针织新技术发展现状与趋势

蒋高明， 高 哲(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

针织新技术发展现状与趋势

蒋高明， 高 哲
(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

为加快智能化针织技术的研发与应用，介绍了国内外针织技术的发展现状，阐述了我国针织产业在新常态下的发展特征。从针织装备高精技术、针织智能生产技术、针织服饰成形技术、针织立体编织技术和针织智能穿戴技术5个方面对最新针织技术、典型产品、前沿应用进行全面的解析。同时，基于目前市场需求低迷、成本持续攀升、环保形势严峻、产品同质化严重，我国针织产业比较优势下降，下行压力加大等问题，对针织产业未来发展提出展望，认为针织行业应抢占先机，加快融入“互联网+”概念，深入开展两化融合，促进针织产业模式的转型升级，提高国际竞争力。

针织技术； 高精化； 智能生产； 成形技术； 立体编织； 智能穿戴

针织，自从1589年英国的威廉·李发明第1台手摇针织机以来，已经有四百多年的历史。其间，针织技术也经历了革命性的发展。近30年，新原料的开发、工艺的创新、装备数控技术的突破和针织应用领域的拓展使我国的针织产业取得迅猛发展。同时，针织产业集群的崛起以及完善的产业链使我国快速成为针织大国，但是，目前随着全球经济的变化，市场需求低迷、成本持续攀升、环保形势严峻、产品同质化严重，我国针织产业比较优势下降，生产向外转移加快，下行压力加大[1]，因此在新常态下如何实现技术的突破，实现针织产业可持续发展是值得关注的重要问题。

本文从针织装备高效化、精细化生产技术、针织生产智能技术、针织服饰成形技术、针织立体编织技术和针织智能穿戴技术等5个方面全面阐述了国内外前沿针织领域的关键技术、产品研发和应用现状，揭示针织技术及产品发展的新思路，并且结合当前经济发展新常态，对未来趋势进行展望。

1 针织装备高精技术

随着制造技术的发展，针织设备的机械精度得到了很大改进，使得生产效率和织物精细化程度明显改善。同时也满足了市场对于高质量产品的要求。机号的提高、机速的提升、关键部件的材料升级、数控技术的完善以及节能技术的突破都促使针织装备向着高精化方向发展。

1.1 圆纬编装备

圆机生产商基于超细及细针距技术、沉降片改进技术、两面提花技术、双向移圈技术以及新型喂纱导纱装置和自动剖幅卷布机构的研发，来实现圆纬机的高精化。

圣东尼针织机器有限公司的超细针距单面多针道圆纬机机号达到E80，双面圆纬机机号亦以达到E60；德国迈耶·西公司推出了机号E40电脑提花单面圆机和电脑提花双面圆机。在高机号细针距电脑圆机方面国外公司居领先水平。国产圆纬机生产厂家也积极提升产品的市场竞争力，并且在数字化控制方面有了长足的进步，但在高端圆纬机方面，诸多关键部件依然被国外公司垄断控制，如德国格罗茨织针、德国美名格输线器和日本WAC电子选针器等。

高精化圆纬编设备产品涉及高机号高品质内衣类产品、精细化提花服饰类产品和高速阔幅家纺类产品，有力地提升了圆纬编产品的档次，并丰富了其品种。

1.2 横编装备

横编装备在近年也得到了长足的发展，特别是传统知名品牌横机生产厂家利用Autarkic Direct Feeding(ADF)技术、急转回头技术、多针距技术、恒张力导纱技术和经纬编织技术等关键技术实现横机专业化、多样化和精细化生产。

斯托尔机械有限公司的ADF530-32多针距电脑提花横机是一款多样化生产的新机型，每把导纱器由电动机独立驱动，上下移动编织交换添纱结构，可任意停放在所需位置，能编织32色的嵌花产品[1]。日本岛精机制作所力推轻型机头和节约材料的理念，典型的机型有SSG和SIG等，同样开发和应用了急速回转(1.6 m/s)、定长喂纱、压脚、多针距、多针种等技术[2]。国内在电脑横机高端技术方面与国外仍有差距，如嵌花、纱线张力控制、单级选针等方面还需进一步完善。

