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基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 摘要 电子产品属于技术密集型产品，产品种类丰富、参数各异、价值大，在 进入流通领域前必须经过有效可靠的包装保护，包装在现实生产活动中起着 举足轻重的地位。然而，目前电子产品的包装方案却因设计者考虑不全面、 包装方案更新滞后于产品更新，导致产品出现损坏、物流效率低、过度包装、 污染环境等问题，于是本文作者通过对整体包装解决方案的理念来研究电子 产品包装设计的系统方法和流程。 整体包装解决方案是在现代物流的新形式下，开发出的一种新型包装设 计和服务模式。它以产品的生命周期全过程为设计系统，以经济和环境的最 优化为目标，从产品的性能、物流环境、包装材料的选取、包装设计方案的 确定、包装测试、仓储运输、包装废弃物的回收利用等各个环节进行全面优 化的综合解决方案。实施整体包装解决方案有助于包装企业调整产业结构、 优化流程、降低成本、规避绿色包装贸易壁垒，可实现产品包装系统整体和 全过程的交付委托，使产品生产企业将主要精力集中到自身的核心业务上。 针对国内大多数包装设计者对整体包装解决方案的理解只是停留在概 念上的认识，缺乏一套有效设计流程的现状。本文以一类典型电子产品 光伏电池的包装设计为研究对象，构建了一套完整的产品包装设计系统。主 要研究内容如下： ( 1 ) 阐述了整体包装解决方案的设计理念，对国内外的研究现状进行 了分析，并给出了具体的包装设计流程。 ( 2 ) 对某企业的光伏电池做出了包装设计。 ( 3 ) 针对产品实际物流过程中的环境因素，构建了产品包装结构主要 部件的力学模型，利用有限元仿真软件进行了产品包装的强度分析。 ( 4 ) 介绍了物流决策软件c a p ep a c k 的软件功能和分析方法，并对光 伏电池做出了物流决策分析。 ( 5 ) 以经济因素、环保因素和产品保护因素为主要目标，通过模糊评 价模型对光伏电池包装设计方案给出了综合评价。 关键词：光伏电池，a n s y s ，c a p ep a c k ，综合评价 p a c k a g i n gd e s i g no fe l e c t r o n i c p r o d u c t s b a s e do nc o m p l e t ep a c k a g i n g s o l u t i o n a b s t r a c t e l e c t r o n i cp r o d u c t s ，b e i n gt h et e c h n o l o g y i n t e n s i v ep r o d u c t sa n df e a t u r e d b yv a r i e t y , t h ep a r a m e t e rd i v e r s i t ya n dg r e a tv a l u e ，m u s tb ep r o t e c t e de f f e c t i v l y a n d r e l i a b l l yt h r o u g hs o u n dp a c k a g i n gb e f o r e e n t e r i n gi n t od i s t r i b u t i o n ， p a c k a g i n ga c t u a l l yp l a y sav i t a lr o l ei nt h er e a ld i s t r i b u t i o nw o r l d t h ec u r r e n t p a c k a g i n gs o l u t i o nt oe l e c t r o n i cp r o d u c t s ，h o w e v e r , d o e sn o tt a k ei n t oa c c o u n t t h ec o m p l e t ep a c k a g i n go n e ，t h u sr e s u l t i n gi np a c k a g i n gu p d a t eb e h i n dp r o d u c t o n e ，p r o d u c td a m a g e ，t h ei n e f f i c i e n tl o g i s t i c s ，o v e r - p a c k a g i n ga n de n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n ，e t c f o rt h i sr e a s o n ，i nt h i sp a p e rt h ea u t h o re x p l o r e st h ep a c k a g i n g d e v e l o p m e n tp r o c e s sa n dt e c h n i q u e sf o rt h ee l e c t r o n i cp r o d u c t si nl i g h to ft h e c o n c e p to fc o m p l e t ep a c