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1、 “3D“3D 打印打印+AI”+AI”鞋业产业升级整体解决鞋业产业升级整体解决方案输出项目可行性研究报告方案输出项目可行性研究报告申请单位：福州交大恒通（福建）增材制造科技有限公司申请单位：福州交大恒通（福建）增材制造科技有限公司申请时间：申请时间：20192019 年年 8 8 月月交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 2 -当下，全球制造业分工格局正发生深刻变革，3D 打印（增材制造）作为人工智能领域实现制造向智造变革的新科技，作为新一轮工业变革代表性工具受到各国高度关注，世界各国包括中国都纷纷建立增材制造研发和产业平台以抢占未来科技与产业的制高点。福建是沿海经济带重要地区，是改革开放
2、的前沿阵地，是国家对外开放以及海峡两岸合作的重要门户和窗口,为推动福建省区域实现创新驱动、中国制造 2025 发展战略，发挥新经济时代新技术、新产业、新业态的融合带动作用，福州交大恒通（福建）增材制造科技有限公司规划建设“3D 打印+AI”鞋业产业升级整体解决方案输出项目。一、项目的背景和必要性一、项目的背景和必要性目前，我国对于足部畸形的研究治疗越来越重视，相关的产品也不断被研制出，但是目前我国对于足部畸形的非手术治疗主要是通过鞋垫矫形，绝大部分都是引进国外的产品，造价高不利于普及。通过建立基于 3D 打印的高适配矫形鞋垫与坐姿具的适配及制造系统，并且与云平台技术相结合，可以有效地降低造价成
3、本，提高医疗和患者康复的效率，扩大覆盖范围，进一步的推进医疗与健康保健走人生活，这是目前提高医疗质量与效率的有效手段。另外，通过利用符合我国国情、患情、医情的优化诊治流程、诊治技术和方案，可进一步提高我国足部畸形人群的生活质量，降低医疗费用，这对提高我国医疗服务水平、关爱残障人交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 3 -士、规范医疗行为的作用也至关重要。3D 打印技术与康复理念相结合，该理念在欧美地区发展较好，在国内也开始接受此观念，但发展比较局限，在利用云平台对数据共享及 3D打印技术快速成型上不能有效的与康复行业结合，与国外的发展差距较大。我们看到了国内外的技术差异与市场缺口，看到了该技
4、术所带来的康复医疗与健康保健的低成本与普及化，也看到了此技术在未来与物联网和云平台融合时产生的机遇，努力促成技术与应用、医生与病患在实际环境中更好的联系交流，利用快速高效的解决方案，让数以千万计的残疾人士享受健康生活，预防一些疾病的并发症，有效的降低医疗成本，为人民和国家都带来实实在在的好处。1 1、项目技术攻关的必要性、项目技术攻关的必要性高适配矫形鞋垫的设计和制造系统基于高精度激光三维扫描和量化分区的足底压力测量与生物力学分析，结合足底疾患特征，通过个体化高适配鞋垫设计，使用3D打印增材制造技术加工制造，并通过云计算平台进行产品的订单服务和技术支持。不但为制造符合医学要求的矫形鞋垫提供了先
5、进的技术基础，也推出了医疗和康复产品的个性化定制的经营新模式。本项目的产品设计、加工和服务模式在国内外尚无同质产品或解决方案，更加符合我国国情，具有迅速占领国内市场的优势。交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 4 -个体化高适配矫形鞋垫的优点和治疗效果已经得到了充分的验证。近二十年来，欧洲建立了较为完善的高适配矫形鞋垫的理论方法，并向运动和康复领域推广，取得了广泛的认可。我国近两年引入这项技术，由于其价格昂贵，主要用于国家级专业运动员和高端足部疾病患者，得到了康复专家和高端客户群的广泛认可。因此，个体化高适配矫形鞋垫的市场需求处于起步阶段，不但得到了市场的认可，还具有广阔的市场空白可以占领，
6、发展前景良好。目前，国内的矫形鞋垫以成品为主，适配性不高，可调整度小，治疗效果不佳，市场接受度有限。个体化高适配矫形鞋垫弥补了成品鞋垫的不足，但进口测量设备昂贵，制造工艺繁琐，专业技术知识要求高，成为进一步推广的障碍。本项目提出的先进的设计制造工艺，独特的营销模式，显著降低了设备成本和对专业技术人员的依赖，具备了广泛推广的基础。本项目的产品主要分为治疗型和保健型两大类。治疗型主要用于各种足部缺陷和糖尿病足部并发症的缓解和治疗。保健型可以用于专业运动员及运动爱好者足部伤害的防护，儿童和特殊群体的行走和站立姿势的矫正，普通人也可用于减缓疲劳和提高舒适度。因此，矫形鞋垫的应用广泛，市场巨大。2 2、
