基于田口實驗方法的褲子結構提臀性優化

王蘭敏，肖愛民，徐 紅，王紅敏，古麗加依達爾·革命別克，第那拉·黃太，陳 伶

(1.新疆大學 紡織與服裝學院，新疆 烏魯木齊 830046； 2.鄭州大學 信息工程學院，河南 鄭州 450001)

女性青睞于能展現優美曲線的褲裝，王朔[1]通過對197位青年女性的調查發現,61.9%青年女性對所購買的褲裝提臀效果不滿意，并運用正交法對貼體女褲襠部結構進行了細化研究。嚴燕連等[2]針對扁平臀型的合體褲裝結構進行了優化設計，并進行了主觀評價。屠華[3]運用對樣褲拓版的方法得出影響提臀效果的結構設計參數并進行實驗研究，得出隨著總襠寬的減小，后上襠傾斜角的增大，前后襠寬比減小，褲子提臀效果變好的規律。錢瑤婷等[4]對國內提高牛仔褲臀部塑性的方法進行了總結，并指出關于提臀牛仔褲的結構研究較少，實現具有優良提臀效果的結構有待進一步研究。目前對于褲裝提臀效果的研究較少且不系統全面，提臀效果及舒適度是人們購買褲裝時重要參考指標之一，因此關于褲子提臀性能的結構研究十分必要。

田口實驗設計方法(簡稱田口實驗方法)是由日本的田口玄一博士提出，該方法是利用正交表來挑選實驗條件和安排實驗的方法，相對于傳統正交試驗極大地減少了實驗次數，是一種低成本、高效益的實驗方法。田口實驗方法注重“源流”管理理念，即開發設計環節是保證產品質量的源流，即為上游，制造和檢驗階段是下游，上游是決定產品質量的關鍵。本文運用田口實驗方法，從褲子結構設計的源頭進行控制處理，以提高褲子提臀效果的穩定性。運用田口實驗方法不僅能減少實驗中的試錯次數，而且能設計出滿足顧客使用需求的最優化褲子結構。

1 提臀效果的信號因素及水平

褲子臀部結構見圖1。示出了影響褲子提臀性的主要因素，橫襠線以上部分是褲子結構設計的重點，總襠寬占臀圍百分比(簡稱總襠寬占比)、前后襠寬比、后上襠傾斜角、起翹量的大小是影響褲子提臀效果的關鍵因素。

圖1 褲子臀部結構

總襠寬取決于人體臀胯部的厚度，對褲子的適體性具有顯著的影響。在理論上總襠寬超過凈臀圍的12%就能滿足人體的需求，但在設計褲子結構時，一般選擇總襠寬占比為14%～16%[3]。

前后襠寬比分別對應小襠彎和大襠彎在橫襠線上的水平投影[5]。前后襠寬比越小，即后襠寬占總襠寬的比例越大，滿足臀部上翹的量越多，襠部貼體性越好。一般褲子前后襠寬比約為1∶2[6]，總襠寬越小，臀部越緊身相當于對臀部施加了輕度壓力，使臀部曲線自然托高，達到提臀效果[3]。

臀凸點高及臀腰差的大小影響后上襠傾斜角。臀凸-及臀腰差越大后上襠傾斜角越大，反之越小。 彈性面料滿足合體褲型的后襠傾斜角一般選擇10°～15°，無彈性面料選擇12.5°～15.0°[7]。

起翹量的設置是為了彌補人體在進行彎腰、下蹲、跳躍等動作時伴隨人體體表皮膚的牽伸而引起后上襠量的不足。熊曉光[8]研究指出合體褲的起翹量設置在1.5～3.0 cm能滿足人體需要。

依據參考文獻[6-8]，選取顯著影響褲子提臀效果的總襠寬占比、前后襠寬比、后上襠傾斜角、起翹量作為信號因素，每個因素選取4個水平,田口實驗信號因素水平表見表1。

表1 田口實驗信號因素水平表

2 實驗部分

2.1 樣褲規格

本文實驗選用白坯布制作貼體褲褲型，依照貼體褲的放松量原則確定腰圍放松量為2 cm，臀圍放松量為4 cm。樣褲規格為：褲長94 cm、腰圍70 cm、腳口圍22 cm。

