自动缝纫机核心技术和创新设计

   我国目前已经成为世界缝纫机生产中心和生产大国，但还不是强国。我国正在利用世界缝纫机产业大转移的有利时期给缝纫机工业发展带来的机遇和加入WTO以后面临的各种挑战，重新开始审视缝纫机工业的发展战略，特别是在产品开发上提出从跟随式向跨越式转变的思路。针对已经实现大规模生产的高速平缝机、高速包缝机等主导产品，力争在产品质量、技术水平和产品档次上缩短与日本等先进国家或国外著名企业在时间上的差距，求得同步发展。       

　　这里简单回顾一下国外缝纫机发展的技术轨迹。以日本为例，60年代日本工业缝纫机开始由低速(中速)转向高速化，以后的20年发展使工业缝纫机产品质量、技术水平不断提升，品种也得到空前的充实和多样化，成为当时世界上最大的出口型的工业缝纫机生产大国。中国在80年代初才通过引进国外技术开始工业缝纫机的高速化进程，时间差距是20年。80年代由于电子技术的迅猛发展，日本工业缝纫机通过应用电子技术，全面提高了原有机种的等级，与此同时大量开发了省力化、脱技能化、自动化和效率化的机种以及其它电子控制的自动化装置等高附加值产品。日本工业缝纫机走上了生产强国之路。中国在90年代自动剪线缝纫机特别是配套电脑、电机的开发和生产才开始起步。虽然，中国标准公司在1986年从日本三菱公司引进了这种产品，但当时并不包括电脑和电机生产技术。全国虽有不少单位开发过电脑、电机，由于种种原因始终未能使自动剪线平缝机投入正常生产。只有电脑、电机的开发逐步商品化以后，这种产品才能形成生产能力推向市场。现在这个机种已经由多家企业生产并成为我国生产的重要产品，时间差距是10年。   　　21世纪到来之初，日本凭借其在工业缝纫机上长期积累的技术、经验和创新能力，为了继续保持产品技术领先地位，推出电机与机壳一体化的直驱式无油化新型工业缝纫机。工业缝纫机产品的无油化是继高速化、机电一体化以后产品技术发展的又一趋势，必将使工业缝纫机再上一个新台阶。而这种产品推上市场不久，就引起我国缝纫机生产企业的注意。目前已有不少企业已经开发和正在开发这种产品，时间差距缩短到5年以内。这种标志着技术变革转折点的产品开发起步时间差距的缩短，表明中国工业缝纫机发展新阶段的开始。也说明经过几十年的发展、技术引进、利用外资技术等等，使我国缝纫机工业在产品开发技术方面已经有了一定的知识积累和经验，也有了比较强大的生产力和技术力的支撑，使得许多企业有条件关注并跟踪国外缝纫机产品技术发展的最新动向，开始认识到开发高质量、高附加值产品的重要性，必须加快这方面的努力才能面对当前产品需求结构新变化、工业缝纫机变革速度加快和市场全球化、生产全球化给企业带来了提高其竞争能力的要求。但是，应该清醒地认识到这种时间差距的缩短并不意味着我国工业缝纫机与日本等先进国家和国外著名企业在整体上的技术差距在缩短。无论在工业缝纫机产品质量上，应用机电一体化技术水平上还是品种发展上的差距依然明显存在，究其根本原因是，我国还没有或很少掌握产品开发的核心技术，创新能力差。这是当前我国工业缝纫机从跟随式走向跨越式发展阶段面临的迫切问题，也是我国工业缝纫机从生产大国走向生产强国的关键所在。      

