帶鳥巢效應壓紗賈卡提花織物的計算機輔助設計

李紅梅，蔣高明，李欣欣

(江南大學，教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

隨著居民審美水平的提高，傳統經編賈卡提花產品已經不能滿足消費者的審美需求，新型壓電陶瓷賈卡可獨立控制針前和針背的偏移，極大地豐富了墊紗效應層次［1］，擴展了賈卡提花的設計范圍。利用賈卡導紗梳櫛的隨機性偏移組合形成的一種隨機效應是壓紗賈卡新工藝的特征花紋，織物表面形似鳥類所筑巢穴的表面紋理，又稱為鳥巢效應織物，鳥巢效應多用作花型主體或花型元素之間的填充，以其自由活潑的凌亂肌理感反襯花型輪廓的規則美感，也可獨立形成一塊織物。

帶有鳥巢效應的壓紗賈卡提花產品已成為經編賈卡提花織物市場中的新星。目前這種鳥巢效應花型工藝的設計主要依靠人工手動進行逐格點繪，工藝設計效率低，勞動強度大，織物整體厚度難以把握，很難滿足市場對該類型提花產品花型變化和更新的需求。研究壓紗賈卡鳥巢效應的計算機輔助設計方法，可實現該類賈卡織物工藝的快速設計，提高設計效率，對該類織物的實際設計生產具有一定的指導意義。

1 壓紗型賈卡新工藝提花原理

傳統壓紗賈卡工藝有三針技術、四針技術、三針技術-四針技術組合、半機號三針技術4種類型，新型的壓紗賈卡工藝采用四針技術，賈卡基本組織為0-1/3-2//，兩把半機號賈卡梳櫛采用一空一穿和一穿一空的方式做同向墊紗，針背單次橫移最大為3 個針距［2］。

與傳統的機械式賈卡提花技術與電磁式賈卡提花技術不同，新型piezo賈卡使用4個信號控制賈卡導紗針的偏移:奇數橫列的針背墊紗，奇數橫列的針前墊紗，偶數橫列的針背墊紗和偶數橫列的針前墊紗［3］，針前針背都可獨立進行偏移，不同偏移信息相互組合共有24=16種不同的組織效應。圖1示出了壓紗賈卡基本組織可能的偏移信息，其中H表示不偏移，T表示偏移。

圖1 壓紗型賈卡四針技術偏移控制Fig.1 Fall plate Jacquard four-needle technique drift controlling

浮線是壓紗型賈卡四針技術提花工藝的特征性組織，鳥巢效應的形成充分利用了浮線的墊紗效果，屬壓紗賈卡四針技術新工藝的特征花型，如圖2所示。當賈卡的偏移信息為THHT時，即導紗針在奇數橫列針背墊紗偏移，針前墊紗不偏移，偶數橫列針背墊紗不偏移，針前墊紗偏移時，在奇數和偶數橫列同時抵消了針前墊紗，紗線不能墊入織針內部，在布面上形成浮線。浮線的縱向高度不受限制，橫向最多跨越3個針距，為工藝設計開辟了新的空間。浮線與其他組織互相組合，可生成菱形和鳥巢等多種效果，如圖3所示，其中，以鳥巢效應隨機亂紋的工藝設計難度最大，耗時最長。

圖2 壓紗賈卡浮線組織Fig.2 Fall plate Jacquard techniques float effect

圖3 浮線形成的常見組織效應Fig.3 Common effects constituted by float.(a)Diamond effect;(b)Nest effect

2 壓紗賈卡鳥巢效應設計模型

將織物組織映射為矩陣模型，并通過對矩陣的構造和變換得到最終需要的組織矩陣是紡織計算機輔助設計的核心［4］。壓紗賈卡四針技術新工藝提花織物的形成與設計主要取決于各梳櫛的墊紗運動、穿經以及賈卡導紗針偏移，因此，壓紗賈卡新工藝鳥巢效應的計算機輔助設計可用三者的數學模型來表示。

2.1 墊紗數學模型

壓紗賈卡拉舍爾提花型經編機的梳櫛橫移機構在機器的右端，各把梳櫛使用右起自然數如0，1，2，3，…，順序標注針間間隙［5］。采用三維矩陣 ELm2來描述多把梳櫛在不同橫列的墊紗效應，如下式所示。