2.2 實驗設計思路

實驗共設計18條樣褲，第1條根據原型紙樣制作，稱為原型版褲，第2～17條根據田口實驗方法設計的參數制作實驗版褲，第18條為根據最優化試驗方案制作的優化版樣褲。最終通過原型版褲、實驗版褲、優化版樣褲的評價判定田口實驗方法的價值。

2.3 田口實驗方案

田口實驗設計方法具有正交性，即每個因素的各水平與其他因素的各水平組合1次，具有均勻分散性和整齊可比性。“均勻分散性”指在每一列中不同水平出現的次數相同，“整齊可比性”指任意2列中各水平的排列方式齊全且均衡。本文采用田口實驗方法，進行4因素4水平的實驗，以確定褲子提臀效果最優的設計方案。

2.4 主客觀評價指標

提臀效果好的褲子具有臀凸感明顯、臀凸點高，后浪與人體貼合度良好的特征，因此將臀凸角和臀凸點高定為評判提臀效果的客觀指標。主觀評價為穿著者及觀察者對褲子提臀效果的主觀評價指標。主觀評價由穿著者和觀察者進行評判。穿著者評判依據是穿著時在彎腰、蹲、跨、跳、走、坐等動作時是否有牽扯感和緊繃感，程度大小用緊、略緊、正好、略松、非常松表示。觀察者的評判依據為襠部線條與臀溝的契合程度、臀凸感、臀部是否有褶皺。穿著者及觀察者主觀評價指標分為1～5級，1級最差、5級最好。

3 實驗結果分析

3.1 原型版樣褲分析

運用原型紙樣依據樣褲規格進行打板，得到的褲子臀凸角為18°，臀凸點高為84.17 cm，主觀評價為3級。說明原型版褲子提臀效果并不理想，因此進行優化實驗研究。

3.2 實驗版樣褲分析

3.2.1 實驗結果

信噪比是表征產品性能穩健性的指標[9]，本文實驗將臀凸角、臀凸點高度和主觀評價作為褲子提臀性能的響應數據。信噪比越大，表示該實驗的提臀性能越優。田口實驗正交分析見表2。其中臀凸角、臀凸點高度、主觀評價數據為6位專業人士對同一模特穿著實驗樣褲進行客觀及主觀評價的平均值。可以看出，第13組實驗的提臀效果最好，第1組實驗的提臀效果最差。

3.2.2 信號因素對提臀性影響程度判定

信噪比響應表可以反映各信號因素對提臀效果的影響程度，是對指標均值的一種響應。通過信噪比響應表可以推斷出每個因子的最佳水平。通常田口實驗設計的目標是實現標準差最小化，信噪比最大化，均值盡可能大。本文實驗的信噪比響應表見表3。其中Delta是信噪比的極差值[10]，Delta越大表示該因素對褲子的提臀效果影響越顯著。排秩與Delta相對應，Delta中最大的對應排秩中的1，次之的對應排秩中的2，依此類推，最小的對應排秩中數值最大的。由表3可以得出，起翹量對褲子提臀效果影響顯著，4個因素對提臀效果的影響程度依次為：起翹量>后上襠傾斜角>總襠寬占比>前后襠寬比。

表2 田口實驗正交分析

表3 信噪比響應表

3.2.3 最優因素水平確定

通過Minitab統計軟件中的DOE(實驗設計)田口實驗法可以做出表3對應的信噪比主效應圖，見圖2。采用圖2可以檢查一個或多個因子水平均值之間的差值。因子的每個水平以相同方式影響響應，且不同水平對響應的影響不同。圖2還可以反映各因素對提臀效果影響的趨勢，各個因素的斜率根據不同的指標產生變化。信噪比越高表示該因素該水平輸出的性能穩健性越好，其預測誤差越小。其中后上襠傾斜角的斜率較大，對褲子提臀性的影響顯著。由圖2可以得出，達到最優提臀性能的因素水平為A4B2C4D2,即總襠寬占比16%，前后襠寬比 1∶2.7，后上襠傾斜角15.5°，起翹量為2 cm。

殘差圖一般用于檢驗回歸方差分析及擬合優度問題。圖3為信噪比殘差圖。

圖2 信噪比主效應圖

圖3 信噪比殘差圖

圖3(a)顯示了實驗樣本殘差的累積頻率分布與理論正態分布的累積概率分布之間的關系，可以看出實驗樣本殘差的分布不成一條直線，說明影響提臀效果的結構信號因子不成正態分布；圖3(b)中”擬合值” 表示信噪比預測值，殘差隨機分布在0值上下兩側，說明信號因子滿足方差分析；圖3(c)中“頻率”表示殘差值在實驗中出現的次數，圖3(d)中“觀測值順序”為田口實驗編號，從圖3(c)(b)可以看出假設評價指標誤差穩定，無畸變點出現。