k a g i n gs o l u t i o n r l m 一一 lh ec o m p l e t e p a c k a g i n gs o l u t i o nw h i c hi sd e v e l o p e dt oc a t e r i n gf o rm o d e m l o g i s t i c si san e wp a c k a g i n gd e s i g na n ds e r v i c em o d u l e i tt a k e st h et o t a ll i f e c y c l eo fp r o d u c tf o rd e s i g ns y s t e m ，e c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a lo p t i m i z a t i o n f o rg o a l ，i sac o m p r e h e n s i v es o l u t i o ni nw h i c h p r o d u c tp e r f o r m a n c e 1 0 9 i s t i c s e n v i r o n m e n t ，p a c k a g i n gm a t e r i a ls e l e c t i o n ，p a c k a g i n gs c h e m ed e f i n i t i o n ，t h e p a c k a g i n gt e s t , s t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o n ，p a c k a g i n gw a s t er e c y c l i n ga n dt h e r e l a t e di s s u e ss h o u l db et o t a l l yi n t e g r a t e d 1 1 1 e i m p l e m e n to ft h ep a c k a g i n g s o l u t i o nh e l p sp a c k a g i n ge n t e r p r i s e st oa d j u s tt h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，o p t i m i z e p r o c e s s ，r e d u c ec o s ta n da v o i dt h et r a d eb a r r i e ro fg r e e np a c k a g e st of u l f i l lt h e c o n s i g n a t i o na n dd e l i v e r yo ft h ee n t i r ep r o d u c tp a c k a g i n gp r o c e s s ，m a k i n gt h e m a n u f a c t u r e r sf o c u st h ee f f o r to nt h e i rc o r et a s k n o wt h a tm o s to fd o m e s t i cp a c k a g i n gd e s i g n e r sm e r e l yr e m a i ni nt h e c o n c e p t u a lp r e l i m i n a r yu n d e r s t a n d i n go ft h ec o m p l e t ep a c k a g i n gs o l u t i o na n d l a c kas e to fe f f e c t i v eo p e r a t i o n a lf l o w c h a r ti nd e s i g n i n g i nt h e p a p e r , t h ea u t h o r e s t a b l i s h e sas e to f c o m p l e t ep a c k a g i n gd e s i g ns y s t e mw i t ht h et y p i c a le l e c t r o n i c p r o d u c t s - s o l a rc e l l sb e i n ga st h es t u d yo b je c t t h em a i nc o n t e n t si nt h i sp a p e ra r e 勰f o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n c e p to fc o m p l e t ep a c k a g i n gs o l u t i o n si si n t r o d u c e d a c c o r d 吨l y 1 1 i t h es i t u a t i o na th o m ea n da b r o a di nt e r m so fc o m p l e t ep a c k a g i n gs