世界自动裁剪与缝纫研发一瞥

服装是一种消费品，它有着大量的分散供应链。它从纤维选择开始，进入纱线和织物生产，并在服装制造完成后推入市场而结束。在许多情况下，还有其他部门参与完成最终产品，其中包括饰边、刺绣、皮革并添加其他时尚配件。

劳动力密集型服装制造部门的主要业务可分为三个环节：生产前、生产中和生产后。生产前侧重于准备必要的材料和服务，包括生产线规划、样品开发和批准、采购和生产计划。在生产过程中，织物被展开、裁剪、捆绑和缝制。接下来的几个后期生产任务，包括熨烫、检查、折叠和包装，为消费者准备货物等等。今天的服装生产仍像几百年前，近似于手工操作。

裁剪和缝纫任务的劳动依赖性使其仍然昂贵。面料成本和裁剪劳动力是服装制造的两大瓶颈。原材料占产品总成本的50%至70%，但织物的质量和数量直接影响着最终产品的质量。相反，降低织物成本的可行解决方案是通过精确且恰到好处的裁剪来实现。

缝纫占总成本的35%至40%。过去几十年来，服装制造商通过全球供应链管理降低了劳动力成本，将生产设施设在发展中国家。然而，由于最近全球劳动力市场的变化，这种商业战略更难再维持下去，迫切需要找到替代解决方案，自动化裁剪和缝纫工艺便成其选择。

自动化通过最小化人类干预和防止制造错误来提高生产力和时尚产品质量。例如机械化织物处理、计算机技术、自动缝纫和机器人。引入这些过程有助于工件在步骤之间或过程中的平稳自动转换。

纺织机械贸易展表明，在服装制造系统可建立6个分节点。产品通过不同的设备实现收缩、融合和裁剪、缝纫、其他加工，进入消费领域后产品制造才算完成。裁剪和缝纫是实现自动监控的主要领域，目前的多种自动化设备均突出了裁剪和缝纫自动化创新的关键特征。

自动化裁剪领先一步

随着大规模生产的增加，服装厂的裁剪已被几项新发明自动化。如把一卷布料放在机械台面上利用机械切割，就能大大减少人力。早在20世纪初引进的模切机，也大大提高了裁剪效率和质量。随着数控机床在上个世纪40至50年代的出现，连续裁剪成为可能。这使生产具有了更大的灵活性以及材料更经济。后来，数字技术创造了计算机数控(CNC)和辅助工具，如计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)程序。

目前在自动化裁剪中的大多数系统都有类似的配置，其中裁剪设备安装在连接到裁剪台上的横杆车厢中。车厢沿横杆穿过裁剪台移动，而横杆则沿工作台的长度移动。这些移动使裁剪装置在裁剪区域上运行，并由单元控制实现精确管理。在现代裁剪装置中，裁剪台配备了真空系统，以保持材料在裁剪过程中的下降和提高裁剪精度。由于布料均为多孔材料，织物必须在不透气的塑料覆盖下实现裁剪。抽吸式鼓风机通常是在裁剪操作中消耗最大功率的部件。

各种裁剪技术可用于裁剪设备，如计算机控制刀具、激光、水射流、等离子体或超声波。裁剪刀甚至适用于多层化材料的裁剪，已被纺织产品制造商广泛采用。刀头配备了多种刀具、缺口工具、钻冲头配件，以满足不同的裁剪和标记需求。激光裁剪机是第二种最常用的裁剪方法，常用于单股裁剪。激光裁剪机可在人造纤维上产生防射线效果，因此适用于包括聚酯和尼龙在内的所有人造纤维。通过控制激光强度，可以获得多种处理效果，如裁剪、吻切和标记。裁剪方法的选择取决于材料的性能以及所需轮廓的复杂性。

在配置自动裁剪系统时，最重要的考虑因素是，能否有效裁剪一层或多层织物。单股裁剪使过程具有连续性，并消除对摊铺机的需要，织物可直接从轧辊输送到裁剪区域。输送裁剪台可提高生产率，裁剪随着表面的推进而继续。移动台面上甚至可使用配置裁剪超过裁剪台长度的超大部件。

