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摘要] 概述了近年來運(yùn)輸包裝理論與技術(shù)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，涉及產(chǎn)品脆值合理化、運(yùn)輸包裝可靠性、運(yùn)輸包裝CAD、CAE、CAT五方面內(nèi)容，均具有深遠(yuǎn)的研究意義。
關(guān)鍵詞：運(yùn)輸包裝；脆值；可靠性；CAD；CAE；CAT
運(yùn)輸包裝，在我國國標(biāo)（GB／T4122．1-1996）中定義為：以運(yùn)輸儲存為主要目的的包裝稱之為運(yùn)輸包裝，它具有保障產(chǎn)品的安全，方便儲運(yùn)裝卸，加速交接、點(diǎn)驗(yàn)等作用。作為包裝工程學(xué)科的一個(gè)分支，運(yùn)輸包裝主要研究在流通過程中引起包裝件損壞的各種危害；研究造成這些危害的多種因素和將損壞減少到最低程度所應(yīng)采取的技術(shù)或管理手段。通常包括包裝動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)、包裝件的流通環(huán)境條件、脆值及其評價(jià)方法、緩沖包裝材料及動(dòng)力學(xué)特性、緩沖包裝設(shè)計(jì)以及運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。
在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，運(yùn)輸包裝是一個(gè)重要的組成要素。由于全球物流運(yùn)輸距離長、運(yùn)量大，運(yùn)輸過程中產(chǎn)品需要堆積、存放，多次裝卸，導(dǎo)致商品損傷的可能性很大，造成破損率過高，運(yùn)輸成本提高。要想解決這些問題，運(yùn)輸包裝理論和技術(shù)尤為重要。
縱觀幾十年來該學(xué)科的發(fā)展情況，從1945年Mindlin首次提出緩沖系數(shù)的重要概念到1968年Newton提出產(chǎn)品破損邊界條件理論，再到20世紀(jì)70年代末美國密歇根州立大學(xué)和MTS公司共同制定的緩沖包裝設(shè)計(jì)“5步法，運(yùn)輸包裝理論和技術(shù)蓬勃發(fā)展。如今，國內(nèi)外學(xué)者積極研究包裝動(dòng)力學(xué)與運(yùn)輸包裝技術(shù)，可謂日臻完善。近年來最新發(fā)展動(dòng)態(tài)主要有以下5個(gè)方面內(nèi)容，有些內(nèi)容在國際上處于領(lǐng)先，具有深遠(yuǎn)的研究前景。
1 產(chǎn)品脆值合理化
產(chǎn)品脆疽問題是包裝動(dòng)力字的核心內(nèi)容之一。對產(chǎn)品脆值的深入研究不但在促進(jìn)學(xué)科建設(shè)，完善學(xué)科理論方面有重要意義，而且對于發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新、實(shí)施合理包裝設(shè)計(jì)方面具有實(shí)用價(jià)值。要在運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)中達(dá)到合理的緩沖減振目的，必須使產(chǎn)品脆值合理化。
脆值，在我國國標(biāo)GBSl66-87中定義為：產(chǎn)品不發(fā)生物理損傷或功能失效所能承受的******加速度。這一概念以及基于脆值的破損邊界理論及應(yīng)用，是針對機(jī)械；中擊的，但從學(xué)科發(fā)展角度看，是不完整的，因?yàn)楫a(chǎn)品在運(yùn)輸流通中，不僅沖擊是產(chǎn)品破損的主要原因，振動(dòng)也是主要原因，甚至在一定條件下，振動(dòng)造成的破壞程度更加突出。因此需要有更合理的脆值來指導(dǎo)緩；中包裝設(shè)計(jì)。隨著運(yùn)輸包裝理論的進(jìn)一步發(fā)展，脆值概念的內(nèi)涵和外延都在不斷地深入與升華。目前，歐、美、日等地區(qū)的包裝專家仍在繼續(xù)深入研究產(chǎn)品脆值理論，我國在這方面的研究已具有較高水平。
1．1 機(jī)械振動(dòng)脆值
為區(qū)別起見，傳統(tǒng)的脆值稱為機(jī)械沖擊脆值，在機(jī)械沖擊動(dòng)態(tài)載荷下的產(chǎn)品破損邊界問題稱為“第1類破損邊界問題”。現(xiàn)討論最新提出的機(jī)械振動(dòng)脆值，在機(jī)械振動(dòng)載荷下的產(chǎn)品破損邊界問題，稱為“第2類破損邊界問題”。
該理論認(rèn)為，振動(dòng)的破壞模型有兩種：振動(dòng)峰值破壞模型和振動(dòng)疲勞破壞模型。前者注重的是振動(dòng)峰值——超過極限值即可引起產(chǎn)品的損傷，因此可把振動(dòng)峰值加速度的極限值視為產(chǎn)品的沖擊脆值，用機(jī)械沖擊脆值來處理。實(shí)質(zhì)上，機(jī)械振動(dòng)脆值問題就集中在后者——疲勞破損，其相應(yīng)的第2類破損邊界曲線用G-N曲線或G-Tf表示，其中縱坐標(biāo)G為振動(dòng)加速度值，橫坐標(biāo)N為在此加速度下不發(fā)生產(chǎn)品破損或失效的******允許的振動(dòng)循環(huán)次數(shù)，Tf為失效平均時(shí)間。這2種曲線實(shí)質(zhì)上是一樣的。
