四針床電腦橫機(jī)全成形技術(shù)研究進(jìn)展

王敏 叢洪蓮

摘要：四針床電腦橫機(jī)全成形技術(shù)是橫機(jī)技術(shù)發(fā)展中的一個熱點(diǎn)技術(shù)，四針床電腦橫機(jī)本身的機(jī)構(gòu)配置及其全成形工藝的復(fù)雜性使得該技術(shù)背后蘊(yùn)含諸多研究價(jià)值。本文梳理了四針床電腦橫機(jī)及其對應(yīng)的CAD設(shè)計(jì)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(jī)和CAD設(shè)計(jì)軟件均為島精公司所有，其中四針床電腦橫機(jī)為MACH系列，對應(yīng)的CAD設(shè)計(jì)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(jī)全成形服裝的CAD設(shè)計(jì)流程，指出了全成形工藝設(shè)計(jì)軟件的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，為進(jìn)一步研究四針床電腦橫機(jī)全成形技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：四針床電腦橫機(jī)；全成形；package；壓縮花樣；展開花樣

中圖分類號：TS184.5 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)全成形技術(shù)指的是在四針床電腦橫機(jī)上織造無需進(jìn)行裁剪和縫制等后處理工藝的三維立體織物的一項(xiàng)電腦橫機(jī)成形先進(jìn)技術(shù)，由于是在機(jī)上一體成形，故可以降低人力成本，且由于產(chǎn)品本身的無縫連接，加強(qiáng)了針織產(chǎn)品本身具有的舒適性以及合體性。然而，四針床電腦橫機(jī)相比較于兩針床電腦橫機(jī)，機(jī)器配置復(fù)雜、成本高，能熟練掌握機(jī)器性能及其產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的專業(yè)人員稀少。另一方面，四針床電腦橫機(jī)全成形技術(shù)代表了橫機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個方向，且該技術(shù)融合電腦橫機(jī)機(jī)械、控制、CAD產(chǎn)品開發(fā)等方面，具有很高的技術(shù)含量和研究價(jià)值。故本文對國內(nèi)外四針床電腦橫機(jī)全成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概括，為此后展開四針床電腦橫機(jī)全成形關(guān)鍵技術(shù)的研究奠定基礎(chǔ)。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

通過國外文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，電腦橫機(jī)全成形技術(shù)的研究基本都是基于兩針床電腦橫機(jī)。朱嘯宇和祝細(xì)研究了在德國Stoll（斯托爾）兩針床電腦橫機(jī)上如何利用花型準(zhǔn)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(shí)也指出了利用兩針床電腦橫機(jī)編織全成形服裝的工藝限制。黃林初研究了如何利用國產(chǎn)變針距電腦橫機(jī)進(jìn)行織可穿服裝的編織，主要從工藝設(shè)計(jì)角度，如整體輪廓設(shè)計(jì)、局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、組織花型設(shè)計(jì)以及后整理等方面，分析在國產(chǎn)電腦橫機(jī)上設(shè)計(jì)織可穿服裝的注意要點(diǎn)，同時(shí)深入研究了織可穿服裝基本款式及各種領(lǐng)型的工藝設(shè)計(jì)，以及如何利用國產(chǎn)電腦橫機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行多種組織結(jié)構(gòu)編織的機(jī)器工藝局限性和工藝難點(diǎn)，探討了在國產(chǎn)電腦橫機(jī)上編織全成形服裝的可行性，對在國產(chǎn)橫機(jī)上開發(fā)全成形服裝起到一定指導(dǎo)作用。彭佳佳等人探究了在兩針床電腦橫機(jī)上編織全成形毛衫的可行性，但同時(shí)也指出兩針床電腦橫機(jī)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(shè)計(jì)以及設(shè)備等方面。國內(nèi)慈星、金龍等電腦橫機(jī)生產(chǎn)商也進(jìn)行了有關(guān)全成形電腦橫機(jī)的研制，但都是基于隔針編織的兩針床電腦橫機(jī)方面的改進(jìn)，因此機(jī)器本身仍然存在很大限制，且由于沒有專門的全成形設(shè)計(jì)軟件，全成形服裝的工藝需要設(shè)計(jì)者自行繪制小圖得到整體工藝，工藝設(shè)計(jì)難度大。

綜上，國內(nèi)還沒有自主開發(fā)的四針床電腦橫機(jī)及其設(shè)計(jì)軟件，對于四針床電腦橫機(jī)本身性能以及產(chǎn)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(jī)機(jī)器發(fā)展概況

Wonseok Choi和Nancy B. Powell指出，在20世紀(jì)90年代，針織無縫技術(shù)開始商業(yè)化，引發(fā)了無縫針織設(shè)備和設(shè)計(jì)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(jī)領(lǐng)軍生產(chǎn)商，2 個公司都對全成形技術(shù)進(jìn)行了研究，包括機(jī)器研制和軟件開發(fā)。斯托爾的全成形機(jī)型主要是CMS系列機(jī)型，1987年的世界紡織機(jī)械展（ITMA）上，斯托爾推出第一款全成形電腦橫機(jī)CMS 340 knit & wear，此時(shí)斯托爾對CMS機(jī)型的定位主要是用于編織變化的三維組織結(jié)構(gòu)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(jī)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(jìn)行編織，其余機(jī)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(jī)及其CAD設(shè)計(jì)軟件推向市場的公司。

