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当前,快速时尚是今后纺织品服装行业的新的商业模式.设计创新已经成为产品立足市场之本,在图案设计领域,传统的来样加工的生产方式已越来越不能适应市场的发展.快速设计独具特色的创新花样图案,已成为面料开发人员与设计师们的重要课题,这也对织物CAD系统也提出了更高的创新设计要求.
创新设计技术主要包括产品创新设计、降低成本设计、快速设计、仿真与虚拟设计、智能设计、广义优化设计等设计技术.快速反应的面料设计系统包括图案创新设计、织物性能设计、纱线及织物外观模拟、应用效果展示等等.
1计算机辅助的产品创新设计
纺织品计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,CAD),是利用计算机强大的计算功能和高效率的图形、图像处理能力进行纺织品设计和数码打样的理论和技术,主要体现在织物CAD设计系统的应用.织物CAD系统能够用计算机屏幕替代传统意匠纸进行组织和上机图的设计,使得组织的设计和变换修改变得非常便捷,系统能够按照给定的组织和纱线排列以及纱线种类自动生成织物模拟图像,输出在视觉上完全符合实际要求的织物模拟图像,并可将面料在计算机中应用到实物上进行展示.
产品创新设计是经济和技术发展的必然规律,要想增强产品竞争力,需要具备一定的产品创新设计支撑环境,其中信息技术尤其是CAD技术和系统的应用是这个支撑环境的关键部分.
目前,CAD系统已得到广泛应用.在产品设计领域,以CAD概念为核心,已经发展出计算机辅助工业设计(CAID)、计算机辅助概念设计(CACD)、计算机辅助工艺设计(CAPP)等一系列相关的CAD技术和系统.但如何使传统意义上的CAD系统支持产品的创新设计是企业界关心的焦点,也是学术界研究的热点问题.
2国内外CAD技术研究现状
目前,国内外的纺织CAD系统种类多,发展快,普及率高.国内已开发成熟、投入商品化的主要有浙大经纬公司开发的纹织CAD系统系列、浙大光学仪器厂开发的TOP纹织CAD系统、上海佰锐数码科技有限公司与上海纺织研究所合作开发的AU系列CAD系统、中国纺织科学研究院开发的织物CAD设计系统、上海视博与东华大学及绍兴轻纺科技中心联合开发的FCAD2000纺织面料计算机辅助设计系统、浙江理工大学开发的ZIS素织物设计系统和Zcad面向多重多层织物小提花织物设计系统、武汉科技学院开发的纺织产品计算机辅助设计系统(简称WFCAD)和天津工业大学开发的机织物CAD系统等.
相比之下,国外的纺织CAD系统功能更完善、技术性能更好,在国内较为知名的有德国DesignScopevictor公司的EAT系统,荷兰NedGraphics(耐特)公司Texcelle2006系统,西班牙InformaticaTextil公司开发的PENELOPECAD系统,西班牙PIXELArt公司开发的PIXEL系列CAD系统,美国Lsoftware公司的WeeMaker织物设计系统,苏格兰纺织学院开发的ScotWee织物CAD系统,法国YXENDIS公司的织物CAD系统,韩国SaeHwaLoom纹织CAD系统等.
浙大经纬最新版“WIN2000版纹织CAD系统”最大支持10万纹格,能根据输入的织物组织、纱线排列、经纬纱线种类等有关数据自动生成织物的模拟图像.该系统不仅能模拟单色纱线织成的织物,还可以模拟由多色纤维混纺的纱线、异色合股纱线和一些花式纱线(如雪尼尔纱、粗节纱、圈圈纱等)交织而成的织物,甚至模拟毛织物经过整理后呈现的织物表面状态.
中国纺织科学研究院开发的CAD系统具有织物的全真模拟功能,尤其系统的毛织物效果模拟非常逼真,针对毛织物采用散毛染色后混纺加工及后处理中的缩绒起毛工艺,可对毛织物的特殊外观进行模拟,它还能根据组织、纱线排列、纱线种类及所选择起毛的形式模拟起毛外观和起毛隐藏织纹和花纹的效果.
国外CAD系统如EAT、Texcelle2006、PENELOPE、PIXEL、WeeMaker、ScotWee、YXENDIS等一般都采用模块化设计,大部分都包括多臂织物设计和提花织物设计、面料模拟和面料展示等模块.其中EAT系统其织物模拟效果较好,其三维组织、自动设计和自动链库功能也颇具特色.Texcelle2006系统的绘图功能强大,特别适合开发新产品和花本试样厂绘图,效率大大高于其它同类系统.PIXEL和YXENDIS系统(图1)也具有较好的3D展示功能,可对3D模型进行材质渲染,也可利用三维网格技术将模拟面料铺设于实物或场景进行展示.
