服裝款式模塊化設計方法

周海媚，徐燕妮，張旭靖，陳 雁

(蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021)

隨著科技的發展及消費者對服裝個性化要求的提高，計算機輔助的服裝智能化設計已得到越來越多的關注，模塊式設計思想作為智能化設計的一種形式，在各個行業都已經有較多的研究。

模塊式設計作為一種現代設計方法可快速應對市場變化，能縮短產品設計和制造周期，提高產品質量和可靠性，便于拆卸和再制造產品［1］。模塊式設計在機械產品以及具有幾何形狀的產品方面已經有較多的研究，其中大都以產品族為依托，建立模塊式設計的系統框架和數學優化模型［2－4］，或通過構造矩陣來實現模塊式設計［5］。

隨著對模塊式設計研究的深入以及對智能化設計的要求，模塊式設計也逐漸進入服裝行業。基因遺傳算法被運用到服裝模塊式設計中［5－7］，用來豐富服裝款式的多樣性。在模塊連接的約束條件方面，用尺寸誤差限定了樣板配合的誤差上下限［8］，或用3次B樣條曲線實現部件的連接［9］。然而對于服裝模塊的劃分、服裝模塊的變化以及模塊連接規則的制定方面卻缺乏研究，因而服裝模塊式設計的發展不夠成熟;因此本文在前人研究的基礎上，參考其他行業模塊式設計的思想，以計算機輔助的智能化服裝設計為依托，以消費需求為導向，對服裝模塊的變形和連接進行了研究。

1 服裝模塊式設計概念

服裝模塊式設計是指在系統內部將服裝拆分成多個模塊，然后根據消費需求或設計目標進行模塊的配置和變形，最終得到符合消費需求或設計目標的服裝設計結果。

圖1示出服裝模塊式設計的概念框架。圖中虛線箭頭表示約束作用，實線箭頭表示流程方向。首先在系統內部根據一定的規則將服裝拆分為多個模塊，形成服裝部件模塊庫，然后根據顧客的需求或設計目標，在服裝部件模塊庫中篩選得到初步符合需求的服裝模塊，然后將這些模塊進行連接得到初始設計結果x1，如果該結果滿足需求或目標則設計完成，輸出結果，否則再根據細化的需求或目標對部分模塊進行變形，得到設計結果x2，將設計結果反饋給顧客或設計師，如果達到需求則設計流程結束，否則繼續進行模塊變形，最終達到消費需求或設計目標，設計結束。該設計模式可達到以顧客需求為導向，靈活快速地進行服裝設計的要求。

圖1 服裝模塊式設計概念框架Fig.1 Framework of modular garment design

服裝模塊式設計具有較強的靈活性和多變性，通過各個模塊的變形以及不同模塊的配置，可得到多種服裝設計結果。若將服裝劃分成M個模塊，每個模塊選用N種變化模式，則可得到N的M次方(NM)種設計結果，也就是對于服裝設計來說，每增加1個模塊或者增加變化形式，設計結果就會呈指數形式增長，這些服裝設計結果形成了服裝產品族，可大大豐富服裝設計庫，以滿足多種消費需求。服裝模塊式設計還具有較強的適應性，每個服裝模塊都會使顧客產生相應的感性意象，將模塊與感性意象對應后形成數據庫，在使用系統進行設計時，就可通過消費者的感性需求搜索到對應的模塊設計，多個模塊配置之后即可推薦給消費者形成以顧客需求為導向的服裝感性設計。模塊的拆分與組合配置、模塊與感性意象的對應等，在計算機系統中均是可實現的，因此計算機輔助的服裝模塊式設計在現實中也是可行的。

2 服裝模塊的組成與變形

服裝模塊式設計首先要解決服裝模塊的劃分問題，服裝模塊包括固定模塊和可選模塊。固定模塊是指任何服裝設計中都需要存在的模塊，可選模塊是指在服裝設計中既可存在又可不存在的模塊。模塊的劃分并不是任意的，既需要滿足服裝的基本組成，又需要實現服裝設計的多樣化等，因此服裝模塊劃分需滿足如下條件。

1)模塊劃分程度適中。模塊劃分既不能太細致也不能太粗糙，太細致會增加模塊連接的復雜性，增加計算機的計算負荷，太粗糙則會減少服裝的變化形式，無法滿足服裝設計多樣性的需求。

2)固定模塊按照服裝部位劃分。服裝對人體不同部位的包裹形成不同的服裝部位，不論在設計上還是工藝上，服裝均以部位為單位進行連接，因此固定模塊的劃分應與服裝部位相對應。

