傳統(tǒng)包裝運(yùn)輸設(shè)計(jì)是：根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到產(chǎn)品的脆值，再由有關(guān)公式流通條件進(jìn)行緩沖襯墊、外包裝容器的設(shè)計(jì)和紙箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行校核和長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐檢驗(yàn)。最后產(chǎn)品才能得到較為理想的包裝。傳統(tǒng)的運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)的方法歷史周期長(zhǎng)，要對(duì)產(chǎn)品直接試驗(yàn)才能確定產(chǎn)品的脆值，還要借助實(shí)踐檢驗(yàn)，所以會(huì)造成產(chǎn)品浪費(fèi)；也容易造成產(chǎn)品的過(guò)包裝，從而造成包裝材料的浪費(fèi)。能不能采用一定的理論、方法和技術(shù)將這一設(shè)計(jì)過(guò)程借助于計(jì)算機(jī)完成，已知產(chǎn)品和流通條件，直接求解產(chǎn)品脆值并設(shè)計(jì)出合乎要求及經(jīng)濟(jì)可行的緩沖襯墊和外包裝容器。筆者所要論及的運(yùn)輸包裝CAD系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)這一要求。現(xiàn)介紹如下。

　　一、軟件系統(tǒng)組成

　　運(yùn)輸包裝CAD系統(tǒng)主要是由產(chǎn)品脆值求解模塊、緩沖設(shè)計(jì)與校核模塊、紙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核模塊、紙箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊和運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)方案輸出模塊四大模塊組成。各模塊型對(duì)獨(dú)立各自完成一定的功能，但又彼此制約，相互依賴共同完成產(chǎn)品運(yùn)輸包裝的設(shè)計(jì)任務(wù)。其各部分的相互關(guān)系用圖1來(lái)表示。

　　二、軟件各模塊功能及其實(shí)現(xiàn)

　　1、產(chǎn)品脆值求解模塊

　　該模塊的主要功能是由產(chǎn)品的已知參數(shù)（尺寸、彈性模量E、泊松比λ、密度ρ、阻尼系數(shù)γ等）出發(fā)，模擬試驗(yàn)條件，利用計(jì)算機(jī)直接求解產(chǎn)品脆值。

　　傳統(tǒng)求脆值的方法主要有：沖擊機(jī)試驗(yàn)法、緩沖跌落試驗(yàn)法等。它們都是將產(chǎn)品在受到一定的瞬態(tài)沖擊，直至產(chǎn)品產(chǎn)生損壞喪失使用價(jià)值的情況下，對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理而得到產(chǎn)品的脆值。該軟件模擬試驗(yàn)來(lái)求解產(chǎn)品的脆值主要解決了以下問(wèn)題：

　　（1） 分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將產(chǎn)品按一定的原則離解成幾個(gè)子結(jié)構(gòu)。利用有限元法對(duì)各個(gè)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分別建立它們的模型。

　　（2） 用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)法，借助于聯(lián)結(jié)點(diǎn)的位移連續(xù)性條件，對(duì)各個(gè)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合計(jì)算，建立系統(tǒng)方程。

　　（3） 通過(guò)對(duì)產(chǎn)品大量破損事故的調(diào)查分析和研究工作，找到產(chǎn)品常見(jiàn)破損部件，進(jìn)行分類，并對(duì)其進(jìn)行易損性分析，建立各類部件破損判斷條件。

　　（4） 模擬試驗(yàn)條件對(duì)產(chǎn)品施加沖擊激勵(lì)。

　　（5） 利用振型疊加法求解系統(tǒng)方程，得出該產(chǎn)品各脆弱部件處節(jié)點(diǎn)對(duì)該激勵(lì)的響應(yīng)，并判斷其破損情況。

　　（6） 若沒(méi)有發(fā)生脆弱部件的破損，則以一定大小的百分比不斷增加沖擊激勵(lì)，重復(fù)上述過(guò)程，直至剛好產(chǎn)生某一部件的破損，則用上次的沖擊激勵(lì)的大小與重力加速度的比值作為產(chǎn)品脆值；若有部件發(fā)生破損且是第一次施加激勵(lì)，則以大比例減小激勵(lì)直至無(wú)部件損壞時(shí)，再增加激勵(lì)重復(fù)以上的過(guò)程；若不是第一次施加激勵(lì)則可直接求助產(chǎn)品的脆值。分析圖如圖2。

　　2、緩沖設(shè)計(jì)與校核模塊

　　該模塊的主要功能是由產(chǎn)品脆值和流通中的受力特性從若干緩沖材料中找到滿足要求的經(jīng)濟(jì)材料。

　　緩沖襯墊的設(shè)計(jì)方法有緩沖系數(shù)-最大靜應(yīng)力（c-σm）法、緩沖系數(shù)-應(yīng)變力曲線（c-ε）法等。本系統(tǒng)采用c-σm曲線法為例進(jìn)行說(shuō)明。

