低損耗緯編成形女士背心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模

董智佳, 孫 菲， 叢洪蓮， 俞旭良

(江南大學(xué) 針織技術(shù)教育部工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

本文以女士緊身短背心為例，將傳統(tǒng)緯編無縫背心縱向織造的寬肩帶下放轉(zhuǎn)化成橫向織造的水平矩形肩帶，利用針織組織斜向伸張力自然形成活動(dòng)余量的特點(diǎn)，將水平矩形肩帶拉伸至人體穿戴的位置。通過結(jié)構(gòu)功能分區(qū)，設(shè)計(jì)不同拉伸性能的組織結(jié)構(gòu)。通過組織仿真與背心建模完成各項(xiàng)參數(shù)可視化，核對(duì)分區(qū)位置和數(shù)值。最終上機(jī)織造實(shí)物，對(duì)比結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化前后的工序損耗情況，以期為緯編成形服裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化提供新的設(shè)計(jì)思路，使其產(chǎn)品損耗降低，更加低碳環(huán)保。

1 緯編成形背心的模板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化

1.1 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的理論依據(jù)

針織物是彎紗成圈、相互串套的，縱橫聯(lián)系密切，線圈結(jié)構(gòu)均勻，在搭配彈性紗線織造后，受力拉伸時(shí)，線圈可以沿縱橫向相互轉(zhuǎn)移，具有各向異性。圖1示出線圈任意角度的拉伸受力分析?？梢姰?dāng)α增大至45°時(shí)，斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)和拉伸模量達(dá)到極大值，此時(shí)針織物的拉伸力學(xué)性能最佳，具有較強(qiáng)的伸縮性和延展性。如果將背心肩帶區(qū)域組織的垂直方向或受力最大方向與水平方向拉成45°，就可以利用組織產(chǎn)生的斜向伸張力自然形成活動(dòng)余量，以此作為穿戴時(shí)肩帶的豎直方向。

圖1 線圈拉伸受力分析圖

線圈拉伸受力分析公式[7]為：

Fx=F1sinα+F2cosα

式中：Fx為水平方向上的受力；Fy為垂直方向上的受力；F1為沿線圈縱行方向的分力；F2為沿線圈橫列方向的分力；α為線圈橫列與水平方向的夾角。

人體肩斜角度(肩線與水平線的夾角)均值為22°，將穿戴時(shí)的肩帶近似看作垂直肩線，其角度為68°[8]，其中需要包括肩帶組織最佳拉伸度數(shù)45°以及下機(jī)后因?yàn)榻M織尺寸收縮產(chǎn)生的上翹度數(shù)23°。圖2為肩帶轉(zhuǎn)化前后示意圖。箭頭①表示織造工藝方向的變化：將縱向織造的寬肩帶下放為橫向織造的水平矩形肩帶。箭頭②表示穿戴方向的變化：利用肩帶部位組織較強(qiáng)的斜向伸張力和延伸性能，將橫向肩帶斜拉轉(zhuǎn)為縱向穿著肩帶。

圖2 肩帶轉(zhuǎn)化前后示意圖

1.2 模板結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化

緯編無縫產(chǎn)品在圓機(jī)上織造，下機(jī)后是閉合的三維立體筒狀織物，為了方便結(jié)構(gòu)分區(qū)設(shè)計(jì)，從側(cè)面將其展平為二維的平面模板結(jié)構(gòu)圖。模板結(jié)構(gòu)圖決定上機(jī)織造程序，是緯編成形技術(shù)的關(guān)鍵之一。其橫向意匠格數(shù)是由機(jī)器筒徑?jīng)Q定的固定值，縱向意匠格數(shù)代表縱向織造針數(shù)，由服裝長(zhǎng)度實(shí)際需要決定。緯編無縫產(chǎn)品的縱向長(zhǎng)度與穿著時(shí)所需長(zhǎng)度基本一致，產(chǎn)品圍度小于穿著圍度。

縱向織造寬肩帶的緯編成形背心的模板結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示，可以看作背心結(jié)合橫縱縮率后擴(kuò)大的外形輪廓。通過控制縱向織造針數(shù)來形成深度不同的前后領(lǐng)窩。這種模板結(jié)構(gòu)存在裁耗多的問題，尤其在織造肩帶區(qū)域時(shí)，裁耗面積就大于布料使用面積，使得原料成本和機(jī)器能耗提高。

對(duì)比兩組患者麻醉術(shù)后的不良反應(yīng)率及VAS評(píng)分,將評(píng)分分為三個(gè)階段:1~3分為輕度疼痛、4~7分為中度疼痛、7~10分為重度疼痛。