對橫編全成形技術(shù)的研究由來已久。1940年，美國生產(chǎn)商公開了在改進(jìn)的電腦橫機(jī)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(shù)。目前電腦橫機(jī)上使用局部編織技術(shù)已經(jīng)很普遍了，該技術(shù)不僅能夠改善織物的懸垂性、合體性，還能降低生產(chǎn)成本。專利中并沒有特別指出如何改進(jìn)機(jī)器，但可以推測出機(jī)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(shù)發(fā)展歷程中一個重要的里程碑。1955年，Hosiery Trade Journal上報(bào)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(jì)60年代，島精深入研究了在橫機(jī)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(shù)邁進(jìn)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(jī)SWG。SWG機(jī)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(jī)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(jìn)行相互的翻針移圈。SWG-X是在SES122RT基礎(chǔ)上演化來的，而SES122RT機(jī)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(diǎn)（tansfer point）。后來，島精公司又研發(fā)了Whole Garment FIRST機(jī)型，具有多針距特點(diǎn)，可編織精細(xì)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(jī)器效率。

島精最新的全成形電腦橫機(jī)是MACH系列，MACH（馬赫）是表示音速倍速的量詞，島精為其最新機(jī)器取名MACH也意在表明該系列機(jī)型的高速度、高產(chǎn)量特點(diǎn)。MACH系列機(jī)型包括MACH2XS、MACH2X、MACH2S。MACH系列機(jī)型具有 4 個針床，針床上裝有新型的滑動織針，針床單機(jī)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(biāo)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(jī)CAD軟件發(fā)展概況

Jenny Underwood使用島精的兩針床產(chǎn)業(yè)用電腦橫機(jī)織造針織三維成形預(yù)制件，其研究成果包含了對島精四針床電腦橫機(jī)以及四針床電腦橫機(jī)花型設(shè)計(jì)軟件的介紹。W. Choi等人使用了E12的四針床電腦橫機(jī)SWG-X進(jìn)行不同方式的拷針并對其強(qiáng)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(chǔ)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(diǎn)改進(jìn)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(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成一套三維立體服裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，集款式設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、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(jī)全成形服裝CAD設(shè)計(jì)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(fēng)雪帽和窗簾、床罩、帷幕、壁毯等裝飾產(chǎn)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(lǐng)型、肩型作為進(jìn)一步分類的影響因素，如插肩式高領(lǐng)長袖套衫、平肩式V領(lǐng)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(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)時(shí)只需進(jìn)行款式的選擇。目前，島精SDS-ONE APPEX 3 Knit模板中的全成形工藝?yán)L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(jìn)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(lǐng)、V領(lǐng)、樽領(lǐng)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(jī)可以進(jìn)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(shè)計(jì)，可以有 2 種方法來實(shí)現(xiàn)，其一是選擇軟件中已有的相似款式對其進(jìn)行輪廓的修改以達(dá)到設(shè)計(jì)者的特殊款式，其二是設(shè)計(jì)者自行繪制新的款式并設(shè)計(jì)，該方法對設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)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(jìn)行相同款式或類似款式設(shè)計(jì)時(shí)可以直接從款式庫中調(diào)用，以節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。

2.2.2 生成輪廓

在選擇好全成形毛衫的基本款式后，設(shè)計(jì)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(jī)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(jìn)行毛衫設(shè)計(jì)時(shí)可以設(shè)計(jì)前后片輪廓。設(shè)計(jì)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(chǔ)上，設(shè)計(jì)者可以對輪廓進(jìn)行修改。

2.2.3 花型設(shè)計(jì)

四針床電腦橫機(jī)上生產(chǎn)的全成形毛衫一般為單面組織，也可以進(jìn)行單面浮線提花。因此，設(shè)計(jì)者在組織設(shè)計(jì)時(shí)，可以充分利用電腦橫機(jī)的可翻針、可移床特點(diǎn)，進(jìn)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(shè)計(jì)，同時(shí)合理安排紗嘴進(jìn)行橫條單面組織的設(shè)計(jì)。同樣可以在前后片輪廓上進(jìn)行顏色類或結(jié)構(gòu)類提花設(shè)計(jì)，圖 6 為在前片上進(jìn)行圖案設(shè)計(jì)。

2.2.4 收放針以及連接設(shè)計(jì)

四針床電腦橫機(jī)上生產(chǎn)全成形毛衫以圓筒編織為基礎(chǔ)，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(shè)計(jì)者而言，同時(shí)考慮這些因素會大大增加設(shè)計(jì)難度。為此，軟件需要能自動在毛衫的特定位置上做上標(biāo)記，提醒該標(biāo)記處將進(jìn)行某種特殊編織動作，如收放針、身袖連接、開領(lǐng)等，而設(shè)計(jì)者只需通過在彈出式窗口或下拉式菜單中設(shè)置所需要的效果，即可得到如圖 7 所示的全成形毛衫細(xì)節(jié)要求標(biāo)記圖。

2.2.5 編織單元設(shè)計(jì)

以上步驟都是基于最終毛衫成品效果的設(shè)計(jì)，但為了實(shí)現(xiàn)電腦自動進(jìn)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(jī)器基本動作。因此，考慮設(shè)計(jì)出每行的基本編織動作循環(huán)，島精的設(shè)計(jì)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(yīng)不同的基本編織動作，即需要對第1 ～ 6 段分別設(shè)計(jì)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(yīng)的package基本花樣也相應(yīng)變多。因此，軟件需要建立package基本花樣庫，設(shè)計(jì)者只需要調(diào)用該庫中的某個package基本花樣，而不需自行繪制。通過調(diào)用package基本花樣庫對圖 7 展開，得到 1 張由基本編織動作構(gòu)成的展開圖。該展開圖即可由軟件自動翻譯成上機(jī)文件。

3 結(jié)論

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

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