3.2.4 信噪比交互作用

影響提臀效果的各因素信噪比交互作用矩陣見圖4。可以看出，各因子各水平斜率都相互交叉，總襠寬占比、前后襠寬比、后上襠傾斜角、起翹量4個因素任意2個因素間都有交互作用。如當總襠寬占比13.0%～13.2%時，前后襠寬比為1∶2.5，后上襠傾斜角為13.5°，起翹量為2 cm最優；當總襠寬占比13.2%～14.3%時，前后襠寬比為1∶2.9，后上襠傾斜角為14.5°，起翹量為2 cm最優；當總襠寬占比14.3%～15.5%時，前后襠寬比為1∶2.7，后上襠傾斜角為12.5°，起翹量為2 cm最優；當總襠寬占比15.5%～16%時，前后襠寬比為1∶2.3，后上襠傾斜角為15.5°，起翹量為2 cm最優。同理可以從圖4預測并優化不同因子之間的水平，為提高褲子的提臀效果提供依據。同時可以得出在A、B、C合理水平下，起翹量為2 cm總是最優的。

3.2.5 方差分析

圖4 信噪比交互作用矩陣圖

方差分析用于2個或2個以上樣本均數差別的顯著性檢驗[11]，可計算出各信號因子對提臀效果影響的大小。信噪比方差分析見表4。其中p值表示模型及各個因子的顯著水平，系統默認值α為0.05。從表4可以看出，起翹量對應的p值<0.05，說明起翹量對提臀效果影響顯著，其他3個因子影響相對較小。

表4 信噪比方差分析

注：Seq SS為順序SS偏差平方和；Adj SS為調整后的偏差平方和；Adj MS為調整后的平均后的偏差平方和；F為2個均方的比值。

3.3 優化版樣褲預測及實驗

綜上所述，通過對信噪比主效應(圖2)的分析得到最優提臀性能的因素水平為總襠寬占比16%,前后襠寬比1∶2.7，后上襠傾斜角15.5°，起翹量2 cm，而該組數據并未在表2的16組實驗中。利用Minitab統計軟件對該組信號因素水平進行預測并進行實驗，得出預測的信噪比為-0.906 924，大于表2最優的第13組實驗的信噪比(-0.993)，可以預測在該最優信號水平下的提臀效果優于表2第13組實驗的結果。在該信號因素水平下做出第18條優化版樣褲，并通過6位專業人士對模特穿著的優化版樣褲進行客觀及主觀評價，得到優化版樣褲性能指標的平均值為臀凸角23.33°，臀凸點高84.67 cm，主觀評價指標為4.33級。驗證了在該信號水平對褲子提臀效果進行了更好的優化。

4 結 論

①使用信噪比響應表可判斷出后上襠傾斜角對褲子提臀性的影響最顯著，4個信號因素對提臀效果的影響程度依次為：起翹量>后上襠傾斜角>總襠寬占比>前后襠寬比。

②采用Minitab統計軟件中的DOE田口實驗法作出信噪比主效應圖，據此得出最優提臀性能的信號因素水平為：總襠寬占比16%，前后襠寬比1∶2.7，后上襠傾斜角15.5°，起翹量2 cm。

③通過影響提臀效果的各因素信噪比交互作用矩陣圖可以判斷出各信號水平的交互關系，預測并優化不同因子之間的水平，為提高褲子的提臀效果提供依據，并得出起翹量為2 cm是最合理的。

④通過對第18條優化版樣褲的測量及主客觀評價得出，優化版樣褲的臀凸角為23.33°，臀凸點高為84.67 cm，主觀評價等級為4.33，與田口實驗正交分析表最優的第13組實驗結果相比臀凸角基本相同，臀凸點提高0.17 cm，主觀評價指標提高0.03個級別。相對于原型版褲的臀凸角提高5.88°，臀凸點高提高0.5 cm，主觀指標評價提高1.33個級別。實驗結果表明田口實驗方法對褲子提臀性的結構優化研究的有效性。