带鸟巢效应压纱贾卡提花织物的计算机辅助设计

李红梅，蒋高明，李欣欣

(江南大学，教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122)

随着居民审美水平的提高，传统经编贾卡提花产品已经不能满足消费者的审美需求，新型压电陶瓷贾卡可独立控制针前和针背的偏移，极大地丰富了垫纱效应层次［1］，扩展了贾卡提花的设计范围。利用贾卡导纱梳栉的随机性偏移组合形成的一种随机效应是压纱贾卡新工艺的特征花纹，织物表面形似鸟类所筑巢穴的表面纹理，又称为鸟巢效应织物，鸟巢效应多用作花型主体或花型元素之间的填充，以其自由活泼的凌乱肌理感反衬花型轮廓的规则美感，也可独立形成一块织物。

带有鸟巢效应的压纱贾卡提花产品已成为经编贾卡提花织物市场中的新星。目前这种鸟巢效应花型工艺的设计主要依靠人工手动进行逐格点绘，工艺设计效率低，劳动强度大，织物整体厚度难以把握，很难满足市场对该类型提花产品花型变化和更新的需求。研究压纱贾卡鸟巢效应的计算机辅助设计方法，可实现该类贾卡织物工艺的快速设计，提高设计效率，对该类织物的实际设计生产具有一定的指导意义。

1 压纱型贾卡新工艺提花原理

传统压纱贾卡工艺有三针技术、四针技术、三针技术-四针技术组合、半机号三针技术4种类型，新型的压纱贾卡工艺采用四针技术，贾卡基本组织为0-1/3-2//，两把半机号贾卡梳栉采用一空一穿和一穿一空的方式做同向垫纱，针背单次横移最大为3 个针距［2］。

与传统的机械式贾卡提花技术与电磁式贾卡提花技术不同，新型piezo贾卡使用4个信号控制贾卡导纱针的偏移:奇数横列的针背垫纱，奇数横列的针前垫纱，偶数横列的针背垫纱和偶数横列的针前垫纱［3］，针前针背都可独立进行偏移，不同偏移信息相互组合共有24=16种不同的组织效应。图1示出了压纱贾卡基本组织可能的偏移信息，其中H表示不偏移，T表示偏移。

图1 压纱型贾卡四针技术偏移控制Fig.1 Fall plate Jacquard four-needle technique drift controlling

浮线是压纱型贾卡四针技术提花工艺的特征性组织，鸟巢效应的形成充分利用了浮线的垫纱效果，属压纱贾卡四针技术新工艺的特征花型，如图2所示。当贾卡的偏移信息为THHT时，即导纱针在奇数横列针背垫纱偏移，针前垫纱不偏移，偶数横列针背垫纱不偏移，针前垫纱偏移时，在奇数和偶数横列同时抵消了针前垫纱，纱线不能垫入织针内部，在布面上形成浮线。浮线的纵向高度不受限制，横向最多跨越3个针距，为工艺设计开辟了新的空间。浮线与其他组织互相组合，可生成菱形和鸟巢等多种效果，如图3所示，其中，以鸟巢效应随机乱纹的工艺设计难度最大，耗时最长。

图2 压纱贾卡浮线组织Fig.2 Fall plate Jacquard techniques float effect

图3 浮线形成的常见组织效应Fig.3 Common effects constituted by float.(a)Diamond effect;(b)Nest effect

2 压纱贾卡鸟巢效应设计模型

将织物组织映射为矩阵模型，并通过对矩阵的构造和变换得到最终需要的组织矩阵是纺织计算机辅助设计的核心［4］。压纱贾卡四针技术新工艺提花织物的形成与设计主要取决于各梳栉的垫纱运动、穿经以及贾卡导纱针偏移，因此，压纱贾卡新工艺鸟巢效应的计算机辅助设计可用三者的数学模型来表示。

2.1 垫纱数学模型

压纱贾卡拉舍尔提花型经编机的梳栉横移机构在机器的右端，各把梳栉使用右起自然数如0，1，2，3，…，顺序标注针间间隙［5］。采用三维矩阵 ELm2来描述多把梳栉在不同横列的垫纱效应，如下式所示。