作为横机的典型产品，毛衫高端化和精品化趋势日渐明显，因而横编装备的高精化实现了高机号和精细嵌花等高品质毛衫的生产，充分满足了市场需求。

1.3 经编装备

新材料、新技术的应用，使得经编装备在高精密、高效率、低能耗方面有了较大提升。以碳纤维复合材料为代表的轻质高强部件的应用，不论从设备的设计理念还是综合性能都实现了显著的改观[3]。成圈机件运动的优化、伺服驱动技术的发展等也使经编装备的速度更快、机器门幅更宽。另外，节能技术、恒张力控制技术、贾卡精准提花技术以及高速摄影和图像处理技术等多项关键技术的发展，也为经编装备的高精化提供了重要基础。

国内外的经编机械制造商都纷纷不遗余力地为高精机型的丰富与提升做出努力。德国卡尔迈耶高速经编机机速已达4 400 r/min，机号已达E50，四梳电子横移经编机速度2 100 r/min；贾卡经编机达到E32使提花产品更为精致。我国研制的高速多轴向经编机速度可达1 350 r/min，接近国际领先水平， 碳纤维多轴向经编装备也已开发成功，多梳花边机机宽达685.8 cm，配备119把花梳， 可一次编织 4幅布，生产效率高，节省用工，但是相对而言，在中速和低速领域经编装备国内与国外相差无几，但在高速、高机号经编机依然被国外公司垄断控制。

在设备提升的基础上，更多高品质的经编产品投入市场，如多梳蕾丝面料(机号为E28)、高机号高品质弹力织物(机号为E50、)以及高性能经编复合材料增强结构织物等，在服用、装饰用和产业用领域均实现了生产效率的和产品档次的提升。

针织装备高精技术是高端针织产品的生产与推广的基石，也是针织行业节能减排的前提，该技术的发展将有效推动针织产品的定制化服务和针织行业的绿色发展。

2 针织智能生产技术

传统制造与物联网、云计算、大数据和互联网等技术结合，使信息化与工业化深度融合，为针织智能生产技术及其应用提供良好的技术支撑。针织生产智能化即采用“人工智能”的理论、方法和技术处理信息与问题，可进行自适应、自学习、自校正、自协调、自组织、自诊断及自修复等功能，以充分优化生产流程、减少人力投入、提高生产效率。针织生产智能化主要通过针织装备智能化、针织设计智能化、针织生产管理智能化和针织工序集成化等方面来实现。

2.1 针织装备智能化

在新一代针织装备的设计与生产中，引入信息技术，通过嵌入传感器、软件控制系统、人机交互系统及其他信息元器件，完成针织装备的信息互联。通过远程控制技术、伺服驱动技术、机器视觉技术、数据实时采集和远程故障诊断等技术实现装备生产过程的监控和远程故障诊断，大大降低了针织装备控制系统的维护成本，确保产品质量，最大限度减少用户损失。

国内外具有前瞻性的企业和高校都逐渐把研发重点转移到针织装备智能化这一领域。图1示出日本岛精电脑横机的i-DSCS智能线圈控制系统。这是一款可根据需要自动控制送纱及实现纱线相反方向送纱的智能型系统[4]。德国卡尔迈耶整经机照相自停系统，当经纱断头时，立即向整经机车头控制部分发信号，由车头控制部分立即发出停车信号。 江南大学自主研发经编装备CAM系统，集成电子送经、电子横移、电子贾卡，同时还具有织物疵点在线检测功能，先后与国内10家纺机公司配套，销售到美国、土耳其、印度和厄瓜多尔等6个国家，累计为企业改造和配套300多台经编装备。

针织装备智能化保证了生产的高质量、高效率，大大降低了次品率，可有效避免企业的经济损失，节约成本，同时，减少了社会资源的浪费。

图1 岛精电脑横机的i-DSCS智能线圈控制系统示意图Fig.1 i-DSCS system of SHIMA SEIKI flat machine

2.2 针织设计智能化

智能化的设计流程是针织产品研发的重要基础，利用B/S结构技术、织物仿真技术、虚拟现实技术、图像处理技术和云计算技术开发出免安装、免硬件、免维护，使用成本低，且方便快捷的针织智能设计系统，用户可直接通过电脑或移动智能终端随时随地设计针织物，符合当前针织产品设计、生产和营销快时尚的理念。

