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摘要] 概述了近年來運輸包裝理論與技術最新發(fā)展動態(tài)，涉及產(chǎn)品脆值合理化、運輸包裝可靠性、運輸包裝CAD、CAE、CAT五方面內容，均具有深遠的研究意義。
關鍵詞：運輸包裝；脆值；可靠性；CAD；CAE；CAT
運輸包裝，在我國國標（GB／T4122．1-1996）中定義為：以運輸儲存為主要目的的包裝稱之為運輸包裝，它具有保障產(chǎn)品的安全，方便儲運裝卸，加速交接、點驗等作用。作為包裝工程學科的一個分支，運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采取的技術或管理手段。通常包括包裝動力學的理論基礎、包裝件的流通環(huán)境條件、脆值及其評價方法、緩沖包裝材料及動力學特性、緩沖包裝設計以及運輸包裝系統(tǒng)的設計與實驗等內容。
在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，運輸包裝是一個重要的組成要素。由于全球物流運輸距離長、運量大，運輸過程中產(chǎn)品需要堆積、存放，多次裝卸，導致商品損傷的可能性很大，造成破損率過高，運輸成本提高。要想解決這些問題，運輸包裝理論和技術尤為重要。
縱觀幾十年來該學科的發(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70年代末美國密歇根州立大學和MTS公司共同制定的緩沖包裝設計“5步法，運輸包裝理論和技術蓬勃發(fā)展。如今，國內外學者積極研究包裝動力學與運輸包裝技術，可謂日臻完善。近年來最新發(fā)展動態(tài)主要有以下5個方面內容，有些內容在國際上處于領先，具有深遠的研究前景。
1 產(chǎn)品脆值合理化
產(chǎn)品脆疽問題是包裝動力字的核心內容之一。對產(chǎn)品脆值的深入研究不但在促進學科建設，完善學科理論方面有重要意義，而且對于發(fā)展技術創(chuàng)新、實施合理包裝設計方面具有實用價值。要在運輸包裝設計中達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用，是針對機械；中擊的，但從學科發(fā)展角度看，是不完整的，因為產(chǎn)品在運輸流通中，不僅沖擊是產(chǎn)品破損的主要原因，振動也是主要原因，甚至在一定條件下，振動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緩；中包裝設計。隨著運輸包裝理論的進一步發(fā)展，脆值概念的內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 機械振動脆值
為區(qū)別起見，傳統(tǒng)的脆值稱為機械沖擊脆值，在機械沖擊動態(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”?，F(xiàn)討論最新提出的機械振動脆值，在機械振動載荷下的產(chǎn)品破損邊界問題，稱為“第2類破損邊界問題”。
該理論認為，振動的破壞模型有兩種：振動峰值破壞模型和振動疲勞破壞模型。前者注重的是振動峰值——超過極限值即可引起產(chǎn)品的損傷，因此可把振動峰值加速度的極限值視為產(chǎn)品的沖擊脆值，用機械沖擊脆值來處理。實質上，機械振動脆值問題就集中在后者——疲勞破損，其相應的第2類破損邊界曲線用G-N曲線或G-Tf表示，其中縱坐標G為振動加速度值，橫坐標N為在此加速度下不發(fā)生產(chǎn)品破損或失效的******允許的振動循環(huán)次數(shù)，Tf為失效平均時間。這2種曲線實質上是一樣的。
1．2 2類脆值的結合問題
這已成為運輸包裝研究者深入探討的一個技術課題。目前十分成熟的緩沖設計方法是應用機械沖擊脆值理論及第一類破損邊界曲線，但若同時考慮沖擊和振動因素對產(chǎn)品破損的影響，就可應用第2類破損邊界曲線，推動產(chǎn)品減振包裝設計的進展，并使2類脆值問題能夠協(xié)調結合。
2 運輸包裝可靠性分析
運輸包裝可靠性又稱包裝動力可靠性。所謂可靠性，一般情況下定義為：產(chǎn)品或結構系統(tǒng)在一定載荷條件下和一定時間范圍內完成規(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、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，因此包裝可靠性重點考慮這二者。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增加。因此，分析、研究并計算產(chǎn)品包裝的可靠性已成為全面評價產(chǎn)品性能系統(tǒng)中不可缺少的重要內容，也已成為改善運輸包裝結構設計的一個重要手段。
