纬编针织物耗纱量预测研究进展

李冉冉，柯宝珠

(上海工程技术大学 服装学院，上海 201620)

随着纬编针织物占纺织行业比重日益增加[1-3]，其已被广泛用于人们日常生活中。然而在实际生产过程中企业通常需根据设计好的花型上机试织后，称量织物才能得到各色纱线的消耗量，但是该方式周期长、纱线损耗大，影响企业效益[4]。快速准确地预测织物在织造过程中的纱线消耗量可以为企业预估成本提供参考，进而通过快速报价，加速订单运作周期，增强企业效益。因此纬编针织物耗纱量预测的研究具有重要意义[5-6]。

目前纬编针织物耗纱量预测的方法主要有面积法和累计线圈法，二者都有其优点与需要改进的地方[7-8]。快捷准确地获得织物单位面积耗纱量与组织线圈长度分别是面积法与累计线圈法的核心问题。目前，对于纬编针织物单位面积耗纱量的研究较多，也有专门用于测试的仪器与方法。对于线圈长度测量的研究主要分为编织后、编织时的测量和编织前的预测[9-11]。其中：编织后的测量有拆散法和图像处理法；编织时的测量主要采用动态测量法；编织前的预测主要是对织物组织线圈进行建模，通过线圈模型计算线圈长度，国内外有关线圈建模的方法主要有几何法、力学法和有限元法[12]。

本文以面积法与累计线圈法预测纬编针织物耗纱量的研究进展为基础，重点围绕平方米克重、线圈长度预测进行研究，为企业预测纬编针织物耗纱量提供参考，也为其进一步研究提供理论依据。

1 纬编针织物结构特点

纬编针织物是由1根或几根纱线在针织机上沿着横向依次地垫放在各个相应的织针上编织形成线圈，并在纵向相互串套形成的织物，主要分为单面和双面二类织物。

1.1 纬编单面针织物

纬编单面针织物是在1个针床上编织[13]，织物一面为正面线圈，另一面为反面线圈。图1为纬编单面织物编织形态图。常见的单面组织包括纬平针组织、集圈组织、移圈组织、浮线组织和单面提花组织。

a—沉降片；b—织针；c—针床；d—纱线。下同。图1 纬编单面针织物编织形态图

1.2 纬编双面针织物

纬编双面针织物是在2个针床上编织[14]，正面线圈分布在针织物的正、反两面。图2为纬编双面针织物编织形态图。常见的双面组织包括罗纹组织、双反面组织、双面提花组织。

图2 纬编双面针织物编织形态图

2 耗纱量预测方法

2.1 面积法

2.1.1 面积法预测思路

企业常用面积法预测纬编针织物耗纱量[15-16]。具体方法为：在已知织物的不同位置处裁取相同面积的若干样片，分别称量，取其平均值，计算该织物单位面积的耗纱量，再根据订单需求的总面积数计算出生产该批织物的耗纱量。

2.1.2 面积法预测具体方法

面积法的主要影响因素是织物总面积与单位面积耗纱量。织物总面积一般来源于订单需求量，单位面积质量一般用面密度表示[17-18]。通常其面密度的测量方法为：用取样器在织物上裁取若干面积为100 cm2的样片，分别称量并取平均值为M(g)，则织物面密度为100×Mg/m2；目前市场上有很多专门用于测量织物平方米质量的电子天平，在设定好模式后，放上100 cm2的裁样即可直接读取织物的面密度。

2.1.3 面积法应用前景

面积法预测纬编针织物耗纱量操作简单，运算快捷，但是只有在选取的多个样本质量偏差不大时才能具有代表性，因此面积法预测纬编针织物主要适用于组织结构较为单一的纬编针织物，不适用于含有较多组织的纬编针织物，因为组织结构较多的织物各位置的单位面积耗纱量不一致。

2.2 累计线圈法

2.2.1 累计线圈法研究进展

为了克服面积法无法准确预测含有多个组织结构的纬编针织物耗纱量，很多学者运用累计线圈法预测该类纬编织物耗纱量。

李津等[19]运用VB语言开发的毛衫质量预测系统根据毛衫工艺单，绘制毛衫衣片的样板图，用不同颜色纱表示不同组织结构，统计衣片各种颜色的线圈数量，输入不同组织线圈质量便可预测整件毛衫的耗纱量，但是输入该预测系统的各组织线圈的质量需要另外测量。

