经编全成形服装产品开发与数字化技术

董智佳,孙 菲,刘海桑,蒋高明,丛洪莲

(江南大学 针织技术教育部工程研究中心,江苏 无锡 214122)

针织全成形技术是在“十三五”期间纺织工业重点推广应用的先进技术之一,对于缩短生产流程、减少用工成本、降低能源消耗、丰富产品种类等多方面具有重要意义。 经编全成形是指在配置2 列背对背相互平行的按照针床的全电脑双针床拉舍尔经编机上生产经编全成形产品的一类生产技术[1]。

经编全成形服装是指在经编全成形装备上使用纱线生产的一次成形且具有定位工艺组织设计效应的贴身或紧身款无侧缝全成形服装[2]。 经编全成形服装工艺实现方法与纬编和横编全成形工艺方法相比,其具有生产流程短、生产率效率高、组织结构稳定性好且透气舒适性能佳等优点[3],但是由于经编全成形设备精度、造价高,覆盖率低,工艺结构与织造方法与纬编和横编不同,产品设计开发起步晚,从业人员少等因素,造成了经编全成形服装新品开发滞后且推广普及率低,限制了经编全成形技术与产品的进一步规模化发展。 为了更好地促进经编全成形产品的普及同时推进产品数字化设计开发技术的进步,本文对近年来国内外经编全成形服装产品的设备分布、产品分类以及开发现状进行分析,举例介绍典型的经编全成形服装产品设计与开发理念,并对目前在经编全成形服装产品数字化设计与开发技术的研究进展进行阐述,对未来经编全成形服装产品的发展与应用进行总结与展望,为经编全成形服装产品的进一步拓展应用提供一定的建议与思路。

1 经编全成形服装产品

经编全成形服装产品组织结构丰富、成形性好、生产率高、透气性佳,为解决传统裁剪类服装因裁片缝合厚度、缝合痕迹等引起的摩擦不适和服装外观破坏性提供了有效解决方案,且短流程生产工序大幅度节约了人工和能耗成本[4]。 经编全成形机在单机生产率方面优势显著,1 台经编全成形机3 min可生产6 件背心,而1 台纬编全成形机生产1 件背心用时约15 min,1 台横编全成形机生产1 件背心用时约20 min。

1.1 设备分布情况

经编全成形服装产品是在四梳或者六梳的全电脑双针床拉舍尔经编机上生产的无侧缝多筒变化结构的织物。 常用机型为RDPJ4/2 和RDPJ6/2,机号为24、28 或32 针/(25.4 mm)[5]。 据统计,卡尔迈耶全电脑双针床单贾卡拉舍尔经编机的总量约110 多台,主要分布在中国、意大利、日本、韩国、东南亚等国家和地区。 国产全电脑双针床单贾卡拉舍尔经编机的总量约130 多台,主要分布在中国、韩国、东南亚等国家和地区。 其中,进口与国产设备分布在中国的机器总数量占比约70%[3]。

1.2 产品分类

经编全成形服装按穿着方式可分为内衣和外衣两大类型。 按具体用途可分为服装类、服饰配件类、医疗防护类,三大类型产品举例见图1。 图1(a)为Oysho 品牌夏季T 恤,图1(b)为华宜针织公司中筒袜产品,图1(c)为Cifra 公司口罩产品。

图1 经编全成形典型产品举例

经编全成形服装类产品按具体穿用的产品类型细分包括塑身内衣、运动紧身衣、专业运动装、休闲运动装、时尚打底服装5 类,覆盖了春夏秋3 个季节。 经编全成形服饰配件类产品按具体穿用的产品类型细分包括网袜、丝袜、手套、发网4 类。 经编全成形医疗防护类产品按具体用途的产品类型细分包括日常防护用口罩、脖套、面罩、抗菌手套以及抗菌袜等,医疗术后用网眼短裤、筒状绷带以及输液固定网套辅助固定类产品等。

1.3 产品开发现状

经编全成形服装产品开发受设备影响较大,故产品开发现状先从国内外经编全成形设备织造公司进行举例比较。 近年来,国外规模最大的经编全成形织造公司为意大利Cifra SpA 公司,始终致力于为时尚和运动领域全球知名品牌开发定制新品,该公司2017 年经编全成形产品销售额增长70%,2018年在ISPO 展会推出美丽奴羊毛纱线全成形经编运动服装,2019 年在ISPO 展会推出温控经编全成形内衣,2020 年开发了经编全成形口罩以及可再生环保纱线经编全成形运动休闲服装、内衣与服饰袜类产品系列[1]。 与国外织造公司开发相比,国内以江苏华宜针织有限公司为例,近年来主要开发了有弹和无弹两大类型的经编全成形运动休闲系列服装,并形成小批量订单,但是从品牌客户拓展、款式结构设计以及纱线创新应用方面与国外公司相比仍存在较大差距。

