撰文：趙瑩雪，劉世忠

3D打印兒童矯形鞋墊服務(wù)設(shè)計研究

撰文：趙瑩雪，劉世忠

圖5 SOLS APP 逆向建模- 確定關(guān)鍵點位置

兒童矯形鞋墊是兼具經(jīng)濟與實用價值的新型康復(fù)器械，具有巨大的市場潛力。其中，以基于3D打印技術(shù)與服務(wù)設(shè)計理念構(gòu)建的數(shù)字化矯形鞋墊商業(yè)系統(tǒng)尤為引人注目?；趯OLS數(shù)字化3D打印矯形鞋墊服務(wù)系統(tǒng)的分析，對中國如何自主構(gòu)建3D打印兒童矯形鞋墊服務(wù)設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行探討。

兒童矯形鞋墊；服務(wù)設(shè)計；3D打?。籗OLS；逆向建模

一、邁入工業(yè)4.0的兒童矯形鞋墊產(chǎn)業(yè)

兒童群體因遺傳、書包過重、坐姿不佳等外部環(huán)境易產(chǎn)生如X型腿、O型腿等多種足部治療需求。其最佳治療時期為兒童階段，而矯形鞋墊是能兼顧兒童生理與心理特點的有效治療方案。[1]因而，兒童矯形鞋墊是與光學(xué)矯正器材眼鏡相近，兼具實用價值與經(jīng)濟價值的新型康復(fù)器材。在多種矯形鞋墊的制作方式當(dāng)中，尤以能按需定制、構(gòu)建柔化供應(yīng)鏈、價值鏈反應(yīng)迅速的3D打印最為引人注目。[2]2015年5月8日國務(wù)院頒布了《中國制造2025》強化高端制造業(yè)的國家戰(zhàn)略規(guī)劃，推進(jìn)中國制造業(yè)升級、轉(zhuǎn)型，促使更多的制造企業(yè)關(guān)注“3D打印”新興領(lǐng)域。[3]3D打印這一增材制造技術(shù)與定制化的兒童矯形鞋墊生產(chǎn)需求相適合，符合國家產(chǎn)業(yè)升級的宏觀趨勢，有作為我國3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突破點的潛力。

從消費者角度，中國大陸市場尚處于萌芽階段。以歐特克旗下達(dá)爾康為代表的矯形鞋墊制作公司，在香港的客戶群體主要是兒童，且需求較大，在大陸區(qū)域市場尚未培育起來。消費者擔(dān)憂治療作用難以量化，僅應(yīng)用在相對較窄的足部治療領(lǐng)域。[4]綜上，我國的兒童矯形鞋墊產(chǎn)業(yè)落后于歐美成熟市場，但有機會直接跳過手工定制、批量半預(yù)制階段，直接進(jìn)入無縫整合3D打印技術(shù)、云科技、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等科技的工業(yè)4.0階段?，F(xiàn)代服務(wù)設(shè)計理論能有效協(xié)調(diào)諸多利益相關(guān)者、有形的設(shè)備、無形的技術(shù)與資本，并提供優(yōu)良的用戶體驗，建立完善的商業(yè)模式。

圖1 SOLSAPP-創(chuàng)建訂單采集基本信息

圖2 SOLS APP- 采集用戶雙腳圖像信息

二、基于3D打印的矯形鞋墊服務(wù)設(shè)計案例分析

英國設(shè)計協(xié)會于2010年對服務(wù)設(shè)計做出定義：服務(wù)設(shè)計是讓服務(wù)變得更加有用，可用，高效，有效和被需要。[5]服務(wù)設(shè)計著眼于建立系統(tǒng)，包括人、物以及用戶與服務(wù)提供者互動的交互界面。服務(wù)設(shè)計概念能有效地整合矯形鞋墊產(chǎn)業(yè)需解決的癥狀診斷、數(shù)據(jù)測量、鞋墊定制、產(chǎn)品提交等問題。2015年，在美國獲得1110萬美元風(fēng)投的SOLS公司對于如何對3D打印矯形鞋墊產(chǎn)業(yè)進(jìn)行服務(wù)設(shè)計提供了良好的范例。

