世界自動裁剪與縫紉研發一瞥

服裝是一種消費品，它有著大量的分散供應鏈。它從纖維選擇開始，進入紗線和織物生產，并在服裝制造完成后推入市場而結束。在許多情況下，還有其他部門參與完成最終產品，其中包括飾邊、刺繡、皮革并添加其他時尚配件。

勞動力密集型服裝制造部門的主要業務可分為三個環節：生產前、生產中和生產后。生產前側重于準備必要的材料和服務，包括生產線規劃、樣品開發和批準、采購和生產計劃。在生產過程中，織物被展開、裁剪、捆綁和縫制。接下來的幾個后期生產任務，包括熨燙、檢查、折疊和包裝，為消費者準備貨物等等。今天的服裝生產仍像幾百年前，近似于手工操作。

裁剪和縫紉任務的勞動依賴性使其仍然昂貴。面料成本和裁剪勞動力是服裝制造的兩大瓶頸。原材料占產品總成本的50%至70%，但織物的質量和數量直接影響著最終產品的質量。相反，降低織物成本的可行解決方案是通過精確且恰到好處的裁剪來實現。

縫紉占總成本的35%至40%。過去幾十年來，服裝制造商通過全球供應鏈管理降低了勞動力成本，將生產設施設在發展中國家。然而，由于最近全球勞動力市場的變化，這種商業戰略更難再維持下去，迫切需要找到替代解決方案，自動化裁剪和縫紉工藝便成其選擇。

自動化通過最小化人類干預和防止制造錯誤來提高生產力和時尚產品質量。例如機械化織物處理、計算機技術、自動縫紉和機器人。引入這些過程有助于工件在步驟之間或過程中的平穩自動轉換。

紡織機械貿易展表明，在服裝制造系統可建立6個分節點。產品通過不同的設備實現收縮、融合和裁剪、縫紉、其他加工，進入消費領域后產品制造才算完成。裁剪和縫紉是實現自動監控的主要領域，目前的多種自動化設備均突出了裁剪和縫紉自動化創新的關鍵特征。

自動化裁剪領先一步

隨著大規模生產的增加，服裝廠的裁剪已被幾項新發明自動化。如把一卷布料放在機械臺面上利用機械切割，就能大大減少人力。早在20世紀初引進的模切機，也大大提高了裁剪效率和質量。隨著數控機床在上個世紀40至50年代的出現，連續裁剪成為可能。這使生產具有了更大的靈活性以及材料更經濟。后來，數字技術創造了計算機數控(CNC)和輔助工具，如計算機輔助設計/計算機輔助制造(CAD/CAM)程序。

目前在自動化裁剪中的大多數系統都有類似的配置，其中裁剪設備安裝在連接到裁剪臺上的橫桿車廂中。車廂沿橫桿穿過裁剪臺移動，而橫桿則沿工作臺的長度移動。這些移動使裁剪裝置在裁剪區域上運行，并由單元控制實現精確管理。在現代裁剪裝置中，裁剪臺配備了真空系統，以保持材料在裁剪過程中的下降和提高裁剪精度。由于布料均為多孔材料，織物必須在不透氣的塑料覆蓋下實現裁剪。抽吸式鼓風機通常是在裁剪操作中消耗最大功率的部件。

各種裁剪技術可用于裁剪設備，如計算機控制刀具、激光、水射流、等離子體或超聲波。裁剪刀甚至適用于多層化材料的裁剪，已被紡織產品制造商廣泛采用。刀頭配備了多種刀具、缺口工具、鉆沖頭配件，以滿足不同的裁剪和標記需求。激光裁剪機是第二種最常用的裁剪方法，常用于單股裁剪。激光裁剪機可在人造纖維上產生防射線效果，因此適用于包括聚酯和尼龍在內的所有人造纖維。通過控制激光強度，可以獲得多種處理效果，如裁剪、吻切和標記。裁剪方法的選擇取決于材料的性能以及所需輪廓的復雜性。

在配置自動裁剪系統時，最重要的考慮因素是，能否有效裁剪一層或多層織物。單股裁剪使過程具有連續性，并消除對攤鋪機的需要，織物可直接從軋輥輸送到裁剪區域。輸送裁剪臺可提高生產率，裁剪隨著表面的推進而繼續。移動臺面上甚至可使用配置裁剪超過裁剪臺長度的超大部件。

