董智佳,孫 菲,劉海桑,蔣高明,叢洪蓮

(江南大學(xué) 針織技術(shù)教育部工程研究中心,江蘇 無(wú)錫 214122)

針織全成形技術(shù)是在“十三五”期間紡織工業(yè)重點(diǎn)推廣應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)之一,對(duì)于縮短生產(chǎn)流程、減少用工成本、降低能源消耗、豐富產(chǎn)品種類(lèi)等多方面具有重要意義。 經(jīng)編全成形是指在配置2 列背對(duì)背相互平行的按照針床的全電腦雙針床拉舍爾經(jīng)編機(jī)上生產(chǎn)經(jīng)編全成形產(chǎn)品的一類(lèi)生產(chǎn)技術(shù)[1]。

經(jīng)編全成形服裝是指在經(jīng)編全成形裝備上使用紗線生產(chǎn)的一次成形且具有定位工藝組織設(shè)計(jì)效應(yīng)的貼身或緊身款無(wú)側(cè)縫全成形服裝[2]。 經(jīng)編全成形服裝工藝實(shí)現(xiàn)方法與緯編和橫編全成形工藝方法相比,其具有生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)率效率高、組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好且透氣舒適性能佳等優(yōu)點(diǎn)[3],但是由于經(jīng)編全成形設(shè)備精度、造價(jià)高,覆蓋率低,工藝結(jié)構(gòu)與織造方法與緯編和橫編不同,產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)起步晚,從業(yè)人員少等因素,造成了經(jīng)編全成形服裝新品開(kāi)發(fā)滯后且推廣普及率低,限制了經(jīng)編全成形技術(shù)與產(chǎn)品的進(jìn)一步規(guī)模化發(fā)展。 為了更好地促進(jìn)經(jīng)編全成形產(chǎn)品的普及同時(shí)推進(jìn)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)的進(jìn)步,本文對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品的設(shè)備分布、產(chǎn)品分類(lèi)以及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,舉例介紹典型的經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)理念,并對(duì)目前在經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述,對(duì)未來(lái)經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)與展望,為經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品的進(jìn)一步拓展應(yīng)用提供一定的建議與思路。

1 經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品

經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)豐富、成形性好、生產(chǎn)率高、透氣性佳,為解決傳統(tǒng)裁剪類(lèi)服裝因裁片縫合厚度、縫合痕跡等引起的摩擦不適和服裝外觀破壞性提供了有效解決方案,且短流程生產(chǎn)工序大幅度節(jié)約了人工和能耗成本[4]。 經(jīng)編全成形機(jī)在單機(jī)生產(chǎn)率方面優(yōu)勢(shì)顯著,1 臺(tái)經(jīng)編全成形機(jī)3 min可生產(chǎn)6 件背心,而1 臺(tái)緯編全成形機(jī)生產(chǎn)1 件背心用時(shí)約15 min,1 臺(tái)橫編全成形機(jī)生產(chǎn)1 件背心用時(shí)約20 min。

1.1 設(shè)備分布情況

經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品是在四梳或者六梳的全電腦雙針床拉舍爾經(jīng)編機(jī)上生產(chǎn)的無(wú)側(cè)縫多筒變化結(jié)構(gòu)的織物。 常用機(jī)型為RDPJ4/2 和RDPJ6/2,機(jī)號(hào)為24、28 或32 針/(25.4 mm)[5]。 據(jù)統(tǒng)計(jì),卡爾邁耶全電腦雙針床單賈卡拉舍爾經(jīng)編機(jī)的總量約110 多臺(tái),主要分布在中國(guó)、意大利、日本、韓國(guó)、東南亞等國(guó)家和地區(qū)。 國(guó)產(chǎn)全電腦雙針床單賈卡拉舍爾經(jīng)編機(jī)的總量約130 多臺(tái),主要分布在中國(guó)、韓國(guó)、東南亞等國(guó)家和地區(qū)。 其中,進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)設(shè)備分布在中國(guó)的機(jī)器總數(shù)量占比約70%[3]。

1.2 產(chǎn)品分類(lèi)

