“更快,更高,更强”是奥林匹克座右铭。这也是250亿美元的潜在哲学,女体育用品行业。

运动器材有各种形状和大小。不同的行业包括自行车,露营装备,渔具,健身设备,狩猎步枪和范围,皮划艇,水肺装备和潜水设备,和滑雪板。当然,除了各种各样的球、球拍、板、球杆、球拍和棍棒之外,还有鞋子、衣服和防护服。

与其他类型的消费品不同,体育用品有两个独特的细分市场:职业运动员和业余爱好者,他们从事体育休闲活动。专为专业人士开发的尖端产品通常会流传到周末战士身上。而且,这个具有竞争力的行业很容易采用其他领域的技术,比如汽车、航空航天、医疗设备和消费电子产品。

“体育用品行业的每一个细分市场都有两个方面,”Design Integrity Inc.的总裁Phil Anthony说,“每一项运动都有一个由低成本、使用传统材料驱动的细分市场。还有一个部分是由性能驱动的,青睐具有更高强度重量比的材料。

“产品开发的重点通常是使产品更结实或更轻,以创造更好的性能或减少对身体的压力,”安东尼解释说,他设计了自行车部件,高尔夫球杆和其他类型的运动设备。“体育用品的生命周期越来越短。”

Compass产品设计公司的总裁Curt Anderson补充道:“首先,运动产品需要有良好的性能。除非一件新产品的性能比旧产品好,否则很难打入市场。”但是,如果它确实表现更好,它可以在一夜之间彻底改变市场。”

麻省理工学院(MIT)机械工程教授Anette“Peko”Hosoi指出:“创新在体育用品行业非常重要。”“制造商总是在推动开发新产品,每年都有新产品进入市场。

“与其他行业相比,体育用品没有受到监管,”Hosoi补充说。“这有助于推动该行业的创新。”

三年前,Hosoi和她的同事来自各种麻省理工学院部门创造了STE @ M(MIT体育技术和教育)。该组织适用于将运动和多种工程学科结合的项目,包括空气动力学,传热,人类因素,热力学和振动。学生和教师曾在各种各样的运动器材制造商上致力于从风筝管到滑雪板的产品。

其中一个正在进行的项目是由大隈渔具公司生产的高端卷筒。工程师们正试图将该公司最受欢迎的卷筒之一的生产成本降低50%,以使其对消费者更具吸引力。

麻省理工学院团队建议通过用塑料部件代替一些压铸件来推荐制造产品更强,更不易破裂的方法。他们还建议旋转旋转器的方法,使卷轴更加耐腐蚀。

轻质材料

体育用品工程师贪图轻质材料,可提高运动性能,降低伤害风险。石墨,镁,钛和先进的铝合金广泛应用于高尔夫俱乐部,网球场和赛车自行车。

塑料也很受欢迎,因为它们是色彩缤纷的,可以易于模制。例如,尼龙用于制造内联冰鞋和自行车部件;聚酰胺用于滑雪板,滑雪板,绑定和靴子;和聚氨酯用于鞋子和冰鞋。

然而,体育用品制造商不能通过足够的碳纤维复合材料。该材料是自行车框架,钓鱼竿,高尔夫轴,雪橇,冲浪板,网球拍等产品的流行,因为它提供压缩和横向稳定性,以及轻质,强度和耐用性。

“Cooper Perkins Inc.的业务副总裁Kim Blair,”碳纤维复合材料已经过于大型体育世界,“Kim Blair,”他们允许工程师在关键地点创造最佳的力量和僵硬。

布莱尔补充说:“体育用品的硬度很大程度上取决于管件的形状和壁厚。”布莱尔参与了棒球装备、自行车、高尔夫球杆、头盔、跑鞋、可穿戴传感器和其他产品的设计。复合材料允许我们创建更复杂的形状和轮廓。”

滑雪板和自行车的制造商已经用复合设计推动信封。根据布莱尔的说法,这是为什么下坡滑雪板的形状与十年前完全不同的原因。

滑雪板的弯曲性能是至关重要的,因为上面的压力和下面的张力。布莱尔指出:“先进的材料和制造技术使滑雪板设计和性能最近得到了改善。”

