緯編針織物耗紗量預(yù)測(cè)研究進(jìn)展

李冉冉，柯寶珠

(上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院，上海 201620)

隨著緯編針織物占紡織行業(yè)比重日益增加[1-3]，其已被廣泛用于人們?nèi)粘Ｉ钪?。然而在?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中企業(yè)通常需根據(jù)設(shè)計(jì)好的花型上機(jī)試織后，稱(chēng)量織物才能得到各色紗線的消耗量，但是該方式周期長(zhǎng)、紗線損耗大，影響企業(yè)效益[4]?？焖贉?zhǔn)確地預(yù)測(cè)織物在織造過(guò)程中的紗線消耗量可以為企業(yè)預(yù)估成本提供參考，進(jìn)而通過(guò)快速報(bào)價(jià)，加速訂單運(yùn)作周期，增強(qiáng)企業(yè)效益。因此緯編針織物耗紗量預(yù)測(cè)的研究具有重要意義[5-6]。

目前緯編針織物耗紗量預(yù)測(cè)的方法主要有面積法和累計(jì)線圈法，二者都有其優(yōu)點(diǎn)與需要改進(jìn)的地方[7-8]。快捷準(zhǔn)確地獲得織物單位面積耗紗量與組織線圈長(zhǎng)度分別是面積法與累計(jì)線圈法的核心問(wèn)題。目前，對(duì)于緯編針織物單位面積耗紗量的研究較多，也有專(zhuān)門(mén)用于測(cè)試的儀器與方法。對(duì)于線圈長(zhǎng)度測(cè)量的研究主要分為編織后、編織時(shí)的測(cè)量和編織前的預(yù)測(cè)[9-11]。其中：編織后的測(cè)量有拆散法和圖像處理法；編織時(shí)的測(cè)量主要采用動(dòng)態(tài)測(cè)量法；編織前的預(yù)測(cè)主要是對(duì)織物組織線圈進(jìn)行建模，通過(guò)線圈模型計(jì)算線圈長(zhǎng)度，國(guó)內(nèi)外有關(guān)線圈建模的方法主要有幾何法、力學(xué)法和有限元法[12]。

本文以面積法與累計(jì)線圈法預(yù)測(cè)緯編針織物耗紗量的研究進(jìn)展為基礎(chǔ)，重點(diǎn)圍繞平方米克重、線圈長(zhǎng)度預(yù)測(cè)進(jìn)行研究，為企業(yè)預(yù)測(cè)緯編針織物耗紗量提供參考，也為其進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

1 緯編針織物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

緯編針織物是由1根或幾根紗線在針織機(jī)上沿著橫向依次地墊放在各個(gè)相應(yīng)的織針上編織形成線圈，并在縱向相互串套形成的織物，主要分為單面和雙面二類(lèi)織物。

1.1 緯編單面針織物

緯編單面針織物是在1個(gè)針床上編織[13]，織物一面為正面線圈，另一面為反面線圈。圖1為緯編單面織物編織形態(tài)圖。常見(jiàn)的單面組織包括緯平針組織、集圈組織、移圈組織、浮線組織和單面提花組織。

a—沉降片；b—織針；c—針床；d—紗線。下同。圖1 緯編單面針織物編織形態(tài)圖

1.2 緯編雙面針織物

緯編雙面針織物是在2個(gè)針床上編織[14]，正面線圈分布在針織物的正、反兩面。圖2為緯編雙面針織物編織形態(tài)圖。常見(jiàn)的雙面組織包括羅紋組織、雙反面組織、雙面提花組織。

圖2 緯編雙面針織物編織形態(tài)圖

2 耗紗量預(yù)測(cè)方法

2.1 面積法

2.1.1 面積法預(yù)測(cè)思路

企業(yè)常用面積法預(yù)測(cè)緯編針織物耗紗量[15-16]。具體方法為：在已知織物的不同位置處裁取相同面積的若干樣片，分別稱(chēng)量，取其平均值，計(jì)算該織物單位面積的耗紗量，再根據(jù)訂單需求的總面積數(shù)計(jì)算出生產(chǎn)該批織物的耗紗量。

2.1.2 面積法預(yù)測(cè)具體方法

面積法的主要影響因素是織物總面積與單位面積耗紗量?？椢锟偯娣e一般來(lái)源于訂單需求量，單位面積質(zhì)量一般用面密度表示[17-18]。通常其面密度的測(cè)量方法為：用取樣器在織物上裁取若干面積為100 cm2的樣片，分別稱(chēng)量并取平均值為M(g)，則織物面密度為100×Mg/m2；目前市場(chǎng)上有很多專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量織物平方米質(zhì)量的電子天平，在設(shè)定好模式后，放上100 cm2的裁樣即可直接讀取織物的面密度。

