電弧防護服插肩袖結構參數優化研究

楊子田，徐彩燕，文 雯

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電弧防護服插肩袖結構參數優化研究

楊子田1，徐彩燕1，文 雯2

（1. 東華大學 服裝與藝術設計學院，上海 200051；2. 上海意芙服飾有限公司，上海 200011）

針對U公司現役電弧防護服袖結構設計不合理，選取衣袖傾斜角、袖山高、袖窿下落量和衣袖符合點位置為關鍵結構參數以探討電弧防護夾克插肩袖結構優化方案。通過正交實驗和主、客觀評價分析，得到結構參數最佳組合方案為：衣袖傾斜角33o、袖山高11cm、袖窿下落量3cm、衣袖前后符合點位置為胸圍線上7.5cm胸寬線處和9cm背寬線處。運用該方案制作的電弧防護夾克的靜態美觀性和動態舒適性明顯優于U公司現役電弧防護夾克。

電弧防護服；插肩袖；美觀性；舒適性；正交實驗；結構參數優化

防護服是指在生產作業中保護人們避免或減少職業傷害的一類服裝[1]。隨著我國電力行業發展和電能的廣泛使用，由電引起的安全事故日益增多[2]，而在短時間內造成嚴重傷亡的電弧故障[3]卻未能在國內引起足夠關注。目前國內針對電弧防護服的研究包括對電力作業環境、需求[4]和作業服裝裝類別[5]的總結分析，查閱到的電弧防護服款式外觀、結構和性能等方面研究仍然不多。

本文從靜態美觀性和動態舒適性角度出發，分析現役電弧防護服的插肩袖結構設計不足，確定影響插肩袖舒適性和美觀性的關鍵結構因素，通過結構參數正交組合實驗和主客觀評價相結合的方法，探討提高電弧防護服舒適性和美觀性的插肩袖關鍵結構參數最佳配伍，并通過驗證實驗說明最佳配伍組合下的插肩袖結構優于U公司現役電弧防護服插肩袖結構。

1 實驗

1.1 正交實驗設計

實驗前期針對U公司現役電弧防護夾克不合體、肩部略緊和腋下結構設計不合理，在男裝基本規格設計方法和人體皮膚形變規律的基礎上，對夾克的款式及整體和細部規格尺寸進行再設計并制作樣衣。通過對樣衣的動態舒適性、靜態美觀性的主觀評價結果進行初步分析后，修改細部尺寸和制作樣衣，發現修改后的樣衣的動態舒適性與修改前相比有了很大的提高，但若要同時提高其靜態美觀性，可通過正交組合實驗對其插肩袖結構參數設置進行進一步的研究。

圖1 電弧防護夾克實驗樣衣款式圖

1.1.1 確定因素個數及水平

根據市場調研結果和U公司對其目標消費群體特征描述——年齡范圍為24-48歲、身高為170-178cm的青年和中老年男性，并考慮到作業環境特殊性，穿著該類防護服的有啤酒肚或駝背特征的中老年男性較少，因此將用于正交實驗的電弧防護夾克號型設置為175/92A。確定以如圖1所示的立領、衣身無分割、插肩一片袖的較寬松風格夾克款式作為正交實驗的樣衣款式，規格尺寸和細部活動松量如表1所示。

表1 電弧防護夾克規格尺寸及細部活動量　（單位: cm）

影響插肩袖美觀性和舒適性的主要因素有袖山高、袖肥、袖窿下落量、衣袖傾斜角和衣袖符合點位置[6-7]。由于在目前最常見的插肩袖結構設計方法中，一般會在確定衣袖傾斜角后根據經驗值確定袖山高。另外，基于袖山高與袖肥間的變化關系，即袖山越高則袖肥越小，袖山越低則袖肥越大，故可選擇袖山高作為其中一個關鍵結構參數。因此，本文確定以衣袖傾斜角、袖山高、袖窿下落量、衣袖符合點位置作為正交實驗中插肩袖設計的關鍵結構參數。

關鍵結構參數取值設置要考慮作業人員作業期間的主要動作。本文研究的是在低壓設備和開關柜前作業的工作人員穿著的電弧防護服的插肩袖結構設計，此類工作人員作業期間手臂常見動作為抬手倒閘、關閘。通過動作分解，確定作業人員面對機器時手臂動作常見位置為水平向上60o、水平和水平向下45o，在各位置上的常見狀態為手臂伸直和彎曲呈90o和0o。