当织物的多个重叠被分散到裁剪区时，就需要更强的裁剪力。振荡刀通过在刀前进时上下移动来最大化提升裁剪能力。振荡行程的深度通常在5毫米到200毫米之间，需要根据裁剪条件进行。土耳其一家（Serkon Tekstil Makina）公司推出了智能刀，它不仅上下摆动，而且还可从侧面摆动。额外的刀头运动有助于准确裁剪碎片跨越多层织物。由于刀头的振荡运动，裁剪台表面必须足够松，以支持移动。在用振荡刀进行多层裁剪时，裁剪台的表面，即平板工作台处于静态。这种静态裁剪配置确保了比输送机表面更高的裁剪精度。

自从上个世纪60年代美国康涅狄格州托兰格伯科技公司推出第一款全自动裁剪系统以来，自动化裁剪市场已成熟，并变得更具竞争性。法国莱克拉公司是裁剪技术发展的另一个主要参与者。而当前创新的主要领域涉及详细的子功能或是对现有裁剪技术的补充。 裁剪的研发领域可概括为三个方面：生产力、多功能性和模式匹配力。

为提高生产率，一些自动化刀具配备了额外的裁剪装置和横杆，可同步执行和同时裁剪。据德国克瑞斯公司（Kuris Spezialmaschinen GmbH）称，双裁剪头可缩短裁剪时间40%。提高效率的另一个例子是实现自动标签。这项技术是由意大利公司（Morgan Tecnica S.p.A）提出。打标器被合并到刀具中，以减轻裁剪后卸载过程中的人为错误和混乱。根据不同尺寸的要求，热打印并配置在每个裁剪件的中间。这使必要的信息包括条形码可立即见于裁剪件。而瑞士公司（Zund Systemtechnik AG）更是标新立异地推出模块化与自动化相融合的刀具，用户可通过交互方式改变裁剪装置。各种切削装置，包括电动或气动振荡工具、旋转或刀刃、激光模块、穿孔或折痕工具以及标记或绘图模块，可安装在载体上，便于特定裁剪操作。德国欧洲激光公司（Eurolaser GmbH）推出一种基于激光技术的羊毛面料自动化纺织裁剪系统。其裁剪机被命名为裁剪保护技术，配备了蒸汽设备，可稳固织物并创建光滑的无线裁剪边缘。该裁剪机还包括一套双裁剪设备与激光和叶片的通用功能。

传统上，模式匹配包括分段准备标记和有两个单独的裁剪步骤，即粗切和细切。虽然这些过程费时费力，但研究模式匹配精度仍然很高，可避免在粗切和细切间产生不必要的材料浪费，因此具有较高的价值。包括上述在内的几家公司都在努力开发模式匹配硬件和软件并改进模式匹配能力。

在自动化系统中，模式匹配可通过在标记表上生成织物图案的屏幕图像或在织物上投射标记图来实现。在前一种方法中，织物印花被裁剪头上的光学装置扫描并导入标记制作软件。服装图案被放置，并在织物图像上准备标记，允许操作者优化切削参数，以获得准确和精确的切削结果。后一种技术通常被称为视觉巢，它帮助操作者实时查看和编辑标记，在裁剪前检查投射在织物表面的标记图像。操作者可重新定位或重新定位碎片，以匹配复杂的织物图案。德国克瑞斯公司强调的关键技术是记录和识别要裁剪的材料的集成系统。对织物表面的照片图像进行处理，以计算裁剪坐标。这种技术使单刀具即使在没有标记的情况下也能执行打印服装图案。基于成像技术，它的皮革裁剪机甚至可检测皮革件的任意轮廓，确定不同的表面质量条件，并直接在与质量区域匹配的皮革上自动嵌套标记。

自动化缝纫任重道远

在服装制造中，大量的时间和劳动力花费在材料处理上，如处理、移动、安装、重新定位和重新定位裁剪或半成品织物部件。问题的关键是，如何以经济和高效的方式精确和温和地处理接缝，以确保高质量成衣。在商用缝纫工厂里，缝纫通常是手工的，而其他过程则可能自动化。因此，服装缝纫装配中涉及的生产过程要分为两个子功能，材料处理和织物部件的连接。

处理不灵活的材料时，手工缝纫更具有优势。织物即使在很小的压力下，如自重或空气阻力，也很易发生不稳定性。这会引发质量问题。据报道，在产品组装过程中，手工处理所用的时间占所有时间的79%。迄今为止，世界上还没有哪一家工厂能自动处理材料，只有21%的公司使用半自动化系统。当一件衣服制造出来时，缝纫加工时间约占整个生产时间的80%，工厂成本的大约80%与缝纫有关。