较为典型且得到成功应用的智能化针织设计系统的包括：德国斯托尔机械有限公司的M1PLUS系统专门为STOLL电脑横机研发的花型设计软件，操作便捷，功能强大；日本岛精机制作所的SDS-ONE APEX3设计软件系统，具备纱线扫描、织物仿真、工艺设计、款式设计、纸样制作、梭织、刺绣、画图、三维展示等功能；江南大学自主研发的针织CAD系统适用于所有针织物的工艺设计，其中经编CAD系统中文版应用于广东、福建、江苏、浙江等300多家针织企业，英文版已推广至美国、意大利、墨西哥、西班牙等12个国家。

针织设计智能化为企业实现快速产品设计与研发、快速产品更替和高效生产奠定了重要基础。

2.3 针织生产管理智能化

针织智能化生产管理是在针织领域实现两化融合的重要组成部分。同时也是企业调整管理模式、提升管理水平、提高生产效率的有力途径[5]。通过大数据采集与分析，优化生产工序和提高产品的质量。通过射频识别(RFID)技术、紫蜂协议(ZigBee)技术、无线局域网(Wi-Fi)技术、web(world wide web)技术以及大数据技术，实现前道准备、织造和后整理的全工序监测，以数据分析反向指导生产管理，提高生产效率和管理精细化水平。

国外诸多针织机械制造企业都已着眼于此，并开发出相关系统推向市场，例如：斯托尔机械有限公司的PPS生产管理系统；岛精机制作所的生产管理系统(shima production report，简称SPR)；美名格-艾罗纺织机械有限公司的NETWORKER—织网者圆机车间管理系统和卡尔迈耶研发的基于移动互联网技术的生产管理和在线服务系统——卡尔迈耶连线app等，可实现机器用户和技术支持人员之间快速高效的信息交流。国内有江南大学为提高企业生产效率和管理精细化水平，自主开发互联网针织MES(manufacturing execution system)系统[6]，如图2[6]所示，以固网或移动互联网为信息传递媒介，通过大数据采集与分析，实现前道准备、织造和后整理的全工序监测，以数据分析反向指导生产管理[7]，为针织企业提供完整的生产管理功能及实施方案。

图2 互联网针织生产管理系统(iKMS)架构Fig.2 Framework of ″Knitting production management system based on the Internet″(iKMS)

2.4 针织工序集成化

针织工序集成化即生产过程中可实现从原料—织造—针织产品—后整理—包装的连续进行。缩短工序，减少用工及生产占地面积，具备自动化水平高、劳动强度小、生产效率高。在针织制造中，整体服装编织技术、自动化的生产线及智能机器人等体现了连续化的生产过程。针织工序集成化是针织生产各个环节信息化、智能化、高效化的综合体现，众多先进技术与工艺的结合，将进一步科学地整合资源，实现经济效益和社会效益的最大化。

3 针织服饰成形技术

针织服饰成形技术是利用参加编织的织针数量的增减、组织结构的改变或线圈密度的调节编织形成全成形织物的生产技术，是针织生产中最具特色的技术之一[8-9]。它将传统生产流程中的面料生产、制版、裁剪、缝制和后道整理通过“全成形或半成形生产”工序整合，有效缩短生产流程，减少原料消耗和用工成本。通过研究针织成形编织技术，开发无缝内衣、全成形羊毛衫、无缝运动服装、鞋材等成形产品，提高产品舒适性和功能性，实现针织服饰的定制化、快速化生产。

3.1 针织无缝内衣

针织无缝工艺免除了颈、腰、臀等部位的接缝，保证了服装穿着舒适度，同时，根据人体工程学原理，对不同部位和尺寸进行设计，显著提升了针织服装的适型性，减小了贴身服装对于着装者日常运动的束缚[10-12]。