當織物的多個重疊被分散到裁剪區時，就需要更強的裁剪力。振蕩刀通過在刀前進時上下移動來最大化提升裁剪能力。振蕩行程的深度通常在5毫米到200毫米之間，需要根據裁剪條件進行。土耳其一家（Serkon Tekstil Makina）公司推出了智能刀，它不僅上下擺動，而且還可從側面擺動。額外的刀頭運動有助于準確裁剪碎片跨越多層織物。由于刀頭的振蕩運動，裁剪臺表面必須足夠松，以支持移動。在用振蕩刀進行多層裁剪時，裁剪臺的表面，即平板工作臺處于靜態。這種靜態裁剪配置確保了比輸送機表面更高的裁剪精度。

自從上個世紀60年代美國康涅狄格州托蘭格伯科技公司推出第一款全自動裁剪系統以來，自動化裁剪市場已成熟，并變得更具競爭性。法國萊克拉公司是裁剪技術發展的另一個主要參與者。而當前創新的主要領域涉及詳細的子功能或是對現有裁剪技術的補充。 裁剪的研發領域可概括為三個方面：生產力、多功能性和模式匹配力。

為提高生產率，一些自動化刀具配備了額外的裁剪裝置和橫桿，可同步執行和同時裁剪。據德國克瑞斯公司（Kuris Spezialmaschinen GmbH）稱，雙裁剪頭可縮短裁剪時間40%。提高效率的另一個例子是實現自動標簽。這項技術是由意大利公司（Morgan Tecnica S.p.A）提出。打標器被合并到刀具中，以減輕裁剪后卸載過程中的人為錯誤和混亂。根據不同尺寸的要求，熱打印并配置在每個裁剪件的中間。這使必要的信息包括條形碼可立即見于裁剪件。而瑞士公司（Zund Systemtechnik AG）更是標新立異地推出模塊化與自動化相融合的刀具，用戶可通過交互方式改變裁剪裝置。各種切削裝置，包括電動或氣動振蕩工具、旋轉或刀刃、激光模塊、穿孔或折痕工具以及標記或繪圖模塊，可安裝在載體上，便于特定裁剪操作。德國歐洲激光公司（Eurolaser GmbH）推出一種基于激光技術的羊毛面料自動化紡織裁剪系統。其裁剪機被命名為裁剪保護技術，配備了蒸汽設備，可穩固織物并創建光滑的無線裁剪邊緣。該裁剪機還包括一套雙裁剪設備與激光和葉片的通用功能。

傳統上，模式匹配包括分段準備標記和有兩個單獨的裁剪步驟，即粗切和細切。雖然這些過程費時費力，但研究模式匹配精度仍然很高，可避免在粗切和細切間產生不必要的材料浪費，因此具有較高的價值。包括上述在內的幾家公司都在努力開發模式匹配硬件和軟件并改進模式匹配能力。

在自動化系統中，模式匹配可通過在標記表上生成織物圖案的屏幕圖像或在織物上投射標記圖來實現。在前一種方法中，織物印花被裁剪頭上的光學裝置掃描并導入標記制作軟件。服裝圖案被放置，并在織物圖像上準備標記，允許操作者優化切削參數，以獲得準確和精確的切削結果。后一種技術通常被稱為視覺巢，它幫助操作者實時查看和編輯標記，在裁剪前檢查投射在織物表面的標記圖像。操作者可重新定位或重新定位碎片，以匹配復雜的織物圖案。德國克瑞斯公司強調的關鍵技術是記錄和識別要裁剪的材料的集成系統。對織物表面的照片圖像進行處理，以計算裁剪坐標。這種技術使單刀具即使在沒有標記的情況下也能執行打印服裝圖案。基于成像技術，它的皮革裁剪機甚至可檢測皮革件的任意輪廓，確定不同的表面質量條件，并直接在與質量區域匹配的皮革上自動嵌套標記。

自動化縫紉任重道遠

在服裝制造中，大量的時間和勞動力花費在材料處理上，如處理、移動、安裝、重新定位和重新定位裁剪或半成品織物部件。問題的關鍵是，如何以經濟和高效的方式精確和溫和地處理接縫，以確保高質量成衣。在商用縫紉工廠里，縫紉通常是手工的，而其他過程則可能自動化。因此，服裝縫紉裝配中涉及的生產過程要分為兩個子功能，材料處理和織物部件的連接。

處理不靈活的材料時，手工縫紉更具有優勢。織物即使在很小的壓力下，如自重或空氣阻力，也很易發生不穩定性。這會引發質量問題。據報道，在產品組裝過程中，手工處理所用的時間占所有時間的79%。迄今為止，世界上還沒有哪一家工廠能自動處理材料，只有21%的公司使用半自動化系統。當一件衣服制造出來時，縫紉加工時間約占整個生產時間的80%，工廠成本的大約80%與縫紉有關。