o l u t i o ni s p r e s e n t e da n d t h es p e c i f i cp a c k a g ed e s i g np r o c e s si sd e v e l o p e d ( 2 ) t h ep a c k a g i n gd e s i g no ft h es o l a rc e l l sf r o mac o m p a n y i sc a r r i e do u t ( 3 ) f o rt h ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r st h ep r o d u c t se n c o u n t e r e du n d e rt h er e a l d i s t r i b u t i o n ，t h em e c h a n i cm o d e lf o rp r i n c i p a lc o m p o n e n t so fp a c k a g i n g s t r u c t u r ei sc o n s t r u c t e da n dt h es t r e n g t ha n a l y s i so fp r o d u c t - p a c k a g es y s t e mi s c o m p l e t e db yf i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o ns o f b n a r e ( 4 ) t h ef u n c t i o n sa n da n a l y s i sm e t h o do fl o g i s t i c ss o f t w a r e c a p ep a c ki s i n t r o d u c e d ，a n dt h el o g i s t i c sd e c i s i o no fs o l a rc e l l si sc a r r i e do u t ( 5 ) w i t he c o n o m i c ，e n v i r o n m e n t a la n dp r o d u c tp r o t e c t i o nf a c t o r sa st h e o b j e c t i v e ，t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fp a c k a g i n gd e s i g ns o l u t i o nt os o l a r c e l l si sm a d et h r o u g ht h ef u z z ya s s e s s m e n tm o d e l k e yw o r d s ：s o l a rc e l l s ，a n s y s ，c a p ep a c k ，s y n t h e t i ce v a l u a t i o n 基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 1 绪论 1 1 课题研究的背景 在当今经济发展重视节约资源、保护环境、降低成本、大力发展现代物流的新形势 下，整体包装解决方案作为一种新的理念被人们提出来，并在全球得到了迅速推广。整 体包装解决方案起源于美国，是一种新型的包装开发和服务模式【l 】，它将产品的生命周 期全过程看作一个系统，以经济和环境最优为目标，采用系统工程的方法和理论，为客 户提供全面、系统、完整的包装解决方案。 整体包装解决方案针对的是产品生命周期各个环节对包装需求的一项系统工程【2 】， 从产品生产线的末端开始，到产品包装物的制造、物流运输、仓储堆码，最终到产品的 消耗使用及包装废弃物的回收处理，设计人员必须具备包装领域的各方面知识技能，从 全局的角度来考虑包装的最优方案。 1 2 国内外研究现状和发展动态 整体包装解决方案最先是由美国一家公司提出的，伴随国外生产企业迸驻中国，这 种理念开始逐渐在国内包装行业被包装设计团队运用。它致力于为客户解决产品包装问 题而为其精心打造最佳解决方案，强调“以客户为中心”、与客户多渠道沟通、为客户提 供量身服务，并通过有针对性的整体包装解决方案，促进产品客户和包装企业共同成长， 最终实现双赢。目前，国内外已有多家公司在整体包装理论基础上形成了一套自己的设 计理念： 1 耐帆包装工程有限公司【，】 耐帆包装公司( n e f a b ) 主要为汽车、航空、电信、新能源工业提供完整包装解决方 案，公司的设计理念为c o m p r e h e n s i v ep a c k a g i n gs o l u t i o n ，定位企业服务的关键在于 c o m p r c h e n s i v e ，意在为客户提供完全的、综合的包装解决方案，即为客户提供从包装方 案设计到包装原材料采购、物料到货监督、现场生产打包的一站式服务。 2 东经控股集团 4 1 东经控股集团依靠自身纸箱业务的技术平台，从一个只生产纸箱的公司发展成为集 废旧包装物回收、纸制品生产销售、彩印加工、包装设计研发、包装产品检测、包装管 理咨询为一体的专业包装服务企业。