Solidworks軟件在“針織物組織與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

周 琪

(湖南工程學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，湖南 湘潭 411101)

“針織物組織與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”是一門以不同緯編針織物組織與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容的實(shí)踐性課程。該課程要求學(xué)生掌握不同緯編針織物組織結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生基于功能對(duì)緯編針織物組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和表達(dá)的能力。目前在課程教學(xué)時(shí)，主要通過學(xué)生進(jìn)行拆樣分析，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)緯編針織物組織進(jìn)行結(jié)構(gòu)表達(dá)。以往緯編針織物教學(xué)中對(duì)組織結(jié)構(gòu)的表達(dá)多選用三角配置圖、花型意匠圖、紗線排列圖等較為簡(jiǎn)單的方式，很少繪制直觀、復(fù)雜的線圈結(jié)構(gòu)圖，主要原因是手繪緯編針織物組織結(jié)構(gòu)耗時(shí)多，且尚未有用于繪制緯編針織物組織結(jié)構(gòu)的繪圖軟件。筆者利用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織的線圈結(jié)構(gòu)圖并用于“針織物組織與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)，將緯編針織物組織結(jié)構(gòu)清晰地展示給學(xué)生，幫助學(xué)生理解和掌握每一種緯編針織物組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為學(xué)生設(shè)計(jì)和開發(fā)不同的緯編針織物提供理論基礎(chǔ)。

一、 緯編針織物線圈模型的構(gòu)建

為了從理論上分析緯編針織物的結(jié)構(gòu)，了解不同緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先建立緯編針織物的線圈模型，為用計(jì)算機(jī)軟件繪制緯編針織物的線圈結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外用于緯編針織物結(jié)構(gòu)建模的主要有Pierce線圈建模理論、分段函數(shù)線圈建模理論及B樣條曲線線圈建模理論。在用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)圖時(shí)，主要利用樣條曲線線圈模型的理論基礎(chǔ)。在Solidworks軟件中有Bezier和B樣條兩種曲線線圈模型。

1. Bezier曲線線圈模型

Bezier曲線是一種非常自由的曲線，通過改變其控制點(diǎn)的位置和權(quán)重就能改變線條的形狀。相對(duì)于傳統(tǒng)的直線和圓弧相組合來表達(dá)曲線的方式，Bezier曲線繪制的線圈精度要高得多[1]。

根據(jù)Bezier曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可獲得一次、二次及更高次數(shù)的Bezier曲線。所用Bezier曲線表達(dá)式的次數(shù)越高，能表達(dá)曲線的復(fù)雜程度也越高，獲得的Bezier曲線更加逼近各控制點(diǎn)。圖1為Solidworks軟件中采用Bezier曲線繪制的單個(gè)線圈圖。

圖1 利用Bezier曲線繪制的單個(gè)線圈

2. B樣條曲線線圈模型

B樣條曲線擬合應(yīng)用于繪制離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化趨勢(shì)，一般采用數(shù)據(jù)逼近或者迭代的方法得到，是圖像處理和逆向工程中的重要內(nèi)容[2]。B樣條曲線作為Bezier曲線的一般化，既保留了Bezier曲線的優(yōu)點(diǎn)，又增強(qiáng)了可局部修改的特性，可方便解決連續(xù)性的拼接問題，實(shí)現(xiàn)曲線的重建[3]。根據(jù)B樣條曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通過改變曲線曲率改變控制點(diǎn)的坐標(biāo)向量，改變B樣條曲線的大小和控制點(diǎn)的逼近效果。在Solidworks軟件中B樣條曲線分為B樣條(3)、B樣條(5)及B樣條(7)三種，圖2為Solidworks軟件中以3種不同B樣條曲線繪制的單個(gè)線圈。

(a) B樣條(3)(b) B樣條(5)(c) B樣條(7)圖2 利用B樣條曲線繪制的單個(gè)線圈

二、 用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結(jié)構(gòu)圖

從圖1和圖2可以看出，B樣條曲線繪制的線圈效果更加逼近實(shí)際線圈形狀，其中以B樣條(7)曲線最優(yōu)，因此，本文采用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)圖都基于緯編針織物的B樣條(7)曲線模型。用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)圖包括單個(gè)線圈草圖繪制、組織結(jié)構(gòu)串套和特征掃描。下面以緯平針織物組織為例，用Solidworks軟件完成結(jié)構(gòu)圖繪制。

