經編無底無縫織物成形原理與計算機輔助設計

董智佳，蔣高明，吳志明，叢洪蓮，張愛軍

(江南大學教育部針織技術工程研究中心，江蘇無錫 214122)

經編無底無縫織物是指在雙針床賈卡拉舍爾經編機上生產的一次成形無底網薄型提花無縫成形針織物。該類織物不使用成圈梳櫛編織底網，僅用雙針床經編機上的成圈型賈卡編織，也可根據(jù)需要增加氨綸襯緯梳櫛。無底無縫織物質地輕薄，組織穩(wěn)定性好，牢度佳，彈性優(yōu)越，透氣性佳，穿著貼體舒適，提花效應豐富，產品新穎，更新快捷。目前，國內外市場的經編無縫產品以常規(guī)有底網提花品種居多，此類無底無縫織物的產品研發(fā)處于起步階段，缺少有效的成形原理分析與計算機輔助設計方法。

目前國內外已對有底無縫織物成形結構、產品設計理論和方法［1－2］、壓力舒適性［3］、計算機輔助設計［4－5］等方面進行了系統(tǒng)的研究，對無底無縫織物的研究體現(xiàn)在無底提花連褲襪編織工藝原理方面［6］，但針對無底無縫織物成形原理、設計模型與設計方法的研究尚屬空白。本文在分析無底經編無底無縫織物分類與結構的基礎上，針對其成形編織原理進行系統(tǒng)分析，建立墊紗數(shù)碼、穿經設計、賈卡意匠以及墊紗效應的數(shù)學模型，并以經編無底薄型連褲襪產品為例，研究無底無縫織物的原型模板制定的方法，根據(jù)人體下肢結構與脂肪分布進行原型模板功能分區(qū)，指導賈卡提花圖案的設計，促使設計與工藝的即時銜接，實現(xiàn)高效開發(fā)薄型經編無縫織物新產品的目標。

1 經編無底無縫織物分類

經編無底無縫織物是在兩梳或四梳的雙針床經編機上生產的無底網織物。常用機型為RDPJ2/2和RDPJ4/2，機號為28針/25.4 mm、30針/25.4 mm或32針/25.4 mm任選［7］。主要用于生產服裝服飾類產品，目前產品開發(fā)以輕薄型連褲襪為主。

經編無底無縫織物按使用功能可分為實用類、塑型類和裝飾類服飾品3類;按款式造型可分為上衣類、褲裝類、連體類和襪類等［2］。此外，從無底無縫織物直筒管的成形編織結構出發(fā)，又可將其分為單筒管結構、分支筒管結構和組合筒管結構3類，見圖1。

圖1 直筒管結構圖Fig.1 Straight tube structure.(a)Single tube;(b)Branch tube;(c)Combination of tube

經編無底無縫織物區(qū)別于緯編無縫織物的特點:1)經編機器一次可生產多件全成形織物，緯編機器一次僅生產單只筒形織物;2)經編機器生產織物筒徑可根據(jù)工藝設計要求調節(jié)，可生產多條相同或不同筒徑的無縫織物(見圖2)，緯編機器筒徑不可調節(jié);3)經編組織變化豐富，既可生產細膩光滑的無縫無圖案織物，也可生產圖案變化豐富的無縫透氣織物，緯編以密實結構為主;4)經編無底無縫織物線圈組織結構比緯編的線圈結構更加牢固，不易勾絲，勾絲不易脫散。

圖2 機上織造示意圖Fig.2 Knitting structure.(a)Same cylinder diameter;(b)Different cylinder diameter

2 經編無底無縫織物成形原理

經編無底無縫織物成形原理是指雙針床經編機配置賈卡梳櫛所編織線圈結構的基本組織定義與提花編織原理。成形原理按編織結構的不同可分為同向成形結構和反向成形結構，這2類又可具體分為普通無提花成形方法和提花成形方法。

2.1 同向成形原理

在用于編織經編無底無縫織物的雙針床賈卡經編機上，前后針床均配置1把賈卡梳櫛［8］，結構見圖3。通常經編機中梳櫛每把均為滿機號配置，1把梳櫛使用1條橫移機構控制，賈卡梳櫛與普通梳櫛不同，每把滿機號賈卡梳櫛由2把半機號梳櫛組合構成并使用2條橫移機構控制，因此每把賈卡梳櫛的橫移運動方向有相同方向運動即同向，以及相反方向運動即反向2種情況。