公司通过知识生产管理的方式，能够大规模稳定地 生产整体包装设计方案的产品，并能够保证生产的质量和效率。 3 上海整合包装有限公司【5 】 上海整合包装有限公司( u p p ) 对整体包装解决方案的定位为i n t e g r a t e dp a c k a g i n g 陕西科技大学硕士学位论文 s o l u t i o n ，即i p s 理念，侧重点在i n t e g r a t e d ，意为整合资源为客户提供完整的包装服务。 i p s 理念是将公司内部以及具有互补性的供应商所拥有的不同资源、能力和技术进行整 合和管理，提供一整套包装服务。u p p 公司准确分析和把握了制造企业的心理，即制造 企业把包装设计与材料采购的运作外包给包装综合服务供应商的驱动力，主要是想把资 源集中在企业的核心竞争能力上，以便获取最大的投资回报，同时弱化那些不属于核心 业务的功能。 现在国内包装设计者对整体包装解决方案的理解也已有了一定的进展，主要研究成 果有：鄂玉萍的整体包装解决方案理念之辨析，主要对国内外整体包装解决方案公司 的理念做了分析和介绍旧；荆强等的整体包装解决方案及其供应商的运行模式探讨， 对整体包装解决方案公司的运作模式做出了阐述【刀；戴宏民、杨祖彬的在完整包装解 决方案中发展绿色包装将整体包装解决方案作为载体运用到绿色包装的理论体系中【羽； 张波涛的整体包装解决方案为包装设计人员提供具体操作流程做出来了初步探讨【9 】； d o m i n i c 研究了在物流供应链中整体包装供应商的组织运行程序d o 等等。但是，这些理 论探讨大多都没有为包装设计人员提供一套切实可行的设计流程规范。因此，本文主要 是依托对一类电子产品太阳能电池做出整体包装解决方案，从而对整体包装解决方 案的理念及设计流程能给出一定的研究成果。 1 3 研究内容 本文主要是针对新能源类电子产品的包装设计做为研究对象，对整体包装解决方案 的理念及实际设计流程做出分析研究： ( 1 ) 对整体包装解决方案的设计理念做出了介绍，并给出了具体的设计流程。 ( 2 ) 对某企业的一款太阳能电池板做了整体包装设计。 ( 3 ) 针对电子产品价格昂贵、重复试验产品包装会造成较大浪费并且延迟包装方案 的确定，因此本文在构建了包装主要部件力学模型的基础上，利用有限元仿真软件进行 了产品包装的强度分析。 ( 4 ) 介绍了物流决策软件c a p ep a c k 的软件功能和分析方法，并对光伏电池做出了 物流决策分析。 ( 5 ) 以经济因素、环保因素和产品保护因素为主要目标，通过模糊评价模型对光伏 电池包装设计方案给出了综合评价。 1 4 研究目的和意义 针对目前国内包装工作者对整体包装解决方案的研究缺乏实际应用，大多还处于对 概念的理论探讨中，本文作者希望通过对光伏电池包装设计方案的探索研究，能建立一 2 基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 套整体包装解决方案的运行流程和设计思路，为以后各类电子产品的包装设计提供具体 的实践参考。 3 基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 2 整体包装解决方案的设计方法 整体包装解决方案( c o m p l e t ep a c k a g i n gs o l u t i o n ，简写为c p s ) ，现已在许多国家流 行并被各行各业应用，不仅涉及通信、汽车、机械等传统行业，也涉及到新能源、物联 网等新兴行业。c p s 理念强调“以客户为中心 ，包装企业在产品包装设计过程中与客 户保持动态沟通【l l 】，从而提出有针对性的整体解决方案达到客户利润最大化，最终实现 企业与客户的双赢。 2 1 整体包装解决方案的定义 国内外整体包装解决方案供应商主要有耐帆包装工程有限公司、上海整合包装有限 公司、利乐公司和东经控股集团，它们在依据自身优势的基础上实现了由传统包装原材 料供应商向整体包装解决方案供应商的转型，这些企业对c p s 的理解都有各自不同的特 点。本文作者在参阅国内外已有相关文献的基础上，对整体包装解决方案作出如下定位。 整体包装解决方案是在现代物流的新形式下，应用整合营销理念开发出的一种新型 包装设计和服务模式，它以产品的生命周期全过程为设计系统，以经济和环境的最优化 为目标，从产品的性能、物流环境、包装材料的选取、包装设计方案的确定、包装测试、 仓储运输、包装废弃物的回收利用等各个环节进行全面优化的综合解决方案 1 2 书】。相对来 讲，若不采用整体包装解决方案，一般包装设计只对产品需要做出防护的部位进行包装 保护，忽略了产品出厂后的流通环境而造成物流运输装载率低、搬运及堆码不方便，以 及包装废弃物对环境的污染等，并对后续产品包装设计的优化产生不良影响。 2 2 整体包装解决方案的开发过程 2 2 1 信息收集 1 分析产品特性 类别不同的产品因其使用功能不同有其特殊的性能属性，各类产品的包装解决方案 必须依据产品属性及流通环境来确定包装重点考虑的因素，从而制定合理的设计方案。 一般，产品属性主要包括产品的固有特性、结构特性和市场定位特性f 1 4 】。