基于自然控制原理的機(jī)織物組織設(shè)計(jì)

基于自然控制原理的機(jī)織物組織設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的機(jī)織機(jī)件設(shè)計(jì)是一種平面設(shè)計(jì)方法，其組織設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單一的組織模式。無(wú)論是簡(jiǎn)單的組織還是復(fù)雜的組織，都是獨(dú)立設(shè)計(jì)和應(yīng)用的。雖然計(jì)算機(jī)輔助組織設(shè)計(jì)的研究旨在取代手工組織描繪,但基于單一組織設(shè)計(jì)模式下的計(jì)算機(jī)輔助組織設(shè)計(jì)只是提高了設(shè)計(jì)效率,對(duì)機(jī)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新無(wú)法產(chǎn)生積極的影響。隨著數(shù)碼機(jī)織物設(shè)計(jì)概念的提出,特別是數(shù)碼提花織物分層組合設(shè)計(jì)方法的提出,為傳統(tǒng)機(jī)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新開(kāi)辟了新的途徑,本文結(jié)合數(shù)碼設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,提出以全息組織設(shè)計(jì)替代單一組織設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)構(gòu)思,并對(duì)其設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入分析,可對(duì)數(shù)碼機(jī)織物,特別是數(shù)碼提花織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新起到促進(jìn)作用。1織物組織設(shè)計(jì)方法,主要分為前點(diǎn)式組織和組合組織傳統(tǒng)的經(jīng)緯交織織物又稱(chēng)機(jī)織物。當(dāng)織物的組織發(fā)生變化時(shí)織物的外觀及內(nèi)在性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。傳統(tǒng)機(jī)織物的組織設(shè)計(jì)方法是先根據(jù)原組織的類(lèi)型,確定原組織的組織循環(huán)R和飛數(shù)S等參數(shù),再進(jìn)行原組織的描繪,之后在原組織的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化組織和聯(lián)合組織的設(shè)計(jì);如果屬于復(fù)雜組織,先設(shè)計(jì)用于復(fù)合的各個(gè)簡(jiǎn)單組織,然后組合成單個(gè)復(fù)合組織進(jìn)行應(yīng)用。所以傳統(tǒng)的組織設(shè)計(jì)方法是基于單一組織模式下的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。隨著數(shù)碼設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,特別是分層組合的機(jī)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的提出,傳統(tǒng)單一模式的組織設(shè)計(jì)方法將被全息組織設(shè)計(jì)所替代,以滿足數(shù)碼機(jī)織物創(chuàng)新設(shè)計(jì)的需要。全息組織是以原組織為基本組織的系列變化組織,“全息”是全部變化信息的簡(jiǎn)稱(chēng),即在1個(gè)基本組織之上通過(guò)全息變化設(shè)計(jì)1組技術(shù)特性相同的組織,并建立各自獨(dú)立用于織物設(shè)計(jì)的組織庫(kù),如圖1所示。研究的重點(diǎn)是解決全息組織的數(shù)碼設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法。2原組織類(lèi)型面全息組織設(shè)計(jì)構(gòu)思的提出,使組織的概念理解也從單一組織概念向特征相互關(guān)聯(lián)的全息組織概念轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)機(jī)織物的組織設(shè)計(jì)以原組織為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)變化,根據(jù)原組織的定義,在1個(gè)R×R組織循環(huán)中每根經(jīng)紗或緯紗只有1個(gè)經(jīng)組織點(diǎn)或者緯組織點(diǎn),不考慮組織點(diǎn)飛數(shù)的變化因素,滿足原組織構(gòu)成要求的組織數(shù)有2×(C1RR1×C1R?1R-11×C1R?2R-21×…×C1111)種,包含經(jīng)面和緯面2種原組織類(lèi)型;當(dāng)原組織的飛數(shù)為常數(shù)時(shí),可以形成3種基本類(lèi)型的原組織,即平紋、斜紋和緞紋。