7、项目的市场分析、项目的市场分析交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 5 -国外较早关注矫形鞋垫的产品对足部疾患的治疗、矫形和保健作用，并开展多年的试验研究与产品研发，矫形鞋垫的接受程度也较高，应用极为广泛。网站 Medical Expo 记录的 Bauerfeind，GeBioM，Ottobock等 18 家公司可生产矫形鞋垫，记录产品包括 121 种。其中 GeBioM 公司和 Mile High Orthotics Labs 公司除生产多款矫形鞋垫成品外，还可依据用户需求进行个性化适配。GeBioM 和 Delcam Healthcare Solutions公司提供了个性化矫形鞋垫制作的
8、解决方案，包括三维足底扫描 iQube和 GP LaserScan 3D 装置，建模软件 OrthoMode 和 lGP lnsoleCAD 及快速加工设备 OrthoMill 和 GP M101 矫形鞋垫铣磨机。近期我国的一些研究和医疗机构也开始涉足这一领域，目前国内有5 家左右的公司和医院研究和生产矫形鞋垫，但设计理念，加工工艺与国外产品还有差距。目前，国内还没有公司和机构能够进行矫形鞋垫的个体化适配，亦没有公司能够提供个体化鞋垫适配的测量加工系统。矫形鞋垫的临床效果才刚刚被认可，普及率不高，个性化适配的发展比较缓慢，产品多以国外成品为主，基本被国外公司垄断。此外，国内消费者对于矫形鞋垫的
9、接受程度不高，认为只有严重的足部畸形才需要佩戴矫形鞋垫，这进一步限制了目前矫形鞋垫的市场大小。但随着国内消费者对矫形鞋垫认识的加深，这一市场能够显著扩大。目前，我国扁平足在青少年高达 25%-49%， 在 运 动 员 中 占 11.7%-39.5%。而且交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 6 -近年来扁平足在青少年、成年男女中比例显著增加。同样，糖尿病足也是数量巨大，我国糖尿病患者多达 1.14 亿。其他各类足部疾患的患者数量也非常庞大。通过适配个性化的矫形鞋垫，可以调整足底不同部位的支撑状况，使得足底压力分布更合理，改善足部微循环系统，从而防治与改善足部疾患发展和降低糖尿病足发病风险。实
10、验研究表明，正常人基本都有轻微的足内外翻，如果不及时矫正，可能引起上位关节的畸形，特别是儿童的行走和站立姿态的异常能引起骨骼的变形，老年人的步态异常更容易引起其他伤害。另外，激烈运动带来的足部损伤的数量也非常巨大。而个体性适配的矫形鞋垫能够矫正行走和站立姿态，降低足部损伤的风险，这个以保健为目的的市场容量难以估量。同时，3D 打印制造工厂在全球的迅速崛起，3D 打印从 5 年前的小规模生产，逐渐转向应用型的量化、规模化生产阿迪达斯和美国 Carbon3d合作的 3D 打印鞋 ALPHAEDGE 4D 等系列运动鞋（约 2500 元一双），阿迪达斯全球 CEO 罗思德表示，2019 年销售的 3
11、D 打印鞋产量将达到百万量级。从而证明这些类型的鞋，还是很有市场需求的。矫形鞋垫的规模化生产可为全球的 3D 打印鞋的生产提供最有利的支撑二、项目承担单位的基本情况和财务状况二、项目承担单位的基本情况和财务状况1 1、项目承担单位：、项目承担单位：交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 7 -福州交大恒通（福建）增材制造科技有限公司2 2、公司性质：、公司性质：国企参股混合所有制3 3、主营业务：、主营业务：增材制造;增材制造装备制造;三维打印技术推广服务;3D 打印设备及材料的研发生产、技术服务、科技成果销售;激光快速成形设备制造;快速成形加工机床制造;模具制造;电子元器件与机电组件设备制造
12、;服务消费机器人制造;智能无人飞行器制造;对金属与非金属材料研发(新型材料)与销售;虚拟现实处理软件开发;虚拟现实、数字技术制播放设备制造;智能手机、个人穿戴虚拟现实设备制造;物联网技术服务;教具、文具、玩具的嵌入式软件服务;计算机、软件及辅助设备制造、销售;医疗器械及生物技术的研发、技术服务、生产与销售;其他工艺美术及礼仪用品制造(象牙及其制品除外);药用辅料及包装材料制造;服装及鞋帽的生产、销售;食品技术科学研究;五金零售;办公设备销售;其他电子产品零售;文物及非物质文化遗产保护;对房地产业的投资;对租赁和商务服务业的投资;对文化、体育和娱乐业的投资;对居民服务、修理和其他服务业的投资;对
