四针床电脑横机全成形技术研究进展

王敏 丛洪莲

摘要：四针床电脑横机全成形技术是横机技术发展中的一个热点技术，四针床电脑横机本身的机构配置及其全成形工艺的复杂性使得该技术背后蕴含诸多研究价值。本文梳理了四针床电脑横机及其对应的CAD设计系统的发展历史，指出目前市场上成熟的四针床电脑横机和CAD设计软件均为岛精公司所有，其中四针床电脑横机为MACH系列，对应的CAD设计软件为SDS-ONE APPEX 3系统下的Knit模块。文章还分析了四针床电脑横机全成形服装的CAD设计流程，指出了全成形工艺设计软件的特点和设计要求，为进一步研究四针床电脑横机全成形技术奠定基础。

关键词：四针床电脑横机；全成形；package；压缩花样；展开花样

中图分类号：TS184.5 文献标志码：A

Recent Research Development on Fully-fashioned Knitting Technology of Four-needle Bed Computerized Flat Knitting Machine

Abstract： The fully-fashioned knitting technique of four-bed computerized flat knitting machine has been a hot topic during the development of flat knitting technology. The development history of four-needle bed computerized flat knitting machine and related CAD software was reviewed in this paper. And it found out that the Shima Seiki company alone possesses all the proven four-needle bed computerized flat knitting machines and CAD software on market， i.e. the MACH series of machines and the Knit module under SDSONE APPEX 3 system. Meanwhile， the CAD process of fully-fashioned garment was analyzed， and the traits and requirements of fully-fashioned garment CAD were indicated， which would undoubtedly establish a solid foundation for further exploring fully-fashioned technique.

Key words： four-bed computerized flat knitting machine； fully-fashioned garment； package； compressed pattern； developed pattern

四针床电脑横机全成形技术指的是在四针床电脑横机上织造无需进行裁剪和缝制等后处理工艺的三维立体织物的一项电脑横机成形先进技术，由于是在机上一体成形，故可以降低人力成本，且由于产品本身的无缝连接，加强了针织产品本身具有的舒适性以及合体性。然而，四针床电脑横机相比较于两针床电脑横机，机器配置复杂、成本高，能熟练掌握机器性能及其产品设计方法的专业人员稀少。另一方面，四针床电脑横机全成形技术代表了横机技术发展的一个方向，且该技术融合电脑横机机械、控制、CAD产品开发等方面，具有很高的技术含量和研究价值。故本文对国内外四针床电脑横机全成形技术的研究现状进行概括，为此后展开四针床电脑横机全成形关键技术的研究奠定基础。

1 国内研究现状

通过国外文献资料发现，电脑横机全成形技术的研究基本都是基于两针床电脑横机。朱啸宇和祝细研究了在德国Stoll（斯托尔）两针床电脑横机上如何利用花型准备系统M1/M1 Plus创建织可穿模型和花型，介绍了几款常见织可穿服装的成形原理和编织原理，同时也指出了利用两针床电脑横机编织全成形服装的工艺限制。黄林初研究了如何利用国产变针距电脑横机进行织可穿服装的编织，主要从工艺设计角度，如整体轮廓设计、局部细节设计、组织花型设计以及后整理等方面，分析在国产电脑横机上设计织可穿服装的注意要点，同时深入研究了织可穿服装基本款式及各种领型的工艺设计，以及如何利用国产电脑横机设计系统进行多种组织结构编织的机器工艺局限性和工艺难点，探讨了在国产电脑横机上编织全成形服装的可行性，对在国产横机上开发全成形服装起到一定指导作用。彭佳佳等人探究了在两针床电脑横机上编织全成形毛衫的可行性，但同时也指出两针床电脑横机上形成全成形毛衫有很大的限制，主要表现在款式、花型、工艺设计以及设备等方面。国内慈星、金龙等电脑横机生产商也进行了有关全成形电脑横机的研制，但都是基于隔针编织的两针床电脑横机方面的改进，因此机器本身仍然存在很大限制，且由于没有专门的全成形设计软件，全成形服装的工艺需要设计者自行绘制小图得到整体工艺，工艺设计难度大。