3)可選模塊按照裝飾種類劃分。大部分可選模塊只起到裝飾的作用，與著裝部位沒有必然關系，通常同一件服裝上的裝飾部分有一定的相似性或者是一個系列，因此可選模塊應按照裝飾種類的不同進行劃分。

4)滿足服裝樣板及工藝要求。服裝設計之后還需要制板、裁剪和縫制等才能得到真實的服裝，因此在對服裝模塊進行劃分時需要綜合考慮樣板及工藝的可實施性。

運用以上規則，將服裝模塊劃分匯總，共有8個固定模塊m1～ m8，4個可選模塊m9～ m12，具體的模塊名稱如表1中所示。控制屬性用來確定服裝模塊具體款式，每個屬性有了確定的屬性值之后，部件模塊就有了唯一的結果，變化任一屬性值，部件模塊本身也會隨之改變，形成多樣化部件模塊［10－11］。通過配置不同的模塊，以及控制屬性的變化，可設計出多種款式變化的服裝。當某模塊所有控制屬性值為零時，表示該模塊被設計為“無”，例如當領子模塊的所有控制屬性值為零時，表示該設計為無領設計。

表1 服裝模塊的組成Tab.1 Composition of garment modules

以上這種變化屬于款式的變化，是服裝設計長期發展中形成的部件模塊整體的變化。模塊化設計的多變性還包括模塊內組成部分的變形。

模塊變形的隨意性較大，主要針對特殊需求或特殊體型。根據對服裝模塊的變形處理，可將部件模塊變形分為分割與擴充、省轉移、加褶裥、特殊變形、組合變形等。

1)分割與擴充:包括分割、擴充、分割后擴充3種變形。分割是指將樣板進行分割，得到多樣化的分割線;擴充是對部件的夸大;分割后擴充是指將需要夸張的部位剪開，旋轉至適當的位置后，以圓順的曲線連接外部線得到擴充之后的服裝部件樣板。

2)省轉移:將服裝上的省道合并，并在設計分割線的部位打開相同的省量。

3)加褶裥:是指在部件模塊連接處增加松量，在進行縫合時通過縮褶或是利用褶裥形成服裝連接部位褶皺，其余部位松量變大的效果，這種變形在服裝中是較常用的一種設計。

4)特殊變形:除以上變形之外，服裝部件的變形還可根據設計師的奇思妙想有更為特別的設計，如將建筑元素、幾何形狀等加入到服裝部件的變形中，形成特殊風格的部件或服裝。

5)組合變形:是指綜合利用以上2種或多種變形，形成較為復雜的部件模塊。

這些模塊的變化和變形是獨立于其他模塊而存在的，模塊的變化或模塊中某個部位的變形就可形成該模塊的另一種設計，多個模塊的多種變化和變形，以及多樣化的模塊配置，這3種因素加在一起，會大大豐富服裝設計結果，以滿足多樣的消費需求。

3 服裝模塊的配置與連接

將服裝劃分為部件模塊并確定控制屬性后，系統內就有了服裝模塊資源庫，服裝模塊式設計就變成了根據顧客需求進行模塊的配置和連接。

服裝設計中不同種類服裝的固定存在部位是不同的，為便于計算機識別模塊的配置情況，可采用二元決策變量σi來描述服裝設計中模塊被配置的情況:

式中:σmi=1，表示模塊 mi被配置;σmi=0時，表示其未被配置。因此在進行服裝設計時，所有固定模塊均存在，但是每個模塊都有一個二元決策變量值來確定該模塊在該設計中是否被配置。可選模塊變化無窮，在服裝上配置情況并不固定，所以初始設計時，可選模塊在所有設計中均設為零值(默認值)，即σmi=0，在消費者想要某種或多種裝飾元素時，再改變可選模塊二元決策變量σmi的取值，令σmi=1，使該可選模塊被配置。

表2示出常用的幾種服裝模塊配置情況。可看出，不同種類服裝在固定模塊的配置上各不相同，這是由服裝穿著部位決定的。可選模塊既可被配置也可不被配置，但是在具體的設計中，根據消費需求，可選模塊的配置情況又是確定的。

表2 不同種類服裝的模塊配置Tab.2 Modules configuration of different garments

不被配置與上節中控制屬性全為零是不同的，不被配置是指該種類的任何服裝都不可能存在該模塊，所有控制屬性取零是指該種類服裝可存在該模塊，但是在具體設計時，該模塊被設定為“無”。例如上衣設計中前褲和后褲模塊均不被配置，此時袖子模塊被配置，但是顧客需求為無袖上衣，因此需要把袖子模塊的所有控制屬性取值為零。

確定模塊配置情況之后還需要將模塊與模塊連接起來，在設計圖中將不同部件連接起來，只需要簡單的拼接即可，但是生產上要實現部件的連接就需要樣板的支撐。定義部件模塊連接處為:

