关键词：瓦楞纸箱 运输包装 优化
1、引言
瓦楞纸箱属于绿色包装容器，自发明至今已有100多年的历史，20世纪初的“普赖德哈姆案件”标志着纸箱包装的真正兴起，揭示了木箱包装的缺陷与不足。第一次世界大战期间，瓦楞纸箱在运输包装中的比例仅占20%，木箱占80%。第二次世界大战期间，瓦楞纸箱在运输包装中的比例猛增到80%，而木箱使用量急剧下降，瓦楞纸箱成为最重要的运输包装容器。1998年底的“天牛星虫”事件，美国、加拿大和欧盟等国家严禁我国未经热处理、熏蒸处理或防腐处理的木箱、木托盘出口，有力推动了瓦楞纸箱、蜂窝纸箱等纸质包装容器的应用研究和推广使用。
2、瓦楞纸箱性能分析
瓦楞纸箱是一种薄壁结构的包装容器，具有质量轻、强度高、易加工成型、易折叠、便于储存和搬运、易回收和再生利用、印刷适性优良、成本低等特性，已广泛应用于食品、水果、蔬菜、电子产品、工业器件、文化用品等工农业产品的销售包装和运输包装。表1是瓦楞纸箱和木箱的综合性能比较。显然，瓦楞纸箱在销售包装和运输包装中占有绝对优势，是替代木箱的最佳运输包装容器。但是，瓦楞纸箱强度有限，较木箱明显偏低，若不采用木托盘或木支架加固，内装物重量最好不超过55kg，其长宽高之和不超过250cm。另外，温湿度条件对瓦楞纸箱强度影响显著，必须提高其防潮能力。
总之，瓦楞纸箱具备保护产品、方便储运和促进销售等包装功能，是逐步代替木箱、塑料箱的理想外包装容器。
3、瓦楞纸箱运输包装系统
3.1优化设计
包装容器在商品从生产厂家到消费者的物流过程对产品的安全保护、方便储运起着决定性作用，可根据包装在商品流通、市场销售等方面所起的综合作用来评价，其中选择一个包括包装材料成本、运输成本、仓储成本的包装总成本最小的设计方案是非常重要的，即优化单件包装件的几何形状、尺寸，单件包装在外包装容器内的排列方式，外包装容器的几何形状、尺寸，以满足以下包装设计要求：
·包装材料最省，包装成本最低；
·托盘利用率最大，仓储空间利用率最大；
·包装容器强度可保护产品的安全运输；
·包装容器满足几何形状、尺寸的约束条件。
因此，这是一个多目标、多变量的运输包装系统设计的优化问题，可描述为：
Min{fk(Vm,Vt,Vs)}k=1,2,...
s.t.gm(Vm,Vt,Vs)≤0
gt(Vm,Vt,Vs)≤0
gs(Vm,Vt,Vs)≤0
式中下标m、t和s分别表示包装材料、运输方式和仓储类型，Vm，Vt和Vs分别是包装材料变量、运输谱量和仓储变量，fk是成本目标函数，gm、gt和gs分别为包装材料约束条件、运输方式约束条件及仓储约束条件。
表1 瓦楞纸箱与木箱性能比较
| 编号 | 瓦楞纸箱 | 木箱 | |||
| 项目 | 优点 | 缺点 | 优点 | 缺点 | |
| 1 | 抗压强度 | 较低 | 高 | | |
| 2 | 缓冲性能 | 富有弹性 | 无弹性 | ||
| 3 | 防潮性能 | 易吸湿变形 | 雨淋不变形 | 淋湿不易干燥 | |
| 4 | 保护产品 | 防振，内有格挡、衬板或衬垫等附件保护产品 | 木质坚硬，内无保护产 品的附件，易损坏产品 | ||
| 5 | 密封性 | 密封性好，防尘清洁 | 有缝隙，易进灰尘等杂物 | ||
| 6 | 箱型结构 | 结构新颖种类多 | 结构简单种类少 | ||
| 7 | 外观质量 | 箱面平滑图文清晰 | 箱面粗糙标志模糊 | ||
| 8 | 仓储运输 | 装卸轻便易堆码 | 笨重装卸费力 | ||
| 9 | 空箱储存 | 可折叠，所占空间小 | 立体箱型，所占空间大 | ||
| 10 | 操作性 | 装箱方便速度快 | 装箱费力速度慢 | ||
| 11 | 包装成本 | 低 | 高 | ||
| 12 | 原料资源 | 耗木量低 | 木材缺乏 | ||
| 13 | 生产方式 | 机械化自动化效率高 | 半机械化或手工操作效率低 | ||
| 14 | 国际运输 | 适应国际化产品包装 | 许多国家禁止木箱出口包装 | ||
| 15 | 体积重量 | 体积小，重量轻，运输成本低 | 体积大，重量大，运输成本高 | ||
| 16 | 废旧处理 | 易再生利用环保性好 | 拆除复杂不易处理 | ||
3.2设计框图
瓦楞纸箱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。功能设计涉及纸箱的使用方便性和储存搬运效率，它包括箱型选择、商品排列、模压形式、封箱与开启。结构设计包括与包装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。装潢设计主要设计纸箱外观特性、运输包装标志、印刷适性等。图1是瓦楞纸箱设计流程图，不包括功能设计和装潢设计，其中P、P′分别是抗压强度理论值和实测值，Ps是堆码强度，K是安全系数。
4、瓦楞纸箱结构优化设计
4.1设计步骤
（1）计算纸箱结构尺寸；
（2）选择最佳箱型；
（3）计算抗压强度，优进瓦楞纸板的配料方案；
（4）箱坯图设计；
（5）输出箱坯图和纸板配料方案。
图1 瓦楞纸箱结构设计框图
4.2瓦楞纸箱结构CAD
瓦楞纸箱结构CAD主要包括以下几个方面内容：计算纸箱抗压强度，校核纸箱堆码强度，纸箱箱坯结构图设计，输出箱坯图和纸板配料方案，其流程图如图2所示。瓦楞纸箱结构CAD中有两个数据库和一个图形库，即纸板配料方案数据库、楞型数据库和箱型数据库，分别供相应功能模块调用。
纸板配料方案数据库有24种瓦楞纸板的组合方案，每种方案中瓦楞面纸和里纸相同。该数据库主要记录了包括瓦楞原纸的克重及环压强度等信息资料，以结构体组织数据，采用库文件形式贮存，通过子函数实现数据输入、添加、修改、读取及显示等操作。
楞型数据库主要记录各种楞型的组合方式及其厚度之间的关系，也以结构体组织数据，采用库文件形式贮存，通过子函数实现数据输入、添加、修改、读取及显示等操作。
箱型图形库记录了02类14种型号的国际标准纸箱结构，包括0200、0201、0203、0204、0205、0206、0210、0211、0212、0215、0216、0217、0218、0225等箱型，可满足小型机电产品的运输包装选用。通过子函数实现对纸箱图形库的数据输入、添加、修改、选择、显示及放大等操作。
图2 瓦楞纸箱结构CAD流程图
5、结论
瓦楞纸箱广泛应用于商品包装，在销售包装和运输包装中占有绝对优势，是替代木箱的最佳运输包装容器。瓦楞纸箱运输包装系统的优化设计是一个多目标函数、多变量的优化问题，以仓储空间利用率最大为优化目标函数，瓦楞纸箱强度为约束条件，优化瓦楞纸箱结构、配料方案及装载模式，能够较全面进行纸箱优化设计，较好实现瓦楞纸箱对产品的安全保护，方便储运功能。
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