式中:L表示导纱梳数目;m为1个完整花型循环组织横列数;i表示梳栉编号，i=1，2，3，…，L;eij1和eij2分别表示第i把导纱梳编织第j横列时导纱针针前横移起点处和终点处的针间编号。第i把梳栉在第j列针前垫纱横移量wi1=eij2－eij1，从第j横列到第j+1横列，梳栉针背垫纱横移量为。

如压纱贾卡四针技术新工艺中，地梳多做开口编链，则其相对应的垫纱数码二维矩阵为

2.2 穿经循环的数学模型

不同穿经形式，对应织物上不同的效果［6］。现用二维矩阵FL表示各梳栉的穿经循环，如下式，其中m代表工艺所需梳栉总数目，n表示1个完全花型循环组织的纵行数。

矩阵 FL各元素取值在 A，B，C，…，Z，* 之间，A，B，C，…，Z分别代表不同种类规格的原料，* 表示空穿。

将垫纱运动矩阵与穿经循环矩阵进行复合，即可描绘1个完整花型循环的垫纱效应。

2.3 贾卡意匠图基本模型

在经编CAD设计系统中，贾卡织物使用意匠图进行设计，意匠图上不同的颜色代表织物上不同的垫纱效应［7］，压纱贾卡四针技术新工艺中，每种贾卡颜色都被定义有4个控制信息。现用以下一维矩阵J来表示每个贾卡格子所包含的贾卡梳栉偏移信息。

J1～J4分别代表偶数横列针背偏移，偶数横列针前偏移，奇数横列针背偏移、奇数横列针前偏移，取值为0或1，其中1代表偏移，0代表不偏移。图3所示浮线组织的偏移信息即为［1，0，0，1］。

贾卡意匠图系二维的平面图，意匠图中每个贾卡格子的颜色对应唯一一种垫纱效应，因此其数学模型可用如下二维矩阵AK来表示［8］

式中，i=1，2，3，…，m，j=1，2，3，…，n，i代表贾卡横格，m对应一个完整花型循环组织贾卡横列数(花高的一半);j代表贾卡纵格，n对应一个完整花型循环组织贾卡纵行数［9］;aij代表贾卡颜色编号，aij∈{1，2，3，4，…，15，16}，分别代表压纱贾卡四针技术新工艺中16种基本垫纱效应。将矩阵J与矩阵AK复合，即可得到贾卡梳栉上每个导纱针的完整偏移信息。在江南大学WKCAD4.3花型设计软件中将各贾卡颜色的偏移信息定义好，只需完成贾卡意匠图的设计，设置好各工艺参数，即可导出上机文件进行编织，工艺变换简单快捷。

3 鸟巢效应织物CAD工艺设计

3.1 鸟巢效应工艺设计

3.1.1 设计要求

习惯上将压纱贾卡四针技术新工艺的16种基础垫纱效应用WKCAD4.3软件中前16种贾卡颜色表示。通过分析大量鸟巢效应织物，总结鸟巢效应工艺贾卡意匠图设计有以下3点要求。

1)需要使用1号浮线组织(企业生产中又称为跳线)形成独特的肌理感。

2)代表不同组织的不同贾卡颜色须随机分配，控制贾卡导纱针针前针背的随机偏移，以生成长短不同方向各异的延展线，模拟鸟巢的纹理效果。

3)对于一整块的鸟巢效应织物，由于机器上贾卡梳栉使用经轴送经，要求织物横向用纱量差值不能超过张力杆可调节范围，在贾卡意匠图的设计上表现为各种厚薄的组织的分布整体比较均匀。

3.1.2 贾卡意匠图生成

由于CAD设计系统是采用一个二维矩阵代表鸟巢效应的设计模型，所以要完成随机色块的贾卡意匠图设计，可通过颜色代号的随机二维数组来控制完成。

通常在系统中以1～16号贾卡颜色代表压纱贾卡四针技术新工艺的1～16种基本组织，1～16号基本组织是按照织物效应由薄到厚来排序的。鸟巢效应贾卡意匠图中使用的几种组织垫纱效应如图4所示。

图4 几种贾卡颜色代表的垫纱组织Fig.4 Lapping movements represented by several Jacquard colour.(a)Colour 1;(b)Colour 4;(c)Colour 5;(d)Colour 13;(e)Colour 15;(f)Colour 16