式中:Rij表示 i模塊的第 j個連接部位;D={d11，d12，…，d21，d22，…，dij}，表示該連接部位的標識;M=m1，m2，…，m12表示該連接處所屬的部件模塊;T={t1，t2，…，tk}為連接處屬性集合，包括連接處的存在形式，連接處位置，尺寸等多個屬性;V={v1，v2，…，vk}為屬性集合對應的屬性結果;U=m1，m2，…，m12是與該模塊有連接關系的其他部件模塊。

在模塊連接時，首先要確定相互連接的模塊之間的連接關系。每個連接處都唯一對應相連接模塊的一個連接處，這是由服裝的工藝知識決定的，在計算機中，需儲存這些連接關系。如圖2所示，模塊m1與模塊m2連接，則模塊m1的D與模塊m2的U存在確定的連接關系，當模塊m2中有多個連接處時，需要與多個模塊連接時，模塊m2的每個連接處都與多個連接模塊存在確定的連接關系。

圖2 服裝模塊連接關系Fig.2 Linking rule of garment modules

確定模塊之間的連接關系后，還需要實施模塊之間的連接。隨著部件模塊的變化與變形，樣板的連接部位也會在形狀和尺寸上有所改變，因此需要保證模塊之間形狀和尺寸的配對性。為便于模塊的連接，本文設定模塊中省、褶裥等元素在樣板模塊連接之前就已經完成閉合或收褶。所以模塊連接處之間的約束條件是需保持連接處的屬性變量值一致，即圖2中相同陰影部分的值相同:式中:ti，tj分別為集合 T1，T2中的元素;R，J分別是集合中元素的總數量;ti=tj是指二者描述的是同一屬性變量;vi=vj是指這2個屬性變量值匹配或相等，如連接處尺寸相等，連接處形式、形狀匹配等。

綜上，通過模塊之間的連接處連接可找到需要相互連接的模塊連接處，再保證連接處的屬性變量的一致性，就可完成模塊之間的匹配。

4 服裝部件模塊變形與連接的應用

以上規律具有普遍適用性，可應用到所有服裝的智能化設計中，現以休閑女西裝為例分析服裝模塊的變形與連接。假定顧客的需求服裝為簡單的、休閑的、較中性的女西裝，則可得到各模塊二元決策變量的值，示例服裝的模塊配置如下:

根據計算機的模糊篩選，可得到多種模塊控制屬性結果，其中之一為:翻駁領、腰部挖袋、門襟、三粒扣、圓裝袖、袖口紐扣、多處輯明線、直筒下擺，如表3所示。

表3 示例服裝部件模塊的配置Tab.3 Composition of model garment modules

通過這些部件模塊的配置后，可初步得到服裝部件模塊，但這些部件只是分散的模塊，如圖3所示，需要通過連接關系對模塊進行連接。根據服裝工藝知識及設計需求，可確定連接關系:袖子模塊與衣身模塊連接，在袖窿袖山處連接;領子模塊與衣身模塊連接，在領底處連接;口袋與衣身連接，在腰線上連接;紐扣與袖子連接，連接處在袖口處;裝飾線與袖子、領子、衣身分別連接，連接處分別在袖口、袖窿、衣領邊緣。將服裝按照這樣的連接關系連接后，形成服裝整體如圖4所示。

圖3 示例服裝模塊配置圖Fig.3 Configuration of model garment modules.(a)Collar;(b)Body;(c)Sleeve;(d)Waist;(e)Hem;(f)Pocket;(g)Decorative seam;(h)Button

圖4 部件模塊連接后服裝示例Fig.4 Garment model after modules connection

假定消費者要求袖子寬松，初步設計結果的袖子不能滿足該需求，需要對袖子廓型進行變化，即將袖子廓型變得更加寬松。但是隨著袖子模塊控制參數的變化會造成連接部位的變化，所以與之相連接的衣身模塊也就需要相應的改變，才能使這2個模塊之間進行正常的連接。

袖子模塊連接處的控制參數是袖山曲線的長度和形狀，衣身模塊連接處的控制參數是袖窿曲線的長度和形狀，所以需建立這2個模塊連接處控制參數的約束關系。由于在實際縫制過程中為保證成型后的袖山部位有足夠的肩部容量，一般袖山曲線長度略大于袖窿曲線長度［12］，在工藝上一般先對袖山連接處進行輕微抽褶，所以在連接前將抽褶完成。由上文可知m2為衣身模塊、m3為袖子模塊，令tm21為袖窿曲線長度，tm22為袖窿形狀，tm31表示袖山曲線長度，tm32表示袖山形狀。則根據連接處的屬性變量值一致，需滿足:即對袖山處抽褶后袖山曲線與袖窿曲線長度相等，形狀相配。將袖子廓型變化之后，以此為約束條件就可以達到模塊匹配的要求。

