电弧防护服插肩袖结构参数优化研究

杨子田，徐彩燕，文 雯



电弧防护服插肩袖结构参数优化研究

杨子田1，徐彩燕1，文 雯2

（1. 东华大学 服装与艺术设计学院，上海 200051；2. 上海意芙服饰有限公司，上海 200011）

针对U公司现役电弧防护服袖结构设计不合理，选取衣袖倾斜角、袖山高、袖窿下落量和衣袖符合点位置为关键结构参数以探讨电弧防护夹克插肩袖结构优化方案。通过正交实验和主、客观评价分析，得到结构参数最佳组合方案为：衣袖倾斜角33º、袖山高11cm、袖窿下落量3cm、衣袖前后符合点位置为胸围线上7.5cm胸宽线处和9cm背宽线处。运用该方案制作的电弧防护夹克的静态美观性和动态舒适性明显优于U公司现役电弧防护夹克。

电弧防护服；插肩袖；美观性；舒适性；正交实验；结构参数优化

防护服是指在生产作业中保护人们避免或减少职业伤害的一类服装[1]。随着我国电力行业发展和电能的广泛使用，由电引起的安全事故日益增多[2]，而在短时间内造成严重伤亡的电弧故障[3]却未能在国内引起足够关注。目前国内针对电弧防护服的研究包括对电力作业环境、需求[4]和作业服装装类别[5]的总结分析，查阅到的电弧防护服款式外观、结构和性能等方面研究仍然不多。

本文从静态美观性和动态舒适性角度出发，分析现役电弧防护服的插肩袖结构设计不足，确定影响插肩袖舒适性和美观性的关键结构因素，通过结构参数正交组合实验和主客观评价相结合的方法，探讨提高电弧防护服舒适性和美观性的插肩袖关键结构参数最佳配伍，并通过验证实验说明最佳配伍组合下的插肩袖结构优于U公司现役电弧防护服插肩袖结构。

1 实验

1.1 正交实验设计

实验前期针对U公司现役电弧防护夹克不合体、肩部略紧和腋下结构设计不合理，在男装基本规格设计方法和人体皮肤形变规律的基础上，对夹克的款式及整体和细部规格尺寸进行再设计并制作样衣。通过对样衣的动态舒适性、静态美观性的主观评价结果进行初步分析后，修改细部尺寸和制作样衣，发现修改后的样衣的动态舒适性与修改前相比有了很大的提高，但若要同时提高其静态美观性，可通过正交组合实验对其插肩袖结构参数设置进行进一步的研究。

图1 电弧防护夹克实验样衣款式图

1.1.1 确定因素个数及水平

根据市场调研结果和U公司对其目标消费群体特征描述——年龄范围为24-48岁、身高为170-178cm的青年和中老年男性，并考虑到作业环境特殊性，穿着该类防护服的有啤酒肚或驼背特征的中老年男性较少，因此将用于正交实验的电弧防护夹克号型设置为175/92A。确定以如图1所示的立领、衣身无分割、插肩一片袖的较宽松风格夹克款式作为正交实验的样衣款式，规格尺寸和细部活动松量如表1所示。

表1 电弧防护夹克规格尺寸及细部活动量　（单位: cm）

影响插肩袖美观性和舒适性的主要因素有袖山高、袖肥、袖窿下落量、衣袖倾斜角和衣袖符合点位置[6-7]。由于在目前最常见的插肩袖结构设计方法中，一般会在确定衣袖倾斜角后根据经验值确定袖山高。另外，基于袖山高与袖肥间的变化关系，即袖山越高则袖肥越小，袖山越低则袖肥越大，故可选择袖山高作为其中一个关键结构参数。因此，本文确定以衣袖倾斜角、袖山高、袖窿下落量、衣袖符合点位置作为正交实验中插肩袖设计的关键结构参数。

关键结构参数取值设置要考虑作业人员作业期间的主要动作。本文研究的是在低压设备和开关柜前作业的工作人员穿着的电弧防护服的插肩袖结构设计，此类工作人员作业期间手臂常见动作为抬手倒闸、关闸。通过动作分解，确定作业人员面对机器时手臂动作常见位置为水平向上60º、水平和水平向下45º，在各位置上的常见状态为手臂伸直和弯曲呈90º和0º。

