若干运输包装技术与安全系数的优化设计

若干运输包装技术与安全系数的优化设计
技术前沿IFOREFRONTOFTHEINDUSTRYI物流与包装
若干运输包装技术
与安全系数的优化设计
将苘品按一定数量(重量),
行包装,不仅便于商品的计量和
和储存效果,而且有利于加速商
中国包装联合会电子工业包装技术委员会副秘书长陈希荣
尺寸规格配套,并按不同商品采用不同材料的容器进
理利用各种运输,装卸和堆码效率,提高仓容利用率
包装是整个物流系统中一个不可缺少的重要环节.只有
经过包装后的产品,在装卸运输和储存等物流环节中才能
保护商品保证物品原有价值的完整,并顺利地实现产品的
使用价值因此,将商品按一定数量(重量).形状,尺寸
规格配套,并按不同商品采用不同材料的容器进行包装,不
仅便于商品的计量和清点合理利用各种运输,装卸和堆码
效率提高仓容利用率和储存效果,而且有利于加速商品流
转.因此.包装具有影响物资在流通中运输储存,装卸的
经济效益的潜在作用.
应用系统工程优化包装设计
包装系统工程是将包装设计家电包装结构或治理家电
包装不善问题看成一个系统以包装的功能性和经济性为目
标利用系统分析方法,全面分析影响包装质量的各个内部
因素和外部环境因素,设计出性能最优的包装结构系统,或
对不良包装进行有效的改善.
分析影响包装质量的因素,提出可行的替代方案影
响包装质量的因素可分为内部因素和外部因素.内部因素按
包装商品的特点分为机械损坏,化学损坏物理损坏,生物
损坏外部因素可分为外力.气候和温湿度变化的影响生
物虫害的影响在分析影响包装质量的内外因素基础上,按照系统目标提出的要求.采用缓冲包装还是防震包装是采用全面,局部还是缓中等,替代方案应有多个,并具有可比性.每个替代方案都应明确定出材料容器形式结构及相
应参数.
系统模型的建立.系统工程强调用定量方法描述研究
对象.其主要方法是建立数学或逻辑模型在明确系统的目标组成,内部条件及外部环境因素后,可用一个逻辑或数
学表达式从整体说明它们之间的结构关系和动态情况,从而使非常复杂的系统内外部联系,变成可进行准确分析和处理的关系.
系统优化分析与评价.系统的最优化,即系统模型的最
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优化,因此它和建立数学模型紧密相关.最优化是指在一定的条件下,如何使目标函数最大或最小的解通过建模及优化分析的结果,确定系统目标的评审标准.从技术和经济两个方面对各种替代方案进行评价从中选出技术上先进,经济上合理的最佳方案.
制定系统评审标准.评审标准是衡量系统是否达到目
标的标志,是系统评价的主要依据,一般包括性能指标和经济指标.如衡量缓中包装系统是否达到缓中的目标,其性能指标是包装件在受到外界中击时内容品受到的加速度应小于允许的最大加速度经济指标是费用效益比,当效益相同时,费用应最小;费用相同时,效益应最大.
应用价值工程优化包装设计.价值工程是一门技术与经
济相结合的应用科学.主要目的是用最少的成本实现产品或系统的必要功能,提高产品的价值.价值的含义是产品或系
统的功能和实现这个功能所耗费用(成本),其关系为:
价值=功能/成本
上述关系式表明消耗多.创造功能小的.价值就低:反
之,则价值就高.
包装设计应根据用户要求及市场营销策略确定包装总体
功能目标.总体功能由以下几个分系统功能目标来实现:包装材料选择方案.包装容器设计方案,包装结构与造型设计方案,包装印刷工艺方案等.这些方案功能目标确定之后
设计人员应用材料学.人机工程学,销售心理学,美学,价
值工程等知识.研究实现这些功能目标的形式手法.并从多种方案中选取价值高的方案.然后总体协调这些分系统方案构成实现包装总体功能目标的系统方案
安全率与安全系数的设计
确定纸箱安全抗压力.堆码质量指标标准.以上两指标
均可通过公式求得,指标的确定视内外销和贮存期不同而有差异特殊情况下,如纸箱有内容物支撑的.可视实际情况
定出合适的抗压力的指标值.堆码质量指标一定要由公式确定
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必要耐压强度:各种因素均足以影响瓦楞纸箱耐压强
度.且分别导致耐压强度呈不同比例的劣化.所以.瓦楞纸
箱的必要耐压强度公式如下:
P=X(1～a)(1-b)(1一c)(1一d)(1一e)
P:瓦楞纸箱的必要耐压强度;X:最底部纸箱的荷重;
a-e:各种条件的劣化率:8:储存条件劣化率(10日)——35%:b:大气条件劣化率(9O%RH)——35%:C:正常堆
积劣化率——2O%:d:装卸输送的振动与中击劣化率——15%:e:印刷劣化率——1O%.
