adidas 的設(shè)計(jì)人員和工程師熟知，外脛夾(因運(yùn)動(dòng)過量引起的脛部疼痛)、膝蓋扭傷或者足踝扭傷都會(huì)讓跑步者因受傷而停止運(yùn)動(dòng)。所以這些設(shè)計(jì)人員和工程師使用材料科學(xué)、生物力學(xué)和有限元分析 (FEA) 軟件，將類似于建筑抗震和汽車穩(wěn)定系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)型減壓技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)鞋跟部的設(shè)計(jì)中，力求在運(yùn)動(dòng)鞋的外形自然不失美觀的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)在部分最人性化、最出色的設(shè)計(jì)。

　　仿真軟件至關(guān)重要

　　adidas 在推出全新 ForMotion? 系列運(yùn)動(dòng)鞋的過程中，通過結(jié)合使用表面 CAD 工具和 SIMULIA 的 FEA 軟件(Abaqus/Explicit 和 Abaqus/CAE)，大幅縮短了設(shè)計(jì)周期。Adidas 的機(jī)械工程師 Tim Robinson 指出：“重新設(shè)計(jì)測試一款新鞋需要 6 ~ 8 周的時(shí)間。而如果采用仿真技術(shù)，只需幾天就能完成。實(shí)踐證明，SIMULIA的 Abaqus 在加速整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程方面至關(guān)重要。”Robinson 是由設(shè)計(jì)人員、工程師和生物力學(xué)家組成的 adidas 創(chuàng)新小組中的一員，他們跨越地域的界限，在位于德國紐倫堡外的 adidas 誕生地和美國俄勒岡州波特蘭這兩個(gè)地點(diǎn)展開協(xié)作。

　　獨(dú)特的滑板技術(shù)

　　ForMotion? 系列運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素就是在鞋跟處采用了一對(duì)帶有球形支座的聚酰胺滑板。系統(tǒng)的硬度通過較薄的聚合物封條提供，有時(shí)還根據(jù)型號(hào)的不同而采用聚合物彈簧和墊圈。Robinson 指出：“滑板不僅能吸收縱軸震動(dòng)，同時(shí)還能調(diào)節(jié)三維震動(dòng)。通過滑板分離腳跟部位的震動(dòng)可以降低‘底角速度’，也就是降低腳跟觸地后腳趾拍地的速度。如果底角速度太快，通常就會(huì)出現(xiàn)跑步者常見的所謂外脛夾問題。此外，滑板還能轉(zhuǎn)動(dòng)以抵消旋前力，也就是每一次足部內(nèi)轉(zhuǎn)的力度。球形滑板能自動(dòng)糾正這一內(nèi)轉(zhuǎn)力度，從而保護(hù)膝蓋免受傷害。通過移位限制器，還可避免反向過度勞損。另外該滑板還能自動(dòng)調(diào)節(jié)適應(yīng)每只腳的沖擊(如跑步時(shí)足部外撇的程度)。”

　　化概念為現(xiàn)實(shí)

　　一旦確定了產(chǎn)品概念，創(chuàng)新小組下一步的任務(wù)就是確保運(yùn)動(dòng)鞋的腳跟部位按設(shè)計(jì)要求發(fā)揮出其應(yīng)有的作用，且能滿足不同鞋號(hào)的功能要求。3D模型由 CAD 軟件創(chuàng)建完成后導(dǎo)入達(dá)索系統(tǒng) Abaqus/CAE 軟件。Robinson 指出：“我們創(chuàng)建模型介面，然后將其應(yīng)用于設(shè)置邊界條件和材料屬性，并將定義接觸、摩擦、接頭及其他方面的所有元素綁定在一起。最后我們用 Abaqus 解決上述所有問題。”材料特性來自 adidas 根據(jù)其專有材料而創(chuàng)建的定制庫。作為邊界條件基礎(chǔ)的生物力學(xué)數(shù)據(jù)同樣是非常機(jī)密的，這些數(shù)據(jù)通過 Vicon 運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)內(nèi)部生成。Vicon 運(yùn)動(dòng)捕獲系統(tǒng)的工作原理是在跑步者身上的關(guān)鍵部位安裝微小的標(biāo)記器，并在跑步者移動(dòng)時(shí)通過紅外攝像機(jī)加以追蹤。

　　虛擬鞋內(nèi)部的意義

　　后期工藝仍然需要 Abaqus/CAE的幫助。工程師通過應(yīng)用虛擬仿真的方式，憑借水平和縱向位移力，尋找壓力區(qū)或摩擦區(qū)。Robinson 指出：“能夠看到實(shí)際鞋的內(nèi)部，甚至通過虛擬模型進(jìn)一步了解鞋的內(nèi)部情況，肯定非常有用。這有助于我們就建議的修改措施與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通。”由于人的足部和身體各異，本階段 FEA 建模的重要部分就是對(duì)鞋進(jìn)行功能分級(jí)。Robinson 指出：“我們通過生物力學(xué)測試結(jié)果，獲得了鞋號(hào)與平均重量之間的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。不同型號(hào)鞋的踝部關(guān)節(jié)上的半徑會(huì)有所變化。我們用這一關(guān)系對(duì)滑板形狀進(jìn)行功能分類，通過 FEA 來預(yù)測不同鞋號(hào)腳跟單元所需要的最佳硬度。”此外，該系列鞋還提供四種不同版本，分別針對(duì)控制、氣墊、越野和競賽用途進(jìn)行了優(yōu)化。

　　反復(fù)測試科學(xué)驗(yàn)證

　　當(dāng)設(shè)計(jì)原型可以進(jìn)行實(shí)測時(shí)，即可用adidas定制的測試設(shè)備來測試 ForMotion? 鞋的“水平硬度”,即將鞋保持 30 度角(“男性”邁步的角度)，對(duì)腳跟處進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)位移。Robinson 指出：“測試很少會(huì)發(fā)生意料之外的情況。我們已經(jīng)通過 FEA 進(jìn)行了相當(dāng)于實(shí)際測試設(shè)備運(yùn)動(dòng)情況的虛擬仿真。我們確信，頭批樣品鞋的表現(xiàn)將會(huì)與我們的預(yù)計(jì)相差無幾。”性能評(píng)估測試設(shè)備 (PETE) 這一定制設(shè)備專用于進(jìn)行實(shí)穿測試，并通過此前獲得的 Vicon 生物計(jì)量輸入數(shù)據(jù)來復(fù)制實(shí)際穿鞋跑步時(shí)的運(yùn)動(dòng)和影響。先后進(jìn)行的此類測試多達(dá) 10 萬次，相當(dāng)于跑步 1,000公里。穿上 adidas 的 ForMotion 系列鞋，跑步活動(dòng)對(duì)腿部的不良影響將得以大幅減輕。Robinson 總結(jié)道：“鞋的工程設(shè)計(jì)今后還將和高完整性保護(hù)系統(tǒng) (HIPS) 相結(jié)合。我們將通過 Abaqus 軟件不斷改進(jìn)并加速鞋類的科學(xué)設(shè)計(jì)。”