adidas 的設(shè)計人員和工程師熟知，外脛夾(因運動過量引起的脛部疼痛)、膝蓋扭傷或者足踝扭傷都會讓跑步者因受傷而停止運動。所以這些設(shè)計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)的運動響應(yīng)型減壓技術(shù)應(yīng)用到運動鞋跟部的設(shè)計中，力求在運動鞋的外形自然不失美觀的同時，實現(xiàn)內(nèi)在部分最人性化、最出色的設(shè)計。

　　仿真軟件至關(guān)重要

　　adidas 在推出全新 ForMotion? 系列運動鞋的過程中，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)計周期。Adidas 的機械工程師 Tim Robinson 指出：“重新設(shè)計測試一款新鞋需要 6 ~ 8 周的時間。而如果采用仿真技術(shù)，只需幾天就能完成。實踐證明，SIMULIA的 Abaqus 在加速整個產(chǎn)品開發(fā)進程方面至關(guān)重要。”Robinson 是由設(shè)計人員、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地點展開協(xié)作。

　　獨特的滑板技術(shù)

　　ForMotion? 系列運動鞋設(shè)計中的一個關(guān)鍵因素就是在鞋跟處采用了一對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，有時還根據(jù)型號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，同時還能調(diào)節(jié)三維震動。通過滑板分離腳跟部位的震動可以降低‘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。球形滑板能自動糾正這一內(nèi)轉(zhuǎn)力度，從而保護膝蓋免受傷害。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調(diào)節(jié)適應(yīng)每只腳的沖擊(如跑步時足部外撇的程度)。”

　　化概念為現(xiàn)實

　　一旦確定了產(chǎn)品概念，創(chuàng)新小組下一步的任務(wù)就是確保運動鞋的腳跟部位按設(shè)計要求發(fā)揮出其應(yīng)有的作用，且能滿足不同鞋號的功能要求。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)同樣是非常機密的，這些數(shù)據(jù)通過 Vicon 運動捕獲系統(tǒng)內(nèi)部生成。Vicon 運動捕獲系統(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，并在跑步者移動時通過紅外攝像機加以追蹤。

　　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：“能夠看到實際鞋的內(nèi)部，甚至通過虛擬模型進一步了解鞋的內(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)計人員進行溝通。”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鞋進行功能分級。Robinson 指出：“我們通過生物力學(xué)測試結(jié)果，獲得了鞋號與平均重量之間的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。不同型號鞋的踝部關(guān)節(jié)上的半徑會有所變化。我們用這一關(guān)系對滑板形狀進行功能分類，通過 FEA 來預(yù)測不同鞋號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，分別針對控制、氣墊、越野和競賽用途進行了優(yōu)化。

　　反復(fù)測試科學(xué)驗證

　　當(dāng)設(shè)計原型可以進行實測時，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)，對腳跟處進行準(zhǔn)靜態(tài)位移。Robinson 指出：“測試很少會發(fā)生意料之外的情況。我們已經(jīng)通過 FEA 進行了相當(dāng)于實際測試設(shè)備運動情況的虛擬仿真。我們確信，頭批樣品鞋的表現(xiàn)將會與我們的預(yù)計相差無幾。”性能評估測試設(shè)備 (PETE) 這一定制設(shè)備專用于進行實穿測試，并通過此前獲得的 Vicon 生物計量輸入數(shù)據(jù)來復(fù)制實際穿鞋跑步時的運動和影響。先后進行的此類測試多達(dá) 10 萬次，相當(dāng)于跑步 1,000公里。穿上 adidas 的 ForMotion 系列鞋，跑步活動對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)計今后還將和高完整性保護系統(tǒng) (HIPS) 相結(jié)合。我們將通過 Abaqus 軟件不斷改進并加速鞋類的科學(xué)設(shè)計。”