由以上a--e的各种足以影响瓦楞纸箱的劣化率等因素
将这些因素转化为最低层纸箱所能承受的各种条件的最适安全率.所以.整体的公式可转化为:
P=(总层数一1)X(每箱重量X安全率)+(栈板重÷最
底层箱数X安全率)
耐压强度安全率的设计
瓦楞纸箱耐压强度的安全决定于大气的湿度.纸箱的含
水率储存时间堆存方式输送条件瓦楞纸箱制造条件
等因素.安全率设定过高时成本提高.不经济;过低时在存
储及运输过程中.纸箱易被压溃而致内容物发生破损现象.
基于前列各因素的影响,瓦楞纸箱的安全率于堆积最下层纸箱的荷重约在2倍一8倍一般可分下列数种情形:内容物本身能承受部分重力.运输条件和仓储条件良好的场合.其
安全率为3.0倍一35倍:普通条件的场合,安全率为30倍
一
3.5倍;大气湿度高.内容物具有放湿性的情形.安全率为
40信--8.0倍.
瓦楞纸箱抗压强度校核
由于受生产过程中各种因素的影响最后用选定原料生
产的纸箱抗压强度不一定与估算结果完全一致因此最终精确确定瓦楞纸箱抗压强度的方法,是将纸箱恒温恒湿处理以后用压力机测试.对于无测试设备的中小型厂.可以在纸箱
上面盖一木板.然后在模板上堆放等量的重物来大致确定纸箱抗压强度是否满足要求.
瓦楞纸箱的抗压强度应大于瓦楞纸箱在实际堆码储存中
所承受的最低负荷.即:P≥Ps.Ps=kpG(H-ho)/ho
式中P一瓦楞纸箱抗压强度,N;Pz一瓦楞纸箱堆码中承
受的最低负荷.NKp一瓦楞纸箱抗压强度安全系数;G一瓦
楞纸箱所装物品的重量.N;H一瓦楞纸箱堆码高度.cm.一
般为300cm;ho一瓦楞纸箱的高度.cm.
抗压强度安全系数是根据瓦楞纸箱所装物品的储存期和
储存条件决定:储存期小于3o天时.kp=760:储存期为30天
一
1OO天时.kp=1.65储存期1OO天以上时.kp=2O0.
每种纸箱在标准范围内都会有一个最优的点
可以使单位成本达到最低.这个结果主要取决于运
输成本与包装材料成本这二者的比值.要改善这个
问题,不仅要有一个空间利用最优化的有效包装设
计.最重要的是还要有一个成本最优化的设计规划.
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优化包装强度设计的计算方法
1堆码强度和抗压强度都是纸箱设计的主要依据.而
两者相比之下堆码强度在现代包装设计尤为重要.堆码强
度指仓库储藏的瓦楞纸箱包装在堆垛要塌之前所能承受的负荷.安全系数是纸箱在实际堆码情况下可以得到的安全系数.
比较简易的计算公式是:P=5874xECTx~TxC
式中.P一抗压强度.N:ECT一边压强度N/m;T一纸
板厚度,m;C一纸箱周长,m.
瓦楞纸箱抗压强度主要取决于纸板边压强度.又称为垂
直抗压强度,是对瓦楞纸板试样以垂直方向施加压力.施压
过程中纸板所能承受的最大力即为纸箱的边压强度.
2瓦楞纸箱的堆码强度计算的实例:
纸箱抗压强度马基公式:Pmc=5.87PmTO5TZ05
沃耳福公式:
Pwc=11772PmT05TZO5(03228—0.1217A2+1)/
H0O41
堆码载荷:Ps=9.81G(Nma×一1)
安全系数:K=Pwc/Ps>1
例题:产品重25kg,S一2.3A瓦0201纸箱,尺寸为
370x275x518.堆码5层.查得边压强度=6370N/m,A瓦厚
55mm
按马基公式得:Pac=3152N
堆码载荷:Ps=981N
安全系数:K=3.21
取堆放时间为9O天.相对湿度7O%.高质量纸箱.错位
堆码.野蛮装卸.有印刷和开口得兀ai=3.124\于安全系
数.
