瓦楞纸箱与缓冲包装优化设计软件的开发

1、瓦楞纸箱与缓冲包装优化设计软件的开发彭国勋中国包装报2010813003版当今的运输包装系统中，当内装物重量在100kg以下时，使用最广的保护内装物的包装技术是缓冲包装技术，使用最多的包装容器是瓦楞纸箱。各行各业物流运输包装系统的包装设计人员，对于如何在全面考虑企业的实际物流环境条件下确定的运输试验的企业标准（如跌落高度、堆码层数、气候条件等）、适应内装物的脆值等抗冲击能力、以及应对低碳经济发展的巨大压力等条件下，设计出破损率低、综合成本低、和环保指标优异的瓦楞纸箱缓冲包装系统，一直缺乏有效的方法和CAD/CAE软件。在美国军标MIL-HDBK-304C Package cushioning

2、design（1997）中曾提到，美国有一个缓冲包装的设计软件Packaging Designer，可以根据跌落高度，内装物的重量、尺寸与脆值，缓冲垫的材料与类型，运输方式与成本真正等参数，计算出缓冲垫的尺寸与成本。我国至今还没有一个类似美国的缓冲垫设计软件的实用的缓冲垫优化设计设计软件。最近十几年，在缓冲动力学理论等方面又有了若干新进展，美国的现有软件还没有跟踪上这些新进展。目前在国内大量使用纸箱与纸盒的CAD软件有英国的KASEMAKE和美国的ARTIOS等，具有很强的几何尺寸参数化CAD和与电脑打样机匹配的CAM功能，但是没有瓦楞包装设计者急需的强度与成本优化功能，难以正确选择最适合使用

3、情况的缓冲垫尺寸、瓦楞纸板级别与瓦楞纸箱结构等参数。美国现有的瓦楞包装系统CAD软件TOPS，虽然包含有产品造型、隔板设计、纸箱纸盒几何尺寸设计、托盘布局、装柜设计等模块，同样缺乏如何选择适应物流环境条件、内装物重量与脆值等特性的缓冲垫参数与瓦楞纸板级别选择的CAE软件，以满足最低成本、碳排量最少、保护性能最佳、以及堆码强度足够等的需要。青岛麦特儿信息科技信息有限公司，根据包装工程专业全国统编教材物流运输包装设计（印刷工业出版社）中介绍的基本理论与缓冲包装设计方法，开发出了不仅能计算缓冲垫尺寸与成本的具有美国TOPS软件功能的软件系统，而且利用缓冲包装能量法理论的最新研究成果，增加了缓冲垫成本

4、优化的功能，融入包含跌落高度的国内外试验标准与缓冲材料动态缓冲性能数据等的大量实用数据库，大大提高了缓冲包装的设计速度与质量。纸箱缓冲包装缓冲包装设计分析系统软件的首页如图1所示，包括4个基本模块。图1 在纸箱缓冲包装缓冲包装设计分析系统的首页上，只需输入内装物的外形尺寸与重量，点击“下一步”便可进入图2所示的【缓冲包装设计模块】。图2 【缓冲包装设计模块】界面缓冲垫可以根据内装物的形状特点从【缓冲垫型式】栏目中所列的常见12种型式里选择一种适合产品外壳结构刚度的型式，如图3所示。前6种适合于常见的长方形内装物；三段式适合于细长形内装物（最短边与次长边的长度小于最长边长度的20或以下）；后4种

5、适合于扁平形内装物（最端边的边长比其它两个边的长度小4倍以上）。图3 常用缓冲垫型式【跌落方式】栏目中预置了一些国家标准和ISTA试验标准的、与内装物重量对应的跌落高度数据库，见图4。点击右面的热键，用户可以添加自定义企业试验标准的跌落高度。图4 跌落方式选择界面【缓冲材料选择】栏目中预置了一些常见缓冲材料动态缓冲性能的数据库，见图5。点击右面的热键，用户可以添加企业的、或供应商提供的缓冲材料动态缓冲性能的数据。图5 缓冲材料选择界面一旦完成缓冲材料选择，图6所示界面立即显示按界面上所列的初设的缓冲厚度优化计算所得的缓冲面积及其对应的加速度，并指出前面的设定计算所得冲击加速度是否低于产品脆值。

6、图6所示结果显示出前后面的缓冲垫参数不满足要求，可以任意调整缓冲垫的厚度、或面积、或跌落高度、或缓冲材料，最终使得计算所得冲击加速度略低于低于产品脆值，便可完成缓冲垫的优化设计。这时界面上显示的缓冲垫尺寸与重量，就是优化后的结果。图6 缓冲垫的优化设计界面点击下一步即转入图7所示的【纸箱设计模块】。首先选择箱型，然后依次选择瓦楞纸板的有关参数，需要时可选择内衬纸板与纸护角的参数。完成参数输入后，界面自动输出包装件外尺寸、纸箱制造尺寸、以及纸箱制造所需的瓦楞纸板展开面积。图7 纸箱几何参数设计模块界面点击下一步即转入图8所示的瓦楞纸箱【强度校核模块】。前面选择的参数将从按瓦楞纸板国家标准与参考文

7、献中的数据建立的数据库提取数据，利用有关公式计算出空箱抗压强度，与由堆码层数要求的堆码强度比较，得到安全系数。如果企业制定有劣变系数的标准，立即可知是否符合要求。如果已知物流环境条件与纸箱的特征，也可按界面上的参数选择，计算出对应的劣变系数。图8 瓦楞纸箱强度校核模块界面点击下一步即转入图9所示的【物流包装成本核算】模块。前面选择的参数将自动传送给装柜软件进行分析，优化出所选集装箱规格的最佳的装柜量和图示排列方式。给定货柜成本后，便可算出每个包装件的物流费用。缓冲与纸箱模块优化设计结果的数据，可以根据给定的相关包装材料的单价计算出所有构件的包装成本。重复设计几个方案，根据物流包装成本等指标，很快便可优选出最优的设计方案。图9 物流包装成本核算模块界面点击【分析报告】热