罗璇等[20]建立的纬编毛衫耗纱量预测模型，将各组织线圈个数与纱线线密度通过矩阵表示出来，再结合几何法建立5种常用组织(成圈组织、集圈组织、浮线组织、移圈组织和罗纹组织)的线圈模型得到各组织线圈长度，最终预测出毛衫编织时纱线消耗量。该模型可以在已知纬编机针床参数的情况下，在毛衫设计阶段就可以较为准确地预测毛衫耗纱量，无须上机试织，但是该方法只能对含有5种基本组织毛衫的耗纱量进行预测。未对组织结构比较复杂、花型循环较大的纬编针织物耗纱量进行研究。

综上所述，累计线圈法预测纬编针织物耗纱量的计算公式为：耗纱量=线圈长度×线圈个数×纱线线密度。

2.2.2 累计线圈法影响因素

累计线圈法主要影响因素是组织线圈的个数与长度。目前，线圈个数的获取主要有2种方法：一是对于花型循环较简单的纬编织物可以人为统计；二是采用纬编织物设计软件来统计。线圈长度累计线圈法是预测织物耗纱量的主要指标。线圈长度的测量方法有很多种，主要分为编织后的测量、编织时测量和编织前预测。

编织后测量分为拆散法和图像处理法2种方法。拆散法一般取1个线圈横列为100个线圈的纵行做好标记后将织物拆散，量取总长度，除以线圈个数，得到单个线圈长度[21]。拆散法所得结果较准确，常用该方法检验其他预测方式的准确性，但是该方法需要先织样片后再拆散统计，工作量大且效率较低。宋广礼等[22]利用Matlab软件对扫描得到的织物结构图像进行处理,提取线圈特征点,测量二维线圈长度, 再利用回归分析得到三维线圈长度。该方法不需要将样片拆散，效率相对较高，但同样也需要编织后才能测量。

编织时测量采用动态测量法，目前常见的动态测量法主要是借助线速圈长仪测量针织物在编织过程中的线圈长度，线速圈长仪放置在编织的纱线上即可读出某时刻织物的线圈长度值。该方法操作方便，结果精确，但仍需上机试织。

编织前测量主要思路是对织物组织线圈进行建模，通过线圈模型来计算线圈长度。目前国内外对线圈模型的研究分为几何方法，力学方法和有限元方法，力学方法与有限元方法较为复杂，其中几何方法建立线圈模型的相关研究较多。最为经典的是Peirce线圈模型[23]，该线圈模型单个线圈由针编弧、沉降弧和圈柱组成，该模型简单，但是由于假定条件较多，形态较为单一，预测结果的准确性较低。王辉等[24]以Pierce线圈模型为基础，考虑了纱线的屈曲形态，运用 B 样条曲线进行线圈形态的控制和线圈模型的优化,结果表明B样条模型预测的线圈长度更为准确。

文献[25-26]通过观察横机纬平针织物与罗纹织物的编织过程，建立了预测纬平针织物与罗纹织物线圈长度的几何模型，发现单针床编织地纬平针组织的线圈长度与弯纱深度具有较好的线性关系，在双针床上编织的罗纹组织线圈长度分别与弯纱深度和齿口距有着较好的线性关系。该方法可以在编织前对线圈长度进行预测，但是其只分析了组织结构较为简单的纬平针组织与罗纹组织。

2.2.3 累计线圈法应用前景

累计线圈法适用于花型设计较为复杂、含有较多组织结构的纬编织物。通过建立纬编织物中各类线圈的线圈模型计算出各个组织的线圈长度，再统计出各类组织线圈的个数，最后在计算机上设计1个运算流程就可以较为准确地预测耗纱量。该方法可以实现在织物设计阶段预测织物的耗纱量，减少上机打样的成本，且通过计算机运算更加精准、快速。然而该方法还不能有效地预测组织结构较为复杂的织物在织造过程中的纱线消耗量。

3 结 论

①纬编针织物耗纱量预测的方式主要有面积法和累计线圈法，单位面积质量耗纱量与织物组织线圈长度分别是这2种预测方式的主要因素。

②用于表示单位面积耗纱量的面密度一般通过取样后用专业的仪器测量，因此在提高取样的合理性与测量仪器的精准度方面需要做进一步的研究。

③线圈长度测量法主要分为编织后、编织时测量及编织前预测3类。其中编织后测量分为拆散法和图像处理法，编织时测量采用动态测量法。编织前预测主要是应用几何法对织物组织线圈进行建模，通过建立的线圈模型来计算线圈长度。与编织时及编织后测量相比，编织前预测可以在织物设计阶段预测各组织线圈长度，从而预测纬编织物耗纱量。该方法应用前景较大，但目前研究的组织结构较为简单，对于组织结构较为复杂的织物线圈长度的研究尚不完善，因此，今后可对该类组织结构做更深入的研究，从而在设计阶段快速准确地预测织物在织造过程中的纱线消耗量，提高企业效率。