圖3 成圈機構示意圖Fig.3 Loop formation mechanisms

同向成形編織時，2把賈卡梳櫛的基本橫移信息均定義為:前針床賈卡(JB1.1、JB1.2)1-0-1-1/1-2-1-1//，后針床賈卡 (JB2.1、JB2.2)1-1-1-2/1-1-1-0//。

2.1.1 普通同向成形方法

普通無圖案同向無底編織與有底無縫織物的基本組織定義和機器配置方式相同，區(qū)別在于不使用成圈底梳，使織物更加薄透平滑。

普通同向無圖案成形方法包括:主體層次、前后連接層次、前后縫合層次以及分離標記層次，具體定義見表1。

表1 賈卡墊紗運動定義表Tab.1 Jacquard lapping diagram

2.1.2 提花同向成形方法

提花同向成形方法包括:主體提花層次、主體層次、前后連接層次、前后縫合層次和分離標記層次，主體提花層次的具體定義見表2。其余層次與普通同向成形方法相同。

表2 主體提花墊紗運動定義表Tab.2 Main jacquard lapping diagram

2.2 反向成形原理

反向成形編織時，每把賈卡梳的2條梳櫛橫移運動方向相反，因此每條橫移線均需定義基本橫移運動信息，具體定義為 JB1.1:1-0-1-1/1-2-1-1//，JB1.2:1-2-1-1/1-0-1-1//，JB2.1:1-1-1-0/1-1-1-2//，JB2.2:1-1-1-2/1-1-1-0//。

2.2.1 普通反向成形方法

普通反向無提花圖案成形方法包括:主體層次、前后連接層次、前后縫合層次以及分離標記層次，具體定義見表3。

表3 賈卡墊紗運動定義表Tab.3 Jacquard lapping diagram

2.2.2 提花反向成形方法

提花反向成形方法包括:提花層次、主體層次、前后連接層次、前后縫合層次和分離標記層次，與提花層次相關的具體定義見表4。其余層次與普通反向成形方法相同。

表4 賈卡墊紗運動定義表Tab.4 Jacquard lapping diagram

3 無底無縫織物設計模型的建立

經編無底無縫織物的工藝設計與表示是由賈卡梳櫛的墊紗數(shù)碼、紗線穿經循環(huán)、工藝意匠圖以及墊紗設計圖4個基本要素構成，因此，無底無縫織物的計算機輔助設計是指針對以上四要素進行理論建模并編程實現(xiàn)其工藝設計功能的過程。

3.1 墊紗數(shù)碼數(shù)學模型

無底雙針床賈卡經編機橫移機構通常在機器右側，使用右起自然數(shù)0，1，2，3…順序標注針間間隙表示墊紗數(shù)碼，并按線圈成圈編織自下而上順序標記每把橫移線導紗針的針前運動情況［9］。

無底無縫織物同向編織時，每個針床的2把賈卡梳櫛橫移運動方向相同，每編織1個橫列需要在前后針床分別完成墊紗運動，因此同向墊紗設計模型使用矩陣S(n，m，4)來表示賈卡梳櫛的四行程墊紗運動［10］。其中n表示梳櫛數(shù)，m表示完全組織橫列數(shù)，j為完全組織中的第j橫列。則對于第i把梳櫛，其墊紗數(shù)碼表示為:

無底無縫織物反向編織時，每個針床的2把賈卡梳櫛橫移運動方向相反，每編織1個橫列需要2把梳櫛相鄰的2個導紗針相互配合在前后針床分別完成墊紗運動，因此反向墊紗設計模型使用矩陣DS(n，m，8)來表示2把半機號賈卡梳櫛組成的1把滿機號梳櫛的2個導紗針的四行程墊紗運動。其中n表示梳櫛數(shù)，m表示完全組織橫列數(shù)，j為完全組織中的第j橫列。則對于第i把梳櫛，其墊紗數(shù)碼表示為:

3.2 穿經設計模型

穿經是指導紗梳櫛使用紗線的排列規(guī)則，穿經的方式不同，使織物布面產生不同的效果［11］?？捎镁仃嘫i表示第i把梳櫛的穿經循環(huán)。

式中:u為完全組織的縱行數(shù);k為完全組織中的第k縱行。經編無底無縫織物的所有賈卡梳櫛均為半機號配置，其穿經循環(huán)均為1穿1空，因此其對應的穿經循環(huán)為Yi=［1A1*］，A表示紗線規(guī)格，*表示空穿。