經(jīng)編全成形服裝按穿著方式可分為內(nèi)衣和外衣兩大類(lèi)型。 按具體用途可分為服裝類(lèi)、服飾配件類(lèi)、醫(yī)療防護(hù)類(lèi),三大類(lèi)型產(chǎn)品舉例見(jiàn)圖1。 圖1(a)為Oysho 品牌夏季T 恤,圖1(b)為華宜針織公司中筒襪產(chǎn)品,圖1(c)為Cifra 公司口罩產(chǎn)品。

圖1 經(jīng)編全成形典型產(chǎn)品舉例

經(jīng)編全成形服裝類(lèi)產(chǎn)品按具體穿用的產(chǎn)品類(lèi)型細(xì)分包括塑身內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)緊身衣、專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)裝、休閑運(yùn)動(dòng)裝、時(shí)尚打底服裝5 類(lèi),覆蓋了春夏秋3 個(gè)季節(jié)。 經(jīng)編全成形服飾配件類(lèi)產(chǎn)品按具體穿用的產(chǎn)品類(lèi)型細(xì)分包括網(wǎng)襪、絲襪、手套、發(fā)網(wǎng)4 類(lèi)。 經(jīng)編全成形醫(yī)療防護(hù)類(lèi)產(chǎn)品按具體用途的產(chǎn)品類(lèi)型細(xì)分包括日常防護(hù)用口罩、脖套、面罩、抗菌手套以及抗菌襪等,醫(yī)療術(shù)后用網(wǎng)眼短褲、筒狀繃帶以及輸液固定網(wǎng)套輔助固定類(lèi)產(chǎn)品等。

1.3 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品開(kāi)發(fā)受設(shè)備影響較大,故產(chǎn)品開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀先從國(guó)內(nèi)外經(jīng)編全成形設(shè)備織造公司進(jìn)行舉例比較。 近年來(lái),國(guó)外規(guī)模最大的經(jīng)編全成形織造公司為意大利Cifra SpA 公司,始終致力于為時(shí)尚和運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域全球知名品牌開(kāi)發(fā)定制新品,該公司2017 年經(jīng)編全成形產(chǎn)品銷(xiāo)售額增長(zhǎng)70%,2018年在ISPO 展會(huì)推出美麗奴羊毛紗線全成形經(jīng)編運(yùn)動(dòng)服裝,2019 年在ISPO 展會(huì)推出溫控經(jīng)編全成形內(nèi)衣,2020 年開(kāi)發(fā)了經(jīng)編全成形口罩以及可再生環(huán)保紗線經(jīng)編全成形運(yùn)動(dòng)休閑服裝、內(nèi)衣與服飾襪類(lèi)產(chǎn)品系列[1]。 與國(guó)外織造公司開(kāi)發(fā)相比,國(guó)內(nèi)以江蘇華宜針織有限公司為例,近年來(lái)主要開(kāi)發(fā)了有彈和無(wú)彈兩大類(lèi)型的經(jīng)編全成形運(yùn)動(dòng)休閑系列服裝,并形成小批量訂單,但是從品牌客戶(hù)拓展、款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及紗線創(chuàng)新應(yīng)用方面與國(guó)外公司相比仍存在較大差距。

從國(guó)內(nèi)外典型服裝品牌公司對(duì)經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品系列開(kāi)發(fā)進(jìn)行舉例比較,國(guó)外Nike、Adidas、The North Face、Lululemon、Under Armour 國(guó)際運(yùn)動(dòng)品牌以及Wolford 奧地利高端內(nèi)衣與絲襪品牌累計(jì)超過(guò)10 余家,每年均研發(fā)并成功推廣銷(xiāo)售經(jīng)編全成形服裝[1](見(jiàn)圖2)。 國(guó)內(nèi)愛(ài)慕品牌嘗試開(kāi)發(fā)過(guò)經(jīng)編全成形打底內(nèi)衣和運(yùn)動(dòng)緊身褲產(chǎn)品,傳統(tǒng)銷(xiāo)售的產(chǎn)品仍停留在經(jīng)編網(wǎng)襪類(lèi)服飾配件產(chǎn)品,針對(duì)全成形服裝的新產(chǎn)品研發(fā)仍處于初級(jí)發(fā)展階段,缺乏服裝與針織成形專(zhuān)業(yè)交叉知識(shí)的經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品研發(fā)從業(yè)人員。