产品的固有特 性主要指产品的脆值、固有频率和产品表面的耐磨度、防潮防锈性能，其中，最重要的 特性参数是产品的脆值和固有频率，这两个参数是包装设计师进行运输包装防振动和防 冲击设计的必要条件；产品的结构特性主要指产品的重量、重心、轮廓尺寸和产品的可 支撑部位，通过分析产品的结构特性，设计师可确定产品的主要防护部位，从而重点对 产品易损部位进行包装防护；产品的市场定位特性主要用于确定产品包装的选材、等级 陕西科技大学硕士学位论文 和档次，对于市场定位较高的电子产品，需选用高档包装材料并设计出精美的外观装潢， 对于一般通用的产品，包装材料则可选用成本较低的材料进行一般装潢或不装潢。 2 明确产品流通环境信息 产品的流通环境信息是指从产品生产线终端到产品流入客户消费端所经历的一切外 部因素，流通过程的基本环节包括：装卸搬运环节、运输环节和储存环节。各个环节对 包装件的影响程度和方式都不同，包装件承受不同的冲击特性和振动特性。另外，流通 环境中温度、湿度、盐雾、霉菌、气压和阳光等条件对包装件也有影响。可见，产品流 通环境信息是对产品进行安全性包装设计的必要条件，也是整体包装解决方案所需信息 中最重要信息之一。 3 掌握包装材料相关信息 包装材料信息是整体包装解决方案设计中能有效控制成本的影响因素，其主要包括 材料供应商的选取、材料类别、尺寸规格和化学成分等。包装材料的信息根据材料的不 同而又有很大差异，如瓦楞纸板的信息包括纸板克重、瓦楞楞型、边压强度和耐破强度 等；各种塑料材料的信息包括材料抗压强度、密度、缓冲系数曲线、加速度静应力曲线、 应力应变曲线、传递率曲线等；各种木质材料需要知道木材含水率、密度、抗压性能、 裁切性能、回收循环利用率等。通常，需要根据产品的性能参数选用合适的包装材料， 尽量做到成本效益最大化。常用包装材料如表2 1 所示： 表2 1 常用包装材料 t a b 2 1c o m m o n l yu s e dp a c k a g i n gm a t e r i a l s 6 基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 2 2 2 包装设计 、 包装设计者对产品的特性、市场定位、产品的流通环境信息及包装材料相关信息进 行分析确定后，就可以进行具体的包装方案设计，主要分为保护性包装设计和销售性包 装设计两大部分。 1 保护性包装设计 电子产品从生产完成到消费使用要经过一系列的运输、保管、堆码和装卸操作，在 各种物流环境中都会有外界影响因素作用于产品。当产品自身保护不足以承受这些外界 因素时，产品就会发生相应的损坏，有些甚至会严重影响产品的使用功能，所有这些致 使产品功能失效的因素都被称为有害因子。为了防止产品遭受有害因子的损坏，就需要 设计合理的保护包装，减小外界因素对产品的影响。整体包装解决方案里，在保证流通 过程中产品的强度要求下，保护性包装设计需要重点考虑包装成本的控制，避免出现过 度包装或包装不足的问题。 在制定整体包装解决方案时要综合运用产品保护的各项技术，如缓冲、防振、防潮、 防锈、防静电、真空、气调等包装技术。为了实现设计目标，整体运输包装设计宜采用 并行工程的设计思想，即同时考虑各流通环节对包装产品的影响来进行保护包装设计嗍， 设计的主要内容有： ( 1 ) 产品的材料。依据前面产品特性、流通环境信息及绿色包装的要求选用适合具 体电子产品的包装材料，对特殊流通环境中的产品可采用真空、防潮、防锈、防静电等 辅助包装技术，产品包装通常采用瓦楞纸箱、蜂窝纸板箱、塑料容器和木箱等。 ( 2 ) 产品包装的结构设计。通常需要根据产品的外形尺寸、几何重心等特点，设计 缓冲衬垫并进行防振校核，外包装容器需要对产品堆码做抗压校核。而且，需要按照与 流通过程中托盘、集装箱、仓库尺寸相匹配的原则确定内外包装尺寸，设计中提倡选用 标准系列尺寸以提高产品流通时的装载率。 上述整体包装设计过程需要包装设计者在综合了解产品的各项性能及客户的要求 后，运用包装设计法与其他部门相互沟通后才能确定解决方案。 2 销售性包装设计 从产品生命周期的角度来分析，产品在生命周期的不同阶段需要采用不同的销售包 装来实现产品促销的目的。根据产品具体所属的行业性质，对销售包装的要求也各不相 同，对于一般家用电子产品可着重设计包装的图像颜色，对于工业电子产品主要考虑产 品的流通环境信息，将产品仓储堆码的层数、温度、湿度、装卸方式及其他特殊要求的 标志印刷在外包装上。对于本课题的研究对象，客户只要求包装方案能够保证产品的正 常使用性能即可，销售包装基本可以不用设计，大部分产品只需在外包装表面印刷相应 的运输标志。 7 陕西科技大学硕士学位论文 在整体包装设计过程中，技术部经常需要与市场部、销售部、客户关系部、生产部 等各部门人员交流讨论，将各个环节可能出现的问题，尽可能地在设计阶段全部解决。 整体包装解决方案的组织机构图如图2 1 所示： 图2 - 1 整体包装解决方案的组织架构图 f i g 2 1o r g a n i z a t i o n so f c o m p l e t ep a c k a g i n gs o l u t i o n 2 2 3 包装测试与仿真 包装方案的测试一般可通过实验和软件仿真技术来实现，测试的目的和意义在于提 升产品包装的可靠性，确定包装方案是否能够达到预期的效果，能够进一步从成本和环 境的角度出发对产品包装的合理性及效益性进行综合评价。