　　产品的核心技术是指不易被竞争对手仿效的或具有技术秘密特征(如独特的工艺、技术诀窍、经验参数、试验数据等)的关键技术。缝纫机设计、制造、组装等都有核心技术。在产品开发或设计过程中解决与产品质量有关的重大问题的技术方案和实现方案的方法、手段，即所谓产品的固有技术，有些可以构成技术专利，具有自主知识产权。因此，产品固有技术是产品开发和设计方面核心技术的重要内容。产品可以通过测绘等手段被仿制出来，但是核心技术是不能被仿制的。我国通过直接测绘样机生产出来的工业缝纫机与国外被仿制的同类产品比较，总存在着“一点点”差距。这种差距并不表现在达到产品标准规定的技术要求上，而是表现在制品的缝制质量，特别是缝料上的线迹所谓美观、均匀、稳定、清晰、平整、弹性等感性指标上。在这些差距的背后是否存在着我们尚未掌握的解决办法或者某种核心技术。下面列举若干在开发和设计工业缝纫机产品过程中进行的与产品固有技术有关的研究课题。   

(一) 自动剪线缝纫机切线机构作用力及其零件强度分析   

　　1.作用于该机构外力的试验研究   

　　2.上轴作用力矩的变化分析   

　　3.下轴产生冲击力矩的分析   

　　(二)送料机构动力学   

　　1.送料机构送料牙运动轨迹     

　　2.作用于送料机构运动副上惯性力(分空载和有载两种情况)          

　　3.高低速时线迹长度变化分析及改进误差对策   

　　4.作用于送料机构构件的力以及构件强度评价方法    

　　(三)针、挑线机构运动分析(连杆型、滑杆型)   

　　(四)缝纫机振动及减少振动对策    

　　1.缝纫机各传动机构对整机振动力的影响   

　　2.由针、挑线机构引起的对壳体作用的动外力   

　　3.作用于主轴上的力矩分析(分空载和有载两种情况)     

　　4.轴套上加振力测量    

　　5.缝纫机各传动机构对整机噪声影响度分析   

　　6.针机构、送料机构等各构件形位公差、配合间隙对噪声影响度的定量分析   

　　7.用试验方法进行振动分析    

　　8.减少振动对策   

(五)针的机械特性研究   

　　1.针温的检测方法     

　　2.作用于针的轴向力测量

　　(六)缝线动态张力测量

　　(七)高速条件下压杆系统跟随性分析及结构改进   

　　(八)针、梭、送料牙变位曲线与面线张力变化关系分析及对形成线迹质量的影响   

　　显然，缝纫机产品固有技术都是与解决缝纫机的可缝性、功能要求、操作性、可靠性、耐久性等以及制品质量有关的，都是与产品本身技术发展，实现高速化、自动化、专用化、集成化等的技术解决方案和实现方案的手段、方法有关的。这些构成了工业缝纫机产品核心技术的具体内容。可以看出，掌握工业缝纫机核心技术必须依靠专业知识，包括其它相关领域的专业知识。只有深刻分析并真正掌握产品的核心技术，才能进行拥有自主知识产权的产品开发和设计，并且通过不断技术积累，逐步建立起产品设计数据库、缝纫机机构图谱等，为进一步开展工业缝纫机创新设计奠定基础。   

　　当然缝纫机产品核心技术是动态的、发展的，随着原来产品技术的日趋成熟，新技术的应用以及产品升级、功能扩大、适用范围改变，特别是创造新的线迹形式等等。工业缝纫机的核心技术也会随之发生变化。但其中不少共性的技术可供掌握和分析具体产品核心技术时参考和借鉴。特别是开发设计系列化产品时更是如此。这说明技术积累和经验的重要性。   

