“新工科”背景下“現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學探索

杜 磊，王來力，朱海峰，劉 正，鄒奉元

(浙江理工大學 a.服裝設計國家級虛擬仿真實驗教學中心;b.服裝國家級實驗教學示范中心; c.服裝學院, 浙江 杭州 310018)

“新工科”建設是以創新型、綜合化、全周期、開放式工程人才培養為理念，以全面踐行“以學生為中心、產出導向教育”質量理念，對高校人才培養提出了新的挑戰[1]。實驗教學是人才培養的重要環節，對提高學生解決復雜工程問題的創新意識、實踐操作能力具有決定性作用[2]。虛擬仿真方法的引入可彌補傳統實驗教學的不足，有效地將現代信息技術融入傳統實驗教學，拓展實驗教學內容的廣度和深度，提升實驗教學的質量和水平[3]。成衣工業化生產實驗課程受到硬件條件及時空的制約，導致學生在學習中難以對全流程進行實踐操作。我校(浙江理工大學)服裝學院結合課堂教學，依據“虛實結合、以虛補實”的原則，按照OBE教學理念，運用虛擬仿真等技術創建虛擬場景，將理論教學和實驗教學深度融合，實現理論教學形象化，實驗教學可推理化，“理論—仿真—實驗”一體化，將理論問題展示得更加形象，讓學生理解得更加透徹，有效提高了成衣工業化生產實驗課程教學效果和人才培養質量[4]。

一、 “現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學建設目的

時尚產業是滿足人民群眾對美好生活向往的產業，服裝產業是時尚產業的重點發展領域，創新服裝專業人才培養模式是推動時尚產業發展的重要舉措。“成衣工藝學”是服裝專業人才培養的核心課程，由于成衣的工業化生產流程長、工序多且復雜、生產設備多且占地面積大，在課程教學中學生難以進行全流程實踐操作，導致學生對該部分理解不夠深入透徹。基于此，虛擬仿真實驗教學應運而生。我校“現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學建設以培養具有自主學習能力和專業實踐能力的創新應用型人才為目標，依據“虛實結合、以虛補實”的原則，以典型成衣產品為切入點，貫穿成衣模塊化生產工藝全流程。采用3D建模、虛擬仿真、人機交互等技術，自主研發成衣模塊化生產工藝虛擬仿真實驗，通過模擬成衣工業化生產全流程，讓學生系統掌握成衣生產核心模塊和關鍵工藝技術，培養學生分析和解決成衣工藝技術問題的能力和創新意識。

二、 “現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學的設計思路

“新工科”背景下虛擬仿真課程設計是基于課堂教學的延伸，在整體設計上充分考慮到學生對內在原理的理解和實踐操作層面的探索[5]。“現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學設計目的就是讓學生理解并掌握成衣工業化生產的全流程工藝技術，分析和解決成衣工藝過程中可能出現的技術問題。同時充分考慮到學生的參與深度和沉浸式體驗，讓學生在類似游戲的場景中，以主角視角完成對“現代成衣生產工藝”全流程的交互學習。設計思路為：構建“理論—仿真—實驗”一體化框架，基于現代成衣生產工藝流程，要求學生在虛擬環境下通過資料、模型、視頻進行認知學習，并設置可操作的交互性實驗，促進學生掌握成衣模塊化生產工藝；同時根據學生實驗操作情況進行測評，在測評后對實驗操作進行解析，使學生鞏固學習成效。

“現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學的整體架構如圖1所示，主要包括生產準備工程、裁剪工程、黏合工程、縫制工程、整理包裝工程。在各工程中，對于比較抽象或者平時學生不易注意到的加工過程和技術細節以模塊化的形式充分展示。例如通過成衣縫制部位的深入分析，可選擇匹配的縫型種類和線跡類別進行成衣的虛擬縫制，并觀察縫制效果，加強對成衣縫制工藝知識的掌握。但虛擬仿真實驗教學的真正意義不僅僅是展示，而是讓學生能夠更多地參與解決復雜工程問題，使他們在成衣生產的流程中從工程師的角度針對不同成衣產品進行工藝流程設計和生產模塊工藝技術參數選擇，激發學生的學習興趣，強化教學效果。