综上，国内还没有自主开发的四针床电脑横机及其设计软件，对于四针床电脑横机本身性能以及产品开发基本处于空白阶段。

2 国外研究现状

2.1 四针床电脑横机机器发展概况

Wonseok Choi和Nancy B. Powell指出，在20世纪90年代，针织无缝技术开始商业化，引发了无缝针织设备和设计软件的发展。日本Shima Seiki（岛精）公司和德国斯托尔公司是世界上的两大横机领军生产商，2 个公司都对全成形技术进行了研究，包括机器研制和软件开发。斯托尔的全成形机型主要是CMS系列机型，1987年的世界纺织机械展（ITMA）上，斯托尔推出第一款全成形电脑横机CMS 340 knit & wear，此时斯托尔对CMS机型的定位主要是用于编织变化的三维组织结构而非一体成形服装或全成形服装。斯托尔目前的其他织可穿机型主要包括：CMS 530 HP knit& wear，CMS 730 T knit & wear， CMS 803 HP knit & wear，CMS 822 HP knit & wear， CMS 830 C knit & wear，CMS 830 S knit & wear，其中CMS 730 T knit & wear带有辅助针床，用于翻针移圈，但是无法进行编织，其余机型都是两针床配置。岛精是目前世界上唯一一家将四针床电脑横机及其CAD设计软件推向市场的公司。

对横编全成形技术的研究由来已久。1940年，美国生产商公开了在改进的电脑横机上织出一款成形裙子的专利，该成形裙子上的扣眼使用到了局部编织技术。目前电脑横机上使用局部编织技术已经很普遍了，该技术不仅能够改善织物的悬垂性、合体性，还能降低生产成本。专利中并没有特别指出如何改进机器，但可以推测出机器上是配置了沉降片以满足局部编织的需要，这也是全成形技术发展历程中一个重要的里程碑。1955年，Hosiery Trade Journal上报道了一款通过一体成形编织的传统巴斯克贝雷帽；20世纪60年代，岛精深入研究了在横机上编织成形帽子；1989年，岛精推出用于编织成形衣片的SES 122F V型，配置紧凑，又向全成形编织技术迈进了一步；直到1995年，岛精在ITMA展上展出了真正意义上的全成形电脑横机SWG。SWG机器包括2 种类型，SWG-V和SWG-X。SWG-V有 2 个针床，但是针床上每个针槽里的织针都是成对配置的（twin gauge needles）（图 1），可满针编织；SWG-X机器有 4 个针床，即在普通V型配置的两针床上多出 2 个针床（图 2），分别为前下针床FD、前上针床FU、后下针床BD、后下针床BU以及在后上针床上配置的纱环压脚针板LP（loop pressor），4 个针床FD和BU、BD和FU、FD和BD之间可进行相互的翻针移圈。SWG-X是在SES122RT基础上演化来的，而SES122RT机器是岛精在1993年研发，也配备 4 个针床，但是上面的 2 个针床没有织针，只有翻针点（tansfer point）。后来，岛精公司又研发了Whole Garment FIRST机型，具有多针距特点，可编织精细以及粗犷型的织物，采用岛精公司自主研发的可降低织针动程的滑动织针，提高机器效率。

岛精最新的全成形电脑横机是MACH系列，MACH（马赫）是表示音速倍速的量词，岛精为其最新机器取名MACH也意在表明该系列机型的高速度、高产量特点。MACH系列机型包括MACH2XS、MACH2X、MACH2S。MACH系列机型具有 4 个针床，针床上装有新型的滑动织针，针床单机头，3 系统（1 个编织系统和 2 个翻针系统），可三功位选针和翻针，标配了12把纱嘴，装有i-DSCS+DTS的电子式送纱装置。

