Solidworks軟件在“針織物組織與結構設計”課程教學中的應用

周 琪

(湖南工程學院 紡織服裝學院，湖南 湘潭 411101)

“針織物組織與結構設計”是一門以不同緯編針織物組織與結構設計為主要內容的實踐性課程。該課程要求學生掌握不同緯編針織物組織結構，培養學生基于功能對緯編針織物組織結構進行設計和表達的能力。目前在課程教學時，主要通過學生進行拆樣分析，在實驗報告中對緯編針織物組織進行結構表達。以往緯編針織物教學中對組織結構的表達多選用三角配置圖、花型意匠圖、紗線排列圖等較為簡單的方式，很少繪制直觀、復雜的線圈結構圖，主要原因是手繪緯編針織物組織結構耗時多，且尚未有用于繪制緯編針織物組織結構的繪圖軟件。筆者利用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織的線圈結構圖并用于“針織物組織與結構設計”課程教學，將緯編針織物組織結構清晰地展示給學生，幫助學生理解和掌握每一種緯編針織物組織的結構特點，為學生設計和開發不同的緯編針織物提供理論基礎。

一、 緯編針織物線圈模型的構建

為了從理論上分析緯編針織物的結構，了解不同緯編針織物的組織結構特點，首先建立緯編針織物的線圈模型，為用計算機軟件繪制緯編針織物的線圈結構提供基礎。目前，國內外用于緯編針織物結構建模的主要有Pierce線圈建模理論、分段函數線圈建模理論及B樣條曲線線圈建模理論。在用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結構圖時，主要利用樣條曲線線圈模型的理論基礎。在Solidworks軟件中有Bezier和B樣條兩種曲線線圈模型。

1. Bezier曲線線圈模型

Bezier曲線是一種非常自由的曲線，通過改變其控制點的位置和權重就能改變線條的形狀。相對于傳統的直線和圓弧相組合來表達曲線的方式，Bezier曲線繪制的線圈精度要高得多[1]。

根據Bezier曲線的數學表達式，可獲得一次、二次及更高次數的Bezier曲線。所用Bezier曲線表達式的次數越高，能表達曲線的復雜程度也越高，獲得的Bezier曲線更加逼近各控制點。圖1為Solidworks軟件中采用Bezier曲線繪制的單個線圈圖。

圖1 利用Bezier曲線繪制的單個線圈

2. B樣條曲線線圈模型

B樣條曲線擬合應用于繪制離散數據點的變化趨勢，一般采用數據逼近或者迭代的方法得到，是圖像處理和逆向工程中的重要內容[2]。B樣條曲線作為Bezier曲線的一般化，既保留了Bezier曲線的優點，又增強了可局部修改的特性，可方便解決連續性的拼接問題，實現曲線的重建[3]。根據B樣條曲線的數學表達式，通過改變曲線曲率改變控制點的坐標向量，改變B樣條曲線的大小和控制點的逼近效果。在Solidworks軟件中B樣條曲線分為B樣條(3)、B樣條(5)及B樣條(7)三種，圖2為Solidworks軟件中以3種不同B樣條曲線繪制的單個線圈。

(a) B樣條(3)(b) B樣條(5)(c) B樣條(7)圖2 利用B樣條曲線繪制的單個線圈

二、 用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結構圖

從圖1和圖2可以看出，B樣條曲線繪制的線圈效果更加逼近實際線圈形狀，其中以B樣條(7)曲線最優，因此，本文采用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結構圖都基于緯編針織物的B樣條(7)曲線模型。用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結構圖包括單個線圈草圖繪制、組織結構串套和特征掃描。下面以緯平針織物組織為例，用Solidworks軟件完成結構圖繪制。

1. 單個線圈草圖繪制

繪制單個線圈需根據緯編針織物的組織結構確定單個線圈的大小和形狀，以形成組織結構串套時表達良好的空間關系。單個線圈的大小和形狀可選擇不同曲率的B樣條曲線進行繪制。緯平針織物的組織結構比較簡單，在繪制單個線圈草圖時選用B樣條(7)曲線，圖3為繪制的緯平針織物單個線圈草圖。

圖3 利用B樣條(7)曲線繪制的單個線圈

2. 組織結構串套

用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結構圖的重點和難點是找準線圈與線圈之間的位置關系。在Solidworks軟件中，通過建立三維空間中平行、重疊、交叉等關系的不同基準面來實現緯編針織物組織中串套、交叉等結構。用Solidworks軟件繪制緯平針織物組織結構圖，需建立與線圈橫列數量相同的基準面。本文以3個橫列為例，建立3個基準面作為表達不同橫列線圈的串套和交叉，如圖4所示。

圖4 利用B樣條(7)曲線繪制的組織結構串套

3. 特征掃描

在通過建立不同基準面繪制了緯編針織物組織結構的草圖后，線圈與線圈之間整體呈現的是平面效果。對緯編針織物組織結構草圖進行特征掃描，能加強不同基準面繪制線圈的串套、交叉等關系的立體效果，真實地展現緯編針織物的三維組織結構。在Solidworks軟件中對上述繪制緯平針織物組織結構圖進行特征掃描，如圖5所示，不同線圈橫列間圈干、圈柱的前、后覆蓋準確地表達了緯平針織物組織的工藝正面和工藝反面。

(a) 工藝正面(b) 工藝反面圖5 緯平針織物的三維組織結構

通過上述方法，Solidworks軟件可以繪制更加復雜的緯編針織物的組織結構，如羅紋組織、添紗組織、襯墊組織等，如圖6所示。

(a) 1+1羅紋添紗組織(b) 平針添紗組織

三、 用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結構在教學中的應用

讓學生學習和掌握緯編針織物的組織結構是針織專業課程教學的重要目標。用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結構可應用在課前、課中及課后環節，以促進學生快速和牢固地掌握緯編針織物組織結構。

(1) 在課程開始前，將下一節課涉及的緯編針織物組織結構圖繪制出來，結合教材內容以及相關輔助資料，要求學生總結組織結構中線圈的位置關系、繪制組織結構的方法等。使學生有目的、帶任務地預習下一節課程內容，同時為學生的課程平時成績評定提供依據。

(2) 在課程教學中，結合組織結構的三角圖、排紗圖用Solidworks軟件畫出對應位置的線圈，逐步地演示喂入每一根紗線的成圈過程，并展現不同橫列之間的串套、交叉關系，形象生動地表達了教學內容中的抽象概念，如工藝正面、襯緯、襯墊等。用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結構的過程，清晰地解剖了緯編針織物的組織結構，為學生學習緯編針織物的功能與應用打下了堅實的基礎，同時為學生設計和開發不同緯編針織物組織提供了理論支撐。

(3) 在課后作業中，要求學生采用Solid-works軟件繪制緯編針織物的組織結構圖，以檢驗學生對每種緯編針織物組織的掌握情況；也可提出緯編針織物的功能要求，要求學生通過創新設計繪制不同緯編針織物的組織結構圖，使學生能夠舉一反三，拓展應用所學知識。

四、 結語

將Solidworks軟件應用于“針織物組織與結構設計”課程教學，豐富了課程的教學內容，提高了教學效果，提升了專業的應用價值，增強了學生的實踐能力，是一種值得推廣的教學方法。