圖2 經(jīng)編全成形典型產(chǎn)品舉例

2 經(jīng)編全成形服裝數(shù)字化技術(shù)

經(jīng)編全成形服裝數(shù)字化技術(shù)研發(fā)的核心在于經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品CAD 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)的研究與開(kāi)發(fā)。 近年來(lái),江南大學(xué)針織技術(shù)教育部工程研究中心科研團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)圍繞人體參數(shù)化建模、經(jīng)編全成形服裝款式建模、經(jīng)編全成形線圈結(jié)構(gòu)建模以及實(shí)時(shí)服裝虛擬展示等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并取得了階段性進(jìn)展。

2.1 人體參數(shù)化建模

人體參數(shù)化建模主要包括:應(yīng)用尺寸驅(qū)動(dòng)幾何變形,結(jié)合輔助變量,實(shí)現(xiàn)參數(shù)化人體建模[5];根據(jù)特定用戶(hù)的人體特征參數(shù),利用三維掃描獲取人體特征數(shù)據(jù)[6]。 目前常見(jiàn)的三維人體測(cè)量有激光測(cè)量、結(jié)構(gòu)光測(cè)量和立體攝影測(cè)量[7-8]。 逆向建模方法是基于三維人體掃描數(shù)據(jù)建立的[9]。 在已知標(biāo)準(zhǔn)人體模型基礎(chǔ)上,將人體三維形變分為水平形變與軸向形變。 在水平方向上,建立人體表面坐標(biāo)點(diǎn)與中心軸之間的向量關(guān)系。 在此基礎(chǔ)上,結(jié)合人體真實(shí)圍度與標(biāo)準(zhǔn)圍度之間的尺寸差,計(jì)算獲得水平方向上形變后的新坐標(biāo)點(diǎn)。 縱向形變則利用軸變形技術(shù)進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算。 在形變過(guò)程中,引入權(quán)重系數(shù)來(lái)表示人體各部分橫截面對(duì)軸向尺寸的影響程度。

2.2 經(jīng)編全成形服裝款式建模

經(jīng)編全成形服裝款式建模是經(jīng)編全成形服裝數(shù)字化技術(shù)研究中的重點(diǎn)之一。 目前服裝款式建模研發(fā)主要包括幾何建模、物理建模與混合建模[10]。 通過(guò)對(duì)形狀的分析與處理,在現(xiàn)有服裝理論知識(shí)基礎(chǔ)上結(jié)合幾何處理技術(shù),可快速構(gòu)建服裝款式模型[11]。 通過(guò)對(duì)攝像機(jī)、投影儀進(jìn)行位置標(biāo)定,解碼格雷編碼,并利用三維點(diǎn)云重建技術(shù)可構(gòu)建以相移結(jié)構(gòu)光重建為基礎(chǔ)的服裝模型[12]。 利用分割算法對(duì)二維圖像進(jìn)行區(qū)域劃分,生成初步二維衣片。 為提高服裝模型精確度,對(duì)二維衣片的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化,獲得大量點(diǎn)云數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)服裝模型從二維到三維的轉(zhuǎn)變[13]。 從參數(shù)化人體模型中提取特征數(shù)據(jù)信息,建立了經(jīng)編全成形二維上裝的背心款式模型(見(jiàn)圖3),通過(guò)色塊分區(qū)、針織組織填充功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)背心的開(kāi)發(fā)流程[14],目前還缺少更多經(jīng)編全成形服裝的款式庫(kù)建模。