13、教育业的投资;物业管理;自有商业房屋租赁服务;房地产信息咨询;其他未列明企业管理服务;企业管理咨询服务;工程设计。(依法须经批准的项目,经相关部门批准后方可开展经营活动)4 4、项目负责人：、项目负责人：赵文5 5、主要股东：、主要股东：快速制造国家工程研究中心产业化实体陕西恒通智能交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 8 -机器有限公司、福州康铭智能科技有限公司、恒通福（福州）智能科技发展有限公司三、项目基本情况三、项目基本情况1 1、项目概况、项目概况本项目以 3D 打印为核心制造技术，使用高精度足底激光三维扫描和量化压力分布测量与生物力学分析技术，运用多源信息融合和三维数字化建模技术及
14、云计算平台，开发了一种高适配的矫形鞋垫的设计和制造系统。同时将这套系统运用在生产线上，实现规模化生产。本项目的创新点在于：（1）对足底立体取型，构建精确的足底外形和压力分布模型；（2）针对足部疾患要求，快速生成个性化矫形鞋垫三维模型；（3）实现智能化的鞋垫材料的选择，完成多种材料的复合 3D 打印；（4）基于云平台系统，提供在线设计和指导，实现远程控制和生产。（5）生产线的建设2 2、项目审批情况：、项目审批情况：项目己通过福州市仓山区审核备案四、项目的技术基础四、项目的技术基础交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 9 -1 1、研发团队、研发团队公司依托快速制造国家工程研究中心科技研发实力
15、，具有深厚的技术研发能力和高层次的研发团队，可为项目提供技术研发支撑。中心拥有 3 位工程院院士、6 位长江学者及 12 位千人教授组成的国内最顶尖的研发团队，已形成近百人的创新研究队伍。3D 打印核心专业技术团队如下：卢秉恒 中国工程院院士卢秉恒，中国机械制造与自动化领域著名科学家，现为中国工程院院士，西安交通大学教授、博士生导师，任快速制造国家工程研究中心主任、国务院机械学科评议组召集人、中国机械工程学会副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事长。卢秉恒院士主要从事快速成形制造、微纳制造、生物制造、高速切削机床等方面的研究，先后主持20余项国家重点科技攻关项目。
16、曾获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、“做出突出贡献的中国博士学位获得者”称号、全国五一劳动奖章、全球华人蒋氏科技成就奖等奖项。李涤尘 教授、博导长江学者特聘教授，西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室主任，主持承担了多项国家科技重大专项课题、国家自然科学基金研究项目及国家863课题，科研成果获国家科技进步二等奖及教育部科技进步交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 10 -一等奖 ；2001年度河北省十大杰出青年、国家教育部优秀青年教师。入选跨世纪优秀人才计划。2004年获全国优秀青年科技工作者奖。赵万华 教授、博导长江学者特聘教授，机械工程学院院级课程机械制造技术基础首席教师、国
17、家重大专项课题负责人，2000年教育部全国百篇优秀博士学位论文奖获得者，曾获国家教育部科技进步一等奖、教育部提名科技发明一等奖，入选新世纪优秀人才计划。洪军 教授、博导西安交通大学机械工程学院教授，长江学者特聘教授，博士生导师。1994 年获西安交通大学机械工程专业硕士学位，2001 年获西安交通大学机械工程专业工学博士学位。目前任西安交通大学机械工程学院常务副院长，中国机械工程学会理事。2 2、研发成果、研发成果公司依托的工程中心具有大量的国家级、省市级技术研发成果，取得了国家科技进步二等奖 1 项、国家技术发明二等奖 3 项、省部级一等奖四项、增材制造发明专利 117 余项知识产权；承接国
18、家“九五”、“十五”攻关项目、863 科技项目、973 子项目、国家自然科学基金及省市科技攻关等几十余项。智能制造快速成型制造技术：具有一套工业反向设计、建模及快速制造的全套技术。在航空领域，与中航动力机械研究所、空军装备部交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 11 -5719 厂、航天科工十院、四川彭州航空动力项目联合实施航天航空部件智能制造；在汽车领域，与湖北汽车工业学院、十堰汽车城、上海航天总厂、湖南华曙等实施了汽车零部件铸造产业；在油化装备领域，取得了中石油供应商入网许可，开展钻头修复产业。智能机器人自动打磨技术：具有模块布局、多单元联合作业的自主核心技术，与陕汽、东风及法士特等开展
