运输包装理论与技术发展动态(下)

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2 运输包装可靠性分析

　　运输包装可靠性又称包装动力可靠性。所谓可靠性，一般情况下定义为：产品或结构系统在一定载荷条件下和一定时间范围内完成规定功能的能力〔3〕。

　　要全面衡量某一产品的可靠性，除了考虑固有可靠性，使用可靠性以外，还必须包括包装可靠性。包装可靠性涉及流通环节中的振动、冲击、温湿度、气候条件、生物条件等所引起的一切外部因素。但由于产品的破损原因主要来自冲击和振动，因此包装可靠性重点考虑这二者。包装的可靠度越高，显然其破损率越低，但是包装的成本则会增加。因此，分析、研究并计算产品包装的可靠性已成为全面评价产品性能系统中不可缺少的重要内容，也已成为改善运输包装结构设计的一个重要手段〔4〕。

　　张业鹏等介绍一种利用ANSYS 软件对缓冲包装结构可靠性进行分析的方法，以达到对缓冲包装结构可靠性低成本、高效率进行评价的目的〔5〕。

3 运输包装CAD

　　利用传统的包装设计方法，要达到理想的运输包装设计目标，必然花费大量的人力物力和财力。运输包装CAD 能显著缩短设计周期，提高工作效率和质量。

　　典型的运输包装CAD 软件系统包括5 大模块：产品脆值求解模块，缓冲设计与校核模块、包装容器（纸箱）结构设计与校核模块，容器结构优化设计模块和运输包装设计原型输出模块。系统内各模块相对独立，又相互依赖，各自完成一部分功能，又可共同完成产品包装结构设计的任务。

　　近10 年来，国内外的包装研究人员在运输包装CAD 系统方面的研究和开发卓有成效。如王保升提出了缓冲包装CAD软件开发应该注意的问题，为缓冲包装CAD 软件的开发提供了一条可行的思路〔6〕。卢立新等介绍了基于图形库与数据库的缓冲包装CAD 系统的总体结构、功能模块以及关键技术〔7〕。

4 运输包装CAE

　　应用传统的“5 步法”进行缓冲设计时，对包装件的测试（冲击、振动等）属于破坏性实验方法，而大型结构产品、价格昂贵产品、精密产品、高危险性产品等都是不允许对其进行破坏性实验的。即使允许，在测试成本上也是不合理的。因此应用先进的非破坏性实验法运输包装CAE（ 计算机辅助工程）。CAE 技术的应用，可在产品研发的前期来检验产品设计的合理性，减少运输试验的次数，降低试验成本，缩短产品的研发周期。

4. 1 动态仿真及有限元分析法（FEA）

　　动态仿真技术和FEA 法相互结合，形成适应实际情况的产品性能预测理论，再通过实验室的实验验证，对运输包装件的最终结构设计方案作出合理恰当的评价。理论模型的模拟预测结果经实验证实是可靠正确的，就可解决同类结构系统的性能分析。

　　该方法的总体程序一般为：输入包装/ 产品结构系统的全面特性，以及包装用缓冲材料特性等信息；应用FEA 法，以合适的网格将产品包装结构系统离散化，建立相应的数学力学模型；以运输流通环境中产品/ 包装系统可能承受的动态载荷做激励；应用FEA 法分析产品/ 包装系统存在哪个/ 哪些易损件及其位置，求得响应，进而分析其结构的易损性及可靠性问题；最后输出产品脆值及其破损边界曲线、结构系统的共振频率、易损件的动态响应曲线、可能发生破损的零件及失效模式等〔2〕。冯广平等提出了利用美国MSC 公司的CAE 仿真软件（MarcPatranDytran 等）对冰箱产品的结构和包装方案进行分析，找出了产品设计及包装方案设计中的不足之处，从而降低产品成本，提高包装对产品的防护能力〔8〕。

4. 2 统计能量分析（SEA）

　　SEA 是预测分析工具和结构系统的最佳化方法，在运输包装的有关产品及其材料振动载荷试验中有实用潜力。该法可预测产品包装系统中的最薄弱环节，再分析其在一定运输环境条件下抵抗或承受动态载荷的能力，如预测机械冲击脆值，这正是运输包装中应用SEA 的实用价值。

　　为推动统计能量分析法（SEA）的发展，一些大学的实验室开展了一系列试验研究，同时也促进了运输包装中材料和产品振动试验研究及其各项结果的可能实际应用。实验室试验研究结果表明，SEA 在产品包装的试验评价工作中将具有十分广阔的使用前景。

5 运输包装CAT

　　传统的包装测试主要包括包装材料和包装性能测试、运输包装件基本试验、商品性能以及流通环境对包装件“ 危害”量值因素的测量〔9〕。在计算机高速发展的今天，运输包装CAT（计算机辅助测试）在包装测试领域举足轻重，它提高了测试效率、分析深度和检测精度。一般包括信号采集、数据处理、显示打印等模块。随着计算机及各种硬件的发展，运输包装CAT已经实现了“虚拟仪器”和“移动实验室”的创新设想。综上所述，运输包装理论与技术日益完善，通过国内外学者的不懈努力，必将提升到更高更新的水平，从而促进运输包装事业的快速发展。

作者:宋海燕
（天津科技大学）

信息来源:《包装工程》2005第3期