圆纬编无缝设备依据人体不同部位和尺寸的要求，具有不同筒径的无缝圆机，包括大圆机(筒径 50.8～172.7 cm)、无缝内衣机(筒径33～43 cm)、裤管机(筒径17.8～25.4 cm)和袜机(筒径6.35～11.43 cm)。无缝内衣产品以圆纬机生产为主流，近年来功能性纱线和E40高机号设备的广泛应用，使产品更加轻薄、透气并兼具塑身美体功能。

3.2 针织全成形毛衫

在横编设备上实现毛衫全成形，是从大身和袖口罗纹开始编织3个圆筒，从纱线直接到毛衫成衣，省去了套口、缝合等多道工序。全成形毛衫1次成形缩短生产流程，减少劳动力，且提高服装的舒适性[13]。日本岛精公司的MACH2X采用4针床编织技术，智能型数控线圈系统、精准张力控制技术和分别调整前后两片拉力的牵拉技术实现毛衫的一次成形，无需任何裁剪与缝合。横编全成形技术将是未来针织重要的发展方向。

3.3 针织成形运动服装

近年来，人们追求健康生活方式的热情日益提升，运动与健身被广为关注，与之匹配的服装也成为消费热点[14]。成形运动服装，因其科学的设计和特殊的生产工艺，具有优异的穿着舒适性，和运动协调性。基于人体曲线变化进行服装款式与组织结构设计，贴体、弹性优良，在人体皮肤、肌肉、骨骼拉伸收缩时起保护作用，并有效地降低对人体的运动束缚[15-16]。成形运动服装多由圆纬编织造工艺生产，利用自动扎口技术实现服装的一体成形编织。同时，还可通过功能性纱线编织成形运动套装，具有吸湿、排汗和抗菌等特性，进一步提升了服装的穿着舒适性。

3.4 针织成形鞋材

全球运动鞋市场需求每年达80亿双。成形鞋材以其结构连续性、完整性、适型性、美观性等特点，深受消费者的青睐，如图3所示。

图3 针织成形鞋材Fig.3 Knitted full fashioning shoe-upper

成形鞋材产品以横机为主，采用专用机型，通过改善牵拉机构，使产品质地更加紧密，不易变形，且色彩丰富，兼具花式与功能性结构[17]。经编鞋材产品在高效生产率方面有显著优势，在花式结构与色彩变化上还有待进一步突破。圆纬编鞋材手感较软、易拖散，生产效率高于横机，研发重点在于优化使用的纱线原材料[18-19]。

4 针织立体编织技术

针织立体编织技术指通过经编、圆纬编或者横编方法织造的具有三维结构的针织物，结合高性能或特种纤维材料，作为结构增强材料应用于医疗、航空航天、交通、体育等多个产业领域。

4.1 结构异形件

与编织相比，针织技术在某些结构件成形和生产效率方面有更大的优势。

比较典型的产品体现在圆形多轴向结构、多通管件、曲面超厚结构等异形针织结构上，它们已经越来越明显地体现出对传统机织或编织材料的替代优势。以针织管状结构为例，其用途涉及汽车用油管、人造血管，如图4所示。心脏支架压缩管、工业用针织多通管，如图5所示。多轴向多层经编圆管织物等多个领域[20]。

图4 针织人造血管Fig.4 Knitted artificial vessel

图5 针织多通管结构材料Fig.5 Knitted multi-way pipe

4.2 三维结构材料

三维立体结构织物通常为在双针床经编机、双面圆纬机或者横机上，采用高强纤维或功能性纱线织造的特殊材料[21-22]。由双面网布和中间连接丝组成，双面网布决定了传统材料无可比拟的透气性，中间连接丝为粗的涤纶单丝，保证了三维网布的回弹性，具有优越的透气透热性、舒适的弹性、易洗快干，还可用于服装、床垫、坐垫、睡垫、浴缸垫、摩托车坐垫等[23]。

另外，超大隔距双针床经编机产品，其脱圈板距离最大可达60 mm[24]，织物表面与橡胶、硅胶、PVC等材料复合之后成品厚度为150 mm以上，强化了回弹性、抗压性、抗震性、吸音隔音性和保暖性。