19、机器人铸件清理服务。大数据平台技术：开发了学科教育管理平台和制造大数据云平台。通过大数据云平台系统实现教育人才、课件资源及师资等集约化管理，体现了科技教育的显性优势；搭建了大数据制造云平台，实现个性化定制制造与人才和供应链的融合，创造了云服务、云技术、云打印为标志的新型智能制造模式。国家工程中心取得的技术创新成果及应用，建立了一套行之有效的研发方式，取得了大量可靠数据，形成了厚实的技术基础，能够快速推进产业化。3 3、技术先进性及创新优势、技术先进性及创新优势3D 打印技术是制造领域的领先技术，是融合智能制造、计算机、数字立体及等多领域的先进技术，目前在科教、医学、创新、航天航空、汽车等领域结
20、合最为紧密，发展最快，也最能体现技术的优越性。工程中心具有多年的 3D 打印研究经验和丰硕成果，与国内大量企事业产业及研究机构开展了联合研发和应用实践，得到大众和行业的认可，交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 12 -各项技术可操作性和成熟度较高，走在国内同行业前列。3D 打印技术创新点主要是革新了制造方法，优化了研发和制造工序，将传统制造提升到数字化、个性化和精准化。创新点一是采用三维立体扫描，建立可视的直观实体体现，并得到实体模型演示，将传统线性平面立体化，与实物相吻合，实现无差别预判。创新点二是针对差异化特征和个体需求，以增材技术实现完全贴合个体的制造，针对性强，突出人性化理念。创新
21、点三是突破了传统批量、标准制造的理念，开创了个体化服务、远程控制、无差别服务、点式制造的新制造商业模式，化解了传统制造环节集中于一体的弊病，将不同优势的产业主体实现整合共同致力于服务质量的提升。4 4、项目主要目标、项目主要目标本项目以 3D 打印为核心制造技术，使用高精度足底激光三维扫描和量化压力分布测量与生物力学分析技术，运用多源信息融合和三维数字化建模技术，开发了一种高适配的矫形鞋垫的设计和制造系统，并通过云计算平台提供个性化定制、远程设计与制造和售后服务等综合信息服务，实现了分布式信息采集，集中化生产的营销模式，实现了高度个性化和数字化的产品和服务模式在临床和康复医学领域的运用。本项目
22、开交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 13 -发的个体化高适配矫形鞋垫，可补偿足部疾患引起的畸形，矫正足部压力分布，从而治疗或缓解足部疾患和压力不均衡而带来的足部、膝关节及腰椎并发症。同时将软件应用在规模化生产线上。5 5、已完成的研发工作、已完成的研发工作本项目团队已经完成了个性化坐姿具适配系统的开发和研制，并用于褥疮的预防，完成了基于云平台的智能手部康复机器人的研制，这些研究基础有利于本项目的顺利实施。6 6、对行业的支持、对行业的支持目前国内矫形鞋垫市场销售的主要是各种类型的成品鞋垫，且多以代理国外产品为主，个体适配型鞋垫的市场还有待开发，而其设计加工系统更是空白，完全被国外产品垄断
23、。我们的核心竞争力包括利用高精度激光扫描及压力测量设备建立用户足部三维模型及生物力学模型和基于云平台的矫形鞋垫模型设计算法。通过为医院及社区医疗中心免费提供测量模块，能够快速积累用户，进入市场。同时，云平台的构建使我们能够不断积累用户数据，从而为不断优化算法模型提供基础。我们的系统性能和用户数量相互促进，用户使用越多，训练数据越多，系统性能越好，最终达到良性循环，会产生极高的边际效益。五、建设开发方案五、建设开发方案交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 14 -1 1、项目主要内容、项目主要内容针对我国在个性化适配矫形鞋垫的发展中问题，我们提出了一套完整的数字化的基于 3D 打印技术和云服务
24、平台的个性化高匹配矫形鞋垫的数据采集、设计、加工制造和评估的系统。主要的研究内容包括：（1 1）高精度足底激光三维扫描系统：）高精度足底激光三维扫描系统：足底激光三维扫描将足部在全负重、半负重和不负重的状态，足底的外形变化及重要的特征数据进行采集。扫描的精度要求小于 0.5mm，扫描线分辨率小于 0.5mm，能够记录足底形变的微小变化。该系统主要由激光和摄像头的发射接收装置、准直系统、扫描控制模块、高速图像采集模块、CCD 传感器模块、嵌入式DSP 数据处理模块、数据传输模块以及供电模块等组成。（2 2）足底压力分布测量系统：）足底压力分布测量系统：足底压力分布测量系统用于测量在静止或者运动状
25、态下，足底受到的压力变化情况。足底压力测量的分辨率小于 0.25cm2，压力精度达到 1.0*10-4mmHg，能够记录足底压力的动态连续变化。该系统主要由高灵敏度的压力传感器整列、嵌入式 DSP 数据处理模块、数据传输模块以及供电模块、压力分布参数分析与处理软件等组成。（3 3）足底压力平衡补偿算法：）足底压力平衡补偿算法：足部具有独特的生物力学机制，使用矫形鞋垫不是简单的把足底的压力均匀分布。因此需要综合考虑生物力交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 15 -学机制和足部疾患的个性化特征，对足底压力进行最佳的补偿平衡。在足底激光三维扫描和足底压力分布数据的基础上，研究一种平衡补偿算法，在