事实上,Head NV的工程师最近与Audi AG合作,开发了碳纤维滑雪,其重量比可比较模型少于200克。这允许它在斜坡上令人难以置信地操纵和敏捷。

碳纤维包裹着铝和钛层,还有一个木芯。这种材料的组合使工程师在获得最佳刚度的同时,也能最大限度地减少扭转,即滑雪板沿其纵轴的扭转。

自行车业也开创了轻量级材料。大规模生产的自行车通常使用低成本,钢框架和诸多塑料部件。然而,高端赛车骑自行车取决于碳纤维复合材料,镁和钛。

“传统上,钢和铝自行车框架从多个部分焊接在一起,”布莱尔说,谁是机械工程师。“碳纤维允许制造商能够整合组件并最终得到较低的零件数。

“十五年前,游览法国比赛中使用的自行车是20磅的,”笔记布莱尔。“今天,你可以去当地的自行车商店,买东西只有15磅。”

虽然复合材料传统上被用于制造框架,但材料正在慢慢找到其进入轮子和其他自行车部件的方式。

事实上,英格兰的工程师最近通过应用碳纤维技术来重新发明车轮。与传统的辐条外,它们的“循环轮”具有一体的悬架系统。

每个轮子中有三个“弹簧”,作为自我校正系统一起工作。弹簧配置允许在轮毂和轮辋之间平稳地转移扭矩。

碳纤维复合材料最初是为航空航天应用开发的,现在也在足球场上飞来飞去。波音商用飞机公司(Boeing Commercial Airplanes)和罗素品牌公司(Russell Brands LLC)正在合作,将787梦幻客机(787 Dreamliner)多余的碳纤维用于制造足球垫肩。

航空航天级材料提供了高强度重量比和更大的耐久性。此外,它比传统复合材料更薄、更强、轻10%。这为跑卫、接球手和其他运动员提供了更大的活动范围和更安全的适合度。

Bauer Performance Sports的工程师们最近花了两年多的时间开发了一种新的轻量级曲棍球设备。通过使用碳纤维复合材料,他们制造出了比传统产品轻30%以上的冰鞋。这使得职业冰球运动员在一场常规比赛中移动得更快,并节省了超过1000磅的举重重量。

鲍尔工程师还开发了一种保护性的身体西装,比传统设备轻达四磅,这增加了移动性。并且,与保护设备中使用的传统材料不同,高端泡沫和复合材料可以定制到每个单独的球员。

嵌入式电子产品

最大的趋势之一改变了体育用品设计和组装的方式是可穿戴电子产品。嵌入传感器和微芯片的产品可以从心脏速率和速度衡量到劳累和手臂运动的所有东西。与分析软件配对,设备允许运动员监控和提高其性能。

电子和体育的融合是吸引初创公司和大型行业参与者的兴趣。例如,一个名为Arccos Golf LLC的小型公司刚刚推出了一组具有一组14个传感器的产品,该传感器连接到高尔夫球杆握把的末端。

一旦通过蓝牙将其与iPhone应用程序配对,该系统就可以与高尔夫球游戏无缝集成。传感器捕获关键数据,并提供即时信息访问,如距离命中和驾驶精度。

索尼公司最近推出了一种传感器,这些传感器适合几个领先的制造商制造的网球场,包括王子和yonex。它具有分析各种玩家运动的振动分析力学,例如拍摄计数,球冲击点,摆动速度,球速和球旋转。

Prince Global Sports产品开发副总裁泰勒·赫林(Tyler Herring)说:“通过高度敏感的波和运动检测,传感器可以检测多种挥拍类型,比如正手上旋球、正手削球和反手截击。”“通过允许球员使用先进的数据收集工具来分析他们的比赛,我们相信,选择球拍的过程将变得容易得多。”

该行业最大的公司之一威尔逊体育用品公司(Wilson Sporting Goods Co.)也在开发包含高科技工具的新产品。事实上,它最近获得了密歇根大学开发的无线运动传感器技术的许可。威尔逊公司计划在其足球和网球系列产品中使用惯性传感器。