1．2 2類脆值的結(jié)合問題
這已成為運(yùn)輸包裝研究者深入探討的一個(gè)技術(shù)課題。目前十分成熟的緩沖設(shè)計(jì)方法是應(yīng)用機(jī)械沖擊脆值理論及第一類破損邊界曲線，但若同時(shí)考慮沖擊和振動(dòng)因素對產(chǎn)品破損的影響，就可應(yīng)用第2類破損邊界曲線，推動(dòng)產(chǎn)品減振包裝設(shè)計(jì)的進(jìn)展，并使2類脆值問題能夠協(xié)調(diào)結(jié)合。
2 運(yùn)輸包裝可靠性分析
運(yùn)輸包裝可靠性又稱包裝動(dòng)力可靠性。所謂可靠性，一般情況下定義為：產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在一定載荷條件下和一定時(shí)間范圍內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。
要全面衡量某一產(chǎn)品的可靠性，除了考慮固有可靠性，使用可靠性以外，還必須包括包裝可靠性。包裝可靠性涉及流通環(huán)節(jié)中的振動(dòng)、沖擊、溫濕度、氣候條件、生物條件等所引起的一切外部因素。但由于產(chǎn)品的破損原因主要來自沖擊和振動(dòng)，因此包裝可靠性重點(diǎn)考慮這二者。包裝的可靠度越高，顯然其破損率越低，但是包裝的成本則會(huì)增加。因此，分析、研究并計(jì)算產(chǎn)品包裝的可靠性已成為全面評價(jià)產(chǎn)品性能系統(tǒng)中不可缺少的重要內(nèi)容，也已成為改善運(yùn)輸包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段。
張業(yè)鵬等介紹一種利用ANSYS軟件對緩沖包裝結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行分析的方法，以達(dá)到對緩沖包裝結(jié)構(gòu)可靠性低成本、高效率進(jìn)行評價(jià)的目的。
3 運(yùn)輸包裝CAD
利用傳統(tǒng)的包裝設(shè)計(jì)方法，要達(dá)到理想的運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)目標(biāo)，必然花費(fèi)大量的人力物力和財(cái)力。運(yùn)輸包裝CAD能顯著縮短設(shè)計(jì)周期，提高工作效率和質(zhì)量。
典型的運(yùn)輸包裝CAD軟件系統(tǒng)包括5大模塊：產(chǎn)品脆值求解模塊，緩沖設(shè)計(jì)與校核模塊、包裝容器（紙箱）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核模塊，容器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊和運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)原型輸出模塊。系統(tǒng)內(nèi)各模塊相對獨(dú)立，又相互依賴，各自完成一部分功能，又可共同完成產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)。
近10年來，國內(nèi)外的包裝研究人員在運(yùn)輸包裝CAD系統(tǒng)方面的研究和開發(fā)卓有成效。如王保升提出了緩沖包裝CAD軟件開發(fā)應(yīng)該注意的問題，為緩沖包裝CAD軟件的開發(fā)提供了一條可行的思路。盧立新等介紹了基于圖形庫與數(shù)據(jù)庫的緩沖包裝CAD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、功能模塊以及關(guān)鍵技術(shù)。
4 運(yùn)輸包裝CAE
應(yīng)用傳統(tǒng)的“5步法”進(jìn)行緩沖設(shè)計(jì)時(shí)，對包裝件的測試（沖擊、振動(dòng)等）屬于破壞性實(shí)驗(yàn)方法，而大型結(jié)構(gòu)產(chǎn)品、價(jià)格昂貴產(chǎn)品、精密產(chǎn)品、高危險(xiǎn)性產(chǎn)品等都是不允許對其進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)的。即使允許，在測試成本上也是不合理的。因此應(yīng)用先進(jìn)的非破壞性實(shí)驗(yàn)法——運(yùn)輸包裝CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）。CAE技術(shù)的應(yīng)用，可在產(chǎn)品研發(fā)的前期來檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，減少運(yùn)輸試驗(yàn)的次數(shù)，降低試驗(yàn)成本，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。
4．1 動(dòng)態(tài)仿真及有限元分析法（FEA）