然而，這些先進的夾持技術尚未在紡織產品的裝配系統中推廣。據紡織服裝媒體報道，目前半自動縫紉移動系統中有72%不使用夾持器。在國際會展中發現的唯一類似的應用是抓取，這是西班牙AB工業公司研發的一個項目。在它的系統中，工件飄浮在一個約一英寸臺面上，一個360度的機器人手臂可很容易地用簡單的夾持元件來抓取工件。據AB公司稱，該技術目前正在開發中，尚未商業化。

最重要的紡織品連接技術是縫紉工業的瓶頸，其加工過程所需時間占整個服裝制作的85%。縫紉仍然依賴熟練的勞動力進行手工操作，它占總成本的35%至40%。在過去幾十年中，縫制制造商通過將生產設施搬遷到低價勞動力的發展中國家，旨在降低生產成本。然而，隨著市場條件的變化，這一商業戰略已接近尾聲。在許多發展中國家，勞動力成本正在迅速提高，全球熟練勞動力短缺，消費者行為的變化比以往任何時候的變化頻率都快。因此，服裝制造業實現縫紉自動化已勢在必行。

如今最流行和最廣泛采用的自動縫紉配置是安裝在織物加工機械上的常規縫紉機，如卷繞或壓延單元。數家公司包括西班牙公司（Texma Machinery S.L.）和意大利紡織機械公司（Comatex）均使用這種配置來完成邊緣，連接織物卷，或從織物卷中制作管狀結構。意大利蒙蒂馬克公司為這種配置提供系列移動縫紉機。采用氣動設備，以方便在縫紉過程中涉及濕工藝。這類應用程序的常見縫紉類型配備了連續底部縫紉線，不需要停機加載縫紉線。

德國KG公司研發出全自動管筒交換器，其專利管筒檢查器使用獨特的管筒編碼與RGB顏色的特定組合。當管筒在機器操作過程中旋轉時，光電傳感器監視顏色序列，并檢測通常的管筒運動或線程耗盡時所產生的錯誤。這將盡可能減少不必要的停車，其中縫紉機每次停機時間僅6至8秒。

自動化縫紉的原理因縫紉路徑的幾何形狀不同而不同。二維接縫可很容易地創建使用數控縫紉技術，其中一個或雙移動縫紉頭前進在紡織品沿編程接縫路徑。更復雜的情況可將2D織物轉換為3D接縫，縫紉頭由機器人在3D空間中沿縫紉路徑引導。然而，在許多情況下，兩個織物件由不同的輪廓或曲率沿接縫連接。這種類型的接縫需要通過3D織物定位和對織物在每一針施加不同的張力。

在二維縫紉結構中，一層或多層紡織品被縫合在固定的縫紉框架內。靈活處理材料可避免織物夾緊進入夾持器。為遵循編程的接縫輪廓，它的保持架引導縫紉頭進入x和y方向。這種縫紉結構主要用于裝飾和設計接縫。縫紉尺寸基本受機器中直線軸的物理尺寸的限制。大型機器可處理3米×3米的縫紉區域，而小型機器可覆蓋小于10厘米×10厘米的面積。大型數控縫紉機用于縫制毛毯或床墊。小型機器可自動將護理或品牌標簽縫合到服裝上。

目前自動化縫紉系統的進展僅限于某些操作。因此，服裝制造商往往可從機械制造商獲得各種半自動化縫紉機，日本祖奇集團公司（Juki）研發出用于縫制紐扣和紐扣孔的自動縫紉機。它有固定接縫路徑的縫紉框架用于模板縫紉，并在操作過程中夾緊工件。還配有半自動配置，僅要求操作者對齊并將工件送入系統。

另一家美國亞特蘭大公司（Soft wear）為自動化縫紉業做出重大貢獻。其主要技術創新是集成先進的計算機視覺系統，它可單個跟蹤針腳線程，并協調織物的精確運動。其研發的縫紉機器人使用手臂和360度輸送系統處理織物。四軸機器人手臂可用真空夾持器舉起和放置一塊織物，而傳送帶可將織物送入縫紉單元。裝有球形滾筒，稱之為嵌入表面的“漢堡包”式縫紉單元。加拿大自動化縫紉設備公司（Automatex）研發出全自動枕套生產單元，該單元能完成修剪、折疊、縫紉、標簽和包裝的順序生產任務。意大利與德國的數家公司也在聯合研發類似的毛巾自動化生產系統。到目前為止，具有完全自動化生產能力的商用生產系統僅限于平面紡織品，如毛巾、床上用品和地毯。