圖3 SOLS APP- 調(diào)整細(xì)節(jié)，開具處方

圖4 SOLS APP 逆向建模- 網(wǎng)格分割用戶足部照片

圖6 SOLS APP 逆向建模- 依據(jù)關(guān)鍵點連線，成面，成體

位于紐約的SOLS公司創(chuàng)意是由創(chuàng)始人科甘·施奧文伯格提出的，這源于其多學(xué)科背景以及對生活的深刻體會。由于患有扁平足，科甘在8、9歲時就開始使用通過傳統(tǒng)的制模、澆筑方式手工定制的矯形鞋墊。但由于其丑陋的外形，價值500美元的矯形鞋墊就被她帶著愧疚的心理棄置在儲物柜中。然而，后期足部的疼痛與不適感促使科甘開始嘗試尋求更佳的矯形鞋墊定制方式。[6]科甘后續(xù)的學(xué)習(xí)與工作啟發(fā)她考慮結(jié)合服務(wù)設(shè)計思維與3D打印的可能性。她就讀于美國著名的普瑞特設(shè)計學(xué)院工業(yè)設(shè)計系，并在畢業(yè)后開辦了自己的設(shè)計公司，為塔吉特超市等廠商提供產(chǎn)品設(shè)計與制造，獲得了對服務(wù)設(shè)計思維的了解。她還曾作為工程與操作主管任職于著名的在線3D打印平臺塑形方式（Shapeways），負(fù)責(zé)管理其在紐約皇后區(qū)的大型工廠。塑形方式是一個類似淘寶的3D打印加工制造平臺，為設(shè)計師和3D打印玩家加工并銷售作品。每個人都可以在該平臺上開店，平臺會根據(jù)材料、大小及對象的復(fù)雜程度抽取一定比例的傭金。它憑借月均18.1萬件訂單，已成為全球第一的3D打印社區(qū)。[7]科甘在塑性方式的工作經(jīng)歷使她掌握了豐富的3D打印技術(shù)?？聘蕦鹘y(tǒng)的矯形鞋制作同3D打印、服務(wù)設(shè)計思維相結(jié)合并最終創(chuàng)辦了SOLS。不同于一般的3D打印企業(yè)，SOLS公司的重點并不在于研發(fā)3D打印機，而是依托于與德國3D打印巨頭EOS公司合作。SOLS業(yè)務(wù)的核心在于構(gòu)建優(yōu)秀的矯形鞋墊服務(wù)系統(tǒng)，難點在于通過APP應(yīng)用完成對用戶足部數(shù)據(jù)的全數(shù)字化采集，逆向建模鞋墊的訂購服務(wù)系統(tǒng)。

具體來說，通過下載SOLS的APP應(yīng)用，即可進(jìn)入定制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，首先需要創(chuàng)建新用戶文檔，輸入基本統(tǒng)計數(shù)據(jù)如性別、年齡、體重等。接下來，APP將對用戶腳長測量進(jìn)行指導(dǎo)，進(jìn)而獲得用戶雙腳的長寬、生活樣式和需要的鞋墊的軟硬程度。第三步，APP應(yīng)用將進(jìn)入到對用戶進(jìn)行雙腳圖像數(shù)據(jù)采集的階段，為后續(xù)逆向數(shù)字建模的過程提供數(shù)據(jù)（圖2）。

完成前三步的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集后，系統(tǒng)將實時完成鞋墊建模并允許操作者對關(guān)鍵數(shù)據(jù)如足弓的彎曲度、鞋墊的長度與材質(zhì)等進(jìn)行調(diào)整，開出矯形鞋墊的處方。該應(yīng)用對用戶生活樣式的軟性需求給予了一定的人文關(guān)懷。例如，根據(jù)用戶鞋墊具體使用的環(huán)境（運動鞋或平底鞋等），對模型進(jìn)行微調(diào)。對用戶美學(xué)方面的需求如顏色的喜好給予了充分的考慮。至此，矯形鞋墊全數(shù)字化處方開據(jù)過程完成，但SOLS的服務(wù)并不止于此。接下來，用戶可根據(jù)需要填寫送貨地址，完成鞋墊訂單的提交（圖3）。

