经编无底无缝织物成形原理与计算机辅助设计

董智佳，蒋高明，吴志明，丛洪莲，张爱军

(江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122)

经编无底无缝织物是指在双针床贾卡拉舍尔经编机上生产的一次成形无底网薄型提花无缝成形针织物。该类织物不使用成圈梳栉编织底网，仅用双针床经编机上的成圈型贾卡编织，也可根据需要增加氨纶衬纬梳栉。无底无缝织物质地轻薄，组织稳定性好，牢度佳，弹性优越，透气性佳，穿着贴体舒适，提花效应丰富，产品新颖，更新快捷。目前，国内外市场的经编无缝产品以常规有底网提花品种居多，此类无底无缝织物的产品研发处于起步阶段，缺少有效的成形原理分析与计算机辅助设计方法。

目前国内外已对有底无缝织物成形结构、产品设计理论和方法［1－2］、压力舒适性［3］、计算机辅助设计［4－5］等方面进行了系统的研究，对无底无缝织物的研究体现在无底提花连裤袜编织工艺原理方面［6］，但针对无底无缝织物成形原理、设计模型与设计方法的研究尚属空白。本文在分析无底经编无底无缝织物分类与结构的基础上，针对其成形编织原理进行系统分析，建立垫纱数码、穿经设计、贾卡意匠以及垫纱效应的数学模型，并以经编无底薄型连裤袜产品为例，研究无底无缝织物的原型模板制定的方法，根据人体下肢结构与脂肪分布进行原型模板功能分区，指导贾卡提花图案的设计，促使设计与工艺的即时衔接，实现高效开发薄型经编无缝织物新产品的目标。

1 经编无底无缝织物分类

经编无底无缝织物是在两梳或四梳的双针床经编机上生产的无底网织物。常用机型为RDPJ2/2和RDPJ4/2，机号为28针/25.4 mm、30针/25.4 mm或32针/25.4 mm任选［7］。主要用于生产服装服饰类产品，目前产品开发以轻薄型连裤袜为主。

经编无底无缝织物按使用功能可分为实用类、塑型类和装饰类服饰品3类;按款式造型可分为上衣类、裤装类、连体类和袜类等［2］。此外，从无底无缝织物直筒管的成形编织结构出发，又可将其分为单筒管结构、分支筒管结构和组合筒管结构3类，见图1。

图1 直筒管结构图Fig.1 Straight tube structure.(a)Single tube;(b)Branch tube;(c)Combination of tube

经编无底无缝织物区别于纬编无缝织物的特点:1)经编机器一次可生产多件全成形织物，纬编机器一次仅生产单只筒形织物;2)经编机器生产织物筒径可根据工艺设计要求调节，可生产多条相同或不同筒径的无缝织物(见图2)，纬编机器筒径不可调节;3)经编组织变化丰富，既可生产细腻光滑的无缝无图案织物，也可生产图案变化丰富的无缝透气织物，纬编以密实结构为主;4)经编无底无缝织物线圈组织结构比纬编的线圈结构更加牢固，不易勾丝，勾丝不易脱散。

图2 机上织造示意图Fig.2 Knitting structure.(a)Same cylinder diameter;(b)Different cylinder diameter

2 经编无底无缝织物成形原理

经编无底无缝织物成形原理是指双针床经编机配置贾卡梳栉所编织线圈结构的基本组织定义与提花编织原理。成形原理按编织结构的不同可分为同向成形结构和反向成形结构，这2类又可具体分为普通无提花成形方法和提花成形方法。

2.1 同向成形原理

在用于编织经编无底无缝织物的双针床贾卡经编机上，前后针床均配置1把贾卡梳栉［8］，结构见图3。通常经编机中梳栉每把均为满机号配置，1把梳栉使用1条横移机构控制，贾卡梳栉与普通梳栉不同，每把满机号贾卡梳栉由2把半机号梳栉组合构成并使用2条横移机构控制，因此每把贾卡梳栉的横移运动方向有相同方向运动即同向，以及相反方向运动即反向2种情况。

图3 成圈机构示意图Fig.3 Loop formation mechanisms

同向成形编织时，2把贾卡梳栉的基本横移信息均定义为:前针床贾卡(JB1.1、JB1.2)1-0-1-1/1-2-1-1//，后针床贾卡 (JB2.1、JB2.2)1-1-1-2/1-1-1-0//。