“我们在一个数字漏风中,我们相信会彻底改变培训和运动员的工具箱,”威尔逊总统迈克邓斯说。“我们正在将能够向运动员提供数据的传感器产品开发,以便分析和培训,以帮助他们玩耍并更好地执行。”

传感器技术是由密歇根州密歇根州机械工程教授的Noel Perkins开发的,是一位试图改善他的铸造技术的狂热渔业。通过将无线惯性传感器嵌入飞杆中,珀金斯发现他可以纪录大量有用的信息 - 每秒最多可达6,000件数据。他的实验室还开发了解释运动员和他们的教练最兴趣的那些数据的算法。

珀金斯说:“这些数据让我们对性能有了前所未有的深入了解。”“即使使用高速电影和视频,运动员和教练也缺乏这项技术提供的一些数据,包括重要的性能指标,如加速度、旋转轴和旋转速率。

“除了运动训练外,该技术还可以帮助运动器与运动员相匹配,并评估运动员进行侦察和招聘目的,”Perkins指出。“而不是依靠游戏统计数据,这项技术可用于以客观方式量化性能。”

“聪明的体育用品将成为一个巨大的市场,”预测麻省理工学院的Hosoi。“许多制造商有兴趣将传感器集成到现有产品中,并探讨创建新的利基产品的方法。”

“然而,电子产品的成本必须相对于附加值而言,”Cooper Perkins的布莱尔警告说。“权力是必须解决的最大挑战。工程师们还需要小心,在向设备中添加电子元件时,不要破坏设备的性能。”

正在为军事应用开发的新技术,例如增强 - 现实展示和外骨骼,最终可能会发现他们进入体育用品。事实上,Hosoi认为,在未来几年内,军事应用和体育用品之间将会融合。

细井细井表示:“军方目前取得的进步与体育科技领域的创新之间存在协同效应。”“它们都是为了提高人类的表现。”

组装的挑战

运动器材的组装采用多种连接工艺,包括粘接、机械紧固和超声波焊接。

例如,高尔夫俱乐部制造商依靠几种类型的粘合剂。“头部和轴通常与需要长期治疗时间的双组分环氧树脂粘合在一起,”Nordson EFD东部区域销售经理Jim Victoria说。“静态混合器用于混合和分配两个组件。

“这是一个非常劳动密集型的过程,”维多利亚州表示,曾与伊尔永,推杆,森林等几种类型的高尔夫俱乐部制造商合作。“过去已经使用了氰基丙烯酸酯,但它们在行业中的许多应用中都过于脆弱。”

“双面胶带用于将夹具附着到轴上,”Fishman Corp的生产经理“添加David Thomas”。“水性胶带通常使用,使握把易于滑到轴上。”

环氧树脂也用于组装棒球蝙蝠,自行车框架,弓箭,箭头,独木舟,网球拍等运动器材。另一方面,羽毛球羽毛球用热熔粘合剂组装。

超声波焊接被用于组装从鱼饵到乒乓球拍等塑料体育用品。布兰森超声波公司的超声波业务发展主管杰夫•弗朗茨表示:“如今的应用需要非常高质量的焊接性能,同时保持对消费者的视觉吸引力。”“这可能非常具有挑战性,需要在开发阶段进行合作。”

根据Frantz的说法,超声波焊接是组装运动设备的理想方法,因为它是“一个快速的过程,可以很容易地适应各种各样的应用,可以很容易地自动化。”

随着对可穿戴体育用品的需求增加,超声波焊接可能变得更加流行。“由于符合人体工程学的要求,这些部件具有更多的曲线,并且可以包括零件联系身体的弹性体软触摸材料,”Herrmann超声波执行副总裁兼总经理Uwe Peregi Notes Uwe Peregi。“墙壁厚度正在缩小,[哪种力量]我们在我们的联合设计方法中更具创造力。”

紧固件通常用于组装依赖机械部件的体育用品,如自行车和渔轮。但是,它们也用于橄榄球头盔和其他防护装备。

“如果一件产品要在海外组装,我们会尝试使用更多的螺丝和紧固件,因为这样在经济上更可行,”Design ingintegrity的安东尼说。“然而,我们通常会尽量使用最少的紧固件,尽可能使用卡扣式。”