緯編兩面提花針織物的工藝設計模型

梁佳璐， 叢洪蓮， 張愛軍

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

目前紡織工業的發展正向著科技、時尚和綠色的方向進行，采用提花手段可增加面料的時尚感，減少后整理和印染工序，從而實現綠色發展。緯編兩面提花針織物通過使用色紗在針筒及針盤上選針編織，在織物的正反兩面體現花型效應，漸漸在針織物市場中占據一定份額[1]。緯編兩面提花針織物組織結構復雜，花型變化豐富，立體效應多變，在進行工藝制作時，工藝設計難度大，且傳統的緯編提花針織物的設計開發需要不斷地進行上機打樣，設計效率低，生產成本高[2]。以數學方法為基礎，借助計算機強大的圖像、信息處理技術實現對緯編兩面提花針織物的工藝設計及來樣處理，便于提高設計效率，降低開發成本[3-4]。

緯編針織物按照生產設備分為圓型緯編針織物和平型緯編針織物2種類型。圓型緯編機編織線圈類型多樣，工藝種類豐富，圓型緯編針織物容易實現兩面提花編織，因此，本文中緯編提花針織物指的是圓型緯編提花針織物。目前已經有人通過使用數學方法對緯編提花針織物進行設計開發和仿真模擬，但是與緯編兩面提花針織物相關的研究較少。通過使用花型意匠圖矩陣數字化和編織圖矩陣數字化可實現緯編單面提花織物和雙面提花織物的快速設計[5-6]。建立花型意匠圖和編織圖的二維矩陣及研究二者信息的轉換算法可實現緯編雙面提花織物、緯編仿蕾絲織物、緯編提花毛圈織物的快速設計[7-9]。以花型意匠圖、編織圖的數學模型為基礎建立緯編針織物CAD系統，實現織物工藝設計的功能[10-11]。對緯編兩面提花針織物的設計開發尚處于起步階段，缺少對織物結構特征的分析與織物設計效率的提高方法。

本文在分析緯編兩面提花針織物結構特征的基礎上，將織物單元結構組成分為9種類型，采用數學矩陣的方法建立花型意匠圖矩陣、編織意匠圖矩陣、單元格定義矩陣以及編織圖矩陣，研究花型意匠圖矩陣和編織圖矩陣之間的轉換算法，建立工藝設計的數學模型，最后對工藝設計模型進行驗證，為緯編兩面提花針織物的設計與仿真提供了一定的理論依據。

1 結構特征提取

緯編兩面提花針織物是指上機織造時紗線在針筒和針盤上均按照花型意匠圖選針進行編織，最終在織物的正反兩面均具有獨立花型效應的花色組織。與緯編雙面提花針織物相比，前者織物反面的花型不再是后者的橫條、縱條、芝麻點和空氣層類型的花型效應，而是和織物正面一樣具有了提花效果，織物結構更加復雜，花型變化更加豐富，立體效應更加多變。四色緯編兩面提花針織物如圖1所示。

2 單元結構表達

織物的每個編織圖單元格表示織物正反2個線圈結構單元，同時紗線在針筒和針盤編織的基本線圈結構單元都有成圈、集圈和浮線3種，因此，緯編兩面提花針織物的每個編織圖單元格可分為9種基本結構單元，如圖2所示。

3 設計模型建立

為便于織物工藝設計模型的建立，使用F表示織物正面，使用B表示織物反面。

3.1 工藝設計模型組成

3.1.1 花型意匠圖矩陣

緯編兩面提花針織物在織造過程中可選針進行提花編織，在織物正反2面形成不同的花型效果。其花型意匠圖表示織物正面或反面的花型意匠信息，一般采用最小的花型循環來表示，每橫列表示織物每橫列正面或反面的花型意匠信息，每縱行表示織物每縱行正面或反面的花型意匠信息。由于花型意匠圖是二維平面圖，因此使用2個二維矩陣PF和PB來表示花型意匠圖的花型意匠信息。

采用一維矩陣S(Sort)來表示花型意匠圖中的顏色種類數，逐個分析花型意匠圖矩陣中每個元素的顏色值，定義S0為花型意匠圖矩陣中第1個顏色值，以此類推，將Sc-1定義為花型意匠圖矩陣的第c個顏色值。

當織物進行上機工藝制作時，需要根據織物提花編織使用的色紗種類數確定花型意匠圖中每一花型行編織需要的工藝行數，設n表示織物提花編織時使用的色紗種類數。采用一維矩陣D來表示織物提花編織使用的色紗，定義D0為一個花型行中第1路工藝行編織的紗線顏色，以此類推，將Dn-1定義為一個花型行中第n路工藝行編織的紗線顏色。