上述SOLS系統(tǒng)的核心科技通過用戶的足部三視圖照片逆向構(gòu)建鞋墊的數(shù)字模型。將用戶足部照片與內(nèi)置的足部模型匹配，進(jìn)行網(wǎng)格分割（圖4）。根據(jù)劃分后的三視圖，確定約1000個建模關(guān)鍵點（圖5），連線，成面，完成鞋墊的逆向數(shù)模構(gòu)建（圖6）。[8]隨著用戶數(shù)據(jù)增加，SOLS的云端數(shù)據(jù)庫實時完善，修正逆向建模的算法，從而使生成的矯形鞋墊模型愈加精準(zhǔn)。但該技術(shù)目前存在爭議點，即其是處于非承重狀態(tài)下取樣，構(gòu)建的矯形鞋墊是否能完成用戶在承重狀態(tài)下康復(fù)需求還存在疑問。個別文獻(xiàn)上提到SOLS公司通過“適應(yīng)套件（Fitting Kit）”采集承重狀態(tài)下的數(shù)據(jù)作為補充。這是一個軟墊，用戶把自己的腳踩在上面采集印記，發(fā)回公司。[9]這一措施并未在其官方文件上獲得更多證實。綜上，SOLS服務(wù)體系的核心，數(shù)字化逆向建模技術(shù)的有效性還需更深入的論證與完善。

圖7 SOLS WebPT 治療師簽約

圖8 ： SOLS Web PT 簽約治療師為病人配置矯形鞋墊

圖9 面向普通用戶的Exo SOLS 系統(tǒng)

SOLS公司的另一個重要創(chuàng)新就在于其獨特的服務(wù)系統(tǒng)。相較傳統(tǒng)取模或半定制方式，利用SOLS系統(tǒng)，鞋墊定制時間從原來的若干小時縮短至數(shù)十分鐘，全過程簡潔便利。通過3D打印制作的鞋墊成品自重大幅下降，美觀輕薄，可以被用于多種鞋型，大大提升了用戶滿意度。不僅如此，價錢可從傳統(tǒng)的500美金降至199美金。

這套數(shù)字化在線定制矯形鞋墊服務(wù)系統(tǒng)最早僅面向?qū)I(yè)的物理治療師，SOLS公司稱之為網(wǎng)絡(luò)物理治療師WebPT服務(wù)系統(tǒng)。SOLS公司為他們提供專業(yè)培訓(xùn)、簽約與定制服務(wù)（圖7、8）。WebPT系統(tǒng)工作流程高效順暢，為治療師節(jié)約大量的時間。同時治療師也無需增加投資或?qū)W習(xí)3D打印建模技術(shù)，即可使用3D打印技術(shù)。WebPT系統(tǒng)的這些特點使它深受物理治療師的歡迎。在專業(yè)的WebPT系統(tǒng)外，SOLS公司還積極開發(fā)面向大眾用戶的系統(tǒng)Exo SOLS（圖9）， 預(yù)計于2016年初發(fā)布。[10]民用與專業(yè)系統(tǒng)共同構(gòu)成了SOLS完整數(shù)字服務(wù)系統(tǒng)（圖10）。 基于這一平臺，SOLS公司可根據(jù)戰(zhàn)略需要，不斷拓展自己的產(chǎn)品線。

三、中國3D打印兒童矯形鞋墊服務(wù)設(shè)計方向

SOLS對中國3D打印兒童矯形鞋墊系統(tǒng)服務(wù)設(shè)計的啟發(fā)意義主要有兩方面：第一，通過服務(wù)設(shè)計，建立云加工平臺，集中加工。將銷售3D打印設(shè)備模式向提供加工平臺轉(zhuǎn)變。目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)以魔猴網(wǎng)、意造網(wǎng)等與美國塑性方式類似的C2C平臺。[11]也有像光韻達(dá)醫(yī)學(xué)3D打印云平臺這樣醫(yī)療專項B2B系統(tǒng)。但能夠有效簡化建模流程，提供優(yōu)質(zhì)用戶體驗的B2C定制系統(tǒng)尚處于空白，具有發(fā)展的潛力。第二，自主研發(fā)逆向建模技術(shù)，實現(xiàn)通過照片構(gòu)建鞋墊數(shù)模, 將用戶從高門檻的3D打印技術(shù)中解放出來，享受其帶來的便利。

此外，還需考慮中國市場的具體情況：第一，中國物理治療師的從業(yè)模式不同于美國。與美國物理治療師通常擁有獨立診所不同，中國物理治療師主要在住院康復(fù)機構(gòu)、門診康復(fù)機構(gòu)和社區(qū)康復(fù)機構(gòu)受聘。[12]因而在設(shè)計中國醫(yī)用矯形鞋墊服務(wù)系統(tǒng)時，應(yīng)考慮面向整體康復(fù)科這樣的企業(yè)用戶而非個人用戶。第二，相對于美國大眾對矯形鞋墊有較為普遍的認(rèn)識，中國市場仍處于藍(lán)海階段。經(jīng)調(diào)查，中國尚未出現(xiàn)服務(wù)大眾的矯形鞋墊定制業(yè)務(wù)。因而中國服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)從推廣入手，與市場營銷相關(guān)點是首先需要考慮的重點。

