四針床電腦橫機全成形技術研究進展

王敏 叢洪蓮

摘要：四針床電腦橫機全成形技術是橫機技術發(fā)展中的一個熱點技術，四針床電腦橫機本身的機構配置及其全成形工藝的復雜性使得該技術背后蘊含諸多研究價值。本文梳理了四針床電腦橫機及其對應的CAD設計系統(tǒng)的發(fā)展歷史，指出目前市場上成熟的四針床電腦橫機和CAD設計軟件均為島精公司所有，其中四針床電腦橫機為MACH系列，對應的CAD設計軟件為SDS-ONE APPEX 3系統(tǒng)下的Knit模塊。文章還分析了四針床電腦橫機全成形服裝的CAD設計流程，指出了全成形工藝設計軟件的特點和設計要求，為進一步研究四針床電腦橫機全成形技術奠定基礎。

關鍵詞：四針床電腦橫機；全成形；package；壓縮花樣；展開花樣

中圖分類號：TS184.5 文獻標志碼：A

Recent Research Development on Fully-fashioned Knitting Technology of Four-needle Bed Computerized Flat Knitting Machine

Abstract： The fully-fashioned knitting technique of four-bed computerized flat knitting machine has been a hot topic during the development of flat knitting technology. The development history of four-needle bed computerized flat knitting machine and related CAD software was reviewed in this paper. And it found out that the Shima Seiki company alone possesses all the proven four-needle bed computerized flat knitting machines and CAD software on market， i.e. the MACH series of machines and the Knit module under SDSONE APPEX 3 system. Meanwhile， the CAD process of fully-fashioned garment was analyzed， and the traits and requirements of fully-fashioned garment CAD were indicated， which would undoubtedly establish a solid foundation for further exploring fully-fashioned technique.

Key words： four-bed computerized flat knitting machine； fully-fashioned garment； package； compressed pattern； developed pattern

四針床電腦橫機全成形技術指的是在四針床電腦橫機上織造無需進行裁剪和縫制等后處理工藝的三維立體織物的一項電腦橫機成形先進技術，由于是在機上一體成形，故可以降低人力成本，且由于產品本身的無縫連接，加強了針織產品本身具有的舒適性以及合體性。然而，四針床電腦橫機相比較于兩針床電腦橫機，機器配置復雜、成本高，能熟練掌握機器性能及其產品設計方法的專業(yè)人員稀少。另一方面，四針床電腦橫機全成形技術代表了橫機技術發(fā)展的一個方向，且該技術融合電腦橫機機械、控制、CAD產品開發(fā)等方面，具有很高的技術含量和研究價值。故本文對國內外四針床電腦橫機全成形技術的研究現(xiàn)狀進行概括，為此后展開四針床電腦橫機全成形關鍵技術的研究奠定基礎。

1 國內研究現(xiàn)狀

通過國外文獻資料發(fā)現(xiàn)，電腦橫機全成形技術的研究基本都是基于兩針床電腦橫機。朱嘯宇和祝細研究了在德國Stoll（斯托爾）兩針床電腦橫機上如何利用花型準備系統(tǒng)M1/M1 Plus創(chuàng)建織可穿模型和花型，介紹了幾款常見織可穿服裝的成形原理和編織原理，同時也指出了利用兩針床電腦橫機編織全成形服裝的工藝限制。黃林初研究了如何利用國產變針距電腦橫機進行織可穿服裝的編織，主要從工藝設計角度，如整體輪廓設計、局部細節(jié)設計、組織花型設計以及后整理等方面，分析在國產電腦橫機上設計織可穿服裝的注意要點，同時深入研究了織可穿服裝基本款式及各種領型的工藝設計，以及如何利用國產電腦橫機設計系統(tǒng)進行多種組織結構編織的機器工藝局限性和工藝難點，探討了在國產電腦橫機上編織全成形服裝的可行性，對在國產橫機上開發(fā)全成形服裝起到一定指導作用。彭佳佳等人探究了在兩針床電腦橫機上編織全成形毛衫的可行性，但同時也指出兩針床電腦橫機上形成全成形毛衫有很大的限制，主要表現(xiàn)在款式、花型、工藝設計以及設備等方面。國內慈星、金龍等電腦橫機生產商也進行了有關全成形電腦橫機的研制，但都是基于隔針編織的兩針床電腦橫機方面的改進，因此機器本身仍然存在很大限制，且由于沒有專門的全成形設計軟件，全成形服裝的工藝需要設計者自行繪制小圖得到整體工藝，工藝設計難度大。