1. 單個(gè)線圈草圖繪制

繪制單個(gè)線圈需根據(jù)緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)確定單個(gè)線圈的大小和形狀，以形成組織結(jié)構(gòu)串套時(shí)表達(dá)良好的空間關(guān)系。單個(gè)線圈的大小和形狀可選擇不同曲率的B樣條曲線進(jìn)行繪制。緯平針織物的組織結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在繪制單個(gè)線圈草圖時(shí)選用B樣條(7)曲線，圖3為繪制的緯平針織物單個(gè)線圈草圖。

圖3 利用B樣條(7)曲線繪制的單個(gè)線圈

2. 組織結(jié)構(gòu)串套

用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結(jié)構(gòu)圖的重點(diǎn)和難點(diǎn)是找準(zhǔn)線圈與線圈之間的位置關(guān)系。在Solidworks軟件中，通過建立三維空間中平行、重疊、交叉等關(guān)系的不同基準(zhǔn)面來實(shí)現(xiàn)緯編針織物組織中串套、交叉等結(jié)構(gòu)。用Solidworks軟件繪制緯平針織物組織結(jié)構(gòu)圖，需建立與線圈橫列數(shù)量相同的基準(zhǔn)面。本文以3個(gè)橫列為例，建立3個(gè)基準(zhǔn)面作為表達(dá)不同橫列線圈的串套和交叉，如圖4所示。

圖4 利用B樣條(7)曲線繪制的組織結(jié)構(gòu)串套

3. 特征掃描

在通過建立不同基準(zhǔn)面繪制了緯編針織物組織結(jié)構(gòu)的草圖后，線圈與線圈之間整體呈現(xiàn)的是平面效果。對(duì)緯編針織物組織結(jié)構(gòu)草圖進(jìn)行特征掃描，能加強(qiáng)不同基準(zhǔn)面繪制線圈的串套、交叉等關(guān)系的立體效果，真實(shí)地展現(xiàn)緯編針織物的三維組織結(jié)構(gòu)。在Solidworks軟件中對(duì)上述繪制緯平針織物組織結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行特征掃描，如圖5所示，不同線圈橫列間圈干、圈柱的前、后覆蓋準(zhǔn)確地表達(dá)了緯平針織物組織的工藝正面和工藝反面。

(a) 工藝正面(b) 工藝反面圖5 緯平針織物的三維組織結(jié)構(gòu)

通過上述方法，Solidworks軟件可以繪制更加復(fù)雜的緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)，如羅紋組織、添紗組織、襯墊組織等，如圖6所示。

(a) 1+1羅紋添紗組織(b) 平針添紗組織

三、 用Solidworks軟件繪制緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)在教學(xué)中的應(yīng)用

讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)是針織專業(yè)課程教學(xué)的重要目標(biāo)。用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結(jié)構(gòu)可應(yīng)用在課前、課中及課后環(huán)節(jié)，以促進(jìn)學(xué)生快速和牢固地掌握緯編針織物組織結(jié)構(gòu)。

(1) 在課程開始前，將下一節(jié)課涉及的緯編針織物組織結(jié)構(gòu)圖繪制出來，結(jié)合教材內(nèi)容以及相關(guān)輔助資料，要求學(xué)生總結(jié)組織結(jié)構(gòu)中線圈的位置關(guān)系、繪制組織結(jié)構(gòu)的方法等。使學(xué)生有目的、帶任務(wù)地預(yù)習(xí)下一節(jié)課程內(nèi)容，同時(shí)為學(xué)生的課程平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定提供依據(jù)。

(2) 在課程教學(xué)中，結(jié)合組織結(jié)構(gòu)的三角圖、排紗圖用Solidworks軟件畫出對(duì)應(yīng)位置的線圈，逐步地演示喂入每一根紗線的成圈過程，并展現(xiàn)不同橫列之間的串套、交叉關(guān)系，形象生動(dòng)地表達(dá)了教學(xué)內(nèi)容中的抽象概念，如工藝正面、襯緯、襯墊等。用Solidworks軟件繪制緯編針織物組織結(jié)構(gòu)的過程，清晰地解剖了緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)，為學(xué)生學(xué)習(xí)緯編針織物的功能與應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)為學(xué)生設(shè)計(jì)和開發(fā)不同緯編針織物組織提供了理論支撐。

(3) 在課后作業(yè)中，要求學(xué)生采用Solid-works軟件繪制緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)圖，以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)每種緯編針織物組織的掌握情況；也可提出緯編針織物的功能要求，要求學(xué)生通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)繪制不同緯編針織物的組織結(jié)構(gòu)圖，使學(xué)生能夠舉一反三，拓展應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

四、 結(jié)語

將Solidworks軟件應(yīng)用于“針織物組織與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)，豐富了課程的教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)效果，提升了專業(yè)的應(yīng)用價(jià)值，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，是一種值得推廣的教學(xué)方法。