綜上，隨著人們健康意識的提升，健康產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式將逐步縮減中間流通環(huán)節(jié)向B2C模式轉(zhuǎn)變。因而，順應(yīng)這一變化，中國開展基于3D打印技術(shù)的兒童矯形鞋墊設(shè)計主要有兩個重要突破點：第一，深入調(diào)研利益相關(guān)者，如治療師、病人、顧客等的生活樣式，了解整個用戶體驗流程中的需求點與痛點。第二，依據(jù)利益相關(guān)者的生活樣式，設(shè)定符合其能力、習(xí)慣的快捷逆向建模方式，降低相關(guān)技術(shù)與服務(wù)的使用門檻。順利攻克這兩點離不開工程師、工業(yè)設(shè)計師、用戶體驗設(shè)計師、服務(wù)設(shè)計師等多學(xué)科創(chuàng)新人才的協(xié)同合作。

圖10 SOLS公司3D打印鞋墊服務(wù)系統(tǒng)

[1]趙瑩雪,劉世忠.兒童矯形鞋墊設(shè)計的應(yīng)用與發(fā)展[J].創(chuàng)意設(shè)計源.2015(02).

[2]牛祿青. 3D打印 開啟制造新空間[J].新經(jīng)濟導(dǎo)刊.2015(10).

[3]吳勇毅, 陳淵源.《中國制造2025》上的3D打印“國家戰(zhàn)略”[J].上海信息化.2015(10).

[4] 楊君華,段兆勛.達(dá)爾康：引領(lǐng)健康消費 占領(lǐng)時尚市場[EB/OL].（2015-12-23）[2016-1-18]. http://www.chinaleather.org/News/20151223/286039. shtml.

[5] Lucy.淺談服務(wù)設(shè)計[EB/OL]. (2014-09-01) [2016-1-18].http://uedc.163.com/12158.html.

[6]SOLS. Inc 30 Under 30 - Kegan Schouwenburg[EB/ OL]. (2014-07)[2016-1-10].https://vimeo. com/132839984.

[7]卡夫卡.月均18.1萬 Shapeways如何做到全球頭牌? [EB/OL].(2015-02-19)[2016-1-18].http:// office.pconline.com.cn/612/6127917.html.

[8] Sarah Perez. SOLS Flex：3D 打印的定制醫(yī)療鞋墊[EB/OL]. (2015-10-08)[2016-1-14].http:// techcrunch.cn/2015/10/08/sols-lets-you-buy-3dprinted-insoles-customized-to-your-feet-rightfrom-an-iphone-app.

[9] 天宮社.3D打印定制鞋墊獲著名風(fēng)投175萬美元種子資金[EB/OL]. (2014-01-28)[2016-1-18].http://www.3ddayin.net/zx/5466.html.

[10] PRNewswire.SOLS introduces "The Evolution of Movement" as a precursor to its newest consumer product launch: ExoSOLS, engineered to provide relief for foot, back and ankle pain. [EB/OL].(2016-1-21)[2016-1-22].

[11]周文靜. 光韻達(dá)醫(yī)學(xué)3D打印云平臺上線[EB/OL].(2015-09-21)[2016-04-08].

h t t p://f i n a n c e.c h i n a.c o m.c n/s t o c k/ ssgs/20150921/3351117.shtml.

[12] 密忠祥,黃秋晨,劉菲.我國康復(fù)機構(gòu)服務(wù)及運營管理現(xiàn)狀分析[J].中國康復(fù)理論與實踐.2015(1).

趙瑩雪

天津美術(shù)學(xué)院講師

劉世忠

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院康復(fù)科治療師

Research on Service Design of Children Foot Orthodontic by 3-D Printing

Children foot orthotics was a brand new rehabilitation device, which had both great economic and practical value. And the business system, which built by 3D printing technology and service design theory, was especially promising. The 3D printing service system of foot orthotics would be deeply explored based on the analysis of its typical representative SOLS. Hypotheses about how to built 3D printing service system of foot orthotics in China independently were given out as well.

Children foot orthotics; Service design; 3D printing; SOLS; Reverse modeling