緯編單面均勻提花織物耗紗量預(yù)測(cè)模型

李冉冉，柯寶珠

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

緯編提花織物美觀大方，設(shè)計(jì)感強(qiáng)，受到越來(lái)越多人的喜愛(ài)[1-3]。然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)為了核算成本，通常要將設(shè)計(jì)好的花型上機(jī)試織后稱(chēng)量得到各色紗線的消耗量。該方式設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、紗線損耗大，影響企業(yè)效益。因此，預(yù)測(cè)緯編提花織物各色紗線消耗量的研究意義重大[4-5]。

目前，關(guān)于緯編提花織物耗紗量的研究大多停留在計(jì)算各色紗線的消耗比例上，葛濤[6]分別用布板稱(chēng)量法和用紗比理論分析法詳述了不同原料規(guī)格、種類(lèi)及品種提花織物用紗比的計(jì)算公式和方法；吳益峰[7]采用織物平面投影面積來(lái)估算色紗用紗比例；馮杏清等[8]將提花織物分為4種基本單元，探討花型意匠圖與線圈長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)規(guī)律，建立了三維幾何模型估算緯編雙面2色提花織物的原料比，這些研究均計(jì)算花型循環(huán)較小的提花各色紗線消耗比例未涉及到各色紗線的具體消耗量。還有學(xué)者研究了緯編基本組織織物耗紗量的預(yù)測(cè)方法，羅璇等[9]利用累計(jì)線圈法建立含有基本組織結(jié)構(gòu)毛衫的耗紗量預(yù)測(cè)模型，能夠在設(shè)計(jì)階段較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)毛衫的紗線消耗量，但未對(duì)提花織物的耗紗量做進(jìn)一步研究。

本文以緯編單面均勻提花織物為例，根據(jù)其編織規(guī)律與編織時(shí)紗線形態(tài)，利用MatLab軟件建立了緯編單面均勻提花織物耗紗量預(yù)測(cè)模型。為企業(yè)在緯編單面均勻提花織物設(shè)計(jì)階段預(yù)估成本提供參考，也為緯編提花織物耗紗量預(yù)測(cè)軟件的開(kāi)發(fā)提供一定的研究思路。

1 緯編單面均勻提花織物特點(diǎn)

緯編單面均勻提花織物在1個(gè)針床上編織而成，主要由線圈和浮線組成，按照編織方法不同，分為單面均勻提花和單面不均勻提花2種類(lèi)型[10]。本文所研究的單面均勻提花織物采用不同顏色的紗線編織，按照花紋要求，每種色紗有選擇的在某些織針上成圈，且在不成圈的織針上以浮線的形式存在，下面將對(duì)其編織規(guī)律與編織時(shí)紗線形態(tài)做詳細(xì)介紹。

1.1 編織規(guī)律

緯編單面均勻提花織物在電腦橫機(jī)上編織時(shí)，主要采用不同顏色的紗線組合來(lái)形成相應(yīng)的花型效果，按照提花花型圖案要求，每種色紗有選擇地在某些織針上成圈，且在不成圈的織針上以浮線的形式存在。圖1為單面均勻提花織物編織規(guī)律示意圖，圖1(a)和圖1(b)分別為2色和3色單面均勻提花編織規(guī)律示意圖。如圖1(a)所示，2色單面均勻提花在電腦橫機(jī)上編織時(shí)，花型圖案中的每個(gè)橫列都有2種顏色的紗線參與編織，工藝編織圖中一共出現(xiàn)2種編織動(dòng)作。每個(gè)橫列在出現(xiàn)某種顏色的位置處編織前針床成圈，另外一種顏色紗線則在該位置處前后針床都不成圈。如圖1(b)所示，3色單面均勻提花在電腦橫機(jī)上編織時(shí)，花型圖案中的每個(gè)橫列都有3種顏色的紗線參與編織，工藝編織圖中一共出現(xiàn)2種編織動(dòng)作。每個(gè)橫列在出現(xiàn)某一種顏色的位置處編織前針床成圈，另外2種顏色紗線則在該位置處前后針床都不成圈。

—色紗1；—色紗2；—色紗3；—前后針床都不成圈；—前針床成圈。 圖1 單面均勻提花織物編織規(guī)律示意圖

1.2 編織形態(tài)

緯編單面均勻提花織物作為單面針織物，在電腦橫機(jī)上編織時(shí)，后針床織針不勾取紗線，各色紗線在電腦橫機(jī)前針床上主要存在2種編織動(dòng)作，分別是前后針床都不成圈和前針床成圈。2色單面均勻提花編織紗線形態(tài)示意圖見(jiàn)圖2，3色單面均勻提花紗線編織形態(tài)示意圖見(jiàn)圖3。