2.2 四针床电脑横机CAD软件发展概况

Jenny Underwood使用岛精的两针床产业用电脑横机织造针织三维成形预制件，其研究成果包含了对岛精四针床电脑横机以及四针床电脑横机花型设计软件的介绍。W. Choi等人使用了E12的四针床电脑横机SWG-X进行不同方式的拷针并对其强度和拉伸性做测试。1981年，岛精开发出SDSONE-1000 Shimatronic Design System，在此基础上，于2000年开发出All-in-One Design System SDS-ONE，该系统支持自动编程，且采用了友好的Windows视窗界面，功能多样，有力提升了编程的速度。除此之外，SDS-ONE还增加了对线圈的3D模拟和造型功能，软件本身也能处理大容量全成形花型程序。2007年开发出的SDS-ONE APPEX重点改进对全成形服装线圈的3D模拟功能。现如今，岛精的SDS-ONE APPEX 3花型设计系统已经发展成一套三维立体服装设计系统，集款式设计、工艺设计、虚拟展示于一体。用于制作全成形花样主要是通过Knit模块。四针床电脑横机全成形服装CAD设计流程如图 3 所示。

2.2.1 款式选择

羊毛衫根据款式分为：男、女、童式的开衫、套衫、背心和裤子；女、童式的裙类和童套装（帽、衫、裤），以及各类外衣、围巾、披肩、风雪帽和窗帘、床罩、帷幕、壁毯等装饰产品。最典型的羊毛衫分类方法是将其分为毛衣类（套衫和开衫）、背心类、裙裤类以及其他附件类。再将不同袖型、领型、肩型作为进一步分类的影响因素，如插肩式高领长袖套衫、平肩式V领短袖开衫及带腰带的长裤、喇叭裙等。

CAD软件中需要丰富毛衫的款式，设计者设计时只需进行款式的选择。目前，岛精SDS-ONE APPEX 3 Knit模板中的全成形工艺绘制中可选择：带袖毛衣、无袖毛衣、下身裙三大类品种，并可对这三大类进行附件编织。选择基本款式（图 4）后，接着继续选择肩型和袖型，如马鞍肩、平肩、插肩袖，U领、V领、樽领等。另外，传统的毛衣编织方向与线圈纵行方向相同，即纵向编织，由于四针床电脑横机可以进行横向编织，因此，大大增加了CAD软件中毛衣款式的种类可能性。对于不规则款式的毛衫CAD设计，可以有 2 种方法来实现，其一是选择软件中已有的相似款式对其进行轮廓的修改以达到设计者的特殊款式，其二是设计者自行绘制新的款式并设计，该方法对设计人员的工艺要求很高。理想情况，全成形CAD软件还需具备：能将设计者自行设计的非常规款式毛衫加入到款式库中，不断丰富款式库，下一次进行相同款式或类似款式设计时可以直接从款式库中调用，以节省设计时间。

2.2.2 生成轮廓

在选择好全成形毛衫的基本款式后，设计者输入成品的尺寸和密度，得到前后片的轮廓图（图 5）。由于四针床电脑横机生成全成形毛衫的总体思路是：其中的 2 个斜对角针床前下针床FD和后上针床BU编织毛衫的前片，剩下 2 个斜对角针床后下针床BD和前上针床FU编织毛衫的后片。因此，在进行毛衫设计时可以设计前后片轮廓。设计者首先输入尺寸和密度，软件自动生成一个基本轮廓，在此基础上，设计者可以对轮廓进行修改。

2.2.3 花型设计

四针床电脑横机上生产的全成形毛衫一般为单面组织，也可以进行单面浮线提花。因此，设计者在组织设计时，可以充分利用电脑横机的可翻针、可移床特点，进行挑孔、绞花等移圈组织，米粒针、正反针等双反面组织，单珠地、双珠地网眼等集圈组织的设计，同时合理安排纱嘴进行横条单面组织的设计。同样可以在前后片轮廓上进行颜色类或结构类提花设计，图 6 为在前片上进行图案设计。