3纺织CAD技术进展
3.1机织物CAD技术进展
机织物CAD系统包括素织物CAD系统和纹织物CAD系统,素织物CAD又称小提花CAD或多臂CAD,与大提花CAD相比,其织物经纬纱组织循环较小,主要运用于复杂组织及色织物等设计.纹织物CAD又称大提花CAD或贾卡CAD,主要运用于大提花织物的设计上.素织物CAD系统一般都具有组织设计、配色设计、上机工艺、模拟与展示四大模块,纹织物CAD系统一般都具有纹样编辑、意匠处理、纹织工艺和模拟与展示四大模块.国外很多CAD系统也将“模拟与展示”模块从CAD系统中独立出来,作为专门的设计系统.
实物展示是CAD系统近几年研究的热点,早期主要是平面展示和实物二维展示,目前主要为3D模型材质渲染(3Dpresentation)和实物三维展示(3Dmapping)两部分.3D模型材质渲染主要是调用或模仿3D软件的材质渲染功能,国外最新软件能够模拟较为真实的3D效果,如服装模型中实现不同裁片织物纹路的不同方向和角度,裁片衔接处的自动接合,更为真实的光照和场景效果等,香港理工大学目前研究的一体化CAD系统中在此基础上还增加了织物的悬垂和风动效果模拟,实现3D动态展示.
3.2经编CAD技术进展
目前,经编行业纷纷推出针对各种机型的CAD软件.设计人员首先画出花纹小样,然后通过扫描仪把花纹图案转移到计算机中,通过CAD系统进行梳栉分配及原料选择,然后自动确定各把梳栉的垫纱运动,从而可以确定各把梳栉的花型数据.利用CAD系统不仅可以进行花纹设计,而且能够进行织物效应仿真,最终还可以记录各项数据,并把这些数据保存到软盘上,直接用于对经编机的控制.
德国EAT公司开发的经编织物图形设计(DesignScope)和工艺设计(ProCAD)软件,可以对多梳栉经编织物、贾卡经编织物等进行图形和工艺设计以及模拟仿真.图形设计首先将花型图稿或织物实样扫描进计算机,接着进行编辑修改并确定最终的图形和完全循环,最后根据实际生产的要求并参照纵横密度及图形的大小,设定所需的针数及横列数.设计好图形后,也可以直接进行各类组织的填充,预览花型效果.工艺设计包括创建花型文件和花型工艺编辑(多梳栉垫纱运动图编辑、贾卡花型编辑).在进行花型模拟显示之前,必须先确定和设置各把梳栉的纱线类型(品种、粗细等),进入模拟仿真显示时,可以设置各种不同类型的纱线显示颜色、纱线的张力状态、纱线粗细等,并可实现织物的三维仿真.
国外经编CAD系统水平较高,尤其是在经编针织物仿真方面.设计者可以根据市场需要进行反复修改,选择不同的组织结构和各种线密度、各种品种的纱线,无需实际生产过程,就可在屏幕上观察织物的效果或通过打印机输出布样仿真图,大大节约了生产成本,缩短了生产周期.这种仿真是通过对输入工艺参数进行精密计算后得到的,因此形象逼真,并非像有些软件仅仅是对织物表面的模拟,缺乏立体感.
国内在经编CAD系统的开发上也取得了不少进展,江南大学开发的WKCAD3.0系统可以直观、快速、准确地设计经编针织物.系统适应范围广,能够方便地设计多梳织物、贾卡织物、窗帘、绒类织物、网眼织物等,对于经编织物中设计难度最大的贾卡浮纹织物、双针床无缝织物等该系统也能提供完美的解决方案.系统还具有强大的文件兼容功能,能够与国内外设计系统中的花型文件进行数据兼容,同时系统具有多种数据输出方式,即能满足经编机的花型工艺需要,也能直接输出国内外经编机上机花型控制文件.
3.3横编CAD技术进展
Stoll(斯托尔)公司的M1花样设计软件经过进一步开发为设计人员提供更多的选择.这种新的软件为设计人员提供许多自动功能,不再需要为标准工艺编程序.新的功能还使个性化编织工艺得以实现.通过改进菜单和操作元件,软件的操作更加简单.Stoll公司还与ENEASInformatica公司合作,ENEAS软件与M1结合为织物设计、模拟和演示提供了新的选择.