2.1.1 普通同向成形方法

普通无图案同向无底编织与有底无缝织物的基本组织定义和机器配置方式相同，区别在于不使用成圈底梳，使织物更加薄透平滑。

普通同向无图案成形方法包括:主体层次、前后连接层次、前后缝合层次以及分离标记层次，具体定义见表1。

表1 贾卡垫纱运动定义表Tab.1 Jacquard lapping diagram

2.1.2 提花同向成形方法

提花同向成形方法包括:主体提花层次、主体层次、前后连接层次、前后缝合层次和分离标记层次，主体提花层次的具体定义见表2。其余层次与普通同向成形方法相同。

表2 主体提花垫纱运动定义表Tab.2 Main jacquard lapping diagram

2.2 反向成形原理

反向成形编织时，每把贾卡梳的2条梳栉横移运动方向相反，因此每条横移线均需定义基本横移运动信息，具体定义为 JB1.1:1-0-1-1/1-2-1-1//，JB1.2:1-2-1-1/1-0-1-1//，JB2.1:1-1-1-0/1-1-1-2//，JB2.2:1-1-1-2/1-1-1-0//。

2.2.1 普通反向成形方法

普通反向无提花图案成形方法包括:主体层次、前后连接层次、前后缝合层次以及分离标记层次，具体定义见表3。

表3 贾卡垫纱运动定义表Tab.3 Jacquard lapping diagram

2.2.2 提花反向成形方法

提花反向成形方法包括:提花层次、主体层次、前后连接层次、前后缝合层次和分离标记层次，与提花层次相关的具体定义见表4。其余层次与普通反向成形方法相同。

表4 贾卡垫纱运动定义表Tab.4 Jacquard lapping diagram

3 无底无缝织物设计模型的建立

经编无底无缝织物的工艺设计与表示是由贾卡梳栉的垫纱数码、纱线穿经循环、工艺意匠图以及垫纱设计图4个基本要素构成，因此，无底无缝织物的计算机辅助设计是指针对以上四要素进行理论建模并编程实现其工艺设计功能的过程。

3.1 垫纱数码数学模型

无底双针床贾卡经编机横移机构通常在机器右侧，使用右起自然数0，1，2，3…顺序标注针间间隙表示垫纱数码，并按线圈成圈编织自下而上顺序标记每把横移线导纱针的针前运动情况［9］。

无底无缝织物同向编织时，每个针床的2把贾卡梳栉横移运动方向相同，每编织1个横列需要在前后针床分别完成垫纱运动，因此同向垫纱设计模型使用矩阵S(n，m，4)来表示贾卡梳栉的四行程垫纱运动［10］。其中n表示梳栉数，m表示完全组织横列数，j为完全组织中的第j横列。则对于第i把梳栉，其垫纱数码表示为:

无底无缝织物反向编织时，每个针床的2把贾卡梳栉横移运动方向相反，每编织1个横列需要2把梳栉相邻的2个导纱针相互配合在前后针床分别完成垫纱运动，因此反向垫纱设计模型使用矩阵DS(n，m，8)来表示2把半机号贾卡梳栉组成的1把满机号梳栉的2个导纱针的四行程垫纱运动。其中n表示梳栉数，m表示完全组织横列数，j为完全组织中的第j横列。则对于第i把梳栉，其垫纱数码表示为:

3.2 穿经设计模型

穿经是指导纱梳栉使用纱线的排列规则，穿经的方式不同，使织物布面产生不同的效果［11］。可用矩阵Yi表示第i把梳栉的穿经循环。

式中:u为完全组织的纵行数;k为完全组织中的第k纵行。经编无底无缝织物的所有贾卡梳栉均为半机号配置，其穿经循环均为1穿1空，因此其对应的穿经循环为Yi=［1A1*］，A表示纱线规格，*表示空穿。

3.3 贾卡意匠模型

贾卡花型一般使用意匠图来表示，在意匠图中用不同颜色表示织物的贾卡提花效应。由于意匠图是二维平面图形，因此可用矩阵Pmu来表示［12］。

式中:m表示意匠横格(1个横格表示2个线圈横列，等于完全组织花纹横列数的一半);u表示意匠纵格，对应完全组织的花纹宽度;pij=1，2，…，R，R表示织物的贾卡效应颜色数量。

3.4 垫纱效应模型

通过将贾卡梳栉的垫纱数码、穿经循环及贾卡意匠进行结合，可获取每枚贾卡梳栉的垫纱运动情况。无底无缝织物是三维一次成形编织，其主体、侧缝、缝合和分离部位的贾卡意匠绘制信息均不相同。