3.3 賈卡意匠模型

賈卡花型一般使用意匠圖來表示，在意匠圖中用不同顏色表示織物的賈卡提花效應。由于意匠圖是二維平面圖形，因此可用矩陣Pmu來表示［12］。

式中:m表示意匠橫格(1個橫格表示2個線圈橫列，等于完全組織花紋橫列數(shù)的一半);u表示意匠縱格，對應完全組織的花紋寬度;pij=1，2，…，R，R表示織物的賈卡效應顏色數(shù)量。

3.4 墊紗效應模型

通過將賈卡梳櫛的墊紗數(shù)碼、穿經循環(huán)及賈卡意匠進行結合，可獲取每枚賈卡梳櫛的墊紗運動情況。無底無縫織物是三維一次成形編織，其主體、側縫、縫合和分離部位的賈卡意匠繪制信息均不相同。

同向無底無縫織物的賈卡控制信息為拉舍爾技術參數(shù)設置為1時的賈卡墊紗效應定義，其賈卡具體意匠圖顏色定義和組織對應關系如表5所示。

反向無底無縫織物的賈卡控制信息為拉舍爾技術參數(shù)設置為0時的賈卡墊紗效應定義，具體意匠圖顏色定義和組織對應關系如表6所示。

綜上所述，用Ei表示1把半機號賈卡梳櫛的墊紗效應，則同向無底無縫織物的墊紗效應E為所使用的4把半機號賈卡梳櫛偏移運動的疊加:

表5 同向賈卡顏色定義與墊紗效應關系表Tab.5 Relationship of jacquard color and lapping effect

表6 反向賈卡顏色定義與墊紗效應關系表Tab.6 Relationship of jacquard color and lapping effect

用Fi表示1把滿機號賈卡梳櫛的墊紗效應，則反向無底無縫織物的墊紗效應F為4把半機號賈卡梳櫛組成的2把滿機號梳櫛偏移運動的疊加。

依據(jù)上述理論進行編程，可在WKCAD軟件中實現(xiàn)無底無縫織物設計與工藝輸出功能。

4 無底無縫織物設計方法

經編無底無縫織物設計方法是指依據(jù)人體結構特征制定原型模板的基礎上，應用設計與工藝軟件進行的一系列花型圖案與組織結構設計的方案。以連褲襪款式為例，闡述具體設計方法。

4.1 原型模板建立

連褲襪原型結構由腰臀部、腿部和腳部組成。連褲襪原型紙樣需要臀圍H、立襠長C、腿長L和前腳掌長P 4個基本尺寸，結合經編無縫直筒管編織結構特征，得出連褲襪平面紙樣，見圖4。底襠部即大腿根部是人體活動量較大部位［12］，因此可根據(jù)腿部活動量的要求選擇使用適合大活動量的有襠原型或普通活動量的無襠原型。在Photoshop軟件中，分別建立連褲襪有襠紙樣和無襠原型的.bmp格式模板，如圖5所示。

圖4 連褲襪原型Fig.4 Pantyhose prototype.(a)Human lower limb;(b)Crotch prototype;(c)No crotch prototype

4.2 設計功能分區(qū)

依據(jù)成人女性下肢脂肪中心帶主要位于腹部 A、上下臀部 B、大腿內側 C 等［12］(見圖 6)以及人體結構的特征，將經編無縫連褲襪原型模板的設計區(qū)域劃分為功能區(qū)FA、設計區(qū)DA和自由區(qū)RA，如圖7所示。功能區(qū)注重人體下肢部位穿用功能的匹配;設計區(qū)重點體現(xiàn)圖案的裝飾美感;自由區(qū)是工藝組織相對穩(wěn)定的規(guī)則區(qū)域，可不多加修飾。

4.3 設計實例

應用Photoshop軟件對連褲襪原型模板的功能分區(qū)進行圖案設計，深色表示厚組織，淺色表示薄組織，如圖8所示。設計完成的花型文件直接導入WKCAD工藝軟件中填充賈卡組織生成.wkp格式工藝文件，并最終轉換成機器格式文件用于上機織造。

圖5 .bmp格式模板圖Fig.5 Format template of.bmp.(a)Crotch template;(b)No crotchtemplate

圖6 下肢脂肪中心帶示意圖Fig.6 Center with lower limb fat.(a)Backview and view;(b)Side view

圖7 連褲襪模板功能分區(qū)示意圖Fig.7 Features district templates of pantyhose.(a)Crotch pantyhose template;(b)No crotch pantyhose template

圖8 .bmp格式設計圖Fig.8 .bmp format pattern design of pantyhose.(a)Crotch template;(b)No crotch template