VC++6.0中自带有生成随机数组的rand函数。以生成含有1号、4号、5号、13号4种基本垫纱效应的鸟巢效应贾卡意匠图为例，定义一个N值来控制数组大小，调用rand函数，对于任意的i∈{0，1，2，…，N}，j∈ {0，1，2，…，N}，有

式中，array［i］［j］为矩阵中第 i行第 j列的元素，rand()%3中的“3”是可变量，表示产生随机数的最大值。利用上述算法生成一个N×N的随机二维数组，各元素取值为0～3之间的整数，得到一个含有“0、1、2、3”4 个固定元素的随机数组，然后通过一个循环语句，将取值为3的元素赋值为13，取值为2的元素赋值为5，取值为1的元素赋值为4，取值为0的元素赋值为1，得到含有4种特定贾卡组织代号的随机二维数组。

为保证编织过程中每根纱线张力相对平均，使用一个循环函数，将生成的二维数组每个纵行求和然后作对比，和值较大的一列，将其中的13换为1，和值较小的一列，将其中的1换为13，直到二维数组每纵行之间的差值不超过 K。K为经验值常数(考虑到机器上张力杆有一定的调节作用)，K与N的取值负相关。

按照上述方法，将N取30(可基本满足带鸟巢效应贾卡织物的设计需求)，使用不同的基本垫纱组织搭配，生成4种常用的不同厚度的鸟巢效应组织意匠图，并进行组织入库，如图5所示，在以后的设计中，可直接进行调用。

图5 鸟巢效应组织库Fig.5 A stich bank containing four kinds of common nest effects.(a)Effect No.1;(b)Effect No.2;(c)Effect No.3;(d)Effect No.4

3.2 带有鸟巢效应织物工艺设计

3.2.1 工艺参数的确定

机型:RJPC4F，机号E18，机宽为3.36 m，机速为500 r/min，成品横密为7.3纵行/cm，成品纵密为16横列/cm，产量为18.4 m/h，面密度为69.8 g/m2。

3.2.2 梳栉排列

各梳栉排列、垫纱、穿经、纱线原料等按照表1所示信息进行。

表1 各梳栉垫纱、穿经及原料信息Tab.1 Lapping，drawing-in and material information of each bar

在系统输入垫纱数码，如图6所示，系统会自动生成垫纱运动图，如图7所示，设计高效便捷。

图6 各梳栉垫纱数码Fig.6 Chain notation of each bar

图7 各梳栉垫纱运动图Fig.7 Lapping motion of JB1(a)，GB2(b)and GB3(c)

3.2.3 贾卡意匠图设计

3.2.3.1 贾卡图案设计 压纱贾卡鸟巢效应提花织物多用于家纺类产品，其花型设计应考虑室内装饰织物配套原则，根据特定的使用场合选择最具表现力的图案造型［10］。压纱贾卡鸟巢效应织物生产设备机号一般在E18～E24之间，使用无弹力纱线进行编织，织物最终横密纵密有限，故花型图案不宜过于精致，单元纹样图案较大的提花表现力较好［11］。

以一款带有鸟巢效应组织的窗帘贾卡意匠图设计为例，花型主体图案如图8所示。以花卉作为主要题材，配合几何图案和传统抽象纹样及窗帘自然悬垂时产生的规律褶裥效应，获得极强的装饰感［12］。图案构成力求平稳匀称，可采用对称式或平衡式，图案分布在织物上分布点、线、面巧妙结合，通过区域层次的对比，形成鲜活的形象表现。

图8 花型主体图案Fig.8 Main unit of pattern

3.2.3.2 贾卡组织设计 通过贾卡组织的设计，赋予贾卡图案的各部分以不同厚薄和不同肌理的垫纱组织，突出织物提花的层次感。鸟巢效应织物的提花优势在这个环节得到体现。

给贾卡图案各部分填充不同的贾卡颜色，进而得到不同的贾卡垫纱效应，赋予织物不同的提花层次。由于工艺花高花宽较大，难以全面展示，这里只取局部以说明问题，贾卡图案组织设计局部细节如图9(a)所示。鸟巢组织作为主体花型之间的填充，使花型图案轮廓清晰。压纱贾卡新工艺设计过程中，需要将拉舍尔技术参数设置为0，即按照实际需要的效应设置贾卡控制信息，但由于织物在偶数横列发生贾卡偏移时，实际效应总是滞后1个纵行，所以在基本工艺设计完成后，需要进行包边处理，使织物最终布面效果与花型设计效应相一致。

