纬编两面提花针织物的工艺设计模型

梁佳璐， 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)

目前纺织工业的发展正向着科技、时尚和绿色的方向进行，采用提花手段可增加面料的时尚感，减少后整理和印染工序，从而实现绿色发展。纬编两面提花针织物通过使用色纱在针筒及针盘上选针编织，在织物的正反两面体现花型效应，渐渐在针织物市场中占据一定份额[1]。纬编两面提花针织物组织结构复杂，花型变化丰富，立体效应多变，在进行工艺制作时，工艺设计难度大，且传统的纬编提花针织物的设计开发需要不断地进行上机打样，设计效率低，生产成本高[2]。以数学方法为基础，借助计算机强大的图像、信息处理技术实现对纬编两面提花针织物的工艺设计及来样处理，便于提高设计效率，降低开发成本[3-4]。

纬编针织物按照生产设备分为圆型纬编针织物和平型纬编针织物2种类型。圆型纬编机编织线圈类型多样，工艺种类丰富，圆型纬编针织物容易实现两面提花编织，因此，本文中纬编提花针织物指的是圆型纬编提花针织物。目前已经有人通过使用数学方法对纬编提花针织物进行设计开发和仿真模拟，但是与纬编两面提花针织物相关的研究较少。通过使用花型意匠图矩阵数字化和编织图矩阵数字化可实现纬编单面提花织物和双面提花织物的快速设计[5-6]。建立花型意匠图和编织图的二维矩阵及研究二者信息的转换算法可实现纬编双面提花织物、纬编仿蕾丝织物、纬编提花毛圈织物的快速设计[7-9]。以花型意匠图、编织图的数学模型为基础建立纬编针织物CAD系统，实现织物工艺设计的功能[10-11]。对纬编两面提花针织物的设计开发尚处于起步阶段，缺少对织物结构特征的分析与织物设计效率的提高方法。

本文在分析纬编两面提花针织物结构特征的基础上，将织物单元结构组成分为9种类型，采用数学矩阵的方法建立花型意匠图矩阵、编织意匠图矩阵、单元格定义矩阵以及编织图矩阵，研究花型意匠图矩阵和编织图矩阵之间的转换算法，建立工艺设计的数学模型，最后对工艺设计模型进行验证，为纬编两面提花针织物的设计与仿真提供了一定的理论依据。

1 结构特征提取

纬编两面提花针织物是指上机织造时纱线在针筒和针盘上均按照花型意匠图选针进行编织，最终在织物的正反两面均具有独立花型效应的花色组织。与纬编双面提花针织物相比，前者织物反面的花型不再是后者的横条、纵条、芝麻点和空气层类型的花型效应，而是和织物正面一样具有了提花效果，织物结构更加复杂，花型变化更加丰富，立体效应更加多变。四色纬编两面提花针织物如图1所示。

2 单元结构表达

织物的每个编织图单元格表示织物正反2个线圈结构单元，同时纱线在针筒和针盘编织的基本线圈结构单元都有成圈、集圈和浮线3种，因此，纬编两面提花针织物的每个编织图单元格可分为9种基本结构单元，如图2所示。

3 设计模型建立

为便于织物工艺设计模型的建立，使用F表示织物正面，使用B表示织物反面。

3.1 工艺设计模型组成

3.1.1 花型意匠图矩阵

纬编两面提花针织物在织造过程中可选针进行提花编织，在织物正反2面形成不同的花型效果。其花型意匠图表示织物正面或反面的花型意匠信息，一般采用最小的花型循环来表示，每横列表示织物每横列正面或反面的花型意匠信息，每纵行表示织物每纵行正面或反面的花型意匠信息。由于花型意匠图是二维平面图，因此使用2个二维矩阵PF和PB来表示花型意匠图的花型意匠信息。

采用一维矩阵S(Sort)来表示花型意匠图中的颜色种类数，逐个分析花型意匠图矩阵中每个元素的颜色值，定义S0为花型意匠图矩阵中第1个颜色值，以此类推，将Sc-1定义为花型意匠图矩阵的第c个颜色值。

当织物进行上机工艺制作时，需要根据织物提花编织使用的色纱种类数确定花型意匠图中每一花型行编织需要的工艺行数，设n表示织物提花编织时使用的色纱种类数。采用一维矩阵D来表示织物提花编织使用的色纱，定义D0为一个花型行中第1路工艺行编织的纱线颜色，以此类推，将Dn-1定义为一个花型行中第n路工艺行编织的纱线颜色。