Stoll软件解决方案拥有独一无二的工具,不仅最大限度地简化客户的日常工作,而且也明显改进了机器的运行效果.花型软件M1plus®,全面的自动化功能,减轻了编程员设计标准程序的工作.同时,各种附加功能轻松实现个性化编织技术,改进的菜单和操作原理,最大程度地简化操作者的工作.Eneas软件为款型的开发、设计以及模拟、展示花型程序提供了更多的选择.
瑞士Steiger(事坦格)公司最新推出的机型具有最先进技术的“MODEL”系统,在提供大量自动功能的同时又给使用者以充分的自由空间,使客户能够轻松地创新针法符号或制作最复杂的功能模块.“MODEL”是一款开放式软件,它能与Windows系统兼容,可以随意安装在任意一台家用电脑上,为特别时尚的针织服装设计提供了极为有力的辅助,其大量的自动功能满足了不协调的式样,既逻辑又易懂的针法符号方便了极为复杂的结构和花型.另外,“NetContol”系统能够使用户通过计算机终端遥控多台机器的生产,例如与“MODEL”软件强强联合的Aries3机型能使设计者自由发挥自己的想象力.
法国YXENDIS公司的YXKNITPlatinium是一种立体针织制作和模拟软件,是一个真实的3D针织软件,可以实现提花、嵌花、双螺纹等结构,丰富了针织物的创新和仿真.日本ShimaSeiki(岛精)公司的软件SDSONEAPEX的特色在于其立体模特能力,3Dmodelist软件首次创造虚拟加工,SDSONEAPEX硬件也被升级,例如8CPU工艺用于3D应用、3DSubkeyboard用于对立体影像进行处理、24"高分辨率的宽屏监控器.SDSONEAPEX的软、硬件都在该公司内部开发和制造,以便对客户回馈提供快速支持.
3.4印花CAD技术进展
印花CAD是许多印染企业进行技术改造的重要内容.系统通过彩色画稿扫描输入,或由计算机直接生成图案,再进行图形处理,调配色彩,产生出满意的图案,然后由激光照排机输出满足各种要求的用于印花生产的高精度分色胶片.印花CAD技术获得了较好推广,绍兴轻纺科技中心、杭州开源公司、浙江大学光学仪器厂的产品占有一定市场.
绍兴轻纺科技中心加强纺织CAD技术开发,形成纺织全程CAD特色技术服务.在拥有自主版权EX6000的基础上,该中心推出了EX9000新版,使印花分色CAD技术始终处于领先水平.EX6000的最大优点是把原来的手工分色描稿变成了现在的电脑分色描稿,大大提高了工作效率.该软件的创新点在于:增加智能分色、自动预示、光笔应用和矢量字体功能,用先进的八叉树量化算法,提高描绘速度,采用更多的调整方法,提高描绘质量.
4纺织CAD技术的发展对策
经过近年来的协同努力和发展,国内机织物CAD技术已有了快速的发展,已达到了在一定程度上满足国内产品设计的基本要求,但与国外相比,仍有一定的差距,主要体现在如下几方面.
4.1CAD系统的织物模拟与展示技术
国外CAD系统一般都采用模块化设计,大都包括多臂织物设计和提花织物设计、面料模拟和面料展示等模块.典型的CAD系统不仅具有良好的织物模拟效果,而且具有较好的织物3D展示功能,可对3D模型进行材质渲
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染,或利用三维网格技术将模拟面料铺设于实物或场景进行展示,且还可利用预先设置的三维网格在实物表面实现织物褶皱、阴影、裁线和裁片角度等模拟效果.此外还有的系统能提供用户自主设计模拟模型的程序.4.2CAD系统的纱线库技术
多数CAD系统具有较全面和详尽的纱线库,纱线库中的纱线可以根据实际需要更换参数,以实现纱线快速设计与模拟的目的,国内CAD系统中纱线库的完整性和灵活性尚待努力.
4.3CAD系统的图形处理功能
国外CAD系统的绘图功能较强,特别适合新产品的开发和试样,可大大提高产品设计的效率.此外,国外CAD系统在使用中具有更好的灵活性,并能较好地适应诸如大型图形处理等方面的实际应用场合.
可见,对CAD技术需要通过相关算法的研究与改进,进一步提高我国纺织品设计CAD系统的使用灵活性与适用性,改进CAD系统的织物模拟效果与三维展示技术,增强CAD系统的纹织图案处理和编辑功能,形成具有我国特色的、具有世界先进水平的CAD系统,更好地满足我国纺织业对纺织品设计CAD技术的需求.