綜上，國內還沒有自主開發(fā)的四針床電腦橫機及其設計軟件，對于四針床電腦橫機本身性能以及產品開發(fā)基本處于空白階段。

2 國外研究現(xiàn)狀

2.1 四針床電腦橫機機器發(fā)展概況

Wonseok Choi和Nancy B. Powell指出，在20世紀90年代，針織無縫技術開始商業(yè)化，引發(fā)了無縫針織設備和設計軟件的發(fā)展。日本Shima Seiki（島精）公司和德國斯托爾公司是世界上的兩大橫機領軍生產商，2 個公司都對全成形技術進行了研究，包括機器研制和軟件開發(fā)。斯托爾的全成形機型主要是CMS系列機型，1987年的世界紡織機械展（ITMA）上，斯托爾推出第一款全成形電腦橫機CMS 340 knit & wear，此時斯托爾對CMS機型的定位主要是用于編織變化的三維組織結構而非一體成形服裝或全成形服裝。斯托爾目前的其他織可穿機型主要包括：CMS 530 HP knit& wear，CMS 730 T knit & wear， CMS 803 HP knit & wear，CMS 822 HP knit & wear， CMS 830 C knit & wear，CMS 830 S knit & wear，其中CMS 730 T knit & wear帶有輔助針床，用于翻針移圈，但是無法進行編織，其余機型都是兩針床配置。島精是目前世界上唯一一家將四針床電腦橫機及其CAD設計軟件推向市場的公司。

對橫編全成形技術的研究由來已久。1940年，美國生產商公開了在改進的電腦橫機上織出一款成形裙子的專利，該成形裙子上的扣眼使用到了局部編織技術。目前電腦橫機上使用局部編織技術已經很普遍了，該技術不僅能夠改善織物的懸垂性、合體性，還能降低生產成本。專利中并沒有特別指出如何改進機器，但可以推測出機器上是配置了沉降片以滿足局部編織的需要，這也是全成形技術發(fā)展歷程中一個重要的里程碑。1955年，Hosiery Trade Journal上報道了一款通過一體成形編織的傳統(tǒng)巴斯克貝雷帽；20世紀60年代，島精深入研究了在橫機上編織成形帽子；1989年，島精推出用于編織成形衣片的SES 122F V型，配置緊湊，又向全成形編織技術邁進了一步；直到1995年，島精在ITMA展上展出了真正意義上的全成形電腦橫機SWG。SWG機器包括2 種類型，SWG-V和SWG-X。SWG-V有 2 個針床，但是針床上每個針槽里的織針都是成對配置的（twin gauge needles）（圖 1），可滿針編織；SWG-X機器有 4 個針床，即在普通V型配置的兩針床上多出 2 個針床（圖 2），分別為前下針床FD、前上針床FU、后下針床BD、后下針床BU以及在后上針床上配置的紗環(huán)壓腳針板LP（loop pressor），4 個針床FD和BU、BD和FU、FD和BD之間可進行相互的翻針移圈。SWG-X是在SES122RT基礎上演化來的，而SES122RT機器是島精在1993年研發(fā)，也配備 4 個針床，但是上面的 2 個針床沒有織針，只有翻針點（tansfer point）。后來，島精公司又研發(fā)了Whole Garment FIRST機型，具有多針距特點，可編織精細以及粗獷型的織物，采用島精公司自主研發(fā)的可降低織針動程的滑動織針，提高機器效率。