圖3 無縫背心模板結(jié)構(gòu)圖

將圖3(a)所示縱向織造的肩帶下放至圖3(b)所示橫向織造的矩形肩帶，在前片與后片設(shè)計(jì)不同尺寸收縮的無縫組織，利用收縮比差，使背心前部比后部收縮更大，自然形成前后領(lǐng)窩，可以減少陰影區(qū)域裁耗，使產(chǎn)品損耗降低。橫向織造時(shí)在肩帶區(qū)設(shè)置與肩帶矩形等寬的扎口程序，同時(shí)在縱向織造針數(shù)減少的情況下得到雙層肩帶，分擔(dān)拉伸疲勞，穿戴壽命增加。

2 緯編成形女士緊身短背心設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)功能分區(qū)

本文以一款女士緊身短背心設(shè)計(jì)為例，其結(jié)構(gòu)要素包括：下圍織帶、罩杯、肩帶、側(cè)比、夾彎、背部結(jié)構(gòu)、雞心[9]。對(duì)其進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分，女性特殊的身體曲率使得分區(qū)線條多為曲線[10]。根據(jù)所需無縫組織的性能把劃分好的區(qū)域歸為6類，即低彈承托區(qū)A、高收縮比區(qū)B、高彈區(qū)C、高延伸區(qū)D、中彈區(qū)E、設(shè)計(jì)區(qū)F，區(qū)域細(xì)分如圖4所示。

圖4 背心款式圖

A區(qū)域分布在女性的乳房下部承托胸部、在側(cè)面收緊副乳、在后中心支撐形態(tài)；在前中心和后中心上方的肩帶區(qū)域設(shè)計(jì)A組織收緊，避免肩帶拉伸余量導(dǎo)致的布面起皺。B區(qū)域分布在背心前部的雞心區(qū)域，其組織尺寸收縮大，下機(jī)后前中區(qū)域收縮大于后中區(qū)域，前領(lǐng)窩弧度大于后領(lǐng)窩，水平矩形肩帶自然上翹，為拉伸提供可能。C區(qū)域分布在水平矩形肩帶除前中和后中以外的區(qū)域，方便協(xié)調(diào)水平肩帶拉伸至穿戴位置；分布在罩杯區(qū)域上方，與雞心區(qū)域配合抽起胸包，以適應(yīng)女性乳房曲率；分布在下擺處使穿脫方便。D區(qū)域分布在肩帶拉伸區(qū)與罩杯區(qū)域的連接處，起銜接的作用。E區(qū)域分布在A區(qū)域低彈承托區(qū)的附近，中和尺寸收縮差異大的兩個(gè)組織結(jié)構(gòu)，使服裝平整，起過渡作用。F區(qū)域分別分布在裁耗區(qū)、非功能區(qū)，減少紗線原料的浪費(fèi)。

2.2 模板結(jié)構(gòu)圖的繪制

將如圖4所示的三維閉合筒狀背心從左側(cè)展開，得到如圖5所示的平面功能分區(qū)模板結(jié)構(gòu)圖，前片以前中心線為縱軸左右對(duì)稱，后片亦然。

圖5 功能分區(qū)模板結(jié)構(gòu)圖

圖5中各區(qū)域橫縱向意匠格數(shù)與實(shí)際橫縱向長(zhǎng)度如表1所示。其中橫縱向針數(shù)均為以各個(gè)不規(guī)則區(qū)域邊緣計(jì)算的最大針數(shù)。

表1 各分區(qū)數(shù)值表

各個(gè)區(qū)域?qū)嶋H橫向尺寸為Fh(n)，cm;實(shí)際縱向尺寸為Fz(n)，cm。筒狀衣片實(shí)際總橫向尺寸為Ph(n)，cm；實(shí)際總縱向尺寸為Pz(n)，cm。各個(gè)區(qū)域橫向織造意匠格數(shù)為Ah(n)，個(gè)；縱向織造意匠格數(shù)為Az(n)，個(gè)。模板結(jié)構(gòu)圖中總橫向意匠格數(shù)為Mh(n)，個(gè)；總縱向意匠格數(shù)為Mz(n)，個(gè)。Mh(n)受機(jī)器筒徑影響為固定值1 344個(gè)，n代表圖5所示的17個(gè)區(qū)域代號(hào)，織造針數(shù)與實(shí)際長(zhǎng)度換算的計(jì)算公式為：

Ah(n)=Mh(n)Fh(n)/Ph(n)

Az(n)=Mz(n)Fz(n)/Pz(n)

2.3 組織設(shè)計(jì)

按照已經(jīng)劃好的功能區(qū)域需求，設(shè)計(jì)不同性能的無縫組織，實(shí)現(xiàn)背心曲度變化，滿足各區(qū)域使用需求，各區(qū)域組織結(jié)構(gòu)意匠圖如圖6所示。