从国内外典型服装品牌公司对经编全成形服装产品系列开发进行举例比较,国外Nike、Adidas、The North Face、Lululemon、Under Armour 国际运动品牌以及Wolford 奥地利高端内衣与丝袜品牌累计超过10 余家,每年均研发并成功推广销售经编全成形服装[1](见图2)。 国内爱慕品牌尝试开发过经编全成形打底内衣和运动紧身裤产品,传统销售的产品仍停留在经编网袜类服饰配件产品,针对全成形服装的新产品研发仍处于初级发展阶段,缺乏服装与针织成形专业交叉知识的经编全成形服装产品研发从业人员。

图2 经编全成形典型产品举例

2 经编全成形服装数字化技术

经编全成形服装数字化技术研发的核心在于经编全成形服装产品CAD 计算机辅助设计系统平台的研究与开发。 近年来,江南大学针织技术教育部工程研究中心科研团队重点围绕人体参数化建模、经编全成形服装款式建模、经编全成形线圈结构建模以及实时服装虚拟展示等方面进行了系统研究,并取得了阶段性进展。

2.1 人体参数化建模

人体参数化建模主要包括:应用尺寸驱动几何变形,结合辅助变量,实现参数化人体建模[5];根据特定用户的人体特征参数,利用三维扫描获取人体特征数据[6]。 目前常见的三维人体测量有激光测量、结构光测量和立体摄影测量[7-8]。 逆向建模方法是基于三维人体扫描数据建立的[9]。 在已知标准人体模型基础上,将人体三维形变分为水平形变与轴向形变。 在水平方向上,建立人体表面坐标点与中心轴之间的向量关系。 在此基础上,结合人体真实围度与标准围度之间的尺寸差,计算获得水平方向上形变后的新坐标点。 纵向形变则利用轴变形技术进行坐标点计算。 在形变过程中,引入权重系数来表示人体各部分横截面对轴向尺寸的影响程度。

2.2 经编全成形服装款式建模

经编全成形服装款式建模是经编全成形服装数字化技术研究中的重点之一。 目前服装款式建模研发主要包括几何建模、物理建模与混合建模[10]。 通过对形状的分析与处理,在现有服装理论知识基础上结合几何处理技术,可快速构建服装款式模型[11]。 通过对摄像机、投影仪进行位置标定,解码格雷编码,并利用三维点云重建技术可构建以相移结构光重建为基础的服装模型[12]。 利用分割算法对二维图像进行区域划分,生成初步二维衣片。 为提高服装模型精确度,对二维衣片的网格进行细化,获得大量点云数据,实现服装模型从二维到三维的转变[13]。 从参数化人体模型中提取特征数据信息,建立了经编全成形二维上装的背心款式模型(见图3),通过色块分区、针织组织填充功能实现运动背心的开发流程[14],目前还缺少更多经编全成形服装的款式库建模。

图3 背心款式模型

2.3 经编全成形线圈结构建模

经编全成形线圈结构是实现经编全成形针织物可视化的基本元素。 基于实际经编全成形针织物的线圈尺寸构建线圈结构模型[15-17]。 利用超景深显微镜对经编全成形针织物不同位置的线圈进行测量,并取各部分平均值作为线圈结构模型的理论参考依据。 经编全成形线圈结构模型分为线圈和延展线。 基于线圈实际尺寸比例,建立线圈模型。 并根据经编线圈类型如开口线圈、闭口线圈、衬纬、重经线圈等类型,赋予关键坐标点不同坐标系数,建立多种经编线圈结构模型。 延展线模型则为当前横列线圈模型的重点和下一横列线圈模型的起点之间的连线。 如图4 所示,b1为线圈横列之间的距离,wz为线圈纵行之间的距离,线圈AB 为延展线,n 为延展线跨过针距。

