商品运输包装可靠性研究

作者：张华良 顾祖莉 金国斌

欢迎访问e展厅 展厅 4 防震/木质/金属包装展厅 防震包装, 海棉, 珍珠棉, 保护网套, 气泡袋, 铁罐 ... 由于复杂的运输环境与条件具有不确定性，如货物不能按时达到目的地或运输成本超出预期的目标以及由于振动冲击、天气状况等运输环境因素造成的货物破损，最终造成损失等等，它直接影响着整个商品运输系统的可靠性。研究商品运输系统的可靠性就是将整个运输系统中的不确定因素降至最低，保证其货物的正常流动，增强灵活性和确定性，在成本最优的前提下提高货物送达速度和质量，达到真正的优化运输管理，提高企业竞争力。根据有关资料统计，有70%的货物流通故障是由于包装不当引起的，合理包装是克服运输不可靠的主要措施，合理的包装可以起到节省包装费用、缩短运输时间、提高运输管理效率、加快货物周转、减少资金占用等作用，但要设计出合理的运输包装就要研究商品运输包装的可靠性。 1 商品运输包装可靠性概述 一般产品的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性，固有可靠性是指产品在设计阶段确定的可靠性指标，并在生产阶段得到确定，是产品本身所具有的属性；使用可靠性是指产品在使用过程中所体现出来的实际的可靠性。但是很多阁在运输储运过程中发生了破损，所以产品还应该考虑一个包装可靠性。包装可靠性是指包装在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，因而包装可靠性和一般可靠性具有相同点，就是需要完成规定的功能。同时，包装可靠性又与一般可靠性有不同之处，一般可靠性的焦点是产品本身，而包装可靠性的焦点不单是包装本身，更强调的是包装产品的安全可靠。包装可靠性应涉及流通过程中受到的冲击、振动、风吹日晒等一切环境因素所带来的影响。但是这样可靠性的研究就变得过于复杂了，但由于物流过程中因冲击和疲劳而引起产品损伤是产品损坏的最直接和最严重的问题，所以主要研究的是产品包装的动力可靠性。 2 包装动力可靠性研究概况 2.1 产品脆值 要对产品包装动力的可靠性进行定量的分析首先要确定产品的脆值或破损边界曲线,而得到产品脆值最直接的方法就是进行产品脆值实验(以产品为对象,测定其强度及耐破损能力,通过实验出得出产品边界损坏曲线，得出产品的脆值），然而对于一些大型的昂贵的或危险的产品，进行这种破坏性实验是不适合的，所以首先考虑如何在不进行破坏性实验的情况下得到产品的脆值或破坏边界曲线是非常有必要的。目前大都通过能量分析法，能量法试图为复杂的非线性缓冲包装系统受振动作用下的可靠性分析开辟一条新的途径。S.A.Raper,R.H.Clarkd提出了统计能量分析应用与包装初步研究。 统计能量分析通过把复杂的结构动力系统的模态参数处理成随机变量，并从统计学的角度出发预示各子系统的响应级别，现在通过这种分析方法可以预测到产品中的哪一个子系统是最薄弱环节，然后再评估它的脆值。 2.2 不同破坏模式下的包装动力可靠性 影响产品包装动力可靠性的因素虽然很多，但冲击和振动是其中2个最主要的因素，所以产品的破坏模式有2种。一种为首超破坏模式也可称为峰值破坏模式，这种破坏模式主要由于产品冲击过程中受到的最大加速度大于产品关键部件的脆值时产生，同时在振动过程中如果产品结构系统发生共振时传递率达到最大值的情况下，传递到关键部件的加速度超过本身脆值时同样也会产生这种破坏模式。另一种是疲劳破损模式，主要由于随机振动所产生的破坏，因为响应超过一定的幅值的时间较长，所形成的累积作用超过了产品某部分的疲劳强度所致。对于首超破坏可靠性的计算宋宝丰提出了“广义冲击载荷”的新概念和工业包装动力可靠性的定义式。2000年宋宝丰通过假设包装产品上响应加速度的时间历程符合高斯随时过程，在包装可靠性的宣言式的基础上求得包装动力可靠性的计算式。而对于疲劳破坏可靠性的计算即包装系统受随机激励时的破坏情况与受冲击或受谐波激励时的破坏情况是不一样的，必须用随机振动理论来分析和测试。1999年金潇明提出用线性损伤累积理论，根据破坏准则对二自由度包装系统进行各态历经平稳随机振动疲劳计算，并对易损零件的疲劳寿命和剩余寿命进行了估算。根据计算公式可知，产品的包装动力可靠性与运输时间、产品脆值、运输条件之间有直接联系。2001年孙勇等研究了非线性缓冲包装系统受随机激励时由于随机的交变应力所形成的累积效应使缓冲包装系统产生疲劳破坏的失效计算问题。 