D=[D0…Dn-1]

3.1.2 编织意匠图矩阵

将花型意匠图的花高工艺行化就会形成1个编织意匠图，编织意匠图的花宽和花型意匠图的花宽是相同的，但是其花高H和花型意匠图的花高h有如下的倍数关系：

H=n×h

编织意匠图的颜色种类数和花型意匠图的颜色种类数是相同的。由于编织意匠图也是1个二维的平面图，分别用二维矩阵TF和TB表示：

3.1.3 单元格定义矩阵

在对纬编两面提花针织物的花型意匠图进行单元格定义的过程中，同一工艺行中可选择多个颜色值进行成圈或集圈编织，因此，织物提花编织使用的色纱种类数小于或等于花型意匠图中的颜色种类数，因此需建立一个矩阵来将织物提花编织使用的色纱种类数和花型意匠图中的颜色种类数联系起来，此处可采用单元格定义矩阵来表示。

对纬编两面提花针织物的编织意匠图进行单元格定义时，由于织物的正反两面均需要选针进行编织，即针筒和针盘均需选择相对应的颜色值来表示纱线的单元结构，因此，同1个编织意匠图会有2个单元格定义矩阵，分别以二维矩阵AF和AB来表示织物的单元结构：

3.1.4 编织图矩阵

通过单元格定义矩阵可判断出每路纱线在每个编织图单元格中所表示的针筒单元结构信息和针盘单元结构信息，然后以此为依据，在编织意匠图中一一对应可得出织物的编织图信息，编织图信息用二维矩阵FF和FB来表示：

式中，表示取余。

由于织物是三维立体的实物，织物的正反两面的编织图信息都可使用1个二维矩阵来表示，设定z=1表示针筒针第x+1根针在第y+1路的编织图信息；z=0表示针盘针第x+1根针在第y+1路的编织图信息，此时可以将织物正反两面的编织图信息组成一个三维矩阵，织物编织图信息由三维矩阵F表示：

表和的转换关系Tab.1 Conversion relationship between

3.2 意匠图和编织图矩阵转换

纬编两面提花针织物的工艺设计流程是先将花型意匠图工艺行化为编织意匠图，再经单元格定义确定织物在这一编织图单元格的正反面编织图信息，最终通过相关转换关系得出织物的编织图信息。

3.3 工艺设计模型验证

本文通过理论方法建立了纬编两面提花针织物的工艺设计模型，下面以三色纬编两面提花针织物的设计开发为例验证本文的工艺设计模型。该织物使用的原料是16.67 tex(48f)涤纶低弹丝色纱，颜色是蓝色、黄色和白色，使用的机型是总针数为2 400的OVJA1.6EE迈耶西两面大提花圆机。

三色纬编两面提花针织物的花型意匠图如图6所示。图6(a)为织物正面花型意匠图，图6(b)为织物反面花型意匠图，右侧小组织图表示织物花型意匠图中不同区域填充的组织，小组织图中每个方格表示线圈颜色及线圈大小。

通过花型意匠图与编织意匠图之间的转换关系可得到织物正面编织意匠图和织物反面编织意匠图，接着通过单元格定义矩阵得到织物正面编织图矩阵和织物反面编织图矩阵，最后通过如图5所示的转换流程得到织物编织图。

图7示出三色纬编两面提花针织物局部正面效果图和反面效果图。如上所述的三色纬编两面提花针织物的工艺设计模型能够实现纬编两面提花针织物的快速设计。

4 结 论

本文研究了纬编两面提花针织物的结构特征，分析了织物单元结构组成，建立了工艺设计的数学模型，验证了织物的工艺设计模型，得到如下结论。

1)研究了纬编两面提花针织物正反两面相对部位的结构特征，并根据针筒和针盘编织的线圈结构类型，将织物的编织图单元格分为9种基本类型。

2)采用数学矩阵的方式建立了纬编两面提花针织物的工艺设计模型，包括花型意匠图矩阵、编织意匠图矩阵、单元格定义矩阵和编织图矩阵，得出了花型意匠图矩阵和编织图矩阵之间的转换算法。

3)以三色纬编两面提花针织物的设计开发为例验证了工艺设计模型的准确性，为以后纬编两面提花针织物的设计与仿真提供理论。