圖6 組織意匠圖

A區(qū)域組織結(jié)構(gòu)緊密、彈性低，起承托功能，設(shè)計(jì)2+2假羅紋(組織1)、收緊組織(組織2)、橫向1隔3縱向1隔2浮線組織(組織3)。B區(qū)域組織尺寸收縮比大，結(jié)構(gòu)緊密低彈，設(shè)計(jì)褶裥組織(組織4)。C區(qū)域組織具有高彈性回復(fù)，設(shè)計(jì)橫向1隔3縱向1隔1浮線組織(組織5)、1隔1浮線組織(組織6)。D區(qū)域組織具有高延伸性，設(shè)計(jì)2+1假羅紋組織(組織7)。E區(qū)域組織介于高彈性與低彈性之間，設(shè)計(jì)1隔3浮線斜紋組織(組織8)。F區(qū)域組織透氣，組織結(jié)構(gòu)變化少，設(shè)計(jì)網(wǎng)眼組織(組織9)、平紋組織。

3 三維建模與虛擬展示

3.1 緯編成形女士背心區(qū)域數(shù)據(jù)核對(duì)

運(yùn)用CLO3d軟件對(duì)人體模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，獲得衣服尺碼為160/84A的特征女性人體模型，完成參數(shù)化三維人體模型重建。根據(jù)表1中結(jié)構(gòu)功能分區(qū)中的各區(qū)域的位置及數(shù)值占比，使用3 d筆工具在特征女性人體模型上劃分功能區(qū)域，如圖7所示?？梢灾苯佑^察功能分區(qū)線的位置和數(shù)值是否與人體結(jié)構(gòu)匹配。3 d筆工具可以快速獲得各個(gè)曲線的長(zhǎng)度，相對(duì)于人體實(shí)際測(cè)量更為準(zhǔn)確。此外，建立背心模板結(jié)構(gòu)參數(shù)與人體部位尺寸間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以驗(yàn)證模板結(jié)構(gòu)圖中各分區(qū)的位置和占比數(shù)據(jù)的合理性。

圖7 特征人體區(qū)域劃分圖

3.2 組織結(jié)構(gòu)仿真

使用SDS-ONE Design軟件對(duì)織物線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維仿真模擬，獲得逼真的高精度的線圈、面料模擬仿真效果。在組織結(jié)構(gòu)意匠圖設(shè)計(jì)完成后，輸入編織結(jié)構(gòu)，紗線的線密度、顏色，截取4個(gè)組織循環(huán)的仿真圖，導(dǎo)出.png格式的無縫組織仿真圖，在背心建模時(shí)調(diào)用。

3.3 緯編成形女士緊身背心的建模

在特征人體模型上使用3 d筆根據(jù)設(shè)計(jì)好的背心結(jié)構(gòu)繪制出區(qū)域形狀，得到三維背心曲面板片，再使用板片工具展平為二維板片，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行曲線修正。然后顯示人體安排點(diǎn)，將板片安排至人體合適區(qū)域，使用縫紉線工具對(duì)板片進(jìn)行固定方向的縫合，將二維平面樣片虛擬縫合在特征人體模型上，創(chuàng)建虛擬無縫背心。再將仿真面料通過法線貼圖技術(shù)和紋理貼圖技術(shù)，與背心模型結(jié)合，達(dá)到增強(qiáng)織物真實(shí)感的目的。最后打開模擬觀測(cè)背心的整體形態(tài)，根據(jù)虛擬展示效果對(duì)二維樣片上的分區(qū)和數(shù)值進(jìn)行修正。背心的模擬參數(shù)屬性如下：粒子間距為2 mm，厚度為0.1 mm，緯向縮率為17%，經(jīng)向縮率為29%，面密度為53 g/m2。其中粒子間距代表織物的硬度與品質(zhì)，粒子間距越小，織物越軟，模擬品質(zhì)越好。緯編無縫女士緊身短背心仿真效果如圖8所示。

圖8 背心仿真圖

4 優(yōu)化前后損耗對(duì)比

4.1 工藝實(shí)現(xiàn)

采用圣東尼無縫內(nèi)衣圓機(jī)(SM8-TOP2 MP2)編織, 機(jī)號(hào)E28針/(2.54 cm)，筒徑38.1 cm，總針數(shù)為1 344針。緯編成形女士緊身短背心是彈性貼體產(chǎn)品，除了組織結(jié)構(gòu)，還有紗線原料和織物密度會(huì)影響織物延伸性能。

選用紗線需要滿足柔軟親膚、彈性好的特點(diǎn)。該無縫內(nèi)衣機(jī)為添紗織造，2根紗線同時(shí)喂入機(jī)器。面紗選用77 dtex錦綸/氨綸包覆紗，地紗選用56 dtex聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)彈性纖維。