D=[D0…Dn-1]

3.1.2 編織意匠圖矩陣

將花型意匠圖的花高工藝行化就會形成1個編織意匠圖，編織意匠圖的花寬和花型意匠圖的花寬是相同的，但是其花高H和花型意匠圖的花高h有如下的倍數關系：

H=n×h

編織意匠圖的顏色種類數和花型意匠圖的顏色種類數是相同的。由于編織意匠圖也是1個二維的平面圖，分別用二維矩陣TF和TB表示：

3.1.3 單元格定義矩陣

在對緯編兩面提花針織物的花型意匠圖進行單元格定義的過程中，同一工藝行中可選擇多個顏色值進行成圈或集圈編織，因此，織物提花編織使用的色紗種類數小于或等于花型意匠圖中的顏色種類數，因此需建立一個矩陣來將織物提花編織使用的色紗種類數和花型意匠圖中的顏色種類數聯系起來，此處可采用單元格定義矩陣來表示。

對緯編兩面提花針織物的編織意匠圖進行單元格定義時，由于織物的正反兩面均需要選針進行編織，即針筒和針盤均需選擇相對應的顏色值來表示紗線的單元結構，因此，同1個編織意匠圖會有2個單元格定義矩陣，分別以二維矩陣AF和AB來表示織物的單元結構：

3.1.4 編織圖矩陣

通過單元格定義矩陣可判斷出每路紗線在每個編織圖單元格中所表示的針筒單元結構信息和針盤單元結構信息，然后以此為依據，在編織意匠圖中一一對應可得出織物的編織圖信息，編織圖信息用二維矩陣FF和FB來表示：

式中，表示取余。

由于織物是三維立體的實物，織物的正反兩面的編織圖信息都可使用1個二維矩陣來表示，設定z=1表示針筒針第x+1根針在第y+1路的編織圖信息；z=0表示針盤針第x+1根針在第y+1路的編織圖信息，此時可以將織物正反兩面的編織圖信息組成一個三維矩陣，織物編織圖信息由三維矩陣F表示：

表和的轉換關系Tab.1 Conversion relationship between

3.2 意匠圖和編織圖矩陣轉換

緯編兩面提花針織物的工藝設計流程是先將花型意匠圖工藝行化為編織意匠圖，再經單元格定義確定織物在這一編織圖單元格的正反面編織圖信息，最終通過相關轉換關系得出織物的編織圖信息。

3.3 工藝設計模型驗證

本文通過理論方法建立了緯編兩面提花針織物的工藝設計模型，下面以三色緯編兩面提花針織物的設計開發為例驗證本文的工藝設計模型。該織物使用的原料是16.67 tex(48f)滌綸低彈絲色紗，顏色是藍色、黃色和白色，使用的機型是總針數為2 400的OVJA1.6EE邁耶西兩面大提花圓機。

三色緯編兩面提花針織物的花型意匠圖如圖6所示。圖6(a)為織物正面花型意匠圖，圖6(b)為織物反面花型意匠圖，右側小組織圖表示織物花型意匠圖中不同區域填充的組織，小組織圖中每個方格表示線圈顏色及線圈大小。

通過花型意匠圖與編織意匠圖之間的轉換關系可得到織物正面編織意匠圖和織物反面編織意匠圖，接著通過單元格定義矩陣得到織物正面編織圖矩陣和織物反面編織圖矩陣，最后通過如圖5所示的轉換流程得到織物編織圖。

圖7示出三色緯編兩面提花針織物局部正面效果圖和反面效果圖。如上所述的三色緯編兩面提花針織物的工藝設計模型能夠實現緯編兩面提花針織物的快速設計。

4 結 論

本文研究了緯編兩面提花針織物的結構特征，分析了織物單元結構組成，建立了工藝設計的數學模型，驗證了織物的工藝設計模型，得到如下結論。

1)研究了緯編兩面提花針織物正反兩面相對部位的結構特征，并根據針筒和針盤編織的線圈結構類型，將織物的編織圖單元格分為9種基本類型。

2)采用數學矩陣的方式建立了緯編兩面提花針織物的工藝設計模型，包括花型意匠圖矩陣、編織意匠圖矩陣、單元格定義矩陣和編織圖矩陣，得出了花型意匠圖矩陣和編織圖矩陣之間的轉換算法。

3)以三色緯編兩面提花針織物的設計開發為例驗證了工藝設計模型的準確性，為以后緯編兩面提花針織物的設計與仿真提供理論。