26、不影响足部的生物力学机制的情况下，防治和缓解足部疾患。（4 4）基于病症模板的矫形鞋垫生成算法：）基于病症模板的矫形鞋垫生成算法：不同病症使用的矫形鞋垫的结构具有较大的差异，为了保证产品的治疗效果，减少设计时间，针对每种病症建立标准模型库。利用模块化的矫形鞋垫设计模型，根据个性化的足底激光三维扫描和足底压力分布数据，自动构建适应病症的矫形鞋垫。最后由经验丰富的专业技术人员，对生成的矫形鞋垫进行个性化的修正和评估。（5 5）适用于多种材料的矫形鞋垫的专用）适用于多种材料的矫形鞋垫的专用 3D3D 打印设备：打印设备：依据矫形鞋垫适配足部疾患的类型不同，矫形鞋垫需要多种性能不同 EV A 材料，例
27、如不同硬度、不同的弹性和不同柔软性的材料，甚至矫形鞋垫的需要多种不同性能的材料进行复合打印。而且这些材料在 3D 打印加工过程中，要保证材料的属性和性能不会发生改变。因此需要专门的能够打印微可塑性、微弹性的复合的 EVA 材料的 3D 打印设备，同时加工的时间要尽量缩短，增加产能。（6 6）基于云平台的矫形鞋垫优化的数据挖掘技术：）基于云平台的矫形鞋垫优化的数据挖掘技术：使用云平台技术能够将医生诊断与专业技师设计和加工分离开来，实现分布式采集足底信息和足底压力分布，集中化鞋垫加工制造的作业模式。而且使用云平交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 16 -台技术能够积累大量的临床病例，通过分析对
28、比矫形鞋垫对足部疾患的治疗效果，达到优化矫形鞋垫设计的目的。如何从大量的数据中找出有用的信息，如何进行分析对比，都需要专门的数据挖掘算法。（7 7）建立）建立 3D3D 打印矫形鞋垫创新设计与服务中心：打印矫形鞋垫创新设计与服务中心：实现从研发到产品的研制，并实现需求产品的产业化，解决企业遇到的技术难题到服务和提升企业产品的开发速度及降低开发成本和风险提供一条龙的整体服务。一是主要解决 3d 打印矫形鞋垫产品从功能设计到外观设计的整体解决方案。二是解决在新产品开发中从设想、设计到产品的真实再现，同时技术人员在产品制作前的数据处理时共同进行拓扑优化设计，从而使设计的假发产品在满足功能要求后更合理
29、和美观。2 2、工艺路线和技术路线、工艺路线和技术路线（1 1）项目技术路线）项目技术路线本项目以研发一套个体化高适配矫形鞋垫的设计方法与 3D 打印专用加工制造工艺和云计算综合服务系统为主要目的，该系统的技术原理和研究方案如下图所示，主要包括：交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 17 -1）足部信息测量系统包括了足底激光三维扫描和足底压力分布测量与分析系统，分别采集不同状态下的在足底的形状及形变和足底压力分布信息，将测量的足部特征与压力分布信息上传至云平台，为矫形鞋垫的个性化适配的设施和服务平台。两种测量系统根据矫形鞋垫所针对病症的不同，可以单独使用，也可以结合使用。2）基于不同的足部疾
30、患特征建立不同病症的矫形鞋垫模型，选择与交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 18 -病症相对的矫形鞋垫模型，与足部的外形和压力分布测量信息相结合，建立足部的生物力学模型，构建个性化个体化适配的矫形鞋垫最终模型。3）针对足部疾患病症特点，选择适合患者的单一材料或者复合材料加工，将设计的矫形鞋垫外形模型转为可以 3D 打印的设计文件，并输入到 3D 打印设备，加工出个性化适配矫形鞋垫。4）对矫形鞋垫的治疗效果进行评估，并将评估的结果上传至云平台。评估可以分为临床评估和足底压力分布与步态分析客观评估。临床评估由医生主观给出，对治疗前后的足部疾患严重程度做出评价。而足底压力分布和步态分析则是在有条
31、件的情况下，对治疗前和治疗后各个阶段交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 19 -的进行动态的评价。足底压力分布和步态分析在制定各种矫形鞋垫的模型时具有重要的作用。5）综合临床和压力分布于步态分析评估的结果，对病例大数据进行挖掘分析，优化设计矫形鞋垫，并更新矫形鞋垫模型。项目通过构建云平台，实现了个性化矫形鞋垫适配的灵活布局，云平台将用户（医院或者足部专业诊所）和服务提供商（公司）突破地域的局限联系起来，实现了分布式测量，集中化生产的布局，分布图如下所示：用户根据病患数量、相关科室规模等划分为基层医院、重点医院和专业诊所等。基层医院由于病患数量以及科室人员等的限制，难以提供完整的个体化矫形鞋