因此在進行模塊式服裝設計時，首先確定設計服裝的種類，通過二元決策變量得到固定模塊和可選模塊的配置;再根據顧客需求或設計目標，通過計算機模糊篩選對模塊的控制參數進行配置和填充，如果部分模塊不能滿足需求，可對模塊進行變化或變形，以最終達到顧客需求為目的，但是在模塊變化和變形過程中，需要有約束條件控制相連接模塊連接處的變化，使得模塊之間的連接能夠順利進行。

5 結論

在服裝模塊式設計中需要根據消費需求或設計目標進行服裝模塊的配置和部件模塊變化與變形，進而需要解決部件模塊之間的連接問題。本文將服裝分為8個固定模塊和4個可選模塊，各個模塊內部有多個控制屬性以確定模塊具體形式，在此基礎上，通過多種變形可達到多種設計結果，文中將部件模塊的變形進行了分類，并運用二元決策變量來確定各個部件模塊的配置情況。

在部件模塊的連接方面，定義了模塊連接處模型，將連接處的名稱、所屬模塊、所配模塊等描述性屬性用數學符號表示后建立連接處模型，按照服裝工藝知識，使連接處與連接處之間形成連接，然后根據服裝知識確定約束條件將連接處連接起來形成服裝整體。最后以休閑女西裝的設計為例，對以上內容進行了實例應用，驗證了服裝模塊式設計作為一種智能化服裝設計的可行性。

模塊式服裝設計只是智能化服裝設計的一部分，智能化服裝設計涉及到多種服裝設計資源，后期研究還應該繼續擴充服裝設計資源，以完善智能化服裝設計。

［1］王海軍，孫寶元，張建明，等.客戶需求驅動的模塊化產品配置設計［J］.機械工程學報，2005，41(4):85－91.WANG Haijun，SUN Baoyuan，ZHANG Jianming，et al.Customer demand driven modular product configuration design［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2005，41(4):85－91.

［2］吳永明，侯亮，賴榮燊.一種面向產品族設計的模塊動態規劃方法［J］.計算機集成制造系統，2013，19(7):1456－1462.WU Yongming，HOU Liang，LAI Rongshen.Dynamic planning of module for product family design［J］.Computer Integrated Manufacturing Systems， 2013，19(7):1456－1462.

［3］JIAO J R，SIMPSON T W，SIDDIQUE Z.Product family design and platform-based product development:a state-of-the-art review［J］.Journal of Intelligent Manufacturing，2007，18(1):5－29.

［4］LIU E，HSIAO S W，HSIAO S W.A decision support system for product family design［J］.Information Sciences，2014，281(10):113 －127.

［5］WANG Pengjia，LIU Yongxian，ONG S K，et al.Modular design of machine tools to facilitate design for disassembly and remanufacturing［J］.Procedia CIRP 2014，15(4):443 －448.

［6］MOK P Y，XU J，WANG X X，et al.An IGA-based design support system for realistic and practical fashion designs［J］.Computer-Aided Design，2013，45(11):1442－1458.

［7］KIM H S，CHO S B.Application of interactive genetic algorithm to fashion design［J］.Engineering applications of artificial intelligence，2000，13(6):635 －644.

［8］朱江暉，閻玉秀.服裝紙樣模塊化設計探討［J］.浙江理工大學學報，2007，24(4):390－394.ZHU Jianghui， YAN Yuxiu. Discussion of garment pattern modularization［J］.Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2007，24(4):390－394.

［9］錢素琴.智能化服裝款式設計系統的研究［D］.上海:東華大學，2004:25－28.QIAN Suqin.Study of intelligent garment design system［D］.Shang Hai:Dong Hua University，2004:25－28.

［10］劉瑞璞.服裝紙樣設計原理與技術:女裝編［M］.北京:中國紡織出版社，2005:10－14.LIU Ruipu.The Principles and Practices of Pattern Design［M］.Beijing:China Textile ＆ Apparel Press，2005:10－14.

［11］AU C K， MA Y S. Garment pattern definition，development and application with associative feature approach［J］.Computers in Industry，2010，61(6):524－531.

［12］邵獻偉，王紅歌，許繼紅，等.基于袖窿深與胸圍數學關系式確定的袖山高［J］.紡織學報，2009，30(10):111－114.SHAO Xianwei，WANG Hongge，XU Jihong，et al.Confirmation of sleeve crown height based on mathematical relation between armhole height and bust girth［J］.Journal of Texitle Research，2009，30(10):111－114.