圖2 2色單面均勻提花編織紗線形態(tài)示意圖

圖3 3色單面均勻提花紗線編織形態(tài)示意圖

如圖2所示，2色單面均勻提花織物在編織時(shí)，每個(gè)花型都有2種紗線參與編織。紗線在針床上存在2種基本組織結(jié)構(gòu)，分別是圖2(a)中織針F1,2上的浮線組織和織針F1,1上的前針床成圈組織，分別用l0和l1來(lái)表示浮線組織線圈長(zhǎng)度(mm)和前針床成圈線圈長(zhǎng)度(mm)。如圖3所示，3色單面均勻提花織物每個(gè)花型都有3種紗線參與編織，與2色單面均勻提花一樣也存在同樣的2種基本組織結(jié)構(gòu)。下文中將利用幾何法建立這2種基本組織結(jié)構(gòu)線圈長(zhǎng)度模型，從而得到其線圈長(zhǎng)度表達(dá)式。

2 單面均勻提花織物耗紗量預(yù)測(cè)模型

2.1 花型意匠矩陣的建立

在提花織造前，可將設(shè)計(jì)好的提花花型圖案導(dǎo)入到緯編針織物編織程序設(shè)計(jì)軟件中，編輯提花上機(jī)編織程序，然后將編織程序?qū)氲诫娔X橫機(jī)上進(jìn)行編織。所導(dǎo)入的提花花型圖案需為位圖格式，圖片中每個(gè)像素在編織時(shí)都對(duì)應(yīng)提花織物正面的1個(gè)成圈線圈，每個(gè)像素的顏色對(duì)應(yīng)提花織物正面的1個(gè)成圈線圈紗線的顏色。因此，本文用提花花型圖案中的顏色信息來(lái)表示單面均勻提花花型意匠信息，將設(shè)計(jì)好的提花花型圖案通過(guò)MatLab圖像處理，最終得到如式(1)所示的二維花型意匠矩陣P。

(1)

由于提花織物在編織時(shí)按照提花花型圖案從下往上編織，因此一般從提花花型意匠矩陣右下角第1個(gè)元素開(kāi)始，分別向左增加列數(shù)，向上增加行數(shù)。式(1)中p(j,i)的j、i分別為矩陣行數(shù)與列數(shù)(j=1,2，…，m；i=1,2，…，n；m、n分別為花型意匠矩陣P的總行數(shù)與總列數(shù)，是利用MatLab軟件中的size函數(shù)求得的)，花型意匠矩陣各元素p(j,i)的值表示花型圖案中的顏色值,例如p(j,i)=1為第j行i列處的顏色值為1。

2.2 工藝編織矩陣的建立

根據(jù)上文所述緯編單面均勻提花織物的編織規(guī)律，在MatLab中編輯算法，將花型意匠矩陣P轉(zhuǎn)化為提花織物各色紗線的工藝編織矩陣。由于緯編單面均勻提花織物在編織時(shí)，每個(gè)花型行都是所有色紗均參與編織，所以本文將提花花型意匠矩陣P按照各類(lèi)提花的工藝編織規(guī)律，轉(zhuǎn)化為與花型圖案中顏色數(shù)量相等的工藝編織矩陣。即將2色提花花型意匠矩陣分別轉(zhuǎn)化為如式(2)、(3)所示的色紗1和色紗2的工藝編織矩陣K1、K2，將3色提花花型意匠矩陣分別轉(zhuǎn)化為如式(2)～(4)所示的色紗1、2和3的工藝編織矩陣K1、K2和K3。

(2)

(3)

(4)

工藝編織矩陣中各元素的值表示色紗在該處的工藝編織動(dòng)作，數(shù)值0和1分別表示前后針床都不成圈和前針床成圈這2種編織動(dòng)作。

根據(jù)上述編織規(guī)律在MatLab中編織如表1和表2所示的2色和3色單面均勻提花轉(zhuǎn)換算法，將花型意匠矩陣P轉(zhuǎn)換為2色和3色單面均勻提花各色紗線的工藝編織矩陣K。

表1 2色單面均勻提花轉(zhuǎn)換算法

表2 3色單面均勻提花轉(zhuǎn)換算法

2.3 基本組織結(jié)構(gòu)線圈長(zhǎng)度模型

由單面均勻提花編織紗線形態(tài)可知，單面均勻提花的紗線形態(tài)主要可以分解為2種基本組織結(jié)構(gòu)，分別為浮線組織對(duì)應(yīng)線圈長(zhǎng)度為l0，前針床成圈組織對(duì)應(yīng)線圈長(zhǎng)度為l1。下面將分別對(duì)浮線組織和前針床成圈組織建立線圈長(zhǎng)度模型，求得l0和l1的線圈長(zhǎng)度表達(dá)式。線圈長(zhǎng)度模型中所涉及的參數(shù)如下所示：織針針頭截面e(mm)，織針針頭圓半徑r(mm)，織針間距離t(mm)，針床上沉降片厚度h(mm)，編織時(shí)織針的彎紗深度f(wàn)(mm)，以及用于編織的紗線直徑d(mm)。

2.3.1 浮線組織

由于浮線組織在編織時(shí)織針不勾取紗線，因此針距t即為單個(gè)浮線組織的線圈長(zhǎng)度l0。浮線組織線圈長(zhǎng)度模型如圖4所示。浮線組織線圈長(zhǎng)度l0表達(dá)式如式(5)所示。