5 結論

1)按梳櫛配置的運動方向將經編無底無縫織物的成形原理分為同向成形與反向成形2大類，在此基礎上系統(tǒng)總結了賈卡梳櫛的橫移運動信息定義與賈卡墊紗運動信息定義。

2)在深入研究經編無底無縫織物工藝結構與成形原理的基礎上，從理論上系統(tǒng)建立了用于經編無底無縫織物的墊紗數(shù)碼、穿經設計、賈卡意匠以及墊紗效應的數(shù)學模型，為WKCAD軟件無縫無底功能模塊的編程完善提供了理論依據(jù)。

3)結合人體原型原理，建立了薄型經編無縫連褲襪直筒型二維原型紙樣，應用Photoshop設計軟件，得出.bmp格式連褲襪的二維原型模板，基于人體結構與脂肪分布特征對原型模板進行功能區(qū)域劃分，縮短和規(guī)范了該類織物的設計與工藝流程，為經編無底無縫織物的新產品開發(fā)提供了一條高效的途徑。

［1］ 董智佳，蔣高明.經編提花無縫服裝的成形結構與設計方法［J］.紡織學報.2012，33(1):102－106.DONG Zhijia，JIANG Gaoming.Shaping structure and design method ofwarp knitted jacquard seamless garment［J］. Journal ofTextile Research， 2012，33(1):102－106.

［2］ 張吉生，吳志明.經編無縫女束身上衣成形方法研究［J］.紡織學報，2012，33(12):107－111.ZHANG Jisheng，WU Zhiming.Research on forming method of warp knitted seamless tunic blouse［J］.Journal of Textile Research，2012，33(12):107 －111.

［3］ 吳志明，趙敏.基于壓力舒適性的經編無縫上衣賈卡分區(qū)設計［J］.紡織學報.2012，33(2):89－93.WU Zhiming，ZHAO Min.Jacquard partition design of warp knitted seamless upper outer garment based on pressure comfort［J］.Journal of Textile Research，2012，33(2):89 －93.

［4］ 張燕婷，蔣高明，叢洪蓮，等.經編提花無縫成形織物的計算機設計與仿真［J］.紡織學報.2013，34(1):138－142.ZHANG Yanting，JIANG Gaoming，CONG Honglian，et al.Computer-aided design and simulation of warp knitted jacquard seamless shaping fabric［J］.Journal of Textile Research，2013，34(1):138 －142.

［5］ 蔣高明，顧璐英，董智佳，等.經編無縫筒形織物的計算機輔助設計［J］.紡織學報，2011，32(1):140－144.JIANG Gaoming，GU Luying，DONG Zhijia，et al.Computer-aided design for warp-knitted seamless tubular fabrics［J］.Journal of Textile Research，2011，32(1):140－144.

［6］ 張燕婷，蔣高明，張愛軍.經編無縫無底提花連褲襪工藝設計［J］.針織工業(yè)，2013(9):5－9.ZHANG Yanting，JIANG Gaoming，ZHANG Aijun.Technological design of seamless and bottomless warp knitting jacquard pantyhose［J］.Knitting Industries，2013(9):5－9.

［7］ 蔣高明.經編針織物生產技術［M］.北京:中國紡織出版社，2010:711－713.JIANG Gaoming.Production Technology of Warpknitted Fabric［M］.Beijing:China Textile＆ Apparel Press，2010:711 －713.

［8］ MAYER K.The miraculous sport suit on the RDPJ 2/2［J］.Kettenwirk Praxis，2012(4):2 －4.

［9］ JIANG G M，F(xiàn)ENG X W.A Simulation model of lace made on a multibar raschel machine［J］.Fibers ＆Textiles in Eastern Europe，2008，16(2):58－60.

［10］ JIANG G M，MIAOX H，LEE D.Process of warp knitting mesh for hernia repair and its mechanical properties［J］.Fibres ＆ Textiles in Eastern Europe，2005，13(3):44－46.

［11］ 蔣高明.賈卡經編針織物CAD理論研究［J］.針織工業(yè)，2002(6):27－29.JIANG Gaoming.A theoretical study on the CAD technique for jacquard warp-knitted fabric［J］.Knitting Industries，2002(6):27 －29.

［12］ 中澤愈.人體與服裝［M］.袁觀洛，譯.北京:中國紡織出版社，2000:77－78，213－214.NAKAZAWA Yu.Human and Garment［M］.YUAN Guanluo，Tuanslating.Beijing:China Textile＆ Apparel Press，2000:77 －78，213 －214.