式中:L表示導紗梳數目;m為1個完整花型循環組織橫列數;i表示梳櫛編號，i=1，2，3，…，L;eij1和eij2分別表示第i把導紗梳編織第j橫列時導紗針針前橫移起點處和終點處的針間編號。第i把梳櫛在第j列針前墊紗橫移量wi1=eij2－eij1，從第j橫列到第j+1橫列，梳櫛針背墊紗橫移量為。

如壓紗賈卡四針技術新工藝中，地梳多做開口編鏈，則其相對應的墊紗數碼二維矩陣為

2.2 穿經循環的數學模型

不同穿經形式，對應織物上不同的效果［6］?，F用二維矩陣FL表示各梳櫛的穿經循環，如下式，其中m代表工藝所需梳櫛總數目，n表示1個完全花型循環組織的縱行數。

矩陣 FL各元素取值在 A，B，C，…，Z，* 之間，A，B，C，…，Z分別代表不同種類規格的原料，* 表示空穿。

將墊紗運動矩陣與穿經循環矩陣進行復合，即可描繪1個完整花型循環的墊紗效應。

2.3 賈卡意匠圖基本模型

在經編CAD設計系統中，賈卡織物使用意匠圖進行設計，意匠圖上不同的顏色代表織物上不同的墊紗效應［7］，壓紗賈卡四針技術新工藝中，每種賈卡顏色都被定義有4個控制信息?，F用以下一維矩陣J來表示每個賈卡格子所包含的賈卡梳櫛偏移信息。

J1～J4分別代表偶數橫列針背偏移，偶數橫列針前偏移，奇數橫列針背偏移、奇數橫列針前偏移，取值為0或1，其中1代表偏移，0代表不偏移。圖3所示浮線組織的偏移信息即為［1，0，0，1］。

賈卡意匠圖系二維的平面圖，意匠圖中每個賈卡格子的顏色對應唯一一種墊紗效應，因此其數學模型可用如下二維矩陣AK來表示［8］

式中，i=1，2，3，…，m，j=1，2，3，…，n，i代表賈卡橫格，m對應一個完整花型循環組織賈卡橫列數(花高的一半);j代表賈卡縱格，n對應一個完整花型循環組織賈卡縱行數［9］;aij代表賈卡顏色編號，aij∈{1，2，3，4，…，15，16}，分別代表壓紗賈卡四針技術新工藝中16種基本墊紗效應。將矩陣J與矩陣AK復合，即可得到賈卡梳櫛上每個導紗針的完整偏移信息。在江南大學WKCAD4.3花型設計軟件中將各賈卡顏色的偏移信息定義好，只需完成賈卡意匠圖的設計，設置好各工藝參數，即可導出上機文件進行編織，工藝變換簡單快捷。

3 鳥巢效應織物CAD工藝設計

3.1 鳥巢效應工藝設計

3.1.1 設計要求

習慣上將壓紗賈卡四針技術新工藝的16種基礎墊紗效應用WKCAD4.3軟件中前16種賈卡顏色表示。通過分析大量鳥巢效應織物，總結鳥巢效應工藝賈卡意匠圖設計有以下3點要求。

1)需要使用1號浮線組織(企業生產中又稱為跳線)形成獨特的肌理感。

2)代表不同組織的不同賈卡顏色須隨機分配，控制賈卡導紗針針前針背的隨機偏移，以生成長短不同方向各異的延展線，模擬鳥巢的紋理效果。

3)對于一整塊的鳥巢效應織物，由于機器上賈卡梳櫛使用經軸送經，要求織物橫向用紗量差值不能超過張力桿可調節范圍，在賈卡意匠圖的設計上表現為各種厚薄的組織的分布整體比較均勻。

3.1.2 賈卡意匠圖生成

由于CAD設計系統是采用一個二維矩陣代表鳥巢效應的設計模型，所以要完成隨機色塊的賈卡意匠圖設計，可通過顏色代號的隨機二維數組來控制完成。

通常在系統中以1～16號賈卡顏色代表壓紗賈卡四針技術新工藝的1～16種基本組織，1～16號基本組織是按照織物效應由薄到厚來排序的。鳥巢效應賈卡意匠圖中使用的幾種組織墊紗效應如圖4所示。

圖4 幾種賈卡顏色代表的墊紗組織Fig.4 Lapping movements represented by several Jacquard colour.(a)Colour 1;(b)Colour 4;(c)Colour 5;(d)Colour 13;(e)Colour 15;(f)Colour 16