2.1.3 面積法應(yīng)用前景

面積法預(yù)測(cè)緯編針織物耗紗量操作簡(jiǎn)單，運(yùn)算快捷，但是只有在選取的多個(gè)樣本質(zhì)量偏差不大時(shí)才能具有代表性，因此面積法預(yù)測(cè)緯編針織物主要適用于組織結(jié)構(gòu)較為單一的緯編針織物，不適用于含有較多組織的緯編針織物，因?yàn)榻M織結(jié)構(gòu)較多的織物各位置的單位面積耗紗量不一致。

2.2 累計(jì)線圈法

2.2.1 累計(jì)線圈法研究進(jìn)展

為了克服面積法無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)含有多個(gè)組織結(jié)構(gòu)的緯編針織物耗紗量，很多學(xué)者運(yùn)用累計(jì)線圈法預(yù)測(cè)該類(lèi)緯編織物耗紗量。

李津等[19]運(yùn)用VB語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的毛衫質(zhì)量預(yù)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)毛衫工藝單，繪制毛衫衣片的樣板圖，用不同顏色紗表示不同組織結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)衣片各種顏色的線圈數(shù)量，輸入不同組織線圈質(zhì)量便可預(yù)測(cè)整件毛衫的耗紗量，但是輸入該預(yù)測(cè)系統(tǒng)的各組織線圈的質(zhì)量需要另外測(cè)量。

羅璇等[20]建立的緯編毛衫耗紗量預(yù)測(cè)模型，將各組織線圈個(gè)數(shù)與紗線線密度通過(guò)矩陣表示出來(lái)，再結(jié)合幾何法建立5種常用組織(成圈組織、集圈組織、浮線組織、移圈組織和羅紋組織)的線圈模型得到各組織線圈長(zhǎng)度，最終預(yù)測(cè)出毛衫編織時(shí)紗線消耗量。該模型可以在已知緯編機(jī)針床參數(shù)的情況下，在毛衫設(shè)計(jì)階段就可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)毛衫耗紗量，無(wú)須上機(jī)試織，但是該方法只能對(duì)含有5種基本組織毛衫的耗紗量進(jìn)行預(yù)測(cè)。未對(duì)組織結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、花型循環(huán)較大的緯編針織物耗紗量進(jìn)行研究。

綜上所述，累計(jì)線圈法預(yù)測(cè)緯編針織物耗紗量的計(jì)算公式為：耗紗量=線圈長(zhǎng)度×線圈個(gè)數(shù)×紗線線密度。

2.2.2 累計(jì)線圈法影響因素

累計(jì)線圈法主要影響因素是組織線圈的個(gè)數(shù)與長(zhǎng)度。目前，線圈個(gè)數(shù)的獲取主要有2種方法：一是對(duì)于花型循環(huán)較簡(jiǎn)單的緯編織物可以人為統(tǒng)計(jì)；二是采用緯編織物設(shè)計(jì)軟件來(lái)統(tǒng)計(jì)。線圈長(zhǎng)度累計(jì)線圈法是預(yù)測(cè)織物耗紗量的主要指標(biāo)。線圈長(zhǎng)度的測(cè)量方法有很多種，主要分為編織后的測(cè)量、編織時(shí)測(cè)量和編織前預(yù)測(cè)。

編織后測(cè)量分為拆散法和圖像處理法2種方法。拆散法一般取1個(gè)線圈橫列為100個(gè)線圈的縱行做好標(biāo)記后將織物拆散，量取總長(zhǎng)度，除以線圈個(gè)數(shù)，得到單個(gè)線圈長(zhǎng)度[21]。拆散法所得結(jié)果較準(zhǔn)確，常用該方法檢驗(yàn)其他預(yù)測(cè)方式的準(zhǔn)確性，但是該方法需要先織樣片后再拆散統(tǒng)計(jì)，工作量大且效率較低。宋廣禮等[22]利用Matlab軟件對(duì)掃描得到的織物結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行處理,提取線圈特征點(diǎn),測(cè)量二維線圈長(zhǎng)度, 再利用回歸分析得到三維線圈長(zhǎng)度。該方法不需要將樣片拆散，效率相對(duì)較高，但同樣也需要編織后才能測(cè)量。