3根据客户产品堆码高度或堆码层数要求.计算出瓦
楞纸箱的抗压强度的预定值:P=KxG(H/h一1)x9.8或P=KX G(C一1)x98
式中,P一抗压力值.N:K一劣变系数(强度系数)i
G一单件包装毛重;kgH一堆码高度m;
H一箱高,m;H/h—bcg整位数.小数点后面无论大,
小都入上.
注:劣变系数(强度系数)K根据纸箱所装货物的贮存
期和贮存条件决定
预定了瓦楞纸箱抗压强度以后.即可选择合适的箱板
纸瓦楞原纸来生产瓦楞纸板.确保达到瓦楞纸箱的抗压强度.
4纸箱的抗压力值的计算方式:
空箱压力试验,看其抗压力值是否大于下式的计算结
果,如符合则可选定此款箱作该商品的外包装,如不符
合则选择大一档搭配材质的纸箱.
P=HXG×K×9807
式中:P一要求之耐压力,NH一货柜内实际装载高
度,mG一纸箱毛重(含内容物),kg;K一安全系数
安全系数由诸多因素决定的,其决定因素如下表所
列:
综合考虑各因素的影响在无法明确各影响因素的程
度时,K值推荐选3.
堆码仓储系统的建立
在新型仓库中最高堆码高度可达到8米每层产品的堆
码高度不超过2米以防止产品承受过高的上部压力;实现产品分区,分类,分层立体无污染存放,使产品的入库与发
货效率成倍提高.
堆码仓储系统还改变了习惯上常用的产品散装储运堆
码方式,而对所有生产出的产品实行整件固定收缩密封包装方式有效保证产品质量和外观完好.并可实现整件(整托
盘产品)叉车运输及装车卸货.对于客户来讲.这种堆码方
式也有利于客户提高验收及仓储效率.存放及使用时采用托盘码放产品.既节约了双方的存放空间.搬运轻便又保证
了托盘回收与存放的整齐性.仓储系统可采用全自动电脑控制系统.进行全方位的监控,具有诸多优点,如货物的堆码
时间有多长,直接定位所需要的物料.
建立这样的仓储系统.还节约了成本和空间,节省了
人力.并提高了工作效率.当生产大量产品时.如果后续的
干燥<50%RH
一
般湿度50%-60~RH
高湿度61%-80~RH
非常高湿度80%一1OO%RH
O周一2周
2周一4周
长于4周
高支撑力(瓶罐,杯子……)
一
般支撑力(内彩盒……)
无支撑力(服饰软性放品)
需支撑辅助(大型产品,易碎物)
>401bs(18.16dg)
<401bs(18.16dg)
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仓储速度跟不上配送进度.就会降低工
作效率.不能满足客户的需要.从这个
角度讲,仓储系统是一种重要的包装物
流方式.
为方便自动堆码.包装规格应符
合模数化要求采用特殊的运输包装.
它需要一种效率更高的供应链将微型
传感器装在包装箱内,可通过全球定位
系统对贵重物品的运输过程实施跟踪
监控微型传感器装在包装或集装箱
内可以识别和指示包装空间的温度
湿度,压力以及密封的程度时间等一
些重要参数.对于需长期贮运的包装产
品尤为重要:新型包装物流运输的特
点:通用包装件占地标准为瓦楞纸箱
5
一..一
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设立统一的占地大小和连锁叠放的标准.从而使产品采用标准底盘高效率地装货搬运,存储运输和成交.经过配送中心.最后到经销点的整个搬运过程,这套标准促进了行业的兼容性.而成为了包装行业向更成熟的方向发展的一个成功案例.快速响应能力:从终端用户的角度来看.出色的市场
营销需要出色的供应链来支持.否则就会出现产品促销时断货.时间上的快速响应也降低了库存成本.
运输包装功能设计的实例
运输包装的基本目的.就是保证产品在使用时能执行其
预定的功能.必须使被包装物的形态功能结构等从出厂
开始经运输存储,装卸最终到用户手中为止的全过程中得到可靠的保护.设计合理的运输包装不仅能够防止产品因压力,移动,中击而产生损坏.而且能防止因盗窃和自然因素
等原因使商品受损.体现产品包装合理性的第一要点是能保护产品的价值.并便于装卸和储运;第二要点是包装物的经济性,不规范不合理的结构尺寸势必会增加运输和仓储的费用.
物流包装业需要一种有效的包装规划方法.以使自己的
包装材料和物流成本达到最低.如:考虑选用
更好更经济的初试包装.减少需要二次包装的
物量.研究新的集装运输模式.优化运输组件
中的托盘位置和提高集装箱的空间利用率.