然而，这些先进的夹持技术尚未在纺织产品的装配系统中推广。据纺织服装媒体报道，目前半自动缝纫移动系统中有72%不使用夹持器。在国际会展中发现的唯一类似的应用是抓取，这是西班牙AB工业公司研发的一个项目。在它的系统中，工件飘浮在一个约一英寸台面上，一个360度的机器人手臂可很容易地用简单的夹持元件来抓取工件。据AB公司称，该技术目前正在开发中，尚未商业化。

最重要的纺织品连接技术是缝纫工业的瓶颈，其加工过程所需时间占整个服装制作的85%。缝纫仍然依赖熟练的劳动力进行手工操作，它占总成本的35%至40%。在过去几十年中，缝制制造商通过将生产设施搬迁到低价劳动力的发展中国家，旨在降低生产成本。然而，随着市场条件的变化，这一商业战略已接近尾声。在许多发展中国家，劳动力成本正在迅速提高，全球熟练劳动力短缺，消费者行为的变化比以往任何时候的变化频率都快。因此，服装制造业实现缝纫自动化已势在必行。

如今最流行和最广泛采用的自动缝纫配置是安装在织物加工机械上的常规缝纫机，如卷绕或压延单元。数家公司包括西班牙公司（Texma Machinery S.L.）和意大利纺织机械公司（Comatex）均使用这种配置来完成边缘，连接织物卷，或从织物卷中制作管状结构。意大利蒙蒂马克公司为这种配置提供系列移动缝纫机。采用气动设备，以方便在缝纫过程中涉及湿工艺。这类应用程序的常见缝纫类型配备了连续底部缝纫线，不需要停机加载缝纫线。

德国KG公司研发出全自动管筒交换器，其专利管筒检查器使用独特的管筒编码与RGB颜色的特定组合。当管筒在机器操作过程中旋转时，光电传感器监视颜色序列，并检测通常的管筒运动或线程耗尽时所产生的错误。这将尽可能减少不必要的停车，其中缝纫机每次停机时间仅6至8秒。

自动化缝纫的原理因缝纫路径的几何形状不同而不同。二维接缝可很容易地创建使用数控缝纫技术，其中一个或双移动缝纫头前进在纺织品沿编程接缝路径。更复杂的情况可将2D织物转换为3D接缝，缝纫头由机器人在3D空间中沿缝纫路径引导。然而，在许多情况下，两个织物件由不同的轮廓或曲率沿接缝连接。这种类型的接缝需要通过3D织物定位和对织物在每一针施加不同的张力。

在二维缝纫结构中，一层或多层纺织品被缝合在固定的缝纫框架内。灵活处理材料可避免织物夹紧进入夹持器。为遵循编程的接缝轮廓，它的保持架引导缝纫头进入x和y方向。这种缝纫结构主要用于装饰和设计接缝。缝纫尺寸基本受机器中直线轴的物理尺寸的限制。大型机器可处理3米×3米的缝纫区域，而小型机器可覆盖小于10厘米×10厘米的面积。大型数控缝纫机用于缝制毛毯或床垫。小型机器可自动将护理或品牌标签缝合到服装上。

目前自动化缝纫系统的进展仅限于某些操作。因此，服装制造商往往可从机械制造商获得各种半自动化缝纫机，日本祖奇集团公司（Juki）研发出用于缝制纽扣和纽扣孔的自动缝纫机。它有固定接缝路径的缝纫框架用于模板缝纫，并在操作过程中夹紧工件。还配有半自动配置，仅要求操作者对齐并将工件送入系统。

另一家美国亚特兰大公司（Soft wear）为自动化缝纫业做出重大贡献。其主要技术创新是集成先进的计算机视觉系统，它可单个跟踪针脚线程，并协调织物的精确运动。其研发的缝纫机器人使用手臂和360度输送系统处理织物。四轴机器人手臂可用真空夹持器举起和放置一块织物，而传送带可将织物送入缝纫单元。装有球形滚筒，称之为嵌入表面的“汉堡包”式缝纫单元。加拿大自动化缝纫设备公司（Automatex）研发出全自动枕套生产单元，该单元能完成修剪、折叠、缝纫、标签和包装的顺序生产任务。意大利与德国的数家公司也在联合研发类似的毛巾自动化生产系统。到目前为止，具有完全自动化生产能力的商用生产系统仅限于平面纺织品，如毛巾、床上用品和地毯。