島精最新的全成形電腦橫機是MACH系列，MACH（馬赫）是表示音速倍速的量詞，島精為其最新機器取名MACH也意在表明該系列機型的高速度、高產量特點。MACH系列機型包括MACH2XS、MACH2X、MACH2S。MACH系列機型具有 4 個針床，針床上裝有新型的滑動織針，針床單機頭，3 系統(tǒng)（1 個編織系統(tǒng)和 2 個翻針系統(tǒng)），可三功位選針和翻針，標配了12把紗嘴，裝有i-DSCS+DTS的電子式送紗裝置。

2.2 四針床電腦橫機CAD軟件發(fā)展概況

Jenny Underwood使用島精的兩針床產業(yè)用電腦橫機織造針織三維成形預制件，其研究成果包含了對島精四針床電腦橫機以及四針床電腦橫機花型設計軟件的介紹。W. Choi等人使用了E12的四針床電腦橫機SWG-X進行不同方式的拷針并對其強度和拉伸性做測試。1981年，島精開發(fā)出SDSONE-1000 Shimatronic Design System，在此基礎上，于2000年開發(fā)出All-in-One Design System SDS-ONE，該系統(tǒng)支持自動編程，且采用了友好的Windows視窗界面，功能多樣，有力提升了編程的速度。除此之外，SDS-ONE還增加了對線圈的3D模擬和造型功能，軟件本身也能處理大容量全成形花型程序。2007年開發(fā)出的SDS-ONE APPEX重點改進對全成形服裝線圈的3D模擬功能。現(xiàn)如今，島精的SDS-ONE APPEX 3花型設計系統(tǒng)已經發(fā)展成一套三維立體服裝設計系統(tǒng)，集款式設計、工藝設計、虛擬展示于一體。用于制作全成形花樣主要是通過Knit模塊。四針床電腦橫機全成形服裝CAD設計流程如圖 3 所示。

2.2.1 款式選擇

羊毛衫根據(jù)款式分為：男、女、童式的開衫、套衫、背心和褲子；女、童式的裙類和童套裝（帽、衫、褲），以及各類外衣、圍巾、披肩、風雪帽和窗簾、床罩、帷幕、壁毯等裝飾產品。最典型的羊毛衫分類方法是將其分為毛衣類（套衫和開衫）、背心類、裙褲類以及其他附件類。再將不同袖型、領型、肩型作為進一步分類的影響因素，如插肩式高領長袖套衫、平肩式V領短袖開衫及帶腰帶的長褲、喇叭裙等。

CAD軟件中需要豐富毛衫的款式，設計者設計時只需進行款式的選擇。目前，島精SDS-ONE APPEX 3 Knit模板中的全成形工藝繪制中可選擇：帶袖毛衣、無袖毛衣、下身裙三大類品種，并可對這三大類進行附件編織。選擇基本款式（圖 4）后，接著繼續(xù)選擇肩型和袖型，如馬鞍肩、平肩、插肩袖，U領、V領、樽領等。另外，傳統(tǒng)的毛衣編織方向與線圈縱行方向相同，即縱向編織，由于四針床電腦橫機可以進行橫向編織，因此，大大增加了CAD軟件中毛衣款式的種類可能性。對于不規(guī)則款式的毛衫CAD設計，可以有 2 種方法來實現(xiàn)，其一是選擇軟件中已有的相似款式對其進行輪廓的修改以達到設計者的特殊款式，其二是設計者自行繪制新的款式并設計，該方法對設計人員的工藝要求很高。理想情況，全成形CAD軟件還需具備：能將設計者自行設計的非常規(guī)款式毛衫加入到款式庫中，不斷豐富款式庫，下一次進行相同款式或類似款式設計時可以直接從款式庫中調用，以節(jié)省設計時間。