　　已知：產(chǎn)品脆值G，產(chǎn)品質(zhì)量M，產(chǎn)品長(zhǎng)l寬w高h(yuǎn)，求最經(jīng)濟(jì)的緩沖材料及其尺寸。

　　求解過(guò)程：

　　（1） 根據(jù)流通條件從流通條件數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得跌落高度H。

　　（2） 從緩沖材料數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得各適宜緩沖材料的最小緩沖系數(shù)C和對(duì)應(yīng)的靜應(yīng)力σ。

　　（3） 由公式A=W•C/σ得到各緩沖襯墊的承載面積A，此面積應(yīng)小于產(chǎn)品的最小承載面積，否則取消該緩沖材料，選擇δ更大的材料。再由公式t=C*H/G得出各緩沖襯墊的厚度t。

　　（4） 撓度校核，使得A/（1.33t）^2>1。否則t取小，增加A。

　　（5） 角跌落校核，將l、w、h分別增加2t，使得3•（l•w•h）/（l^2+w^2+h^2）^1/2>1•w。否則取消該材料。

　　（6） 防振校核。由各緩沖襯墊的初始彈性率E、承載面積A、重力加速度g、重量W和厚度t，由公式f=(E•A•g/（W•t）)^1/2•1/2π，可得到緩沖襯墊的固有頻率f，由f可以得到各緩沖材料的最大傳遞速率Tm(可由緩沖材料數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得)。再由流通中振動(dòng)加速度a便可以得到產(chǎn)品的所受的加速度p=Tm•a。要使得pGg,否則增加A，t取小，繼續(xù)校核直至滿足。

　　（7） 由合乎要求的緩沖襯墊的面積A和厚度t，以及由緩沖材料數(shù)據(jù)庫(kù)中得到的材料價(jià)格，可以從合乎以上要求的緩沖材料中找到最經(jīng)濟(jì)的。
最后模塊將內(nèi)尺寸(l+2t)*(w+2t)*(h+2t)傳送給紙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核模塊或輸出。

　　3、紙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核模塊

　　瓦楞紙箱的計(jì)算公式有Kellicutt、Maltenfort、Wolf、Makee等。系統(tǒng)采用Kellicutt公式。

　　已知：從流通條件數(shù)據(jù)庫(kù)中取得流通中堆媽的高度H、存儲(chǔ)時(shí)間T、求瓦楞紙的楞型和組成.

　　求解過(guò)程：

　　（1） 由公式P=kW(H-h)/h可得到紙箱應(yīng)該具有的抗壓強(qiáng)度P(kgf)。式中：k為安全系數(shù)，可按存儲(chǔ)環(huán)境和存儲(chǔ)周期T從流通條件數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取。W為產(chǎn)品毛重。h為包裝件的高度。

　　（2） 由式P=2.54Px*F可得每厘米瓦楞紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)度Px(kgf/cm)。其中F=(4•aX2/Z)^2/3•Z•J，Z為紙箱周長(zhǎng)，aX2為瓦楞常數(shù)，J為紙箱常數(shù)，不同的楞型有不同的aX2和J，可以從瓦楞參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取。

　　（3） 根據(jù)公式Px=(ΣRn+ΣCi•Rm)/L可以得到實(shí)際的瓦楞紙板的環(huán)壓強(qiáng)度Px。式中：Rn為紙箱面紙、里紙或夾芯卡紙的環(huán)壓強(qiáng)度，Ci為瓦楞收縮率，Rm為瓦楞芯紙的環(huán)壓強(qiáng)度，L為環(huán)壓式樣測(cè)試長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)為6inches。這些參數(shù)都可以從瓦楞參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，同時(shí)瓦楞參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中還包含對(duì)應(yīng)瓦楞紙箱組成和楞型。因此得到瓦楞紙板的綜合環(huán)壓強(qiáng)度的同時(shí)就得到了瓦楞紙板的組成和楞型。

　　（4） 紙箱抗壓強(qiáng)度校核。將（3）中得到的實(shí)際紙板的抗壓強(qiáng)度帶入Kellicutt公式，得到的瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于（1）中的結(jié)果。

　　（5） 紙箱邊壓強(qiáng)度校核。將（1）和（4）中的紙箱抗壓強(qiáng)度P帶入公式ECT=P/2(l+w)，（4）的應(yīng)大于（1）的。當(dāng)然，（4）成立（4）也成立。

　　該模塊能從眾多合適的方案中根據(jù)從瓦楞紙箱數(shù)據(jù)庫(kù)中得到的紙箱市場(chǎng)價(jià)格選擇最理想最經(jīng)濟(jì)的，并且從瓦楞紙箱數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取對(duì)應(yīng)的箱片圖和尺寸，可由輸出模塊輸出。