編織時(shí)測(cè)量采用動(dòng)態(tài)測(cè)量法，目前常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)測(cè)量法主要是借助線速圈長(zhǎng)儀測(cè)量針織物在編織過(guò)程中的線圈長(zhǎng)度，線速圈長(zhǎng)儀放置在編織的紗線上即可讀出某時(shí)刻織物的線圈長(zhǎng)度值。該方法操作方便，結(jié)果精確，但仍需上機(jī)試織。

編織前測(cè)量主要思路是對(duì)織物組織線圈進(jìn)行建模，通過(guò)線圈模型來(lái)計(jì)算線圈長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)線圈模型的研究分為幾何方法，力學(xué)方法和有限元方法，力學(xué)方法與有限元方法較為復(fù)雜，其中幾何方法建立線圈模型的相關(guān)研究較多。最為經(jīng)典的是Peirce線圈模型[23]，該線圈模型單個(gè)線圈由針編弧、沉降弧和圈柱組成，該模型簡(jiǎn)單，但是由于假定條件較多，形態(tài)較為單一，預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性較低。王輝等[24]以Pierce線圈模型為基礎(chǔ)，考慮了紗線的屈曲形態(tài)，運(yùn)用 B 樣條曲線進(jìn)行線圈形態(tài)的控制和線圈模型的優(yōu)化,結(jié)果表明B樣條模型預(yù)測(cè)的線圈長(zhǎng)度更為準(zhǔn)確。

文獻(xiàn)[25-26]通過(guò)觀察橫機(jī)緯平針織物與羅紋織物的編織過(guò)程，建立了預(yù)測(cè)緯平針織物與羅紋織物線圈長(zhǎng)度的幾何模型，發(fā)現(xiàn)單針床編織地緯平針組織的線圈長(zhǎng)度與彎紗深度具有較好的線性關(guān)系，在雙針床上編織的羅紋組織線圈長(zhǎng)度分別與彎紗深度和齒口距有著較好的線性關(guān)系。該方法可以在編織前對(duì)線圈長(zhǎng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，但是其只分析了組織結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的緯平針組織與羅紋組織。

2.2.3 累計(jì)線圈法應(yīng)用前景

累計(jì)線圈法適用于花型設(shè)計(jì)較為復(fù)雜、含有較多組織結(jié)構(gòu)的緯編織物。通過(guò)建立緯編織物中各類(lèi)線圈的線圈模型計(jì)算出各個(gè)組織的線圈長(zhǎng)度，再統(tǒng)計(jì)出各類(lèi)組織線圈的個(gè)數(shù)，最后在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)1個(gè)運(yùn)算流程就可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)耗紗量。該方法可以實(shí)現(xiàn)在織物設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)織物的耗紗量，減少上機(jī)打樣的成本，且通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算更加精準(zhǔn)、快速。然而該方法還不能有效地預(yù)測(cè)組織結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的織物在織造過(guò)程中的紗線消耗量。

3 結(jié) 論

①緯編針織物耗紗量預(yù)測(cè)的方式主要有面積法和累計(jì)線圈法，單位面積質(zhì)量耗紗量與織物組織線圈長(zhǎng)度分別是這2種預(yù)測(cè)方式的主要因素。

②用于表示單位面積耗紗量的面密度一般通過(guò)取樣后用專(zhuān)業(yè)的儀器測(cè)量，因此在提高取樣的合理性與測(cè)量?jī)x器的精準(zhǔn)度方面需要做進(jìn)一步的研究。

③線圈長(zhǎng)度測(cè)量法主要分為編織后、編織時(shí)測(cè)量及編織前預(yù)測(cè)3類(lèi)。其中編織后測(cè)量分為拆散法和圖像處理法，編織時(shí)測(cè)量采用動(dòng)態(tài)測(cè)量法。編織前預(yù)測(cè)主要是應(yīng)用幾何法對(duì)織物組織線圈進(jìn)行建模，通過(guò)建立的線圈模型來(lái)計(jì)算線圈長(zhǎng)度。與編織時(shí)及編織后測(cè)量相比，編織前預(yù)測(cè)可以在織物設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)各組織線圈長(zhǎng)度，從而預(yù)測(cè)緯編織物耗紗量。該方法應(yīng)用前景較大，但目前研究的組織結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，對(duì)于組織結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的織物線圈長(zhǎng)度的研究尚不完善，因此，今后可對(duì)該類(lèi)組織結(jié)構(gòu)做更深入的研究，從而在設(shè)計(jì)階段快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)織物在織造過(guò)程中的紗線消耗量，提高企業(yè)效率。