产品经过包装测试或仿真分 析可极大的减少产品因包装问题在运输过程中损毁的几率、降低综合生产成本、缩短包 装开发时间、减少和消除索赔争议、提高客户放心程度、让包装更环保，符合各国法规 并提升企业社会责任形象【l q 。 1 包装测试 包装测试是对整体包装设计方案中初步设计的包装模型做出检验，可以模拟流通环 境检测包装件的性能，评定被包装产品的质量。一般，主要的测试项目有振动测试、静 态堆码测试、跌落测试、模态分析测试等。根据测试过程中采集到的数据，经专业的包 装技术人员做出数据分析，以图形或文字报告的形式判定初步设计的包装方案是否满足 可靠性的要求，如果发生包装破损或包装方案明显不合理的情况，则需分析找出设计方 案的缺陷并重新进行设计，若测试结果合格则需对设计方案进行全程跟踪，进一步精确 判定设计方案的可靠性。 目前，典型的包装测试标准有g b t 4 8 5 7 系列 1 7 1 、美国试验和材料协会a s t m d 4 1 6 9 系列、n m f c 美国汽车货运标准系列、国际标准化组织的i s 0 4 1 8 系列、法国国家标准 基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 局的n f h 0 0 0 6 0 系列、国际电工委员会的i e c 6 0 0 6 8 系列、欧洲标准e n l 3 4 2 7 系列和国 际安全运输委员会i s t a 的“试验程序和方案”( i s t at e s tp r o c e d u r e sa n d p r o 厄c t s ) 【l l 】。 2 计算机仿真分析 在工业发达国家，传统电子产品跌落试验越来越多地由计算机仿真来代替，可显著 地降低产品的研发费用并缩短产品的研发周期，极大地提高了企业的研发能力和产品竞 争力【1 9 1 。在中国，由于市场竞争的需要，迫使电子产品制造商不断缩短产品开发周期， 越来越多的厂家和研究单位用计算机来进行辅助设计。 有限元法是现代工业分析领域中广泛应用的数值计算方法，它的主要分析思路是将 整体结构划分为若干个小的单元，在每一个小单元区域里分析简单的应力及变形，进而 求解出整体结构的结果。由于它具有通用性和有效性地特点，与计算机技术相结合后已 成为计算机辅助设计和分析的重要组成部分。计算机模拟已经逐渐成为一种可以代替实 际测试的研究方法，对比实际样品的测试，计算机仿真模拟不仅经济省时，而且能够提 供更为全面的信息。 2 2 4 物流优化 物流优化是指以减小物流成本为目标，依据一定的方法、程序和原则对与物流系统 相关的因素进行优化组合，实现充分提高物流集装器具的利用率，避免人力物力的浪费 而做的策略行动。 整体包装解决方案的目标就是控制成本和提倡绿色包装，能为企业和客户创造更大 的利润空间。由于包装成本和运输成本在整体方案总成本中所占的比重较高，因此研究 如何降低成本和合理提高物流过程中的空间利用率就显得很有必要。事实上，包装尺寸 直接决定了物流过程中的空间利用率，进而决定了包装物流的成本例。 一般物流包装的设计方法有：“由内到外法和“由外到内 法。 1 “由内到外”法，即根据产品的外形尺寸依次设计出产品的内包装、外包装和物 流集装器具的方法，其设计过程如图2 2 所示。 回画回圆圈圆圈 图2 - 2 “由内到外”法 f i g 2 2 “f r o mi n s i d et oo u t s i d e m e t h o d 由于这种设计方法是以产品包装件的属性来确定外包装箱的规格，所以在集合包装 时其堆码方式就会有很多种形式，需要比较各种堆码方式来选出相对利用率较高的一种 9 陕西科技大学硕士学位论文 堆码形式。 2 “由外到内”法，即根据物流集装单元尺寸模数分割出的尺寸系列作为内包装的 结构尺寸设计依据，产品经过内包装再优选出分割尺寸系列作为外包装箱的尺寸依据， 最后装入集合包装容器内做集合包装，其设计过程如图2 - 3 所示。 回园回 国园囡畸囤畸 图2 - 3 “由外到内”法 f i g 2 3 f r o mo u t s i d et oi n s i d e m e t h o d 这种设计方法是先由集装器具的规格，通过分割的方式确定中包装的尺寸，再通过 内包装在中包装箱内的排列而形成包装件，最后按先前的分割方法来确定包装件在集装 单元的堆码而形成集合包装单元。 不管采用上述方法的哪一种，设计时遵循的原则都是相同的，都是针对包装件的尺 寸来做决策从而提高运输效率，产品尺寸优化模型如下列公式所示： p = ( 1 0 0 一q ) k h l b s x m ( 2 1 ) s = 2 n i 厂2 ( 口b + 口h + 6 办) c ( 2 2 ) h q = c l 2 3 a 6 赢1 0 0 ( 办 日，口 厶6 使用包装的产 + 包装的回收物流 品的正向物流 图2 - 4 包装材料回收物流系统 f i g 2 - 4l o g i s t i c ss y s t e mo fr e c y c l i n gp a c k a g i n gm a t e r i a l s 2 2 6 方案评价 在整体包装设计与再设计过程中，方案的评价发挥着重要的作用。包装解决方案的 评价主要包括两方面的内容：一是针对同一产品的众多包装设计方案进行评价，从中选 择最优的解决方案；二是针对同类产品已存在的包装方案做出评价分析，并对评价信息 进行挖掘提炼出方案的优缺点，将其作为包装方案再设计的参考和借鉴信息。 