2.3 包装动力可靠性的仿真计算 在仿真方面，2000年黄道敏、杨仲林等建立了缓冲包装系统的动力学模型，列出了系统在振动、跌落状态下微分议程，在对微分方式进行拉氏变换的基础上，运用了Matlab/Simulink动态仿真工具来仿真包装件在多种激励下及跌落过程的动态特性。2002年刘乘等应用有限元法对计算机主机在运输过程中的振动特性进行了计算机仿真。而姜洪开、田红波等做了随机载荷下导弹贮箱强度可靠性仿真计算研究，通过建立导弹贮箱强度的累积损伤模型，采用Miner的线性累积损伤准则和直接模拟法随机模拟应力和导弹贮箱初始强度来获取导弹贮箱的可靠度。 3 研究方向及需要考虑的问题 3.1 模型研究还需完善 从上可知现在研究的模型大多是单自由度或2个自由度的线性包装模型，而现实中产品包装系统都是多自由度的非线性系统，如果强行简化成单自由度系统或二自由度系统，就可能引起较大的误差，同时使用的缓冲包装材料大部分也是非线性的，所以多自由度非线性产品包装件模型的随机振动响应及可靠性还需要进一步的研究，特别是对于多自由度非线性系统的平均能量法理论及应用研究中还存在着许多的空白点。 3.2 模拟技术与计算机分析相结合 尽管产品脆值试验对于产品包装的科学设计来说相当重要，但是，其破坏性和费用使得许多产品厂家望而却步。在现在的经济大潮中，市场上产品的品种越来越多，更新速度越来越快，产品厂家更愿意将有限的资金投入到新产品的研究中去，包装对他们来说只是一个辅助性的五一节。所以产品厂家一般都不太重视包装，宁可不评价自己产品的脆值，而采用其他不十分科学的方法，如类比法、经验法和跌落试验来设计产品的包装。由于这种包装设计的不科学性，使产品不能得到合理、有效的保护，每年给我国带来的经济损失竟多达数十亿元。虽然模拟技术不仅是预测产品脆值的工具，而且还能提供发展一项新的缓冲评价技术，但是这种方法现在还处在初步的研究阶段，如何让其更好的更精确的预测产品的脆值和缓冲设计还需要更深入的分析研究。 同时，可以预测仿真模拟技术必将给缓冲包装测试设计带来新的发展，计算机辅助分析将是缓冲包装测试设计的未来发展方向。仿真也叫模拟，是一种基于模型的活动。它包括：建立仿真模型—对模型进行实验（行为产生）—对实验所产生的模型行为进行分析处理。仿真的最大优点是经济性和安全性。其中有限元法是进行工程数值分析的有力工具，尤其是固体力学和结构分析领域得到了广泛应用。将计算机仿真技术和有限元方法的特点结合起来，就可以对产品受到任意激励时任意部位的加速度响应进行分析。 4 包装动力可靠性的应用 进行复杂的商品运输包装动力可靠性分析，就是为了设计出合理的运输包装。由于商品包装要适应社会商品再生产，保证商品从生产到消费的转移，这样可以认为合理商品包装是能适应和克服流通和销售过程中的各种障碍，是在极限成本范围内的最好的包装。商品包装的合理化是商品包装追求的最终目标，是降低物流费用，解决物流故障的有效手段。 包装动力可靠性与产品脆值、运输时间的长短、运输环境条件有关。通过不同的产品脆值可以得到不同的包装动力可靠性，产品脆值越大其包装可靠性就越大，但是可能需要更多的费用，所以并不是可靠性越高越好，而是需要一个合理的可靠性，这个数值可以达到产品本身成本和运输成本的最优。为了防止反复进行产品修改和缓冲包装设计的过程，需要在产品设计阶段就要规定最佳的可靠性指标，根据可靠性指标确定产品的脆值，最后才在产品脆值和规定的运输可靠性的基础上根据运输环境、运输时间来进行缓冲包装的设计，达到最优结果。王志伟在引入缓冲包装失效概率、可靠指标、状态函数等概念后，提出了基于概率理论的缓冲包装概率设计方法，并提出了最适度缓冲包装的概念，为进行最经济、最适度缓冲包装的要领为进行最经济、最适度缓冲包装设计提供了理论基础。 所以包装动力可靠性是评价产品可靠性的方法之一，是进行产品设计的参考因素之一，最重要的是它是进行产品缓冲包装优化设计的前提条件。 5 结语 就世界范围而言，商品运输包装的发展趋势是：集合包装的普遍采用，运输包装的标准化受到高度重视，进行合理包装的优化设计。进行优化设计就离不开产品包装可靠性的分析，其实包装可靠性是相当复杂的，单分析包装动力可靠性是不够的，如果要将各种运输环境考虑其中，可以利用模糊数学的方法进行分析评定，计算产品包装的综合可靠性。在这基础上才能设计出真正优化的产品包装。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/22/2006)