圖1 “現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學的整體架構

三、 “現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學的實施

成衣工業化生產加工包括生產準備工程、裁剪工程、黏合工程、縫制工程、整理包裝工程，每個工程又包括多個工序和多種生產工藝技術，工藝流程復雜。該實驗教學通過虛擬仿真技術，對生產工藝流程、生產工序和生產設備進行3D模擬，全方位再現典型成衣產品(如襯衫、裙裝、西服等)的工業化生產真實場景。同時重點構建邏輯關系，使學生在交互體驗中通過對生產工藝關鍵技術參數進行選擇、仿真，掌握典型成衣產品模塊化生產工藝，進而深入理解課程教學中的原理性知識和復雜工程問題[6]。

1. 生產準備工程

生產準備工程是成衣生產流程的起點，是做好整個成衣生產工作的基礎，關系到生產中的裁剪、黏合、縫制、整燙一系列后續工作能否順暢地進行。首先在材料選擇時就把材料的配用原則作為一個考察點。學生在選擇面輔料等時，要充分考慮材料、質感、色彩等的配伍關系。其次是前期選擇與后續加工參數的關聯性。不同材料和不同結構參數的面料，其性能如縮水率、熱縮率、耐熱度、強度、手感、質感等各不相同，這些性能均會對服裝造型、形態穩定性以及服裝加工工藝參數有較大的影響，需要慎重選擇。

2. 裁剪工程

裁剪也是成衣生產的基礎性工作，它不僅直接影響成衣質量，而且決定著用料的消耗，從而直接影響成衣生產的經濟效益。在裁剪工程中，學生要合理制訂裁剪方案，根據服裝款式、面料性能選擇合適的鋪料和排料方式。如學生在制訂裁剪方案時，要根據生產條件和經濟效益等因素考慮裁剪床數、每床層數、不同規格搭配以及每床各規格件數；又如學生前期對于款式是否對稱、面料是否為倒順花的選擇，都會影響到后續排料和鋪料。這里如果選擇錯誤，系統不予提示，而是直接進行下去，造成較大的生產錯誤和經濟損失，讓學生能夠更加深刻地記憶知識點，在日后的學習和工作中更加慎重地選擇各項工藝參數(如圖2所示)。

圖2 材料選擇、鋪料方式和排料方式配伍

3. 黏合工程

對于黏合工程，學生通過內容提要掌握黏合機理、工藝參數的確定以及黏合襯的配伍與選用。在實驗過程中，學生首先要根據所選定的面料來選配合適的黏合襯，并確定匹配的黏合工藝參數(溫度、壓力、時間)，同時還要根據款式確定用襯的位置。在此階段可以導入黏合機理和剝離強力測試視頻，以加深學生對理論知識的理解(如圖3所示)。

圖3 黏合工藝參數及黏合襯剝離強力測試

4. 縫制工程

在縫制工程實驗中，可以對選定成衣進行縫制工序分析。通過線跡形成動畫分析不同的線跡類型，選擇匹配的線跡。通過縫型形成動畫分析不同的縫型類別，選擇匹配的縫型，并進行虛擬縫制。從多個角度虛擬重現各類線跡和縫型的縫制細節，以加深學生對其形成原理和適用范圍的理解。在交互環節，重點考察學生根據成衣不同部位縫口特點選擇線跡和縫型的能力。最后，還可分析影響縫口強度的因素，根據前期基礎實驗所建立的縫口多因素模型預測所選參數的縫口強度(如圖4所示)。

圖4 虛擬縫制演示及縫口強度測試

5. 整理包裝工程

在整理包裝工程中，讓學生充分理解整燙定型機理和工藝條件，分析熨燙工藝參數和黏合工藝參數的異同點，通過對比形成知識點關聯記憶，并展示典型成衣熨燙定型的工藝方法和過程，掌握各整燙工序細節和技術要求(見圖5)。在后續的包裝環節中，讓學生根據不同的款式選擇不同包裝方式，完成整個成衣生產。

圖5 襯衫整燙定型工藝流程

四、 結語

“現代成衣生產工藝”虛擬仿真實驗教學構建了“理論—仿真—實驗”一體化框架，將成衣生產流程進行模塊化分解，借助虛擬現實技術，讓學生以主角視角實現對工序、設備、視頻、虛擬動畫沉浸式多維學習，激發學生的學習興趣，提高學習效率。同時，讓學生對各模塊中的實驗參數進行交互式選擇，最終形成反饋評分，以強化學生的記憶，提高學生解決現代成衣實際生產中復雜工程問題的能力。