　　作为例子，试列出高速平缝机应了解或掌握的核心技术。          

　　(一)轻量化技术

　　1.机壳主振源分析及试验技术

　　2.轻质材料及其表面涂层技术

　　3.机壳横截面形状对振动影响    

　　(二)实现低张力缝纫的影响因素   

　　(三)面线动态张力测量技术

　　(四)旋梭设计技术    

　　工业缝纫机行业已经制订了线迹型式标准，实现各种线迹的工业缝纫机的基本机构类型经过长期使用比较成熟，机构类型趋于定型。产品质量改善、品种发展、技术水平提高、更新换代则更多的表现在原有产品基础上持续不断的改进。机电一体化技术的应用，为产品渐进性、连续性的变革、创新提供更大的空间，但也必须以原有产品为基础，增加自动化、集成化或系统化的功能。要彻底改变目前工业缝纫机基本机构类型的可能性不大，即使像周期缝纫机那样用电子控制技术取代凸轮机构，那也只是控制方式的改变，达到简化机构的目的，并没有根本改变像钉扣机、锁眼机和套结机的基本功能结构类型。根据工业缝纫机这一特点，采用反求设计作为产品创新设计的基本方法是符合目前中国缝纫机产品开发水平适用的有效方法。

　　反求设计也是一种创新设计，它必须对现有的先进产品应用各种科学的测试方法进行全面、深入、系统的分析，了解并掌握该产品的结构特点、机构原理、功能作用、质量水平和有关设计参数，同时对产品中应用的新技术、新工艺、新材料等在消化吸收的基础上作出评价。对分析中发现的产品本身存在的各种有待改进的问题以及用户、市场反馈的对产品质量的要求和潜在要求作出判断，并以此作为创新设计切入点开发出创新产品。因此，反求设计是一种开拓性、实用性和综合性很强的产品创新设计方法。   

　　(一)市场需求  

任何缝纫机产品开发都来自市场需求。其指导思想是应对企业发展战略贡献最大，开发成功率最高。认清产品的市场性、经济性和高质量性并作出选择，以满足不同层次市场需要。   

　　(二)样机选择    

选择基型产品作为样机以利于企业今后发展系列化产品；注意样机的先进性；选择著名品牌产品；关注用户对产品质量要求及潜在质量要求；重视建立产品资料(样品)库。

(三)样机评价项目(不同工业缝纫机，评价项目有所不同)   

可缝性评价：断线、断针、跳针、浮线、线迹歪斜、线迹排列整齐、缝线张力、高低速线迹均匀、缝料潜移、起皱、振动、噪声、力矩等         

功能评价：功能参数和可靠性    

耐久性评价：关键零部件耐久性    

调节性能评价：可调节性、稳定性、调节范围和易操作性    

安全性评价：操作安全性   

缝纫工艺设计参数合理性评价：运动循环图、功能机构执行构件运动图等         

装配性评价：定位基准、装配间隙等          

新材料、新工艺、新技术评价：特点分析     

外观设计评价及其它(包括零部件结构、尺寸)   

产品差异性评价：特点分析   

　　(四)评价方法    

　　与现有产品或收集到的其它先进产品、国外先进企业内控标准等进行比较。得出的结论作为创新产品设计的技术指标和评价依据。          

　　(五)创新方案实例   

1.送料方式创新设计：下送料、针送料、上下送料、差动送料、上送布量可变的上下送料、上下送料独立运动的新结构、综合送料、滚轮送料等   

2.挑线机构的创新设计：凸轮挑线、连杆挑线、滑杆挑线、旋转圆盘挑线等；   

3.针机构的创新设计：中心曲柄滑块机构、摇杆滑块机构、连杆机构，针杆摆动由支点方式变为平移方式等

4.上、下轴传动方式设计：连杆方式、齿轮方式、同步带方式等以及由此对送料机构的革新。   

　　(六)创新方案     

　　样品评价后确认改进项目，明确改进项目应达到的目标和满足的技术要求，利用产品资料(样品)库、设计数据库、机构图谱以及相关的专业知识、经验等完成具体设计方案，并对改进部分制作实物进行验证，有时需要反复修改，最后完成最优方案。

　　以上只是反求设计过程的简略介绍。

　　当然，创新设计有改进性的和根本性的，只要我们树立起创新设计理念，努力学习，勇于探索，不断总结经验，我们的创新层次和创新能力必将得到提升。这将有力地推动我国缝纫机工业取得突破性进展，加快我国成为世界上最大的缝纫机生产强国的步伐!   （wy）