低損耗緯編成形女士背心的結構設計與建模

董智佳, 孫 菲， 叢洪蓮， 俞旭良

(江南大學 針織技術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，將傳統緯編無縫背心縱向織造的寬肩帶下放轉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余量的特點，將水平矩形肩帶拉伸至人體穿戴的位置。通過結構功能分區，設計不同拉伸性能的組織結構。通過組織仿真與背心建模完成各項參數可視化，核對分區位置和數值。最終上機織造實物，對比結構轉化前后的工序損耗情況，以期為緯編成形服裝的結構設計與工藝優化提供新的設計思路，使其產品損耗降低，更加低碳環保。

1 緯編成形背心的模板結構轉化

1.1 結構轉化的理論依據

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

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45°以及下機后因為組織尺寸收縮產生的上翹度數23°。圖2為肩帶轉化前后示意圖。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的斜向伸張力和延伸性能，將橫向肩帶斜拉轉為縱向穿著肩帶。

圖2 肩帶轉化前后示意圖

1.2 模板結構圖的結構轉化

緯編無縫產品在圓機上織造，下機后是閉合的三維立體筒狀織物，為了方便結構分區設計，從側面將其展平為二維的平面模板結構圖。模板結構圖決定上機織造程序，是緯編成形技術的關鍵之一。其橫向意匠格數是由機器筒徑決定的固定值，縱向意匠格數代表縱向織造針數，由服裝長度實際需要決定。緯編無縫產品的縱向長度與穿著時所需長度基本一致，產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構如圖3(a)所示，可以看作背心結合橫縱縮率后擴大的外形輪廓。通過控制縱向織造針數來形成深度不同的前后領窩。這種模板結構存在裁耗多的問題，尤其在織造肩帶區域時，裁耗面積就大于布料使用面積，使得原料成本和機器能耗提高。

對比兩組患者麻醉術后的不良反應率及VAS評分,將評分分為三個階段: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 無縫背心模板結構圖

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，在前片與后片設計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，自然形成前后領窩，可以減少陰影區域裁耗，使產品損耗降低。橫向織造時在肩帶區設置與肩帶矩形等寬的扎口程序，同時在縱向織造針數減少的情況下得到雙層肩帶，分擔拉伸疲勞，穿戴壽命增加。

2 緯編成形女士緊身短背心設計

2.1 結構功能分區

本文以一款女士緊身短背心設計為例，其結構要素包括：下圍織帶、罩杯、肩帶、側比、夾彎、背部結構、雞心[9]。對其進行功能結構區域劃分，女性特殊的身體曲率使得分區線條多為曲線[10]。根據所需無縫組織的性能把劃分好的區域歸為6類，即低彈承托區A、高收縮比區B、高彈區C、高延伸區D、中彈區E、設計區F，區域細分如圖4所示。

圖4 背心款式圖

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

2.2 模板結構圖的繪制

將如圖4所示的三維閉合筒狀背心從左側展開，得到如圖5所示的平面功能分區模板結構圖，前片以前中心線為縱軸左右對稱，后片亦然。

圖5 功能分區模板結構圖

圖5中各區域橫縱向意匠格數與實際橫縱向長度如表1所示。其中橫縱向針數均為以各個不規則區域邊緣計算的最大針數。

表1 各分區數值表

各個區域實際橫向尺寸為Fh(n)，cm;實際縱向尺寸為Fz(n)，cm。筒狀衣片實際總橫向尺寸為Ph(n)，cm；實際總縱向尺寸為Pz(n)，cm。各個區域橫向織造意匠格數為Ah(n)，個；縱向織造意匠格數為Az(n)，個。模板結構圖中總橫向意匠格數為Mh(n)，個；總縱向意匠格數為Mz(n)，個。Mh(n)受機器筒徑影響為固定值1 344個，n代表圖5所示的17個區域代號，織造針數與實際長度換算的計算公式為：

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

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

2.3 組織設計

按照已經劃好的功能區域需求，設計不同性能的無縫組織，實現背心曲度變化，滿足各區域使用需求，各區域組織結構意匠圖如圖6所示。

圖6 組織意匠圖

A區域組織結構緊密、彈性低，起承托功能，設計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區域組織尺寸收縮比大，結構緊密低彈，設計褶裥組織(組織4)。C區域組織具有高彈性回復，設計橫向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區域組織具有高延伸性，設計2+1假羅紋組織(組織7)。E區域組織介于高彈性與低彈性之間，設計1隔3浮線斜紋組織(組織8)。F區域組織透氣，組織結構變化少，設計網眼組織(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域數據核對

運用CLO3d軟件對人體模型進行參數設置，獲得衣服尺碼為160/84A的特征女性人體模型，完成參數化三維人體模型重建。根據表1中結構功能分區中的各區域的位置及數值占比，使用3 d筆工具在特征女性人體模型上劃分功能區域，如圖7所示。可以直接觀察功能分區線的位置和數值是否與人體結構匹配。3 d筆工具可以快速獲得各個曲線的長度，相對于人體實際測量更為準確。此外，建立背心模板結構參數與人體部位尺寸間的對應關系，可以驗證模板結構圖中各分區的位置和占比數據的合理性。