同向无底无缝织物的贾卡控制信息为拉舍尔技术参数设置为1时的贾卡垫纱效应定义，其贾卡具体意匠图颜色定义和组织对应关系如表5所示。

反向无底无缝织物的贾卡控制信息为拉舍尔技术参数设置为0时的贾卡垫纱效应定义，具体意匠图颜色定义和组织对应关系如表6所示。

综上所述，用Ei表示1把半机号贾卡梳栉的垫纱效应，则同向无底无缝织物的垫纱效应E为所使用的4把半机号贾卡梳栉偏移运动的叠加:

表5 同向贾卡颜色定义与垫纱效应关系表Tab.5 Relationship of jacquard color and lapping effect

表6 反向贾卡颜色定义与垫纱效应关系表Tab.6 Relationship of jacquard color and lapping effect

用Fi表示1把满机号贾卡梳栉的垫纱效应，则反向无底无缝织物的垫纱效应F为4把半机号贾卡梳栉组成的2把满机号梳栉偏移运动的叠加。

依据上述理论进行编程，可在WKCAD软件中实现无底无缝织物设计与工艺输出功能。

4 无底无缝织物设计方法

经编无底无缝织物设计方法是指依据人体结构特征制定原型模板的基础上，应用设计与工艺软件进行的一系列花型图案与组织结构设计的方案。以连裤袜款式为例，阐述具体设计方法。

4.1 原型模板建立

连裤袜原型结构由腰臀部、腿部和脚部组成。连裤袜原型纸样需要臀围H、立裆长C、腿长L和前脚掌长P 4个基本尺寸，结合经编无缝直筒管编织结构特征，得出连裤袜平面纸样，见图4。底裆部即大腿根部是人体活动量较大部位［12］，因此可根据腿部活动量的要求选择使用适合大活动量的有裆原型或普通活动量的无裆原型。在Photoshop软件中，分别建立连裤袜有裆纸样和无裆原型的.bmp格式模板，如图5所示。

图4 连裤袜原型Fig.4 Pantyhose prototype.(a)Human lower limb;(b)Crotch prototype;(c)No crotch prototype

4.2 设计功能分区

依据成人女性下肢脂肪中心带主要位于腹部 A、上下臀部 B、大腿内侧 C 等［12］(见图 6)以及人体结构的特征，将经编无缝连裤袜原型模板的设计区域划分为功能区FA、设计区DA和自由区RA，如图7所示。功能区注重人体下肢部位穿用功能的匹配;设计区重点体现图案的装饰美感;自由区是工艺组织相对稳定的规则区域，可不多加修饰。

4.3 设计实例

应用Photoshop软件对连裤袜原型模板的功能分区进行图案设计，深色表示厚组织，浅色表示薄组织，如图8所示。设计完成的花型文件直接导入WKCAD工艺软件中填充贾卡组织生成.wkp格式工艺文件，并最终转换成机器格式文件用于上机织造。

图5 .bmp格式模板图Fig.5 Format template of.bmp.(a)Crotch template;(b)No crotchtemplate

图6 下肢脂肪中心带示意图Fig.6 Center with lower limb fat.(a)Backview and view;(b)Side view

图7 连裤袜模板功能分区示意图Fig.7 Features district templates of pantyhose.(a)Crotch pantyhose template;(b)No crotch pantyhose template

图8 .bmp格式设计图Fig.8 .bmp format pattern design of pantyhose.(a)Crotch template;(b)No crotch template

5 结论

1)按梳栉配置的运动方向将经编无底无缝织物的成形原理分为同向成形与反向成形2大类，在此基础上系统总结了贾卡梳栉的横移运动信息定义与贾卡垫纱运动信息定义。

2)在深入研究经编无底无缝织物工艺结构与成形原理的基础上，从理论上系统建立了用于经编无底无缝织物的垫纱数码、穿经设计、贾卡意匠以及垫纱效应的数学模型，为WKCAD软件无缝无底功能模块的编程完善提供了理论依据。

3)结合人体原型原理，建立了薄型经编无缝连裤袜直筒型二维原型纸样，应用Photoshop设计软件，得出.bmp格式连裤袜的二维原型模板，基于人体结构与脂肪分布特征对原型模板进行功能区域划分，缩短和规范了该类织物的设计与工艺流程，为经编无底无缝织物的新产品开发提供了一条高效的途径。

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