圖3 背心款式模型

2.3 經(jīng)編全成形線圈結(jié)構(gòu)建模

經(jīng)編全成形線圈結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)經(jīng)編全成形針織物可視化的基本元素。 基于實(shí)際經(jīng)編全成形針織物的線圈尺寸構(gòu)建線圈結(jié)構(gòu)模型[15-17]。 利用超景深顯微鏡對(duì)經(jīng)編全成形針織物不同位置的線圈進(jìn)行測(cè)量,并取各部分平均值作為線圈結(jié)構(gòu)模型的理論參考依據(jù)。 經(jīng)編全成形線圈結(jié)構(gòu)模型分為線圈和延展線。 基于線圈實(shí)際尺寸比例,建立線圈模型。 并根據(jù)經(jīng)編線圈類(lèi)型如開(kāi)口線圈、閉口線圈、襯緯、重經(jīng)線圈等類(lèi)型,賦予關(guān)鍵坐標(biāo)點(diǎn)不同坐標(biāo)系數(shù),建立多種經(jīng)編線圈結(jié)構(gòu)模型。 延展線模型則為當(dāng)前橫列線圈模型的重點(diǎn)和下一橫列線圈模型的起點(diǎn)之間的連線。 如圖4 所示,b1為線圈橫列之間的距離,wz為線圈縱行之間的距離,線圈AB 為延展線,n 為延展線跨過(guò)針距。

圖4 線圈結(jié)構(gòu)模型

2.4 實(shí)時(shí)服裝虛擬展示

服裝實(shí)時(shí)虛擬展示,可通過(guò)如圖5(a)所示的紋理映射方法[18]或者如圖5(b)所示的三維線圈繪制方法實(shí)現(xiàn)[19]。 在三維線圈模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,利用WebGL 技術(shù)和Three.js 中的樣條曲線,沿線圈結(jié)構(gòu)型值點(diǎn)繪制三維曲線,實(shí)現(xiàn)經(jīng)編組織結(jié)構(gòu)的三維模擬。 通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)循環(huán)單元的坐標(biāo)計(jì)算,截取完整組織循環(huán)單元的二維圖像,并利用紋理映射方法將圖像與服裝模型進(jìn)行擬合,從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)編全成形服裝的虛擬展示。 三維線圈繪制方法重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一為實(shí)現(xiàn)線圈型值點(diǎn)從二維平面到三維曲面之間的轉(zhuǎn)換。 利用二維衣片與三維模型之間的對(duì)應(yīng)屬性關(guān)系,建立二者坐標(biāo)點(diǎn)之間的空間轉(zhuǎn)換關(guān)系。 獲取線圈在服裝三維曲面模型上的坐標(biāo)點(diǎn)后,利用三維圖形庫(kù)中的樣條曲線進(jìn)行連接,從而實(shí)現(xiàn)立體的經(jīng)編全成形三維服裝虛擬展示。 該方法可清晰展示經(jīng)編全成形服裝的線圈串套關(guān)系,具有實(shí)際意義。

圖5 虛擬展示圖例

3 經(jīng)編全成形服裝開(kāi)發(fā)趨勢(shì)

經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品屬于3D 針織技術(shù)領(lǐng)域,在生產(chǎn)效率、服裝結(jié)構(gòu)肌理以及穿用舒適性能等方面均優(yōu)于3D 打印。 未來(lái)經(jīng)編全成形服裝在現(xiàn)有產(chǎn)品與規(guī)?；A(chǔ)上尋求進(jìn)一步升級(jí)與突破,建議重點(diǎn)從款式設(shè)計(jì)、差異化原料、個(gè)性化定制以及功能與智能等方面綜合開(kāi)展研發(fā)創(chuàng)新工作。

3.1 模塊化款式設(shè)計(jì)

一線成衣短流程生產(chǎn)徹底變革了面料裁剪類(lèi)服裝的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式,但是目前傳統(tǒng)裁剪服裝結(jié)構(gòu)模型不適用于針織全成形服裝,因此模塊化款式設(shè)計(jì)功能是經(jīng)編全成形服裝降低交叉專(zhuān)業(yè)知識(shí)與設(shè)計(jì)技能門(mén)檻的有效解決方案。 在經(jīng)編全成形服裝CAD系統(tǒng)中對(duì)經(jīng)編全成形服裝款式結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行模塊化分解建立模板庫(kù)后,設(shè)計(jì)師可直接通過(guò)模板庫(kù)進(jìn)行系列款式組合設(shè)計(jì),同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)的線圈結(jié)構(gòu)組織庫(kù)和紗線配色庫(kù)功能,快速高效完成新款開(kāi)發(fā)工作。