動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)和FEA法相互結(jié)合，形成適應(yīng)實(shí)際情況的產(chǎn)品性能預(yù)測理論，再通過實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對運(yùn)輸包裝件的最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案作出合理恰當(dāng)?shù)脑u價(jià)。理論模型的模擬預(yù)測結(jié)果經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)是可靠正確的，就可解決同類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的性能分析。
該方法的總體程序一般為：輸入包裝／產(chǎn)品結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的全面特性，以及包裝用緩沖材料特性等信息；應(yīng)用FEA法，以合適的網(wǎng)格將產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)系統(tǒng)離散化，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)力學(xué)模型；以運(yùn)輸流通環(huán)境中產(chǎn)品／包裝系統(tǒng)可能承受的動(dòng)態(tài)載荷做激勵(lì)；應(yīng)用FEA法分析產(chǎn)品／包裝系統(tǒng)存在哪個(gè)／哪些易損件及其位置，求得響應(yīng)，進(jìn)而分析其結(jié)構(gòu)的易損性及可靠性問題；最后輸出產(chǎn)品脆值及其破損邊界曲線、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的共振頻率、易損件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線、可能發(fā)生破損的零件及失效模式等。馮廣平等提出了利用美國MSC公司的CAE仿真軟件（Marc Patran Dytran等）對冰箱產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和包裝方案進(jìn)行分析，找出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)及包裝方案設(shè)計(jì)中的不足之處，從而降低產(chǎn)品成本，提高包裝對產(chǎn)品的防護(hù)能力
4．2 統(tǒng)計(jì)能量分析（SEA）
SEA是預(yù)測分析工具和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的******化方法，在運(yùn)輸包裝的有關(guān)產(chǎn)品及其材料振動(dòng)載荷試驗(yàn)中有實(shí)用潛力。該法可預(yù)測產(chǎn)品包裝系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)，再分析其在一定運(yùn)輸環(huán)境條件下抵抗或承受動(dòng)態(tài)載荷的能力，如預(yù)測機(jī)械沖擊脆值，這正是運(yùn)輸包裝中應(yīng)用SEA的實(shí)用價(jià)值。
為推動(dòng)統(tǒng)計(jì)能量分析法（SEA）的發(fā)展，一些大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室開展了一系列試驗(yàn)研究，同時(shí)也促進(jìn)了運(yùn)輸包裝中材料和產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)研究及其各項(xiàng)結(jié)果的可能實(shí)際應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究結(jié)果表明，SEA在產(chǎn)品包裝的試驗(yàn)評價(jià)工作中將具有十分廣闊的使用前景。
5 運(yùn)輸包裝CAT
傳統(tǒng)的包裝測試主要包括包裝材料和包裝性能測試、運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn)、商品性能以及流通環(huán)境對包裝件“危害”量值因素的測量。在計(jì)算機(jī)高速發(fā)展的今天，運(yùn)輸包裝CAT（計(jì)算機(jī)輔助測試）在包裝測試領(lǐng)域舉足輕重，它提高了測試效率、分析深度和檢測精度。一般包括信號采集、數(shù)據(jù)處理、顯示打印等模塊。隨著計(jì)算機(jī)及各種硬件的發(fā)展，運(yùn)輸包裝CAT已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“虛擬儀器”和“移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室”的創(chuàng)新設(shè)想。
綜上所述，運(yùn)輸包裝理論與技術(shù)日益完善，通過國內(nèi)外學(xué)者的不懈努力，必將提升到更高更新的水平，從而促進(jìn)運(yùn)輸包裝事業(yè)的快速發(fā)展。
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