由于物流系统的影响因素很多，所涉及的面十分广泛，往往需要全面综合地对产品 的解决方案做出评价，即采用综合评价的方法。整体包装解决方案综合评价是根据设计 系统确定的目标，主要从技术、经济成本和环境等方面对各种整体解决方案能够满足的 程度与为之消耗和占用的各种资源进行评价并选择出最优方案。 综合评价的建立主要包含以下几个关键技术嗍： 1 评价指标体系的构建 陕西科技大学硕士学位论文 评价指标体系的选取和建立是综合评价的基础，也是对解决方案进行评价的有效保 证，所需建立的内容有指标的选取、指标值的处理和指标的筛选。 2 指标权重的确定 指标权重是指标体系中每个属性指标对总指标的贡献程度，反映了指标在评价对象 中价值地位的系数，不同的权重值将导致不同的评价结果。 3 评价方法的选用 由于各类产品的包装方案差异较大，被评测时的侧重点也不同，有时针对差异很小 的同一问题做出评价，使用不同的评价方法可能会产生不同的结果。因此，合理的评价 方法对评价结果起着至关重要的作用，主要评价方法有：多指标综合评价法、模糊评价 法、生命周期评价法和数理统计法等。 2 3 整体包装解决方案的设计框架 综上所述，包装设计团队接到产品包装设计任务后，可依据整体包装解决方案的设 计流程图2 5 所示步骤来操作。 霉嘲鎏嘲酗e 习 # 。一；_ 一# _ 一i - - 。，。一 魄 一：编蝴。畿一锔e魄。 匕龇；蕊蔷；施潋泌盔；蕾幺盘溉泷。篓曼竖基蕴池泷泷；溅蕊钇幺泷幺幺薹 图2 - 5 整体包装解决方案设计流程图 f i g 2 5f l o wc h a r to f c o m p l e t ep a c k a g i n gs o l u t i o n 1 2 ；西 基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 首先需要收集产品的特新参数、流通环境、包装可使用材料及材料限制等相关信息。 然后，设计人员初步确定产品包装设计要求及影响因素，并随时与c p s 其他部门交流信 息，设计出产品的保护包装和销售包装方案( 一般中大型工业电子产品对销售包装基本 不做要求，只需要印刷相关运输标志) 。第三，根据设计方案制作产品原件做试验，或者 利用仿真软件对产品包装做出分析。最后，综合考虑产品仓储堆码条件和物流环境，以 及产品包装物的可回收利用性，对试验可靠的包装原件做出方案的最终决策并批量生产。 同时，收集设计过程中的相关数据为以后同类产品的包装设计及建立包装数据库做准备。 2 4 整体包装解决方案的优势 产品生产企业一般缺乏有经验的包装技术人员，对产品的流通环境条件不知道如何 确定，对如何依据缓冲包装六步法 2 3 】来减轻产品在流通过程中受到的冲击和振动更是知 之甚少。比如，国内产品生产企业对产品的脆值概念就比较陌生，有些即使知道也缺乏 相关条件来确定产品的脆值，至于缓冲材料的选择和缓冲结构设计等更是难以实现。 但是，随着以整体包装解决方案为核心理念的新兴包装企业的发展，这些困扰产品 生产企业的问题都迎刃而解。整体包装解决方案的实施有着以下几点优势： 1 成本优势 整体包装解决方案的供应商有完善的包装材料供应链，对包装材料的选择和配送更 专业，可以降低包装材料的采购和管理成本，拥有强大的设计软件、软件开发水平及强 有力的设计团队，加上丰富的包装设计经验，可以从整体角度出发，选择最合适的包装 材料，缩短包装设计、生产周期，降低仓储和运输成本，还可以降低采购团队的人力资 源投入、管理成本及其他隐形成本，适应市场快速变化的需要。 2 环保优势 整体包装解决方案供应商在方案制定过程中可选择的包装材料众多，可以满足不同 客户的不同需求，并熟悉国际包装法规，有利于企业应对发达国家的绿色贸易壁垒、方 便产品的顺利出口。 3 质量优势 整体包装解决方案供应商有优秀的设计团队、强大的设计软件和测试设备，并能严 格按照生产流程制造包装制品，从而保障包装制品的品质、保证包装方案的可靠性。 4 服务优势 首先，整体包装解决方案供应商可以提供最优化的包装解决方案和很有竞争力的价 格优势，依靠企业多年来建立的供应链系统，能够保证包装制品供货的及时性。其次， 供应商可以帮助客户优化产品结构，降低产品的市场不良率。最后，供应商还可以为客 户建立科学的运输包装测试标准提供良好的技术支持，并生成产品整体包装解决方案的 1 3 陕西科技大学硕士学位论文 报告书。 总之，产品生产企业与整体包装供应商的合作，有助于产品生产企业优化和缩短企 业的供应链、实现生产企业的零库存、减少流通过程中产品的破损率、提高托盘和集装 器具的利用率，大幅降低物流包装的成本，使双方分享成本降低带来的利润，并有效规 避国外对我国出口产品设置的绿色包装贸易壁垒。 1 4 基于整体包装解决方案的电子产品包装设计 3 产品包装设计方案 本章依托整体包装解决方案的总体设计思路，对一类电子工业产品光伏电池的 特点进行介绍并收集产品的有关信息，对现有太阳能电池板包装的典型问题进行分析， 进而提出包装解决方案，为以后光伏电池类产品整体包装解决方案的确立奠定基础。 3 1 产品信息收集 3 1 1 光伏电池介绍 光伏电池用于把太阳的光能直接转化为电能送往蓄电池中存储起来推动负载工作， 太阳能电池板是光伏发电系统中的核心部分，也是光伏发电系统中价值最高的部分 2 4 1 。 