图4 线圈结构模型

2.4 实时服装虚拟展示

服装实时虚拟展示,可通过如图5(a)所示的纹理映射方法[18]或者如图5(b)所示的三维线圈绘制方法实现[19]。 在三维线圈模型结构的基础上,利用WebGL 技术和Three.js 中的样条曲线,沿线圈结构型值点绘制三维曲线,实现经编组织结构的三维模拟。 通过对结构循环单元的坐标计算,截取完整组织循环单元的二维图像,并利用纹理映射方法将图像与服装模型进行拟合,从而实现经编全成形服装的虚拟展示。 三维线圈绘制方法重点研究内容之一为实现线圈型值点从二维平面到三维曲面之间的转换。 利用二维衣片与三维模型之间的对应属性关系,建立二者坐标点之间的空间转换关系。 获取线圈在服装三维曲面模型上的坐标点后,利用三维图形库中的样条曲线进行连接,从而实现立体的经编全成形三维服装虚拟展示。 该方法可清晰展示经编全成形服装的线圈串套关系,具有实际意义。

图5 虚拟展示图例

3 经编全成形服装开发趋势

经编全成形服装产品属于3D 针织技术领域,在生产效率、服装结构肌理以及穿用舒适性能等方面均优于3D 打印。 未来经编全成形服装在现有产品与规模基础上寻求进一步升级与突破,建议重点从款式设计、差异化原料、个性化定制以及功能与智能等方面综合开展研发创新工作。

3.1 模块化款式设计

一线成衣短流程生产彻底变革了面料裁剪类服装的传统生产模式,但是目前传统裁剪服装结构模型不适用于针织全成形服装,因此模块化款式设计功能是经编全成形服装降低交叉专业知识与设计技能门槛的有效解决方案。 在经编全成形服装CAD系统中对经编全成形服装款式结构部件进行模块化分解建立模板库后,设计师可直接通过模板库进行系列款式组合设计,同时结合系统的线圈结构组织库和纱线配色库功能,快速高效完成新款开发工作。

3.2 差异化原料应用

现有经编全成形服装产品为满足经编成形设备高速生产,要求纱线光滑无毛羽的同时还要具备高强力和弹性,因此应用最多的是以化纤长丝为主的锦纶高弹丝和锦氨包覆丝。 随着近年来差异化纤维材料的发展,经编全成形服装产品突破单一化纤长丝瓶颈,深度挖掘差异化原料应用是差异化新品开发的重点,如选用强力好且毛羽较少的5.91 tex×2长绒棉、棉纱中间加入1 根锦纶长丝的包覆丝或棉纱中间加入1 根可溶性涤纶的包覆丝等高强力的短纤维与长丝进行复合的高强力纱线,改善和优化服装产品的亲肤性和舒适感。

3.3 个性化定制产品开发

随着计算机、云计算和人工智能技术的快速发展,经编全成形服装个性化定制平台与多样化、小规模、快速反应柔性制造平台的即时无缝衔接,是当前数字化服装技术的研究热点之一。 通过互联网经编全成形服装CAD 系统的研发创新,实现手机端用户访问系统后,共同参与设计定制适合自己的经编全成形服装产品,通过虚拟展示功能确定产品着装效果,用户线上下单后,系统后台自动分析用户产品数据并生成上机文件,下发至工厂排单生产后,计算成品交期实时反馈给用户。

3.4 功能与智能产品开发

近年来,区别于传统助剂功能研发,在功能纱线与智能纱线方面的研究进步迅速,但是经编全成形在功能与智能产品的开发明显滞后于纬编全成形和横编全成形产品的进度,客观原因在于经编全成形织造多为成圈结构,对纱线强力要求高,同时经编试样的纱线用量大、投入高。 这两方面是限制经编全成形服装产品进一步升级转型的瓶颈,需要相关研究和产业领域不同专业人才和资源的深度融合,上下游联动共同发展,为功能与智能经编全成形服装产品的开发提供助推力。

4 结束语

现代化经编全成形服装生产技术与纬编全成形和横编全成形技术相比,是针织全成形技术中发展最晚的,而且国内外设备覆盖总量不到300 台的规模,但是在数字化设计系统开发、单机短流程生产率、单机开发产品种类多样性以及组织结构稳定性等多方面具有显著优势。 本文在全面介绍经编全成形辅助产品分类和开发现状基础上,分析阐述了近年来经编全成形针织服装数字化技术的研究进展,面对进一步拓展经编全成形服装产品市场份额的瓶颈问题,提出了从模块化款式设计、差异化原料应用、个性化定制产品开发以及功能与智能产品开发多方面综合协同发展的建议,建立并完善上下游产业链渠道,可促进经编全成形服装产品的大众化与规模化推广应用。