本文確定插肩袖款式為介于較寬松和較合體的風格。在表1前、后袖角設置基礎上，參考插肩袖寬松風格定義[8]，設置衣袖傾斜角分三個水平取值為33o、35o和38o；依據衣袖傾斜角和袖山高關系公式H=0.3029a+0.6168[6]，對應地將袖山高取值為11cm、12cm和13cm。由于袖山風格可由衣袖傾斜角和袖山高確定，因此本文設置組合變量（衣袖傾斜角，袖山高），并將其命名為袖山風格變量。從有利于手臂上舉角度出發，以東華男裝原型胸圍線為基礎，在較寬松的插肩袖結構中，袖窿下落3-4cm時插肩袖整體效果最佳[9]，因此設置袖窿下落量為3cm；為滿足手臂上抬要求，衣袖符合點設置需參照人體前、后腋點高度和胸寬、背寬位置確定[10-11]，結合實際測量，得知人體前腋點和后腋點分別距離胸圍線約7.5cm和9cm，故取衣袖前符合點為胸圍線上6.5-8.5cm胸寬線處、衣袖后符合點為胸圍線上8-10cm背寬線處，前后衣袖符合點位置組合分三個水平取值為（6.5cm, 8cm）、（7.5cm, 9cm）、（8.5cm, 10cm）。基于上述取值設置，以袖窿下落量作為定量、袖山風格變量和衣袖前后符合點位置組合作為變量進行正交組合（2因素3水平9組實驗）。電弧防護夾克插肩袖正交實驗方案匯總如表2所示，表中S1-S9為9款實驗方案樣衣編號，A表示的（衣袖傾斜角，袖山高）取值為A1(33o, 11cm)、A2（35o, 12cm）、A3（38o, 13cm），B表示的衣袖前后符合點位置取值為B1（6.5cm, 8cm）、B2（7.5cm, 9cm）、B3（8.5cm, 10cm）。

表2 插肩袖結構參數正交實驗方案

1.1.2 樣衣制作

根據已確定的電弧防護夾克款式、規格尺寸和正交組合結果，設置正交組合實驗方案樣衣其余結構參數規格尺寸與表1一致。為減少實驗誤差，樣衣S1-S9選用相同質量的白坯布進行制作，由同一人采用同一工藝在固定針號、針距、針跡的同一平縫機上縫制完成。

1.2 實驗過程

1.2.1 主觀評價實驗

主觀評價實驗分為兩部分：動態舒適性試穿實驗和靜態美觀性評價實驗。

動態舒適性試穿實驗選取8名年齡在20-45歲之間、身高區間為170-180cm、體重區間為60-72kg、體型接近中國青年男子標準體型的健康男性作為試穿者。靜態美觀性評價實驗選取8名服裝專業學生作為評價者。實驗在溫度為（23.5±1）℃、相對濕度65±5%的恒溫恒濕實驗室內進行。

在動態舒適性試穿實驗中，根據常見作業動作，設置6個評價指標動作為：①手臂自然下垂；②手臂自然前舉；③手臂前舉最大幅度；④手臂側舉最大幅度；⑤雙手交疊放于后腰部；⑥雙手抱頭。各動作下舒適性理想狀態如表3所示。由8名試穿者每人分別穿著9款實驗方案樣衣后，手臂模擬評價指標動作并根據自身感受對各動作下的舒適性進行評分。評價方法采用心理學5級評價標尺[12]，對樣衣動態舒適性進行主觀評價，分為5個等級：差、較差、一般、較好、好，對應評分范圍內的5個數值：1、2、3、4、5，其中5代表評價指標理想狀態。

表3 動態舒適性主觀評價指標動作及指標理想狀態

在靜態美觀性評價實驗中，8名試穿者每人分別穿著9款實驗樣衣后，自然站立狀態下手臂自然下垂，由8名評價者對著裝狀態下各形態的美觀性進行評分。評價指標形態及各形態的美觀性理想狀態如表4所示。具體評價方法和動態舒適性主觀評價方法一致。