VC++6.0中自帶有生成隨機數組的rand函數。以生成含有1號、4號、5號、13號4種基本墊紗效應的鳥巢效應賈卡意匠圖為例，定義一個N值來控制數組大小，調用rand函數，對于任意的i∈{0，1，2，…，N}，j∈ {0，1，2，…，N}，有

式中，array［i］［j］為矩陣中第 i行第 j列的元素，rand()%3中的“3”是可變量，表示產生隨機數的最大值。利用上述算法生成一個N×N的隨機二維數組，各元素取值為0～3之間的整數，得到一個含有“0、1、2、3”4 個固定元素的隨機數組，然后通過一個循環語句，將取值為3的元素賦值為13，取值為2的元素賦值為5，取值為1的元素賦值為4，取值為0的元素賦值為1，得到含有4種特定賈卡組織代號的隨機二維數組。

為保證編織過程中每根紗線張力相對平均，使用一個循環函數，將生成的二維數組每個縱行求和然后作對比，和值較大的一列，將其中的13換為1，和值較小的一列，將其中的1換為13，直到二維數組每縱行之間的差值不超過 K。K為經驗值常數(考慮到機器上張力桿有一定的調節作用)，K與N的取值負相關。

按照上述方法，將N取30(可基本滿足帶鳥巢效應賈卡織物的設計需求)，使用不同的基本墊紗組織搭配，生成4種常用的不同厚度的鳥巢效應組織意匠圖，并進行組織入庫，如圖5所示，在以后的設計中，可直接進行調用。

圖5 鳥巢效應組織庫Fig.5 A stich bank containing four kinds of common nest effects.(a)Effect No.1;(b)Effect No.2;(c)Effect No.3;(d)Effect No.4

3.2 帶有鳥巢效應織物工藝設計

3.2.1 工藝參數的確定

機型:RJPC4F，機號E18，機寬為3.36 m，機速為500 r/min，成品橫密為7.3縱行/cm，成品縱密為16橫列/cm，產量為18.4 m/h，面密度為69.8 g/m2。

3.2.2 梳櫛排列

各梳櫛排列、墊紗、穿經、紗線原料等按照表1所示信息進行。

表1 各梳櫛墊紗、穿經及原料信息Tab.1 Lapping，drawing-in and material information of each bar

在系統輸入墊紗數碼，如圖6所示，系統會自動生成墊紗運動圖，如圖7所示，設計高效便捷。

圖6 各梳櫛墊紗數碼Fig.6 Chain notation of each bar

圖7 各梳櫛墊紗運動圖Fig.7 Lapping motion of JB1(a)，GB2(b)and GB3(c)

3.2.3 賈卡意匠圖設計

3.2.3.1 賈卡圖案設計 壓紗賈卡鳥巢效應提花織物多用于家紡類產品，其花型設計應考慮室內裝飾織物配套原則，根據特定的使用場合選擇最具表現力的圖案造型［10］。壓紗賈卡鳥巢效應織物生產設備機號一般在E18～E24之間，使用無彈力紗線進行編織，織物最終橫密縱密有限，故花型圖案不宜過于精致，單元紋樣圖案較大的提花表現力較好［11］。

以一款帶有鳥巢效應組織的窗簾賈卡意匠圖設計為例，花型主體圖案如圖8所示。以花卉作為主要題材，配合幾何圖案和傳統抽象紋樣及窗簾自然懸垂時產生的規律褶裥效應，獲得極強的裝飾感［12］。圖案構成力求平穩勻稱，可采用對稱式或平衡式，圖案分布在織物上分布點、線、面巧妙結合，通過區域層次的對比，形成鮮活的形象表現。

圖8 花型主體圖案Fig.8 Main unit of pattern

3.2.3.2 賈卡組織設計 通過賈卡組織的設計，賦予賈卡圖案的各部分以不同厚薄和不同肌理的墊紗組織，突出織物提花的層次感。鳥巢效應織物的提花優勢在這個環節得到體現。

給賈卡圖案各部分填充不同的賈卡顏色，進而得到不同的賈卡墊紗效應，賦予織物不同的提花層次。由于工藝花高花寬較大，難以全面展示，這里只取局部以說明問題，賈卡圖案組織設計局部細節如圖9(a)所示。鳥巢組織作為主體花型之間的填充，使花型圖案輪廓清晰。壓紗賈卡新工藝設計過程中，需要將拉舍爾技術參數設置為0，即按照實際需要的效應設置賈卡控制信息，但由于織物在偶數橫列發生賈卡偏移時，實際效應總是滯后1個縱行，所以在基本工藝設計完成后，需要進行包邊處理，使織物最終布面效果與花型設計效應相一致。