本文确定插肩袖款式为介于较宽松和较合体的风格。在表1前、后袖角设置基础上，参考插肩袖宽松风格定义[8]，设置衣袖倾斜角分三个水平取值为33º、35º和38º；依据衣袖倾斜角和袖山高关系公式H=0.3029a+0.6168[6]，对应地将袖山高取值为11cm、12cm和13cm。由于袖山风格可由衣袖倾斜角和袖山高确定，因此本文设置组合变量（衣袖倾斜角，袖山高），并将其命名为袖山风格变量。从有利于手臂上举角度出发，以东华男装原型胸围线为基础，在较宽松的插肩袖结构中，袖窿下落3-4cm时插肩袖整体效果最佳[9]，因此设置袖窿下落量为3cm；为满足手臂上抬要求，衣袖符合点设置需参照人体前、后腋点高度和胸宽、背宽位置确定[10-11]，结合实际测量，得知人体前腋点和后腋点分别距离胸围线约7.5cm和9cm，故取衣袖前符合点为胸围线上6.5-8.5cm胸宽线处、衣袖后符合点为胸围线上8-10cm背宽线处，前后衣袖符合点位置组合分三个水平取值为（6.5cm, 8cm）、（7.5cm, 9cm）、（8.5cm, 10cm）。基于上述取值设置，以袖窿下落量作为定量、袖山风格变量和衣袖前后符合点位置组合作为变量进行正交组合（2因素3水平9组实验）。电弧防护夹克插肩袖正交实验方案汇总如表2所示，表中S1-S9为9款实验方案样衣编号，A表示的（衣袖倾斜角，袖山高）取值为A1(33º, 11cm)、A2（35º, 12cm）、A3（38º, 13cm），B表示的衣袖前后符合点位置取值为B1（6.5cm, 8cm）、B2（7.5cm, 9cm）、B3（8.5cm, 10cm）。

表2 插肩袖结构参数正交实验方案

1.1.2 样衣制作

根据已确定的电弧防护夹克款式、规格尺寸和正交组合结果，设置正交组合实验方案样衣其余结构参数规格尺寸与表1一致。为减少实验误差，样衣S1-S9选用相同质量的白坯布进行制作，由同一人采用同一工艺在固定针号、针距、针迹的同一平缝机上缝制完成。

1.2 实验过程

1.2.1 主观评价实验

主观评价实验分为两部分：动态舒适性试穿实验和静态美观性评价实验。

动态舒适性试穿实验选取8名年龄在20-45岁之间、身高区间为170-180cm、体重区间为60-72kg、体型接近中国青年男子标准体型的健康男性作为试穿者。静态美观性评价实验选取8名服装专业学生作为评价者。实验在温度为（23.5±1）℃、相对湿度65±5%的恒温恒湿实验室内进行。

在动态舒适性试穿实验中，根据常见作业动作，设置6个评价指标动作为：①手臂自然下垂；②手臂自然前举；③手臂前举最大幅度；④手臂侧举最大幅度；⑤双手交叠放于后腰部；⑥双手抱头。各动作下舒适性理想状态如表3所示。由8名试穿者每人分别穿着9款实验方案样衣后，手臂模拟评价指标动作并根据自身感受对各动作下的舒适性进行评分。评价方法采用心理学5级评价标尺[12]，对样衣动态舒适性进行主观评价，分为5个等级：差、较差、一般、较好、好，对应评分范围内的5个数值：1、2、3、4、5，其中5代表评价指标理想状态。

表3 动态舒适性主观评价指标动作及指标理想状态

在静态美观性评价实验中，8名试穿者每人分别穿着9款实验样衣后，自然站立状态下手臂自然下垂，由8名评价者对着装状态下各形态的美观性进行评分。评价指标形态及各形态的美观性理想状态如表4所示。具体评价方法和动态舒适性主观评价方法一致。