32、垫的定制服务，这些医院可以选择配备足部信息测量设备，采集病患的信息，并上传至云平台，服务中心根据订单加工相应的矫形鞋垫，并通过物流邮寄给患者或者医院。而重点医院和专业诊所因为病患数量多，可以配备全套的足部测量和矫形鞋垫设计和 3D 加工设备，这些设备之间通过云平台相互连接。服务中心通过云平台为这些单位的技师提供在线指导。服务中心除了提供完整的个性化矫形鞋垫的定制服务外，还负责临床数据的管理，并对数据进行分析，优化矫形鞋垫的设计，并通过云平台更新所有的授权终端。数据中心则提供必要的数据信息服务。交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 20 -图 1 个性化适配矫形鞋垫技术设计方案图 2 个性化适
33、配矫形鞋垫系统分布方案公司研发矫形鞋垫产品将依据不同的阶段开发不同等级适配度的矫交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 21 -形鞋垫产品。初期产品主要针对疾病导致的足部畸形患者，通过医疗机构提供个体性适配的治疗型矫形鞋垫。但是随着数据采集模块在各个医院或医疗中心的推广，人们对矫形鞋垫的认可度增加，我们将把个体适配型鞋垫向普通用户推广，推出运动型和针对特殊人群的保健型的个性化矫形鞋垫，用于足部的日常保健，运动保护等。项目研发的个性化矫形鞋垫产品分类如下表：图 3 矫形鞋垫产品分类表（2 2）项目的技术关键，包括技术难点、创新点）项目的技术关键，包括技术难点、创新点本项目属于应用、技术创新，提出
34、了一种基于 3D 打印技术和云计算交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 22 -服务平台的个性化高适配矫形鞋垫的设计、制造和服务系统。项目的应用创新在于：1 1）基于）基于 3D3D 打印技术的矫形鞋垫的制造技术应用打印技术的矫形鞋垫的制造技术应用矫形鞋垫主要采用多种性能的 EVA 材料制造，具有弹性好、柔软质轻、机械强度和和韧性良好、环保对人体无害等特点。目前，只有欧洲航天局（ESA）使用熔融沉积制造（FDM）技术和热塑性材料制造了 EVA手套。使用多种 EVA 材料的复合 3D 打印设备还没有得到应用。本项目将针对矫形鞋垫开发多种物理特性不同的适用于 3D 打印的 EVA 材料，研发三种
35、及以上材料复合打印的打印方式，开发能够复合打印多种 EVA 材料的 3D 打印设备。实现矫形鞋垫的 3D 打印设备的集成化、小型化和网络化。2 2）基于云计算平台的矫形鞋垫的优化设计）基于云计算平台的矫形鞋垫的优化设计矫形鞋垫的设计应当根据病症防治方法的不同、 足部疾患部位的不同和个体足部的特征而采用不同的结构设计布局。矫形鞋垫设计初期主要依据足底激光三维扫描和足底压力分布进行三维模型设计。项目通过云平台积累各类疾患病人的大量的足底激光扫描和压力分布的实践病例，通过进行大数据的数据挖掘、分析不同病症特征、矫形鞋垫设计模型、治疗预后效果三者之间的潜在关系，从而获取优化的矫形鞋垫结构设计，使得矫形
36、鞋垫设计更加合理和有效，获得最优的矫形鞋垫设计模式。交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 23 -本项目的技术创新在于：1 1）激光三维扫描与压力分布结合的足部三维模型构建技术）激光三维扫描与压力分布结合的足部三维模型构建技术要设计出合理的高适配的矫形鞋垫，不但需要足部在全负重、半负重和不负重的不同状态下的外部形态，还需要足底各部分所承受压力的变化，依据足底三维外形、疾患特征和足底压力分布来设计矫形鞋垫，进而通过矫形鞋垫来合理的平衡压力分布，达到缓解或治疗足部缺陷的作用。因此构建足部生物力学三维模型是设计矫形鞋垫最重要的部分。本项目提出了综合使用足底激光三维扫描系统和足底压力分布测量与分析系
37、统相结合的方法，精确的获取不同状态下足底形状和足底压力分布及其变化特征，为高度个性化矫形鞋垫设计提供精确的建模和设计基础。2 2）基于病症模型的矫形鞋垫的快速设计算法）基于病症模型的矫形鞋垫的快速设计算法治疗不同的足部疾患，使用的矫形鞋垫的形状和结构不同。而治疗同一类的足部疾患，矫形鞋垫具有相似的结构，只是局部设计存在差异。因此，为了提高矫形鞋垫的设计速度，采用了基于病症特征模型的矫形鞋垫的设计算法。针对不同的患者，只需要在相应的模板上根据足部模型数据进行必要的局部修改。病症特征模型的矫形鞋垫设计算法，不但简化了个性化矫形鞋垫的设计，还可以建立治疗足部疾病的标准份分类参照数据库，为统一和标准此