按三原組織的構(gòu)成特點(diǎn),平紋只有2種變化,斜紋和緞紋原組織通過(guò)變化起始點(diǎn)可以有R種組織變化,所以原組織是織物組織設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),三原組織更是基礎(chǔ)的基礎(chǔ),任何具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的組織都可以通過(guò)三原組織的變化設(shè)計(jì)得到,該原理不僅適用于傳統(tǒng)組織設(shè)計(jì),對(duì)數(shù)碼全息組織設(shè)計(jì)也同樣適用。2.1機(jī)織物織物組織設(shè)計(jì)對(duì)于經(jīng)緯交織物機(jī)織物,除了組織的構(gòu)成原理,交織平衡是組織設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足的技術(shù)要求。平直的經(jīng)緯紗線相互浮沉交織,會(huì)產(chǎn)生收縮,如果每根經(jīng)紗或緯紗交織后的縮率都相近,可稱(chēng)為經(jīng)緯交織平衡,當(dāng)經(jīng)紗在交織后縮率相同稱(chēng)為經(jīng)交織平衡;反之稱(chēng)為緯交織平衡。在傳統(tǒng)的組織設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,經(jīng)緯交織平衡可以通過(guò)在手工意匠組織繪畫(huà)環(huán)節(jié)中隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整,但在數(shù)碼設(shè)計(jì)條件下,手工繪畫(huà)環(huán)節(jié)被計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所替代,經(jīng)緯交織平衡的控制需要在組織設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中加以統(tǒng)籌解決,如果在織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中經(jīng)緯交織平衡無(wú)法滿足,將導(dǎo)致織物不能正常生產(chǎn)。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)緯交織平衡在組織結(jié)構(gòu)中存在一定的規(guī)律。圖2為經(jīng)緯交織平衡原理分析圖,黑色代表經(jīng)紗。圖2中(a)、(b)為經(jīng)向截面圖,圖2(a)中的4根經(jīng)紗交織方法不同,但交織縮率相同,具有經(jīng)向交織平衡的特點(diǎn);而圖2(b)中的1根經(jīng)紗與圖2(a)中的4根經(jīng)紗交織縮率不同,一起應(yīng)用稱(chēng)為交織不平衡。圖2(c)、(d)為緯向截面圖,分析原理與經(jīng)向相同。所以可得到如下結(jié)論:機(jī)織物的交織平衡與組織點(diǎn)數(shù)目無(wú)關(guān),由組織點(diǎn)交織狀態(tài)的變化次數(shù)決定,由于連續(xù)組織點(diǎn)與單個(gè)組織點(diǎn)具有相同的交織狀態(tài)變化次數(shù),交織后縮率相同,織物結(jié)構(gòu)交織平衡。在目前高速化生產(chǎn)中,上機(jī)織造對(duì)織物的經(jīng)緯交織平衡有一定的要求,特別是經(jīng)紗,所以經(jīng)緯都交織平衡的組織可以任意確定經(jīng)緯向的上機(jī)方式;只有經(jīng)交織平衡的組織可以按設(shè)計(jì)要求經(jīng)向上機(jī)生產(chǎn);而只滿足緯向交織平衡的組織設(shè)計(jì),需要將緯向變?yōu)榻?jīng)向上機(jī)生產(chǎn)。2.2組織點(diǎn)變化參數(shù)全息組織是基于三原組織的系列變化組織,構(gòu)成全息組織的要素是基本組織和變化規(guī)律。對(duì)變化規(guī)律的研究需要結(jié)合組織的構(gòu)成原理和組織結(jié)構(gòu)交織平衡的技術(shù)要求。三原組織的構(gòu)成特點(diǎn)是經(jīng)緯組織循環(huán)相同R=Rj=Rw;每1根經(jīng)紗或緯紗僅交織1次;組織點(diǎn)飛數(shù)S是常數(shù)。根據(jù)變化三原組織的交織次數(shù)、飛數(shù)和組織點(diǎn)的起始位置可以設(shè)計(jì)出每1個(gè)三原組織的系列組織。其中平紋組織只有起始位置1種變化參數(shù);斜紋組織存在交織次數(shù)和組織點(diǎn)的起始位置2種變化參數(shù),飛數(shù)固定為1和R-1二種;緞紋組織3種變化參數(shù)都存在。圖3為以五枚緯緞基本組織變化組織點(diǎn)起始位置產(chǎn)生的組織系列和通過(guò)增加組織點(diǎn)形成的組織系列。設(shè)定變化飛數(shù)產(chǎn)生的組織數(shù)目為MS,MS是形成緞紋組織的飛數(shù)個(gè)數(shù),以滿足1<S<R-1和S與R之間不能有公約數(shù)為前提,五枚緞紋符合要求的飛數(shù)為2個(gè),即2和3;以其中1個(gè)組織為基本組織,設(shè)變化組織點(diǎn)位置產(chǎn)生的組織數(shù)目為Mw,Mw=R=5;再以其中1個(gè)組織為基本組織通過(guò)增加組織點(diǎn)產(chǎn)生組織系列,設(shè)定組織數(shù)目用Mp表示,Mp=R(R-2)+1=16。