表4 静态美观性主观评价指标形态及指标理想状态

1.2.2 客观评价实验

本实验作为动态舒适性主观评价的辅助评价，包括服装覆盖度测评和肢体活动能力测评。前者采取贴标记线方法测量服装滑移量，分别测量由8名试穿者每人分别穿着9件实验样衣后手臂在自然前举、前举最大幅度、自然侧举、侧举最大幅度状态下的袖口和侧缝底摆滑移量，分别记作A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4。后者选用手持式重力角度仪测量肩关节活动角度进行[13]，测量的主要角度为手臂前举和侧举最大角度，角度值记作G1和G2。上述测量均由同一人操作，反复测量三次，分别取平均值作为最终数值。

2 实验结果与讨论

2.1 主观评价结果

2.1.1 数据预处理[14]

采用SPSS非参数检验中的Friedman和Kendall’s W两种方法对样衣动态舒适性、静态美观性主观评价实验数据进行分析，计算得到的Kendall’s W调和系数均接近1，说明舒适性和美观性评价结果一致性都很高；两种检验方法计算得出的概率P值均小于0.05，说明所得评价数据有效。

采用SPSS偏相关分析方法分析衣袖倾斜角、衣袖符合点位置与动态舒适性评价分数、静态美观性评价分数间的相关性，显著性水平为0.05。结果表明，当衣袖倾斜角作为控制变量时，衣袖符合点位置与舒适性、美观性分别呈负相关和正相关关系且关系显著；衣袖符合点位置为控制变量时，衣袖倾斜角与舒适性呈负相关且关系显著，与美观性相关关系不显著。

2.1.2 模糊综合评价

模糊综合评价法以模糊数学为基础，把定性评价转化为定量评价，能够对受到多个因素制约的对象或事物作出一个总体的评价[15]。为了选出动态舒适性和静态美观性最佳的样衣方案，实验采用模糊综合评价法对主观评价结果进行处理，通过以下6个步骤开展：

（1）确定9件样衣构成的模糊综合评价对象集S={S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9}；

（2）定义静态美观性因素集U={U1, U2, U3, U4}={整体形态，正面形态，侧面形态，背面形态}，动态舒适性因素集U={U1, U2, U3, U4, U5, U6}={手臂自然下垂，手臂自然前举，手臂前举最大幅度，手臂侧举最大幅度，双手交叠放于后腰部，双手抱头}；

（3）定义评语集V={V1, V2, V3, V4, V5}={差，较差，一般，较好，好}，评语赋值QZ={1, 2, 3, 4, 5}；

（4）根据评价得分均值构建静、动态模糊关系矩阵如R1、R2所示：

（5）确定样衣静动态评价权重矩阵为Q={0.32 0.68}，静态美观性和动态舒适性各评价指标权重分别为A1={0.3 0.3 0.2 0.2}和A2={0.14 0.22 0.13 0.2 0.11 0.1 0.1}；

（6）利用模糊综合评价合成算子公式，在MATLAB中进行矩阵运算[16]，得到一级模糊综合评价结果分别为：

B11=A1*R1=[0.913 0.946 0.975 0.930 0.967 0.957 0.926 0.971 0.968]

B22=A2*R2=[0.924 0.964 0.913 0.911 0.867 0.893 0.951 0.920 0.918]

由上述计算结果可知9件样衣的静态美观性和动态舒适性的一级模糊综合评价结果分别为：

S3>S8>S9>S5>S6>S2>S4>S7>S1和S2>S7>S1>S8>S9>S3>S4>S6>S5

根据静、动态评价指标权重占比和模糊综合算子公式得出二级模糊评价结果：

W=Q*B=[0.920 0.958 0.933 0.917 0.899 0.913 0.943 0.936 0.934]

因此9件电弧防护夹克样衣的静动态模糊综合评价结果为：

S2>S7>S8>S9>S3>S1>S4>S6>S5

由上述结果可知：S3为9件样衣中静态美观性最佳的结构参数组合，S2为动态舒适性和综合性能最佳的组合。

2.2 客观评价结果

客观评价作为动态舒适性主观评价的辅助评价，其结果如下。

2.2.1 服装滑移量测量结果分析

计算袖口滑移量A1、A2、A3、A4和底摆滑移量B1、B2、B3、B4分别对应的均值，得知均值最大的为手臂前举最大幅度下的袖口滑移量A2=6.93cm和手臂侧举最大幅度下的底摆滑移量B4=12.48cm。根据DL/T 320-2010个人电弧防护用品通用技术要求中规定的电弧防护服袖口覆盖部分不少于100mm、分体设计上下装间覆盖部分不少于150mm，比较可知6.93cm<100mm、12.48cm<150mm，故9件样衣的袖口和底摆滑移量，即服装覆盖度满足国家标准中的相关要求。