4.3 负泊松比针织物

负泊松比材料因其特殊的结构与性能，近年来备受学者重视，逐渐成为研究热点。负泊松比针织物也为针织结构的新功能与新用途开拓了更广泛的应用空间。

负泊松比针织物可以通过经编或横编的方法实现内凹结构、旋转结构、折叠结构等立体结构的成形[25-26]。与传统材料相比，此类织物在剪切模量、抗压痕性、断裂韧性、同向曲率、能量吸收能力、渗透性等方面都较传统织物有所提高[27-28]。可用于文胸、防弹背心、头盔、护膝等，智能医用纺织品，曲面复合材料的增强体，隔音、防爆材料等多个领域，前景广阔。

5 针织智能穿戴产品的开发与应用

智能穿戴是对日常穿戴进行智能化设计、开发出可穿戴的智能设备。针织技术是智能穿戴装备的优选载体和制造方式。

5.1 针织智能穿戴产品的开发

针织智能穿戴有多种设计和实现方式，如：以线圈结构为基础的导电材料的在小应力下容易改变形状，可引起织物电阻的相应变化，是大变形应变传感器的理想结构；通过研究针织结构柔性传感器的材料、组织结构对织物电-力学性能的影响，重点探讨柔性传感器的灵敏度和稳定性，功能的耐久性，价格和规模化生产问题[29]；通过针织提花技术和针织成型技术等，研制耐用、透气、柔软且易于改变形态，可拉伸及洗涤的针织电路，具有良好的电稳定性和较小的相对电阻变化，耐水洗、耐拉伸，使用寿命长。

5.2 针织智能穿戴产品的应用

智能穿戴设备自2014年异军突起，以智能手环、手表、眼镜为主要载体的“戴”设备发展迅猛。2015年载有智能元器件的智能服装成为突破性的智能穿戴技术，被广泛应用在运动追踪(步数、路线、能量消耗、姿势)和体征监测(睡眠、心跳、呼吸、体温、血压、体表压力)[30]。在2016年迎来了针织智能服装产业的爆发，全年出货量将达到2 600万件，穿着舒适、可机洗、时尚化、个性化的智能服装成为智能穿戴技术的发展目标。

在科技发展的今天，人们对穿衣的要求不仅仅是美观御寒，需要通过每天必备的服装实现更多的功能来满足需求，传统服装从千百年来的单一功能演变到近代的功能型服装，随科技的进步、物联网的发展，智能服装必然会成为下一时代的穿衣潮流。

6 结 语

当今，针织技术高效化、精细化、信息化的发展态势已非常显著。高精密设备制造技术、领先的数字化控制技术、智能的生产管理技术和先进的成形编织技术是国内外针织产业发展的共同目标。我国应紧紧抓住新一轮产业革命的新机遇，在新的形势下，挖掘和抢占先机，迅速融入“互联网+”行动计划，深入开展两化融合，加快针织装备智能化技术研究与推广应用，促进针织生产管理模式的转型升级，建立绿色低碳的可持续生产模式，提高针织产业的国际竞争力，实现针织大国向针织强国的转变。

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Developmentstatusandtendencyofknittingtechnologyinnovation

JIANG Gaoming, GAO Zhe
(EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to accelerate the development and application of intelligent knitting technology, the characteristics of knitting industry in China were presented. The latest technologies, typical products and advanced applications were deeply discussed in five technology aspects, including high precision of knitting equipment, intelligent manufacture, knitted garment forming, 3-D knitting and knitted wearable intelligent apparel. Meanwhile, the future development prospect was put forward according to the downward trend of the present knitting industry. It was emphasized that the whole industry should grasp the opportunity to employ the concept of ″Internet +″ and deepen the integration of industrialization and informatization, and to promote the industrial upgrading, enhance the competitiveness and realize the country of knitting power as well.

knitting technology; high precision; intelligent manufacture; forming technology; 3-D knitting; intelligent wear

10.13475/j.fzxb.20161200408

TS 183.3

A

2016-12-02

2017-09-09

国家自然科学基金项目(61772238)；国家工信部智能制造综合标准化与新模式应用项目子课题(1064130201160660)；江苏省自然科学基金项目(BK20151129)； 江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发[2014]37号)

蒋高明(1962—)，男，教授，博士。主要研究方向为针织装备数字化控制、针织智能化生产与管理、针织互联网技术。E-mail：jgm@jiangnan.edu.cn。