如果考慮組織點(diǎn)增加方法的變化,根據(jù)組織點(diǎn)交織平衡的原則,只能采用經(jīng)向或緯向2種方法,結(jié)合組織點(diǎn)增加位置的不同,在滿足組織點(diǎn)連續(xù)和平衡增加的技術(shù)要求下,沿經(jīng)向或緯向的方法各有C1R×C1R?1R-11×C1R?2R-21×…×C1111種,即R!;如果需要考慮增加組織點(diǎn)方向的不同,每個(gè)基本組織的組織點(diǎn)增加變化方法應(yīng)為4×R!種(緯向的左、右和經(jīng)向的上、下),該例中五枚緞紋的組織點(diǎn)增加方法就有4×R!=4×5!=480。所以在理論上1個(gè)緞紋基本組織可以建立的組織庫(kù)數(shù)為Z=4×R!×MS×Mw個(gè),每個(gè)組織庫(kù)中的組織數(shù)為Mp=R×(R-2)+1個(gè)。根據(jù)計(jì)算,五枚緞紋可以建立的組織庫(kù)數(shù)目為4800個(gè),每個(gè)組織庫(kù)中有16個(gè)全息組織。根據(jù)三原組織的特點(diǎn)和全息組織設(shè)計(jì)的原理,可以得出平紋只有1個(gè)組織庫(kù),包含單起平紋和雙起平紋2個(gè)組織,斜紋原組織和緞紋原組織的全息組織設(shè)計(jì)計(jì)算公式如表1所示,其中R表示組織循環(huán);MS表示相同組織循環(huán)不同飛數(shù)的緞紋組織數(shù)目,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。3織物組織設(shè)計(jì)方法根據(jù)機(jī)織物全息組織的設(shè)計(jì)原理表述,組織庫(kù)中的組織可以替換來(lái)改變織物表面的效果而不會(huì)影響織物結(jié)構(gòu)的交織平衡。雖然相同基本組織的全息組織設(shè)計(jì)方法和組織庫(kù)建立方法很多,但對(duì)于特定織物的設(shè)計(jì)應(yīng)用而言,只有1種或幾種方法是最優(yōu)的,所以全息組織設(shè)計(jì)方法研究的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化。如圖4為1種經(jīng)緯都交織平衡的組織設(shè)計(jì)方法,基本組織五枚緯緞具有5種不同的位移組織,可以形成5種組織庫(kù),每個(gè)組織庫(kù)中有4個(gè)組織。在進(jìn)行織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)沒(méi)有技術(shù)限制。在圖4組織庫(kù)的基礎(chǔ)上變化組織點(diǎn)數(shù)目可以產(chǎn)生5個(gè)組織庫(kù)的全息組織設(shè)計(jì),如圖5所示。該組織庫(kù)的經(jīng)向符合交織平衡的要求,即經(jīng)交織平衡,而緯向不具備交織平衡的特點(diǎn),同時(shí)該組織點(diǎn)增加方法為連續(xù)和平衡的增加方法,該全息組織庫(kù)在設(shè)計(jì)應(yīng)用中可以任意選用同一組織庫(kù)中的組織進(jìn)行替換設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的織物結(jié)構(gòu)可以直接以經(jīng)向上機(jī)生產(chǎn),如果用于設(shè)計(jì)組合組織,可以采用經(jīng)向比例排列方法而不影響交織平衡的效果。同理,如果采用緯向加強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法同樣能得到5個(gè)全息組織庫(kù)的組織設(shè)計(jì),由于組織庫(kù)中的組織只具有緯向交織平衡特點(diǎn),因此該組織庫(kù)在設(shè)計(jì)應(yīng)用中更適合用于緯向多重組合的設(shè)計(jì)需要。若要直接將組織庫(kù)中的組織用于單層結(jié)構(gòu)的織物設(shè)計(jì),可以這樣處理:一是將織物的緯向做經(jīng)向上機(jī),也就是圖案橫向設(shè)計(jì)縱向織制;二是只選擇組織庫(kù)中部分滿足經(jīng)緯交織平衡的組織用于設(shè)計(jì);三是采用色彩平衡排列布局的圖案用于設(shè)計(jì)。4以組織庫(kù)來(lái)創(chuàng)造機(jī)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)單一組織設(shè)計(jì)模式不同,基于數(shù)碼技術(shù)的組織設(shè)計(jì)以全息組織為設(shè)計(jì)目標(biāo),建立的全息數(shù)碼組織庫(kù)中的組織可用于機(jī)織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新,特別是用于分層組合設(shè)計(jì)模式下無(wú)彩數(shù)碼提花織物和有彩數(shù)碼提花織物的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。由于建立的組織庫(kù)包含了基本組織的所有變化信息,可以重復(fù)用于不同圖案機(jī)織物的設(shè)計(jì),當(dāng)設(shè)計(jì)完成足夠多的不同基本組織的組織庫(kù),機(jī)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就簡(jiǎn)化為如何選擇合適組織庫(kù)的問(wèn)題,這種以不變的組織庫(kù)來(lái)滿足各種風(fēng)格圖案的機(jī)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法,是實(shí)現(xiàn)