圖4 浮線組織線圈長(zhǎng)度模型

l0=t

(5)

2.3.2 成圈組織

成圈組織線圈長(zhǎng)度模型如圖5所示。

圖5 成圈組織線圈長(zhǎng)度模型

由圖5可知，假設(shè)BC段為直線段，織針在勾取紗線時(shí)，點(diǎn)B與針板間存在1個(gè)起翹量，因此BC段可視作以GH為一直角邊的直角三角形的斜邊，故BC段長(zhǎng)度如式(6)所示。

(6)

由圖5(b)側(cè)視效果圖可得GH段長(zhǎng)度如式(7)所示。

(7)

根據(jù)圖5(a)中C點(diǎn)與沉降片的位置關(guān)系，假設(shè)紗線無(wú)形變，則CD段的近似長(zhǎng)度如式(8)所示。

(8)

最終算得前針床線圈長(zhǎng)度l1表達(dá)式如式(9)所示。

l1=2(AB+BC+CD)

(9)

2.4 預(yù)測(cè)模型的建立

根據(jù)上述緯編單面均勻提花各色紗線工藝編織矩陣與2種基本組織結(jié)構(gòu)線圈長(zhǎng)度，在MatLab編輯器中編輯如表3單面均勻提花紗線長(zhǎng)度累加算法所示的算法，最終計(jì)算出各色紗線在編織過(guò)程中消耗的總長(zhǎng)度。具體運(yùn)算過(guò)程如下：首先以工藝編織矩陣的每行為1個(gè)循環(huán)來(lái)累加該行的紗線長(zhǎng)度增加量Δs，在提花各色紗線工藝編織矩陣中，每當(dāng)遇到數(shù)值0時(shí)，紗線長(zhǎng)度就增加l0，遇到數(shù)值1時(shí)，紗線長(zhǎng)度就增加l1。

結(jié)合上述各類(lèi)提花織物的紗線長(zhǎng)度累加算法與編織用紗線線密度，在MatLab中編輯如圖6耗紗量預(yù)測(cè)模型算法流程圖所示的算法預(yù)測(cè)提花各色紗線的消耗量。如圖6所示，該模型可以實(shí)現(xiàn)以下功能：在MatLab中輸入花型圖案、花型顏色數(shù)c、編織參數(shù)、紗線線密度ρ后，通過(guò)一系列的運(yùn)算，最終可直接輸出提花織物各色紗線消耗量w，達(dá)到簡(jiǎn)單快捷地預(yù)測(cè)提花織物耗紗量的目的。

2.5 預(yù)測(cè)模型驗(yàn)證

圖7 提花花型圖案

為驗(yàn)證上述所得緯編單面均勻提花織物各色紗線耗紗量預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性，設(shè)置如下試驗(yàn)對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證。分別將如圖7提花花型圖案所示的6個(gè)花型圖案，用紗線線密度均為41.66 tex的羊毛/腈綸混紡紗線，在型號(hào)為STOLL CMS530C077.2的電腦橫機(jī)上編織。提花工藝編織參數(shù)：紗線直徑d=0.28 mm，針頭截面直徑e=0.52mm，針頭圓半徑r=1.03 mm，沉降片厚度h=0.35mm，針距t=1.81 mm，彎紗深度f(wàn)=1.73 mm。將每種花型圖案試織3次并分別稱(chēng)量，取平均值作為這6種提花織物各色紗線消耗量的實(shí)際值，通過(guò)上文所得的提花耗紗量預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)各色紗線消耗量，最后將實(shí)際值與預(yù)測(cè)值按照式(10)做誤差分析。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果與誤差分析結(jié)果如表4所示。

(10)

表4 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果與誤差分析

如表4所示，按照以上6種提花花型編織緯編單面均勻提花時(shí)，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值誤差值范圍為-0.14～0.20 g，誤差率范圍為-1.96%～4.83%。該驗(yàn)證結(jié)果表明，文中所建立的預(yù)測(cè)模型在預(yù)測(cè)上文中所示的2色和3色單面均勻提花織物各色紗線消耗量時(shí)，可以將誤差范圍控制在-1.96%～4.83%，相對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了緯編單面均勻提花織物在實(shí)際上機(jī)編織過(guò)程中各色紗線的消耗量。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文利用MatLab編輯了緯編單面均勻提花織物耗紗量預(yù)測(cè)模型。該模型可實(shí)現(xiàn)以下功能：在MatLab中輸入花型圖案、花型顏色數(shù)、編織參數(shù)、紗線線密度后，通過(guò)運(yùn)算可以直接輸出提花各色紗線消耗量。并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該模型在預(yù)測(cè)緯編單面均勻提花織物各色紗線的消耗量時(shí)可以將誤差范圍控制在-1.96%～4.83%之間，為企業(yè)在提花設(shè)計(jì)階段核算成本提供參考，也為緯編提花織物耗紗量預(yù)測(cè)軟件的開(kāi)發(fā)提供一定的研究思路。