2.2.4 收放针以及连接设计

四针床电脑横机上生产全成形毛衫以圆筒编织为基础，对于前后片的连接以及不同圆筒的合并，需要考虑具体的编织工艺，包括纱嘴使用、针床横移、加减针等因素，但对于设计者而言，同时考虑这些因素会大大增加设计难度。为此，软件需要能自动在毛衫的特定位置上做上标记，提醒该标记处将进行某种特殊编织动作，如收放针、身袖连接、开领等，而设计者只需通过在弹出式窗口或下拉式菜单中设置所需要的效果，即可得到如图 7 所示的全成形毛衫细节要求标记图。

2.2.5 编织单元设计

以上步骤都是基于最终毛衫成品效果的设计，但为了实现电脑自动进行花型编程的目的，比如某一行中的织针动作、纱嘴动作、使用哪个针床以及针床是否横移等，需要将图 7 按行“翻译成”机器基本动作。因此，考虑设计出每行的基本编织动作循环，岛精的设计软件中将每行的基本编织动作循环称为package基本花样。图 8 示意了全成形毛衫不同高度段上需要对应不同的基本编织动作，即需要对第1 ～ 6 段分别设计package基本小图。

由于每件全成形毛衫上会有很多不同的颜色组合行，对应的package基本花样也相应变多。因此，软件需要建立package基本花样库，设计者只需要调用该库中的某个package基本花样，而不需自行绘制。通过调用package基本花样库对图 7 展开，得到 1 张由基本编织动作构成的展开图。该展开图即可由软件自动翻译成上机文件。

3 结论

本文总结了国内外对四针床电脑横机全成形技术的研究进展情况，发现国外只有为数很少的几篇文献中提到四针床电脑横机的发展历史，以及与四针床电脑横机相配套的花型设计软件的基本使用思路，还没有对四针床电脑横机的性能和工作原理、全成形服装工艺设计软件的设计本质以及四针床电脑横机的全成形关键技术进行深入的研究。目前世界上岛精生产了四针床电脑横机并开发了花型设计软件，且已经成功推向市场。此外，本文总结了岛精四针床电脑横机的发展过程以及四针床电脑横机全成形毛衫CAD的设计思路，总结出基于成品毛衫轮廓的款式设计、组织结构设计、花型设计思路与基于四针床电脑横机成形编织工艺的基本编织单元设计、展开方法等。为接下来研究四针床电脑横机、全成形毛衫CAD设计软件、全成形毛衫产品开发等方向提供了借鉴。

参考文献

[1] Wonseok Choi.The development of specialized knitted structures in the creation of resist-dyed fabrics and garments[D].North Carolina：North Carolina State University，2005.

[2] Jennery Underwood.The design of 3D shape knitted preforms[D]. Melbourne：RMIT University，2009.

[3] Joel Peterson.Customization of fashion products using complete garment technology[D].Tampere：Tampere University of Technology，2012.

[4] 朱啸宇.织可穿针织服装的工艺设计与开发[D].天津：天津工业大学，2007.

[5] 祝细.电脑横机织可穿针织服装的编织工艺及其性能研究[D].天津：天津工业大学，2011.

[6] 黄林初.国产电脑横机织可穿产品的编织研究[D].天津：天津工业大学，2013.

[7] 彭佳佳，蒋高明，卢致文，等.全成形毛衫在双针床电脑横机上的编织工艺[J].纺织学报，2014，36（11）：53-54.

[8] Wonseok Choi，Nancy B. Powell.Three dimensional seamless garment knitting on V-bed flat knitting machines[J].Journal of Textiles and Apparel Technology and Management，2005，4（3）：1-33.

[9] Hunter Billy.Complete garments evolution or revolution？ （part II）[J].Knitting International，2004（11）：22-23.

[10] W. Choi，Y. Kim，N. B. Powell.An investigation of seam strength and elongation of knitted-neck edges on complete garments by binding-off processes[J].Journal of the Textile Institute，2014，106（3）：334-341.

[11] 孟家光.羊毛衫生产大全——羊毛衫生产工艺、技术、设备与设计[M].西安：陕西省科学技术出版社，1994.