货率，提高工厂柔性生产。效率。散体科技是一家集人体3D大数据采集算法/SaaS服务/智能制造系统等技术开发为一体的高新技术企业。利用互联网、AI大数据和人工智能等技术，链接鞋业上下游产业链，并向服务业输出一站式柔性数字化解决方案，建立分布式共享智能制造工厂，实现无人智能柔性制造，打破和超越国外高科技垄断，打造中国3D智能制造民族自主品牌。

目前，智能化转型升级已成为大多数企业的发展方向。3D大数据结合人工智能和柔性智能制造技术，将为鞋服等传统行业带来颠覆性创新。基于核心的3D智能数字技术为个性化定制柔性生产提供基础设施。通过智能制造产业信息化、3D智能化改造、工业4.0数字化工厂转型升级，打造全国鞋服行业供给侧改革和需求侧改革。升级的基准。在大数据和3D人工智能的赋能下，工厂可以基于3D大数据调整设计，利用智能升级柔性制造流程，将大规模工业生产和个性化C2M定制合二为一，实现智能制造，在各种领域成功转型升级。行业。