表4 靜態美觀性主觀評價指標形態及指標理想狀態

1.2.2 客觀評價實驗

本實驗作為動態舒適性主觀評價的輔助評價，包括服裝覆蓋度測評和肢體活動能力測評。前者采取貼標記線方法測量服裝滑移量，分別測量由8名試穿者每人分別穿著9件實驗樣衣后手臂在自然前舉、前舉最大幅度、自然側舉、側舉最大幅度狀態下的袖口和側縫底擺滑移量，分別記作A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4。后者選用手持式重力角度儀測量肩關節活動角度進行[13]，測量的主要角度為手臂前舉和側舉最大角度，角度值記作G1和G2。上述測量均由同一人操作，反復測量三次，分別取平均值作為最終數值。

2 實驗結果與討論

2.1 主觀評價結果

2.1.1 數據預處理[14]

采用SPSS非參數檢驗中的Friedman和Kendall’s W兩種方法對樣衣動態舒適性、靜態美觀性主觀評價實驗數據進行分析，計算得到的Kendall’s W調和系數均接近1，說明舒適性和美觀性評價結果一致性都很高；兩種檢驗方法計算得出的概率P值均小于0.05，說明所得評價數據有效。

采用SPSS偏相關分析方法分析衣袖傾斜角、衣袖符合點位置與動態舒適性評價分數、靜態美觀性評價分數間的相關性，顯著性水平為0.05。結果表明，當衣袖傾斜角作為控制變量時，衣袖符合點位置與舒適性、美觀性分別呈負相關和正相關關系且關系顯著；衣袖符合點位置為控制變量時，衣袖傾斜角與舒適性呈負相關且關系顯著，與美觀性相關關系不顯著。

2.1.2 模糊綜合評價

模糊綜合評價法以模糊數學為基礎，把定性評價轉化為定量評價，能夠對受到多個因素制約的對象或事物作出一個總體的評價[15]。為了選出動態舒適性和靜態美觀性最佳的樣衣方案，實驗采用模糊綜合評價法對主觀評價結果進行處理，通過以下6個步驟開展：

（1）確定9件樣衣構成的模糊綜合評價對象集S={S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9}；

（2）定義靜態美觀性因素集U={U1, U2, U3, U4}={整體形態，正面形態，側面形態，背面形態}，動態舒適性因素集U={U1, U2, U3, U4, U5, U6}={手臂自然下垂，手臂自然前舉，手臂前舉最大幅度，手臂側舉最大幅度，雙手交疊放于后腰部，雙手抱頭}；

（3）定義評語集V={V1, V2, V3, V4, V5}={差，較差，一般，較好，好}，評語賦值QZ={1, 2, 3, 4, 5}；

（4）根據評價得分均值構建靜、動態模糊關系矩陣如R1、R2所示：

（5）確定樣衣靜動態評價權重矩陣為Q={0.32 0.68}，靜態美觀性和動態舒適性各評價指標權重分別為A1={0.3 0.3 0.2 0.2}和A2={0.14 0.22 0.13 0.2 0.11 0.1 0.1}；

（6）利用模糊綜合評價合成算子公式，在MATLAB中進行矩陣運算[16]，得到一級模糊綜合評價結果分別為：

B11=A1*R1=[0.913 0.946 0.975 0.930 0.967 0.957 0.926 0.971 0.968]

B22=A2*R2=[0.924 0.964 0.913 0.911 0.867 0.893 0.951 0.920 0.918]

由上述計算結果可知9件樣衣的靜態美觀性和動態舒適性的一級模糊綜合評價結果分別為：

S3>S8>S9>S5>S6>S2>S4>S7>S1和S2>S7>S1>S8>S9>S3>S4>S6>S5

根據靜、動態評價指標權重占比和模糊綜合算子公式得出二級模糊評價結果：

W=Q*B=[0.920 0.958 0.933 0.917 0.899 0.913 0.943 0.936 0.934]

因此9件電弧防護夾克樣衣的靜動態模糊綜合評價結果為：

S2>S7>S8>S9>S3>S1>S4>S6>S5

由上述結果可知：S3為9件樣衣中靜態美觀性最佳的結構參數組合，S2為動態舒適性和綜合性能最佳的組合。

2.2 客觀評價結果

客觀評價作為動態舒適性主觀評價的輔助評價，其結果如下。

2.2.1 服裝滑移量測量結果分析

計算袖口滑移量A1、A2、A3、A4和底擺滑移量B1、B2、B3、B4分別對應的均值，得知均值最大的為手臂前舉最大幅度下的袖口滑移量A2=6.93cm和手臂側舉最大幅度下的底擺滑移量B4=12.48cm。根據DL/T 320-2010個人電弧防護用品通用技術要求中規定的電弧防護服袖口覆蓋部分不少于100mm、分體設計上下裝間覆蓋部分不少于150mm，比較可知6.93cm<100mm、12.48cm<150mm，故9件樣衣的袖口和底擺滑移量，即服裝覆蓋度滿足國家標準中的相關要求。