如今先进的缝纫机头均需安装在机器人上并由机器人控制，尤其是用于3D缝纫操作。由于半自动化的设备工艺和步骤都必须结合人工，因此很难保持经济和灵活的生产，尚需大量投资，而服装生产线要完全自动化和机器人化尚需时日。然而，由意大利一家公司（GKinnaAutomatic）研发的自动化生产系统则令人印象深刻，它充分显示出未来主义的服装制造风格。另一家意大利公司（Borsoi）则推出设备，能全自动化生产3D绣花枕头。具体地说，该公司研发的机器人能在同一连续生产线上拿起一个枕套，固定接缝开口，填充枕套，运输枕头，关闭开口，并将成品包装入塑料袋中。所有机器人都能单个完成全程任务，并使用带有夹子的机械臂进行处理。

完成多任务是推进自动化缝纫系统的关键因素。自动化缝纫机须在装配过程中配合其他操作实现，例如填充进料器或接缝压力机。自动化缝纫系统的配置依赖于产品设计和生产计划，每个生产系统须为不同的服装产品定制。产品标准化将减轻负担。诸如RSG这样的自动化技术公司已走在纺织服装化前列。

裁剪与缝纫自动化的最大趋势

纺织工业引发了19世纪的第一次工业革命，它促发了从手工生产到基于机械动力的制造系统的过渡。第二次工业革命使工业化和大规模生产成为可能，而第三次工业革命是以数字化和自动化技术为基础。今天，生产线配备可编程化机器，该行业目前正走向第四次工业革命。

工业4.0是德国政府在2011年推出的一项战略举措。这一举措之所以在近期才启动，是因为降低制造成本的努力几乎耗尽，需要新的战略。据报道，工业4.0工厂在生产上可节省10%～30%的成本，在物流上可节省10%～30%的成本，在质量管理上可节省10%～20%的成本。其他预期成果包括缩短预产期、提高客户反应能力、负担得起大规模定制、友好的环境以及更有效利用自然资源和能源。工业4.0解决方案可为智能纺织生产提供关键技术，而纺织业将成为工业4.0最大的增长领域之一。预计到2026年，全球智能纺织服装市场将逾30亿美元。

工业4.0的主要概念是基于互操作性和连通性的智能化。将网络物理系统(CPS)和物联网应用于工业生产系统对工业4.0具有重要意义。生产设施代表着信息和通信技术组件的物理融合。自主系统能够基于机器学习算法和实时数据为自组织和自优化做出决策。

集成化缝纫服装制造机械必然要实现网络化。日本祖奇公司的高级网络系统(Ja Nets)是与配套硬件相结合的软件，生产线上的缝纫机相互连接，以提供生产活动数据。数字缝纫机是收集包括错误代码在内的详细缝纫数据的重要组成部分。位于每个工作站的终端实时提供生产进度的详细分析数据，并减少对问题做出反应的时间。中国苏州琼派瑞特电子科技有限公司(TPET®)也提供家纺制造的智能化工厂平台。其系统由系列相互连接的数字机器组成，用于制造产品、监测设施、分析数据、运输设备以及材料。与之同时，基于大数据采集和分析的制造设施的自动化维护也成为可能。

按需设计和生产服装的概念是工业4.0的另一大特点。在收到定制订单后自动生产服装产品已成为可能，由服装设计数据库可自动将数据输入纺织印刷、裁剪和缝纫的制造机械集成系统。智能化的自动化将对降低成本和缩短交货期至关重要。

这里需要强调的是，纺织服装制造自动化趋势一天也没有停止迈进的步伐。裁剪与缝纫的最大趋势是引入了光学成像技术；刀具正变得更加高效、通用和精确。与裁剪相比，缝纫自动化的发展还处于相对落后的状态。在自动化配置中，有限的自动缝纫能力是可行的。将定制功能无缝集成到现有生产线上是目前自动化缝纫的最大趋势。

（据美国《纺织世界》https://www.textileworld.com/textile-world/features/2020/03/automated-cutting-sewingdevelopments/近期资料）