對(duì)于消極式給紗的緯編機(jī)，線圈長(zhǎng)度的主要影響因素為彎紗深度。通過改變Digraph3plus程序中成圈密度參數(shù)來調(diào)整每個(gè)成圈三角的位置，以此來改變彎紗深度，進(jìn)而改變織物的密度。背心3個(gè)區(qū)域的織造參數(shù)設(shè)置如下：矩形肩帶P18，衣身P11，下圍織帶P25。

使用PHOTON軟件繪制出.dis格式的模板結(jié)構(gòu)圖；再使用Digraph3plus軟件進(jìn)行成圈機(jī)件和針數(shù)的設(shè)置；機(jī)器通過讀取.co程序文件進(jìn)行編織。下機(jī)經(jīng)過煮縮與后道處理得到成品，成品如圖9所示。整個(gè)生產(chǎn)過程中無縫背心的尺寸會(huì)涉及3個(gè)：下機(jī)尺寸、成品尺寸、穿著尺寸。下機(jī)尺寸涉及織造縮率，下機(jī)尺寸與成品尺寸之間涉及染整縮率，成品尺寸與穿著尺寸之間涉及拉伸率與壓力舒適性。具體尺寸數(shù)據(jù)如表2所示。

圖9 背心實(shí)物圖

4.2 損耗對(duì)比

在緯編成形上機(jī)程序里，1個(gè)意匠格數(shù)代表1個(gè)線圈針數(shù)，為了統(tǒng)計(jì)圖3(a)與圖3(b)2種模板結(jié)構(gòu)圖優(yōu)化前后的意匠格數(shù)，將其從上機(jī)程序中導(dǎo)出，在AdobePhotoShop軟件中使用魔棒工具選中不同色塊，獲得直方圖中每個(gè)色塊的像素點(diǎn)，用像素點(diǎn)來統(tǒng)計(jì)意匠格數(shù)，可以表征每個(gè)區(qū)域的工作量，表3示出結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化前后各工序區(qū)域像素點(diǎn)數(shù)。

由表3可得，在其他各參數(shù)不變的情況下，紗線原料與意匠格數(shù)成正比，意匠格數(shù)以像素點(diǎn)數(shù)表征，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后紗線原料使用量減少8%?？v向針數(shù)減少，使機(jī)器織造時(shí)間減少，單面無縫提花機(jī)轉(zhuǎn)速為60 r/min，一次編織8路，結(jié)合實(shí)際計(jì)時(shí)得到優(yōu)化后背心織造時(shí)間減少7.7%，如表4所示。

表4 背心制造工序表

優(yōu)化后裁剪區(qū)像素點(diǎn)減少69.6%。轉(zhuǎn)化前縫合工序中的像素點(diǎn)是2道肩線，轉(zhuǎn)化后矩形肩帶通過調(diào)節(jié)機(jī)器緊度控制織造密度，以調(diào)節(jié)肩帶的尺寸，縫合工作量降為0。轉(zhuǎn)化后用肩帶區(qū)的扎口取代前后領(lǐng)口的包邊，包邊像素點(diǎn)相應(yīng)減少57.9%。轉(zhuǎn)化后水平矩形肩帶的設(shè)計(jì)使裁耗區(qū)減少69.6%，有效增加了布料利用率，更加低碳環(huán)保。通過對(duì)實(shí)際制作工序的分析可知，結(jié)構(gòu)工藝轉(zhuǎn)化前后的緯編成形女士短背心在部分工序的損耗有所降低。

5 結(jié) 論

針織組織斜向伸張力自然形成活動(dòng)余量為緯編成形服飾的設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)理念，肩帶織造方向由縱向轉(zhuǎn)化為橫向，可以消除無縫背心普遍存在的肩縫，使裁耗區(qū)占比降低69.6%，面料利用率提升，使得服裝生產(chǎn)更加低碳環(huán)保。三維建模與虛擬展示是依照二維到三維再到二維的思路，通過產(chǎn)品的參數(shù)可視化仿真，提高各區(qū)域位置和數(shù)據(jù)的合理性和精確度。減少設(shè)計(jì)工序和研發(fā)工序中的反復(fù)打樣，也能縮短開發(fā)周期、規(guī)范生產(chǎn)流程、簡(jiǎn)化經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、減少人力物力的損耗。本文研發(fā)的緯編成形女士緊身短背心，通過改變肩帶織造方向和優(yōu)化模板結(jié)構(gòu)圖，可以使生產(chǎn)工序中紗線原料減少8%，機(jī)器織造時(shí)間減少7.7%，裁剪工序時(shí)長(zhǎng)減少50%，縫合工序消除，包邊工序時(shí)長(zhǎng)減少33.5%，損耗降低，為緯編成形女士緊身背心的模板結(jié)構(gòu)圖優(yōu)化提供參考。