当每个包装箱中的产品数量增加时.运
输成本就会增加.然而随着每个包装箱中容纳
产品数量的增加.包装材料成本就会降低.如
果运输成本的增加值不超过包装材料成本的降
低值,包装的总体物流成本就会下降.所以,
一
个综合考虑了空间利用最优化和成本最优化
的有效包装设计规划至关重要.
运输包装作为一种重要的外包装容器.
其设计主要包括功能设计,结构设计和装潢设
计等.功能设计涉及包装箱的使用方便性和储
存搬运效率.它包括箱型选择,产品排列.加
工形式.封箱与开启.结构设计包括强度和保
护特性等有关的因素.如选择有利于提高强度
的箱型,组合件和组合结构,封口和连接形
式,附件,衬垫等装潢设计主要设计包装箱
外观特性,运输包装标志,印刷适性等.其
次.不能只考虑缓中垫的作用而不考虑外包
装纸箱也具有良好的缓中,I生,经实验验证.外
箱可使产品的最大加速度下降2O%.
我国规定瓦楞纸箱的最大承重量不能超
过55kg.但如果将蜂窝纸板和瓦楞纸箱结合使
用,其承载能力可以得到大大提高,完全可以
胜任重型商品的包装.如内衬型包装箱,以瓦
楞纸箱作为箱体,箱内上下四壁用蜂窝纸板做
衬垫.有较强的防震,抗压,保温,抗戳穿能
力.与传统的瓦楞纸箱相比.其机械性能更
好.经破坏性跌落,重物码垛,实装滚动等实验表明,包装
箱内装易碎物品破损率比瓦楞纸箱降低5O%～97%:并且无需聚苯乙烯衬垫:与同规格的瓦楞纸箱重量比为2:5.可节
约纸板60%.这种纸箱的推广应用.将为提高产品质量起到积极的作用.
目前国内各家电包装企业纷纷采用环保型包装箱.如
对全蜂窝纸箱在空调包装中的应用存在的问题进行了分析. 其包装箱的箱体蜂窝板采用板并用纸角连接底部加装EPE 衬垫.长虹家电也采用了全蜂窝纸板箱,并对柜机箱体板的u型结构和多u型结构的性能进行了比较分析格力电器的大壳体移动空调包装其底座采用纸护角纸管和加少量珍珠绵在机体的周围有3个包装支撑块,采用通底箱的形式
做到尽可能的减量化包装:青岛海信将空调室外机包装箱的设计进行优化.能够减少瓦楞纸用量近6O%～7O%;创维集
团采用自行研发的瓦楞纸板与蜂窝纸板相结合的包装方式. 使自己的包装成本降低了2O%;TCL已开始对纸箱设计进行改进,在经过对纸张的楞型,克重箱型及衬垫材料等进行
改进后使成本降低71O%左右仅此每年就可减少瓦楞纸板
消耗近32万吨.
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加强包装减量化意识.减少包装废弃物,已是公认的包
装绿色化的首选途径.随着美国,欧盟对我国木制包装材料
及2000年欧盟对进口产品包装材料再生率提出的要求(再生率大于6O%),均反映出世界市场对新型,节能环保包装的
迫切需要和期盼.货柜化流通的日益扩展,包装箱对产品的
保护重点已由防磕碰转移到抗压上.包装纸箱的设计就要从整体包装的角度去考虑.做到减量化包装真正过到环保包
装的要求.在缓冲包装设计中.由于许多因素的影响.还有
许多问题需要进一步考虑.因而有待缓中材料力学性能研究的进一步探讨与完善.
目前.由于环保原因.国际运输要求尽量不要使用木质
托盘.因此瓦楞纸板托盘的需求迅速增长.采用瓦楞纸板托
盘可以降低运输成本,～个标准木托盘重量约27公斤,而纸
托盘重量只有约47公斤,这意味着每辆卡车可多装850公斤货物.且容易搬运.另外纸板托盘没有树木的裂片.没有使
之固定的钉子和粗糙不平的边角,更没有橡木托盘熏蒸时留下的有毒化学物,因此不会污染环境和伤害人体,而且完全
可以循环使用.处理方便.像所有三层瓦楞纸板一样.托盘
都用A型瓦楞制成,强度和重量比例得当.三层瓦楞纸板托
盘一般强度和木托盘相同,而重量只有托盘的20%瓦楞纸
板托盘的结构是三条纵粱内由强度好的A或C型五层七层瓦楞纸板按标准尺寸组合而成.承受压力的方向与瓦楞纸板边
压强度实验时的受压方向相同.即瓦楞纸板的长度基本与托盘长度相等.宽与托盘的叉孔高度大致相等.而纵粱的宽度
等于瓦楞纸板组合在一起的总厚度,纵梁外再用普通三层瓦楞纸板将组合在一起的瓦楞纸板包裹起来.以提高其整体强度.上下铺板也用普通的三层瓦楞纸板组成并与纵梁装
钉在一起.