38、类康复矫形器具提供依据。交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 24 -3 3、主要经济技术指标：、主要经济技术指标：（1） 项目建设周期：2 年（2） 总建筑面积：5000 平米（3） 项目完成后，年新增产值 8000 万-20000 万（4） 同时打印 2-3 种颜色的材料；或者打印 2-3 种不同材料；（5） 喷嘴工作温度范围 150-300；打印速度 80-120mm/s；（6） 打印层厚 0.15-0.3mm 连续可调；（7） 申请专利 2 项；4 4、产品市场预测：、产品市场预测：目前国内矫形鞋垫市场销售的主要是各种类型的成品鞋垫，且多以代理国外产品为主，个体适配型鞋垫的市场还有待
39、开发，而其设计加工系统更是空白，完全被国外产品垄断。我们的核心竞争力包括利用高精度激光扫描及压力测量设备建立用户足部三维模型及生物力学模型和基于云平台的矫形鞋垫模型设计算法。通过为医院及社区医疗中心免费提供测量模块，能够快速积累用户，进入市场。同时，云平台的构建使我们能够不断积累用户数据，从而为不断优化算法模型提供基础。我们的系统性能和用户数量相互促进，用户使用越多，训练数据越多，系统性能越好，最终达到良性循环，会产生极高的边际效益。交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 25 -我们的产品和服务，在国内具有行业领先的技术，与国际市场同步。基于云的鞋垫模型设计算法能够加缩短设计时间，在提高产品
40、服务性能的同时降低成本。随着国内消费者对矫形鞋垫认识的加深，国内矫形鞋垫的市场可迅速扩大，而我们可利用自身的技术优势及搭建的分布式信息采集模块迅速占领个体适配型鞋垫的市场。5 5、建设地点及工期：、建设地点及工期：（1） 项目地点：福州市仓山区（2） 项目建设工期：180 天6 6、预期成果：、预期成果：（1） 建设 3D 打印矫形鞋垫生产线一条（2） 建设 3D 打印矫形鞋垫创新设计与服务中心（3） 建设 3D 打印矫形鞋垫技术成果转移中心（4） 项目建成后五年内利税达到 10 亿元，创造就业岗位 150 个。7 7、项目招投标内容：、项目招投标内容：为严格规范资金使用，本项目制定了招投标制
41、度，其中招标形式采用自行邀标组织，至少选择性价比高、质量有保障、信誉良好的 3-5 个公司机构进行择优选择合作，招标要求及范围如下：类别招标范围基本要求硬件设备及 系统单套金额超过 5 万元的打印设 备、测量系统等公司必须在行业内领先； 专用设备必须具有严格的证明证交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 26 -书；具有系统成套的配置能力全套金额超过 5 万元的办公设 备系统、制发软件、测试设备、 配套设备、扫描仪等公司必须在行业内领先； 专用设备必须具有严格的证明证 书；具有系统成套的配置能力建设施工建设施工由项目公司全权负责， 包括基础建设、装修装饰。行业内影响力较大的公司，资金 雄厚，资
42、质规范，综合实力领先六、各项条件落实情况六、各项条件落实情况1 1 项目进展情况项目进展情况（1 1）项目进展）项目进展课题组的核心人员来自陕西恒通智能机器有限公司和西安交通大学共同研发，均从事多年的技术开发与临床实践经验，对应临床和样本试验中的困难拥有充足的经验。而且西安交通大学拥有 13 附属医院作为临床实验基地，为本项目初期的足底激光数据和压力采集，并承担矫形鞋垫的适配试用、评估实验。目前该项目已经前期自筹 130 万，可以完成对基本技术的开发，包括医疗硬件和软件。对于该项目在运营过程中可能出现的种种困难，技术团队应该进行了全面的估计，提出了多种应对困难的方法。该项目的成果不但可以建立起
43、我国足部疾患的个性化矫形鞋垫分类模型，而且在建立模型中采集的数据也可以对足部疾病的临床诊治提供充足宝贵的依据。个性化高适配矫形鞋垫的设计、制造和服务系统是集激光三维扫描、压力分布测量与分析、3D 打印、云计算与服务平台和大数据挖掘等科学交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 27 -技术于一体的多学科多层次的新兴研究领域。其中本课题团队对于三维激光扫描、压力测量与分析、云平台的搭建技术均比较成熟，依据项目需求，可以比较容易的实现方案设计。基于足底激光三维扫描和足底压力分布的三维矫形鞋垫的个性化建模是本项目的研究的重要内容之一，项目团队成员有过几年丰富的模型重建经验，成功实现了基于臀部压力分布数