圖7 特征人體區域劃分圖

3.2 組織結構仿真

使用SDS-ONE Design軟件對織物線圈結構進行三維仿真模擬，獲得逼真的高精度的線圈、面料模擬仿真效果。在組織結構意匠圖設計完成后，輸入編織結構，紗線的線密度、顏色，截取4個組織循環的仿真圖，導出.png格式的無縫組織仿真圖，在背心建模時調用。

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筆根據設計好的背心結構繪制出區域形狀，得到三維背心曲面板片，再使用板片工具展平為二維板片，記錄數據并進行曲線修正。然后顯示人體安排點，將板片安排至人體合適區域，使用縫紉線工具對板片進行固定方向的縫合，將二維平面樣片虛擬縫合在特征人體模型上，創建虛擬無縫背心。再將仿真面料通過法線貼圖技術和紋理貼圖技術，與背心模型結合，達到增強織物真實感的目的。最后打開模擬觀測背心的整體形態，根據虛擬展示效果對二維樣片上的分區和數值進行修正。背心的模擬參數屬性如下：粒子間距為2 mm，厚度為0.1 mm，緯向縮率為17%，經向縮率為29%，面密度為53 g/m2。其中粒子間距代表織物的硬度與品質，粒子間距越小，織物越軟，模擬品質越好。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 優化前后損耗對比

4.1 工藝實現

采用圣東尼無縫內衣圓機(SM8-TOP2 MP2)編織, 機號E28針/(2.54 cm)，筒徑38.1 cm，總針數為1 344針。緯編成形女士緊身短背心是彈性貼體產品，除了組織結構，還有紗線原料和織物密度會影響織物延伸性能。

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

對于消極式給紗的緯編機，線圈長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來調整每個成圈三角的位置，以此來改變彎紗深度，進而改變織物的密度。背心3個區域的織造參數設置如下：矩形肩帶P18，衣身P11，下圍織帶P25。

使用PHOTON軟件繪制出.dis格式的模板結構圖；再使用Digraph3plus軟件進行成圈機件和針數的設置；機器通過讀取.co程序文件進行編織。下機經過煮縮與后道處理得到成品，成品如圖9所示。整個生產過程中無縫背心的尺寸會涉及3個：下機尺寸、成品尺寸、穿著尺寸。下機尺寸涉及織造縮率，下機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。具體尺寸數據如表2所示。

圖9 背心實物圖

4.2 損耗對比

在緯編成形上機程序里，1個意匠格數代表1個線圈針數，為了統計圖3(a)與圖3(b)2種模板結構圖優化前后的意匠格數，將其從上機程序中導出，在AdobePhotoShop軟件中使用魔棒工具選中不同色塊，獲得直方圖中每個色塊的像素點，用像素點來統計意匠格數，可以表征每個區域的工作量，表3示出結構轉化前后各工序區域像素點數。

由表3可得，在其他各參數不變的情況下，紗線原料與意匠格數成正比，意匠格數以像素點數表征，結構優化后紗線原料使用量減少8%。縱向針數減少，使機器織造時間減少，單面無縫提花機轉速為60 r/min，一次編織8路，結合實際計時得到優化后背心織造時間減少7.7%，如表4所示。

表4 背心制造工序表

優化后裁剪區像素點減少69.6%。轉化前縫合工序中的像素點是2道肩線，轉化后矩形肩帶通過調節機器緊度控制織造密度，以調節肩帶的尺寸，縫合工作量降為0。轉化后用肩帶區的扎口取代前后領口的包邊，包邊像素點相應減少57.9%。轉化后水平矩形肩帶的設計使裁耗區減少69.6%，有效增加了布料利用率，更加低碳環保。通過對實際制作工序的分析可知，結構工藝轉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 論

針織組織斜向伸張力自然形成活動余量為緯編成形服飾的設計提供了新的設計理念，肩帶織造方向由縱向轉化為橫向，可以消除無縫背心普遍存在的肩縫，使裁耗區占比降低69.6%，面料利用率提升，使得服裝生產更加低碳環保。三維建模與虛擬展示是依照二維到三維再到二維的思路，通過產品的參數可視化仿真，提高各區域位置和數據的合理性和精確度。減少設計工序和研發工序中的反復打樣，也能縮短開發周期、規范生產流程、簡化經驗設計法、減少人力物力的損耗。本文研發的緯編成形女士緊身短背心，通過改變肩帶織造方向和優化模板結構圖，可以使生產工序中紗線原料減少8%，機器織造時間減少7.7%，裁剪工序時長減少50%，縫合工序消除，包邊工序時長減少33.5%，損耗降低，為緯編成形女士緊身背心的模板結構圖優化提供參考。