目前地面上大量使用的光伏电池板是以硅为基材的太阳能电池，主要分为单晶硅、多晶 硅、非晶硅太阳能电池，在使用寿命和能量转换效率等综合性能方面，单晶硅和多晶硅 太阳能电池优于非晶硅太阳能电池，多晶硅相对单晶硅转换效率低，但价格更便宜。 光伏电池是采用高转化效率的单晶硅、钢化玻璃、耐腐蚀的铝合金边框等材料，经 过真空层压技术和脉冲焊接工艺制造而成，若经过大规模组合达到用电要求的额定输出 功率和输出电压，则称为光伏组件。光伏组件的安装架设十分方便，组件的表面安装有 一个防水接线盒，通过它可以十分方便地与外电路连接，对每一块太阳能电池组件都能 保证2 0 年以上的使用寿命。 3 1 2s f m l 8 0 型光伏电池 本文针对s f m l 8 0 型号的光伏电池板做整体包装设计，电池板表面已连接电子接线 盒，要求产品以每3 5 片为一个基本包装单元，产品表面不能被刮伤，单片太阳能电池的 尺寸为长x 宽厚= 1 2 5 0 m mx6 4 0 r a mx7 m m ，单片重量为2 5 堍，如图3 1 所示。 ( a ) 赢謇i 剁 t v p i li l e = t 皇 罄 蕊1 r t p 弹 哂v 鼍酶 t l = 器嚣黑：箸= ；嚣訾，；嚣翟6 一一 互：k hc h “ ( b ) 图3 1 单片光伏电池 f i g 3 - 1s i n g l es o l a rc e l l s 1 5 键 w 舭 溢 触 r，上 陕西科技大学硕士学位论文 根据客户提供的产品信息和调查的结果，做出产品包装调查表3 1 ： 表3 - 1 产品包装调查表 t a b 3 - 1q u e s t i o n n a i r ef o rp r o d u c ta n dp a c k a g i n g 产品名称光伏电!地板 长( r 姗)1 2 5 0 腐蚀 宽( i 砌) 6 4 0 静电 厚( m m ) 7 敏感因素刮伤 t 产品物理信息 重量( 蛐 2 5振动 产品信息 脆值 5 0冲击 固有频率承重方式 均布集中均匀 固定位置及描述 无 备注要求产品每3 5 片为一个基本包装单元 p p cr o h s 环境友好型 e 1j 其他 材料要求 禁用材料有( 请描述) 无 _ 备注 无 单件包装多件包装 四向 手动叉车 包装要求 托盘需求双向物流工具叉车 是否需要吊装 手推车 备注 是否上货架可能静态堆码 2 3 堆码层数 堆码要求是否露天 动态堆码 2 备注 陆运 - 车辆型号 4 0 尺卡车 运输方式 海运 集装箱尺寸4 0 尺集装箱 物流要求 空运 备注 最大运输重量无 备注 注：l 、i p p c ：国际植物保护公约( i n t e r n a t i o n a lp l a n tp r o t e c t i o nc o n v e n t i o n ，简称i p p c ) ；2 、 r o l l s ：是由欧盟立法制定的一项强制性标准，它的全称是关于限制在电子电器设备中使用某些有 1 6 基于整体包装懈决方案的电子产品包装设计 害成分的指令( r e s t r i c t i o no f h a z a r d o u ss u b s t a n c e s ) 。 此类光伏电池板的特点是产品自身的刚性强度条件好，电池板外围裹覆的铝合金边 框在一定程度上对装接在钢化玻璃上的晶体硅起到保护作用。但电池板表面需要焊接接 线盒来布线，一方面接线盒受到外部作用力容易与电池板脱落破损，另一方面会对包装 材料或相邻电池板产生摩擦，影响产品品质，因此在包装时需要对易损部件特别注意。 然而在对整体板材设计包装方案时，可简化某些设计影响因素，主要从包装形式和外部 容器进行设计，此太阳能电池板产品的脆值为5 0 9 。 由于太阳能电池板刚性好、强度大，不需要有特别的缓冲包装设计，仅需考虑相关 的产品分隔方式并对表面进行防刮伤处理，因此包装解决方案的设计重点在于外部容器 的选择上。一般考虑到产品出口或者是国内从北方运往南方的物流条件，若采用纸箱包 装，在高温高湿的环境下需对纸箱做防水处理，但纸箱强度本身就容易受到物流环境的 影响而失效。综合各种因素，一般使用木箱做外包装可以承受较大重量并能承受恶劣的 环境影响。 3 1 3 光伏电池现有包装问题及解决方法 1 包装中的问题 目前，国内生产的太阳能电池板大部分都运往太阳能资源较丰富的几个地方用做太 阳能规模化发电，另有少数产品出口海外地区。不同客户所需产品包装方案也有所不同， 面对复杂的物流环境和多样化的客户需求，现有产品包装设计单一，包装供应商不能提 出有针对性的包装方案，并且现有包装大部分采用瓦楞纸板做包装材料，将2 3 块太阳 能电池板叠放在一起作为小包装单元，然后再根据客户需要及物流要求确定托盘集装单 元的产品数量，如图3 2 为其包装效果图： ( a ) 图3 - 2 现有产品包装图 f i g 3 - 2p a c k a g e so f e x i s t i n gp r o d u c t s 1 7 陕西科技大学硕士学位论文 这种包装方案存在的直接问题就是包装纸箱的外观破损严重，尤其是四周边角部位 会受到装卸及搬运过程中的损害，不仅给物流商的储运带来不便，而且还严重影响了产 品质量的可靠性。 另外采用瓦楞纸板进行包装，产品只能相互