完成基本工艺参数设定，梳栉垫纱数码、原料规格及配比设定后，可在系统中自动计算出织物面密度和产量。

最终织物成品和鸟巢效应部分细节如图9(b)所示，满足鸟巢效应特征，证明了本文所提出方案的正确性和可行性。

4 带鸟巢效应织物特点与应用

4.1 带有鸟巢效应织物的特点

随着贾卡技术的不断提高和国内经编机生产技术的不断进步，贾卡提花织物的窗帘、台布、帷幕等产品市场趋近饱和，亟需对机型、风格、用途、原料等进行开发，生产适应于市场需求的高档次产品。

图9 鸟巢效应织物设计Fig.9 Nest effect fabric design.(a)Overall jacquard texture design and detail;(b)Finished fabric and nest effect showed in detail

首先，压纱贾卡鸟巢效应织物，在生产设备上有所突破。采用压电陶瓷贾卡元件独立控制针前针背偏移，形成的基本垫纱效应类型由传统的“厚、薄、网眼”扩展成“厚、次厚、薄、网眼、浮线等”16种组织类型，布面提花效应更加丰富，更具层次感。其次，压纱贾卡鸟巢效应织物，在工艺设计上有较大进展。除了可通过图案艺术设计来进行创新开发，还增加了鸟巢效应随机纹理。通过浮线与其他基本垫纱效应的随机组合，在布面上形成长短不一、方向各异的浮线，在织物表面呈现出质朴、自由的肌理感。

4.2 带有鸟巢效应织物的应用

鸟巢效应与花卉、动物等图案组合，用作填充组织，以其自由凌乱的韵律感反衬贾卡艺术图案轮廓的规则美感;或独立形成一整块织物突出其质朴的肌理感。压纱贾卡鸟巢效应织物提花层次丰富、自然生动、妙趣横生。

鸟巢效应提花产品突破了传统的网眼、菱形、方格等纹理形态，颇受广大消费者欢迎。其提花窗帘、台布、帷幕、灯罩等，已经在市场上引发一股热潮，目前很多家生产贾卡提花产品的企业都在研究鸟巢效应织物，可见该类织物的应用前景良好。

5 结论

压纱贾卡新工艺产品具有独特的丰富花型和浮雕效果，市场前景良好，其中鸟巢效应提花织物为新兴的提花工艺，采用压电陶瓷贾卡元件独立控制针前针背偏移，花型组织设计具有创新性，应用前景广阔。

1)通过分析Piezo贾卡提花原理和压纱贾卡四针技术垫纱规律，建立了压纱贾卡四针技术新工艺设计模型。用一个三维矩阵ELm2作为垫纱模型，用一个二维矩阵FL作为穿经模型，二者复合表示各梳栉在一个花宽内穿经垫纱情况;用一个一维矩阵J和一个二维矩阵AK作为贾卡意匠图的设计模型，控制贾卡导纱针在针前针背的偏移。

2)着重分析了鸟巢效应贾卡意匠图设计要求:为保证浮线须使用1号垫纱组织;花型中各贾卡颜色随机分配;工艺设计保证上机过程中织物各部分用纱量基本一致。提出在VC++中rand函数生成随机二维数组的基础上，通过一定的算法，得到符合设计要求的贾卡意匠图库，实现鸟巢效应贾卡意匠图的快速设计。在此基础上，使用不同的基本垫纱组织得到4种常用鸟巢效应组织贾卡意匠图，并进行组织入库，方便以后在进行贾卡组织设计时快速调用，免去人工手动逐个对贾卡格子点绘的麻烦，实现带鸟巢效应压纱贾卡提花织物的快速设计。

3)以1个鸟巢效应提花织物工艺设计为例，通过基本工艺参数确定、梳栉排列、贾卡意匠图设计、上机编织等过程，介绍了鸟巢效应计算机辅助设计流程，验证了文章所提出方案的可行性。

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