44、据进行个性化座垫的建模和基于臀部 MRI 数据重建了臀部不同组织的三维模型重建，并进行了有限元生物力分析，取得良好的效果。本项目的难点是多种 EVA 材料的复合 3D 打印技术和大数据的数据挖掘技术。本项目的科研团队依托西安交通大学先进制造研究所，其带头人卢秉恒院士是国内 3D 打印领域的领军人物，能够为本项目提供重要的技术支持，因此本项目在利用 3D 打印技术进行足底矫形鞋垫的快速制造和提供个体适配性方面具有可供参照的较成熟的技术，优势明显。利用大数据发掘个体化康复治疗方案是本项目待攻克的关键技术。但是，大数据技术已在网络、电子商务以及医疗的其他方面得到成功应用，这些都可为本项目的研究指明方
45、向，降低研究风险。目前项目团队成员已经掌握了激光三维扫描、压力分布测量与分析、云计算与服务平台搭建、矫形鞋垫的个性化设计方法、3D 打印技术等，接下来主要工作除了利用掌握的技术快速实现了项目硬件平台搭建和开交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 28 -展初期的临床实验，重点是进行足底数据的采集和分析上，并依据矫形鞋垫设计模型，提高矫形鞋垫的模型预测与个体适配的准确性。整体而言，基于该项目的研究基础和前期的产品研发，2 年之内可以达到产品市场化阶段2 2、配套情况、配套情况（1 1）组织管理的措施）组织管理的措施团队成员之间均有长期的合作，且各自有各自的强项和资源，优势互补。公司在股权配置、激
46、励机制等方面充分借鉴国外高科技创业型公司的经验，确保创业团队的稳定性，在其它制度方面，公司也探索创新。而且公司的企业文化考虑人性化管理，有着完善的假期支持计划，而且采取对事严谨、对人宽松的原则，员工忠诚度很高。同时，公司将始终注重技术力量的培养与升级，对新增技术人员提供全方位的技术培训，同时与国内外科研院所进行深度合作。另外，创始人团队成员均曾就读于西安交通大学，同窗背景使团队的首要核心更加牢固。3 3、组织实施的步骤、组织实施的步骤第一阶段：（2-3 个月）主要任务：1)临床及市场需求调查分析，对产品的性能以及适用性进行定位交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 29 -2)细化设计任务与待
47、解决的技术问题第二阶段：（18-12 个月）主要任务：1)解决系统各模块的技术难点，完成激光三维扫描、足底压力测量、3D 打印设备和云平台软件系统开发 2)完成个性化矫形鞋垫的数据采集、个性化设计和 3D 打印智能制造3)基于云平台，完成整个系统的调试，对各个模块进行预期性能检测，模块具体性能指标 第三阶段：（6-9 个月）1)制定临床试验方案，开展临床试验2)布局设备产品的初级市场，建立矫形鞋垫的基于病症的分类模型3)收集、整理、处理临床数据，完成产品的升级改进第四阶段：（10-12 个月）1) 智能化生产线的建立 2）实现规模化生产4 4、环境保护、环境保护（1）环境保护设计依据和标准交大
48、恒通（福州）增材制造科技有限公司- 30 - 中华人民共和国环境保护法； 中华人民共和国水污染防治法； 中华人民共和国大气污染防治法； 环境空气质量标准（GB3095-2012）； 地表水环境质量标准（GB3838-2002）； 声环境质量标准（GB3096-2008）；（2）项目施工期主要污染因素及其控制措施一期项目建筑物均为现有建筑物，施工期主要为装修改造及设备安装，装修改造及设备安装均在室内进行，而且施工期较短，因此施工期通过文明施工等策略，可以将施工期对环境的影响降低至最低。（3）项目运营期主要污染源及治理措施项目生活废水排入污水管网最终汇入污水处理厂进行集中处理。项目噪声主要为生产设
49、备运转产生的噪声。项目应根据所在位置和产生噪音的特点，分别采取消声和隔音等措施，可以使厂界噪声达到工业企业厂界环境噪声排放标准（GB12348-2008）中的 2 类标准的要求。项目生产过程中产生的固体废物主要是生产过程中产生遗留的原材料。原材料的废弃物收集后统一进行处理。生活垃圾由垃圾场统一进行处理，不会对周围环境带来不利影响。5 5、资源综合利用、资源综合利用（1）项目生产工艺、技术、产品符合国家产业政策和相关标准;（2）3D 打印相关产品能独立计算盈亏;交大恒通（福州）增材制造科技有限公司- 31 -（3）所用原(燃)料来源稳定、可靠，数量及品质满足相关要求，以及水、电等配套条件的落实;（4）符合环保要求，不产生二次污染。6 6、节能措施、节能措施（1）电气节能措施 所有设备一律选用符合国家有关规定的节能型产品，绝对不允许使用国家已经公布淘汰的机电产品。对一期项目的主要生产设备选用设计先进、产量高、能耗低、噪音低、运转平稳、承载力大，寿命长的优质设备。 配电设备选用节能型产品，照明选用节能型光源和灯具。 供电电缆、导线截面的选择按节能原则考虑。（2）节水措施 项目用水主要是生活用水。为控制用水，达到节约用水的目的，拟采取以下措施： 、供用水系统管