2.2.2 肩关节活动角度测量结果分析

对9件样衣的肩关节活动角度进行分析，结果如图2所示。

图2 样衣不同动作下肩关节活动角度

由图可知，在相同实验环境和条件下，9件样衣的肩关节活动角度大小排序为：S2>S7>S1>S8>S9> S3>S4(S6)>S5，与主观评价模糊综合分析所得排序结果基本一致，并参考服装覆盖度测评结果，认为可接受S2作为最佳结构参数组合。

3 样衣验证实验

根据正交组合实验主客观综合评价得到最佳方案组合S2，取衣袖倾斜角为33º、袖山高11cm、袖窿下落量3cm、衣袖前后符合点位置分别为胸围线上7.5cm胸宽线处和9cm背宽线处，其余结构参数规格尺寸与表1一致。采用U公司提供的二级防护级别电弧防护面料制作样衣。

静态美观性验证通过对比最佳方案样衣和U公司现役电弧防护夹克的整体和正、侧、背面视觉效果进行，对比标准参考表4评价指标，对比结果如表5所示，认为最佳方案样衣的静态美观性优于U公司现役电弧防护夹克。

表5 静态美观性对比结果

动态舒适性验证通过测量最佳方案样衣和U公司现役电弧防护夹克肩关节活动角度进行，测得在手臂前举最大幅度和侧举最大幅度状态下，最佳方案样衣中对应角度分别为165º和175º、现役防护夹克为150º和160º，可知最佳方案样衣肩关节活动角度大于U公司现役防护夹克，认为最佳方案样衣动态舒适性更优。

4 结论

本文采用正交组合实验对影响插肩袖舒适性和美观性的关键结构参数设置进行了探讨，通过人体着装实验和主、客观评价分析得出插肩袖最佳结构参数组合方案，即衣袖倾斜角=33º、袖山高=11cm、袖窿下落量=3cm、衣袖前后符合点位置分别为胸围线上7.5cm胸宽线处和9cm背宽线处。经样衣验证对比，运用了最佳组合方案的电弧防护夹克的静态美观性和动态舒适性明显优于U公司现役电弧防护服。研究所得的最佳结构参数组合具有一定的实践意义，可以为防护服结构优化研究提供一定的思路参考。

本文采用U公司提供面料进行了电弧防护服结构研究，没有深入探讨不同电弧防护面料下的结构方案，因此结论具有一定局限性，有待进一步研究验证。

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A Study on the Structure Parameter Optimization of Raglan Sleeves in Electric Arc Protective Garments

YANG Zi-tian1, XU Cai-yan1, WEN Wen2

（1. Fashion and Art Design Institute, Donghua University, Shanghai 200051, China;2. Shanghai Yifu Fashion Co, .Ltd, Shanghai 200011, China)

In order to improve the sleeve structure design in the existing arc protective garments, this article selects sleeve tilt angle, sleeve cap height, the quantity of armhole dig-under and corresponding point positions as the key structure parameters that determine the comfort and aesthetics of the raglan sleeves in electric arc protective jackets. Based on the results of the orthogonal experiment and the subjective and objective evaluations, the optimum parameter combination is obtained. It is verified that the sample garment made, based on the optimum combination, surpasses that provided by U company in terms of dynamic comfort and static aesthetics. The result obtained is somewhat limited in its practical application, nevertheless, the methodology can contribute to future studies on electric arc protective garment structure.

Electric arc protective garment; raglan sleeve; aesthetics and comfort; orthogonal experiment; parameter optimization

杨子田（1971-），男，副教授，博士，研究方向：服装数字化和服装先进制造.

TS 941

A

2095－414X(2018)03－0051－06