3.2 差異化原料應(yīng)用

現(xiàn)有經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品為滿(mǎn)足經(jīng)編成形設(shè)備高速生產(chǎn),要求紗線光滑無(wú)毛羽的同時(shí)還要具備高強(qiáng)力和彈性,因此應(yīng)用最多的是以化纖長(zhǎng)絲為主的錦綸高彈絲和錦氨包覆絲。 隨著近年來(lái)差異化纖維材料的發(fā)展,經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品突破單一化纖長(zhǎng)絲瓶頸,深度挖掘差異化原料應(yīng)用是差異化新品開(kāi)發(fā)的重點(diǎn),如選用強(qiáng)力好且毛羽較少的5.91 tex×2長(zhǎng)絨棉、棉紗中間加入1 根錦綸長(zhǎng)絲的包覆絲或棉紗中間加入1 根可溶性滌綸的包覆絲等高強(qiáng)力的短纖維與長(zhǎng)絲進(jìn)行復(fù)合的高強(qiáng)力紗線,改善和優(yōu)化服裝產(chǎn)品的親膚性和舒適感。

3.3 個(gè)性化定制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

隨著計(jì)算機(jī)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展,經(jīng)編全成形服裝個(gè)性化定制平臺(tái)與多樣化、小規(guī)模、快速反應(yīng)柔性制造平臺(tái)的即時(shí)無(wú)縫銜接,是當(dāng)前數(shù)字化服裝技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)編全成形服裝CAD 系統(tǒng)的研發(fā)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)手機(jī)端用戶(hù)訪問(wèn)系統(tǒng)后,共同參與設(shè)計(jì)定制適合自己的經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品,通過(guò)虛擬展示功能確定產(chǎn)品著裝效果,用戶(hù)線上下單后,系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)分析用戶(hù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)并生成上機(jī)文件,下發(fā)至工廠排單生產(chǎn)后,計(jì)算成品交期實(shí)時(shí)反饋給用戶(hù)。

3.4 功能與智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

近年來(lái),區(qū)別于傳統(tǒng)助劑功能研發(fā),在功能紗線與智能紗線方面的研究進(jìn)步迅速,但是經(jīng)編全成形在功能與智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)明顯滯后于緯編全成形和橫編全成形產(chǎn)品的進(jìn)度,客觀原因在于經(jīng)編全成形織造多為成圈結(jié)構(gòu),對(duì)紗線強(qiáng)力要求高,同時(shí)經(jīng)編試樣的紗線用量大、投入高。 這兩方面是限制經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品進(jìn)一步升級(jí)轉(zhuǎn)型的瓶頸,需要相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域不同專(zhuān)業(yè)人才和資源的深度融合,上下游聯(lián)動(dòng)共同發(fā)展,為功能與智能經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供助推力。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代化經(jīng)編全成形服裝生產(chǎn)技術(shù)與緯編全成形和橫編全成形技術(shù)相比,是針織全成形技術(shù)中發(fā)展最晚的,而且國(guó)內(nèi)外設(shè)備覆蓋總量不到300 臺(tái)的規(guī)模,但是在數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、單機(jī)短流程生產(chǎn)率、單機(jī)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品種類(lèi)多樣性以及組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等多方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。 本文在全面介紹經(jīng)編全成形輔助產(chǎn)品分類(lèi)和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,分析闡述了近年來(lái)經(jīng)編全成形針織服裝數(shù)字化技術(shù)的研究進(jìn)展,面對(duì)進(jìn)一步拓展經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品市場(chǎng)份額的瓶頸問(wèn)題,提出了從模塊化款式設(shè)計(jì)、差異化原料應(yīng)用、個(gè)性化定制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及功能與智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)多方面綜合協(xié)同發(fā)展的建議,建立并完善上下游產(chǎn)業(yè)鏈渠道,可促進(jìn)經(jīng)編全成形服裝產(chǎn)品的大眾化與規(guī)模化推廣應(yīng)用。