張業(yè)鵬等介紹一種利用ANSYS軟件對緩沖包裝結構可靠性進行分析的方法，以達到對緩沖包裝結構可靠性低成本、高效率進行評價的目的。
3 運輸包裝CAD
利用傳統(tǒng)的包裝設計方法，要達到理想的運輸包裝設計目標，必然花費大量的人力物力和財力。運輸包裝CAD能顯著縮短設計周期，提高工作效率和質量。
典型的運輸包裝CAD軟件系統(tǒng)包括5大模塊：產(chǎn)品脆值求解模塊，緩沖設計與校核模塊、包裝容器（紙箱）結構設計與校核模塊，容器結構優(yōu)化設計模塊和運輸包裝設計原型輸出模塊。系統(tǒng)內各模塊相對獨立，又相互依賴，各自完成一部分功能，又可共同完成產(chǎn)品包裝結構設計的任務。
近10年來，國內外的包裝研究人員在運輸包裝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)的總體結構、功能模塊以及關鍵技術。
4 運輸包裝CAE
應用傳統(tǒng)的“5步法”進行緩沖設計時，對包裝件的測試（沖擊、振動等）屬于破壞性實驗方法，而大型結構產(chǎn)品、價格昂貴產(chǎn)品、精密產(chǎn)品、高危險性產(chǎn)品等都是不允許對其進行破壞性實驗的。即使允許，在測試成本上也是不合理的。因此應用先進的非破壞性實驗法——運輸包裝CAE（計算機輔助工程）。CAE技術的應用，可在產(chǎn)品研發(fā)的前期來檢驗產(chǎn)品設計的合理性，減少運輸試驗的次數(shù)，降低試驗成本，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。
4．1 動態(tài)仿真及有限元分析法（FEA）
動態(tài)仿真技術和FEA法相互結合，形成適應實際情況的產(chǎn)品性能預測理論，再通過實驗室的實驗驗證，對運輸包裝件的最終結構設計方案作出合理恰當?shù)脑u價。理論模型的模擬預測結果經(jīng)實驗證實是可靠正確的，就可解決同類結構系統(tǒng)的性能分析。
該方法的總體程序一般為：輸入包裝／產(chǎn)品結構系統(tǒng)的全面特性，以及包裝用緩沖材料特性等信息；應用FEA法，以合適的網(wǎng)格將產(chǎn)品包裝結構系統(tǒng)離散化，建立相應的數(shù)學力學模型；以運輸流通環(huán)境中產(chǎn)品／包裝系統(tǒng)可能承受的動態(tài)載荷做激勵；應用FEA法分析產(chǎn)品／包裝系統(tǒng)存在哪個／哪些易損件及其位置，求得響應，進而分析其結構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、結構系統(tǒng)的共振頻率、易損件的動態(tài)響應曲線、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)品的結構和包裝方案進行分析，找出了產(chǎn)品設計及包裝方案設計中的不足之處，從而降低產(chǎn)品成本，提高包裝對產(chǎn)品的防護能力
4．2 統(tǒng)計能量分析（SEA）
SEA是預測分析工具和結構系統(tǒng)的******化方法，在運輸包裝的有關產(chǎn)品及其材料振動載荷試驗中有實用潛力。該法可預測產(chǎn)品包裝系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)，再分析其在一定運輸環(huán)境條件下抵抗或承受動態(tài)載荷的能力，如預測機械沖擊脆值，這正是運輸包裝中應用SEA的實用價值。
為推動統(tǒng)計能量分析法（SEA）的發(fā)展，一些大學的實驗室開展了一系列試驗研究，同時也促進了運輸包裝中材料和產(chǎn)品振動試驗研究及其各項結果的可能實際應用。實驗室試驗研究結果表明，SEA在產(chǎn)品包裝的試驗評價工作中將具有十分廣闊的使用前景。
5 運輸包裝CAT
傳統(tǒng)的包裝測試主要包括包裝材料和包裝性能測試、運輸包裝件基本試驗、商品性能以及流通環(huán)境對包裝件“危害”量值因素的測量。在計算機高速發(fā)展的今天，運輸包裝CAT（計算機輔助測試）在包裝測試領域舉足輕重，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。隨著計算機及各種硬件的發(fā)展，運輸包裝CAT已經(jīng)實現(xiàn)了“虛擬儀器”和“移動實驗室”的創(chuàng)新設想。
綜上所述，運輸包裝理論與技術日益完善，通過國內外學者的不懈努力，必將提升到更高更新的水平，從而促進運輸包裝事業(yè)的快速發(fā)展。
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