2.2.2 生成輪廓

在選擇好全成形毛衫的基本款式后，設計者輸入成品的尺寸和密度，得到前后片的輪廓圖（圖 5）。由于四針床電腦橫機生成全成形毛衫的總體思路是：其中的 2 個斜對角針床前下針床FD和后上針床BU編織毛衫的前片，剩下 2 個斜對角針床后下針床BD和前上針床FU編織毛衫的后片。因此，在進行毛衫設計時可以設計前后片輪廓。設計者首先輸入尺寸和密度，軟件自動生成一個基本輪廓，在此基礎上，設計者可以對輪廓進行修改。

2.2.3 花型設計

四針床電腦橫機上生產的全成形毛衫一般為單面組織，也可以進行單面浮線提花。因此，設計者在組織設計時，可以充分利用電腦橫機的可翻針、可移床特點，進行挑孔、絞花等移圈組織，米粒針、正反針等雙反面組織，單珠地、雙珠地網(wǎng)眼等集圈組織的設計，同時合理安排紗嘴進行橫條單面組織的設計。同樣可以在前后片輪廓上進行顏色類或結構類提花設計，圖 6 為在前片上進行圖案設計。

2.2.4 收放針以及連接設計

四針床電腦橫機上生產全成形毛衫以圓筒編織為基礎，對于前后片的連接以及不同圓筒的合并，需要考慮具體的編織工藝，包括紗嘴使用、針床橫移、加減針等因素，但對于設計者而言，同時考慮這些因素會大大增加設計難度。為此，軟件需要能自動在毛衫的特定位置上做上標記，提醒該標記處將進行某種特殊編織動作，如收放針、身袖連接、開領等，而設計者只需通過在彈出式窗口或下拉式菜單中設置所需要的效果，即可得到如圖 7 所示的全成形毛衫細節(jié)要求標記圖。

2.2.5 編織單元設計

以上步驟都是基于最終毛衫成品效果的設計，但為了實現(xiàn)電腦自動進行花型編程的目的，比如某一行中的織針動作、紗嘴動作、使用哪個針床以及針床是否橫移等，需要將圖 7 按行“翻譯成”機器基本動作。因此，考慮設計出每行的基本編織動作循環(huán)，島精的設計軟件中將每行的基本編織動作循環(huán)稱為package基本花樣。圖 8 示意了全成形毛衫不同高度段上需要對應不同的基本編織動作，即需要對第1 ～ 6 段分別設計package基本小圖。

由于每件全成形毛衫上會有很多不同的顏色組合行，對應的package基本花樣也相應變多。因此，軟件需要建立package基本花樣庫，設計者只需要調用該庫中的某個package基本花樣，而不需自行繪制。通過調用package基本花樣庫對圖 7 展開，得到 1 張由基本編織動作構成的展開圖。該展開圖即可由軟件自動翻譯成上機文件。

3 結論

本文總結了國內外對四針床電腦橫機全成形技術的研究進展情況，發(fā)現(xiàn)國外只有為數(shù)很少的幾篇文獻中提到四針床電腦橫機的發(fā)展歷史，以及與四針床電腦橫機相配套的花型設計軟件的基本使用思路，還沒有對四針床電腦橫機的性能和工作原理、全成形服裝工藝設計軟件的設計本質以及四針床電腦橫機的全成形關鍵技術進行深入的研究。目前世界上島精生產了四針床電腦橫機并開發(fā)了花型設計軟件，且已經成功推向市場。此外，本文總結了島精四針床電腦橫機的發(fā)展過程以及四針床電腦橫機全成形毛衫CAD的設計思路，總結出基于成品毛衫輪廓的款式設計、組織結構設計、花型設計思路與基于四針床電腦橫機成形編織工藝的基本編織單元設計、展開方法等。為接下來研究四針床電腦橫機、全成形毛衫CAD設計軟件、全成形毛衫產品開發(fā)等方向提供了借鑒。

參考文獻

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