瓦楞纸板及其制品的广泛应用改变了木制品包装取材成
本高,浪费大,不易回收.且防震差,沉重,加工繁难等缺
陷.较木制品包装易于出品检疫.安全性好;解决了易碎,
怕压体积较大或贵重物品采用泡沫塑料防震抗压造成的大量白色污染.是纯粹的绿色环保包装;祛除了传统瓦楞包装纸品强度不高.抗压耐破次于木板.防需,抗压力弱于发
泡塑料的弊病;改变了传统蜂窝纸板遇潮萎缩和边压不胜重力的致命性缺陷.可基本避免包装箱在潮湿气候下仓储,运
输过程中萎缩变形的压损现象.因此.目前瓦楞纸板及其制品已成为满足大中型家电产品包装的全新解决方案.是取代木材,泡沫,塑料技术的包装革命.是实现以纸代木的重要
途径之一.
此产品与其它包装材料.特别是木质包装相比.具有
如下优势:降低包装成本:有回收标志容易回收.保护环
境组装简单;操作安全,工作时间缩短:重量轻.可节小
运费;能进行堆高存放;可密封包装;适合于多个国家标
准;耐湿性强;不需熏蒸消毒处理;可在箱体表面印刷i能
做成特大尺寸的包装:包装运输过程中可堆叠;可接受少量
订货.很多使用木质等包装的企业在使用重型瓦楞纸板后. 整体的物流成本平均下降了1O%～4O%之多,而且增强了对产品的防护性能.从而为客户产品价值的实现提供了有力的50IPAC~GINGDecember2010
保障.
托(拖)盘或栈板是现代工业生产,运输,贮存
包装过程中必不可少的重要工具之一.厦门安发纸业设计的新型纸制托盘.由多层纸张相粘合构成的强硬度纸板作为基材,在纸板表面四边对应处.设有～条以上的压痕.
纸板面的四角顺沿压疫相交处,设有一个或一个以上的裁角.其它规则或不规则纸裁角,折线裁角,圆弧线或曲线
裁角.有的则是锯齿线裁角,其它规则或不规则线裁角.
以便于机械抓手的搬运和移动.它既可替代木制,钢制,
塑制托(拖)盘或栈板的功能.又降低了成本缩小了容
积,提高贷物堆垛空间,可以回收利用.又不污染环境,
深受用户欢迎.还有一种被称为纸木板.是两块瓦楞
纸板中间加上用瓦楞纸板制成的特殊承受外载荷结构组成.也可用它做成托盘
检测结果的判定
在标准状态下检测的纸箱抗压力若有一个纸箱力值低于
抗压力指标.则可判定该批箱不合格.堆码测试往往耗费较长时间.经济,有效的评定方式还处于摸索阶段.
基本原理:
同款箱安全抗压力数值与堆码质量数值是相等的.样本
的抗压力最低值不小于安全抗压力数值.通过检测6个纸箱的抗压力峰值的平均值即可以确定堆码测试是否合格.我们可通过下图直观了解它们相关的关系:
安全抗压
磙码质量
kg|J
域
蛐
}标位
过程及方法:
我们先通过经验的测试数据了解纸箱抗压力峰值偏差
情况,在标准大气条件下.经搬运运输,仓储等条件下
的同款瓦楞纸箱抗压力峰值最大Max与最小值Min偏差约为28%.单瓦楞纸箱偏差值约33%(应剔除个别受损伤严重的箱).
(1)确定标准安全抗压力的平均值.双瓦楞纸箱标准
安全抗压力的平均值取值通常应为安全抗压力的115(高于
安全抗压值15%).单瓦楞纸箱标准安全抗压力的平均值为
安全抗压力的1l8.(2)在标准状态下检测6个样本纸箱的
抗压力峰值.(3)求样本纸箱抗压力峰值的算术平均值.
(4)样本纸箱抗压力峰值的算术平均值大于标准安全抗压
力的平均值.则该批纸箱合格,反之则不合格.。