完成基本工藝參數設定，梳櫛墊紗數碼、原料規格及配比設定后，可在系統中自動計算出織物面密度和產量。

最終織物成品和鳥巢效應部分細節如圖9(b)所示，滿足鳥巢效應特征，證明了本文所提出方案的正確性和可行性。

4 帶鳥巢效應織物特點與應用

4.1 帶有鳥巢效應織物的特點

隨著賈卡技術的不斷提高和國內經編機生產技術的不斷進步，賈卡提花織物的窗簾、臺布、帷幕等產品市場趨近飽和，亟需對機型、風格、用途、原料等進行開發，生產適應于市場需求的高檔次產品。

圖9 鳥巢效應織物設計Fig.9 Nest effect fabric design.(a)Overall jacquard texture design and detail;(b)Finished fabric and nest effect showed in detail

首先，壓紗賈卡鳥巢效應織物，在生產設備上有所突破。采用壓電陶瓷賈卡元件獨立控制針前針背偏移，形成的基本墊紗效應類型由傳統的“厚、薄、網眼”擴展成“厚、次厚、薄、網眼、浮線等”16種組織類型，布面提花效應更加豐富，更具層次感。其次，壓紗賈卡鳥巢效應織物，在工藝設計上有較大進展。除了可通過圖案藝術設計來進行創新開發，還增加了鳥巢效應隨機紋理。通過浮線與其他基本墊紗效應的隨機組合，在布面上形成長短不一、方向各異的浮線，在織物表面呈現出質樸、自由的肌理感。

4.2 帶有鳥巢效應織物的應用

鳥巢效應與花卉、動物等圖案組合，用作填充組織，以其自由凌亂的韻律感反襯賈卡藝術圖案輪廓的規則美感;或獨立形成一整塊織物突出其質樸的肌理感。壓紗賈卡鳥巢效應織物提花層次豐富、自然生動、妙趣橫生。

鳥巢效應提花產品突破了傳統的網眼、菱形、方格等紋理形態，頗受廣大消費者歡迎。其提花窗簾、臺布、帷幕、燈罩等，已經在市場上引發一股熱潮，目前很多家生產賈卡提花產品的企業都在研究鳥巢效應織物，可見該類織物的應用前景良好。

5 結論

壓紗賈卡新工藝產品具有獨特的豐富花型和浮雕效果，市場前景良好，其中鳥巢效應提花織物為新興的提花工藝，采用壓電陶瓷賈卡元件獨立控制針前針背偏移，花型組織設計具有創新性，應用前景廣闊。

1)通過分析Piezo賈卡提花原理和壓紗賈卡四針技術墊紗規律，建立了壓紗賈卡四針技術新工藝設計模型。用一個三維矩陣ELm2作為墊紗模型，用一個二維矩陣FL作為穿經模型，二者復合表示各梳櫛在一個花寬內穿經墊紗情況;用一個一維矩陣J和一個二維矩陣AK作為賈卡意匠圖的設計模型，控制賈卡導紗針在針前針背的偏移。

2)著重分析了鳥巢效應賈卡意匠圖設計要求:為保證浮線須使用1號墊紗組織;花型中各賈卡顏色隨機分配;工藝設計保證上機過程中織物各部分用紗量基本一致。提出在VC++中rand函數生成隨機二維數組的基礎上，通過一定的算法，得到符合設計要求的賈卡意匠圖庫，實現鳥巢效應賈卡意匠圖的快速設計。在此基礎上，使用不同的基本墊紗組織得到4種常用鳥巢效應組織賈卡意匠圖，并進行組織入庫，方便以后在進行賈卡組織設計時快速調用，免去人工手動逐個對賈卡格子點繪的麻煩，實現帶鳥巢效應壓紗賈卡提花織物的快速設計。

3)以1個鳥巢效應提花織物工藝設計為例，通過基本工藝參數確定、梳櫛排列、賈卡意匠圖設計、上機編織等過程，介紹了鳥巢效應計算機輔助設計流程，驗證了文章所提出方案的可行性。

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