如今先進的縫紉機頭均需安裝在機器人上并由機器人控制，尤其是用于3D縫紉操作。由于半自動化的設備工藝和步驟都必須結合人工，因此很難保持經濟和靈活的生產，尚需大量投資，而服裝生產線要完全自動化和機器人化尚需時日。然而，由意大利一家公司（GKinnaAutomatic）研發的自動化生產系統則令人印象深刻，它充分顯示出未來主義的服裝制造風格。另一家意大利公司（Borsoi）則推出設備，能全自動化生產3D繡花枕頭。具體地說，該公司研發的機器人能在同一連續生產線上拿起一個枕套，固定接縫開口，填充枕套，運輸枕頭，關閉開口，并將成品包裝入塑料袋中。所有機器人都能單個完成全程任務，并使用帶有夾子的機械臂進行處理。

完成多任務是推進自動化縫紉系統的關鍵因素。自動化縫紉機須在裝配過程中配合其他操作實現，例如填充進料器或接縫壓力機。自動化縫紉系統的配置依賴于產品設計和生產計劃，每個生產系統須為不同的服裝產品定制。產品標準化將減輕負擔。諸如RSG這樣的自動化技術公司已走在紡織服裝化前列。

裁剪與縫紉自動化的最大趨勢

紡織工業引發了19世紀的第一次工業革命，它促發了從手工生產到基于機械動力的制造系統的過渡。第二次工業革命使工業化和大規模生產成為可能，而第三次工業革命是以數字化和自動化技術為基礎。今天，生產線配備可編程化機器，該行業目前正走向第四次工業革命。

工業4.0是德國政府在2011年推出的一項戰略舉措。這一舉措之所以在近期才啟動，是因為降低制造成本的努力幾乎耗盡，需要新的戰略。據報道，工業4.0工廠在生產上可節省10%～30%的成本，在物流上可節省10%～30%的成本，在質量管理上可節省10%～20%的成本。其他預期成果包括縮短預產期、提高客戶反應能力、負擔得起大規模定制、友好的環境以及更有效利用自然資源和能源。工業4.0解決方案可為智能紡織生產提供關鍵技術，而紡織業將成為工業4.0最大的增長領域之一。預計到2026年，全球智能紡織服裝市場將逾30億美元。

工業4.0的主要概念是基于互操作性和連通性的智能化。將網絡物理系統(CPS)和物聯網應用于工業生產系統對工業4.0具有重要意義。生產設施代表著信息和通信技術組件的物理融合。自主系統能夠基于機器學習算法和實時數據為自組織和自優化做出決策。

集成化縫紉服裝制造機械必然要實現網絡化。日本祖奇公司的高級網絡系統(Ja Nets)是與配套硬件相結合的軟件，生產線上的縫紉機相互連接，以提供生產活動數據。數字縫紉機是收集包括錯誤代碼在內的詳細縫紉數據的重要組成部分。位于每個工作站的終端實時提供生產進度的詳細分析數據，并減少對問題做出反應的時間。中國蘇州瓊派瑞特電子科技有限公司(TPET?)也提供家紡制造的智能化工廠平臺。其系統由系列相互連接的數字機器組成，用于制造產品、監測設施、分析數據、運輸設備以及材料。與之同時，基于大數據采集和分析的制造設施的自動化維護也成為可能。

按需設計和生產服裝的概念是工業4.0的另一大特點。在收到定制訂單后自動生產服裝產品已成為可能，由服裝設計數據庫可自動將數據輸入紡織印刷、裁剪和縫紉的制造機械集成系統。智能化的自動化將對降低成本和縮短交貨期至關重要。

這里需要強調的是，紡織服裝制造自動化趨勢一天也沒有停止邁進的步伐。裁剪與縫紉的最大趨勢是引入了光學成像技術；刀具正變得更加高效、通用和精確。與裁剪相比，縫紉自動化的發展還處于相對落后的狀態。在自動化配置中，有限的自動縫紉能力是可行的。將定制功能無縫集成到現有生產線上是目前自動化縫紉的最大趨勢。

（據美國《紡織世界》https://www.textileworld.com/textile-world/features/2020/03/automated-cutting-sewingdevelopments/近期資料）