2.2.2 肩關節活動角度測量結果分析

對9件樣衣的肩關節活動角度進行分析，結果如圖2所示。

圖2 樣衣不同動作下肩關節活動角度

由圖可知，在相同實驗環境和條件下，9件樣衣的肩關節活動角度大小排序為：S2>S7>S1>S8>S9> S3>S4(S6)>S5，與主觀評價模糊綜合分析所得排序結果基本一致，并參考服裝覆蓋度測評結果，認為可接受S2作為最佳結構參數組合。

3 樣衣驗證實驗

根據正交組合實驗主客觀綜合評價得到最佳方案組合S2，取衣袖傾斜角為33o、袖山高11cm、袖窿下落量3cm、衣袖前后符合點位置分別為胸圍線上7.5cm胸寬線處和9cm背寬線處，其余結構參數規格尺寸與表1一致。采用U公司提供的二級防護級別電弧防護面料制作樣衣。

靜態美觀性驗證通過對比最佳方案樣衣和U公司現役電弧防護夾克的整體和正、側、背面視覺效果進行，對比標準參考表4評價指標，對比結果如表5所示，認為最佳方案樣衣的靜態美觀性優于U公司現役電弧防護夾克。

表5 靜態美觀性對比結果

動態舒適性驗證通過測量最佳方案樣衣和U公司現役電弧防護夾克肩關節活動角度進行，測得在手臂前舉最大幅度和側舉最大幅度狀態下，最佳方案樣衣中對應角度分別為165o和175o、現役防護夾克為150o和160o，可知最佳方案樣衣肩關節活動角度大于U公司現役防護夾克，認為最佳方案樣衣動態舒適性更優。

4 結論

本文采用正交組合實驗對影響插肩袖舒適性和美觀性的關鍵結構參數設置進行了探討，通過人體著裝實驗和主、客觀評價分析得出插肩袖最佳結構參數組合方案，即衣袖傾斜角=33o、袖山高=11cm、袖窿下落量=3cm、衣袖前后符合點位置分別為胸圍線上7.5cm胸寬線處和9cm背寬線處。經樣衣驗證對比，運用了最佳組合方案的電弧防護夾克的靜態美觀性和動態舒適性明顯優于U公司現役電弧防護服。研究所得的最佳結構參數組合具有一定的實踐意義，可以為防護服結構優化研究提供一定的思路參考。

本文采用U公司提供面料進行了電弧防護服結構研究，沒有深入探討不同電弧防護面料下的結構方案，因此結論具有一定局限性，有待進一步研究驗證。

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A Study on the Structure Parameter Optimization of Raglan Sleeves in Electric Arc Protective Garments

YANG Zi-tian1, XU Cai-yan1, WEN Wen2

（1. Fashion and Art Design Institute, Donghua University, Shanghai 200051, China;2. Shanghai Yifu Fashion Co, .Ltd, Shanghai 200011, China)

In order to improve the sleeve structure design in the existing arc protective garments, this article selects sleeve tilt angle, sleeve cap height, the quantity of armhole dig-under and corresponding point positions as the key structure parameters that determine the comfort and aesthetics of the raglan sleeves in electric arc protective jackets. Based on the results of the orthogonal experiment and the subjective and objective evaluations, the optimum parameter combination is obtained. It is verified that the sample garment made, based on the optimum combination, surpasses that provided by U company in terms of dynamic comfort and static aesthetics. The result obtained is somewhat limited in its practical application, nevertheless, the methodology can contribute to future studies on electric arc protective garment structure.

Electric arc protective garment; raglan sleeve; aesthetics and comfort; orthogonal experiment; parameter optimization

楊子田（1971-），男，副教授，博士，研究方向：服裝數字化和服裝先進制造.

TS 941

A

2095－414X(2018)03－0051－06