包装功能和包装结构设计原则

包装功能和包装结构设计原则纸箱包装要素的确定在做商品包装纸箱设计时，设计师首先碰到这几个问题：1.一个纸箱内装商品数量与单箱重量究竟多少为宜？如何来确定？2.依据什么确定纸箱产品的内部排列方式，如何选择最好的排列组合？3.所设计的箱体长宽高尺寸是否有利于增强纸箱强度和节省原材料？纸箱内装产品的数量、重量、排列，纸箱内外尺寸，以及瓦楞纸板材料规格等要素，这些都是首要的考虑内容，因为它们最终决定了包装纸箱的制造、容纳、储运、使用的效率、经济性和总体功能。单箱重量根据国际贸易惯例，作为消费品运输包装的瓦楞纸箱的单箱重量一般不超过20kg为宜，最大25kg。主要考虑到搬运工或店员的操作方便，不容易导致人体损伤等因素。我国国家标准对人工搬运的单件包装箱最大重量规定为18kg。据此，一般消费商品的瓦楞纸箱货物的单件重量限定为20kg当属比较合理。当然，大中型工业产品的缓冲运输包装纸箱不应受此限制。由内装产品的数量乘以产品单位重量可计算得到包装货物净重，整个纸箱货物重量（毛重）当然还要包含纸箱本身材料和隔衬材料的重量（皮重）。需要说明的是，按贸易惯例规定单箱重量不大于20kg为宜。但若设计纸箱的单箱重量过小也不明智，因为小的纸箱所容纳的产品数少，材料相对耗用率高，又经历与大箱差不多的制造过程，小箱的生产、使用、包装的总体效率不如大箱。所以，只要有可能，应尽量接近20kg为好，以发挥最大功能。内容物的数量纸箱内装产品的数量主要由纸箱最大允许重量除以产品的单位重量来计算确定。由于要顾及内部产品的长、宽、高三个方向的排列（它决定了纸箱的综合尺寸），所以，内装物数量也不是可随意选择或确定的。设计时一般可考虑几个不同的数量方案，然后根据既合乎重量限定，又有利于排列方式可灵活调整的原则来确定。具体来说，内装物品件数应该选择分解因子较多的数值，这样有利于长宽高尺寸的调整。举例来说，7、11、13、17、19、23、29、41、43、47……都不宜选择，因为这些数分解因子只有1和其自身，没有别的更多排列法。相反地，如选12件，12=1×2×2×3，就有12×1×1、6×2×1、4×3×1、3×4×1、3×2×2、6×1×2等许多种可用的长宽高排列方式。而如选10件，10=1×2×5，可用的长宽高排列方式就比12要少得多。所以，在相差不太大的几个数值之间，一般应该选择可分解因子较多的数值。市场上的商品数量传统组合以12（一打）或其倍数用得比较多，显然有利于流通环节的模数化与标准化。内容物的排列方式指产品在纸箱内部的长宽高三个方向上的具体排列数。实际上，在确定内装物数量的时候，已经考虑到产品的内部排列了。这里除了数的选择外，还涉及到纸箱的结构强度、用料量等问题。长宽高方向排列，首先要考虑到箱体外部尺寸应合乎根据人体工学原理得出的限度。根据纸箱强度试验，在同样周边长下，瓦楞纸箱的长宽比在1.2~1.6之间，其抗压强度为最好。同样综合尺寸（长宽高之和）下，随着瓦楞纸箱的高度增加，其抗压强度减弱，因为堆码载荷主要分配在直立箱板上。事实上，当采用顶部开启的箱型时，高度方向的尺寸选择余地不大。因为产品层数越多，箱体高度增加，既不方便于取物，且也不利于确保足够的抗压强度。但若过小的高度，也有负面作用。此时用于非承载面（顶面与底面）的材料与用于承载直立箱面的材料这两者之比值，较高度大的箱体要高，故纸箱材料效能利用率差。从0200的箱坯展开图知，同样的容积下，高度小的纸箱，其相对用料率大。箱体外部尺寸除了特殊形状或大型工业品的运输箱，一般商品瓦楞纸箱的运输搬运中人力介入在所难免，许多消费商品在进店上柜过程中，还需要店员搬运或开箱。如果纸箱外部尺寸不合理，怀抱空间体过大，使手臂腰部用力紧张，行走困难，会导致人的操作疲劳或损伤。日本学者曾做过对不同重量、尺寸的纸箱货物的搬运试验，通过测量人体在搬运过程中心肺与肌肉等指标，推算人体的工作效率变化和疲劳极限，从而得到合乎人体工学原理的箱体外形尺寸。一般货物纸箱的长度尺寸，长度加宽度尺寸，长宽高综合尺寸应该作如下限制：下面介绍瓦楞纸箱尺寸的具体计算方法。由单件产品的外部（某个方向）最大尺寸乘以此方向上的排列数，再加上衬垫材料的厚度、产品间隙公差等，就可以得到箱内（某个方向）最大尺寸Xi。Xi=xmaxn+d(n-1)+T+kixmax为内装物单件最大外尺寸；n为产品排列数量；d为内装产品间公差（或间隙）数（小型箱取±1mm/件间，中型箱取±2mm/件间，软性物品取±3mm/件间，硬质物品取+2mm/件间）；T为产品间隔档或衬垫材料厚度之和；ki为内尺寸修正系数（L方向取5，B方向取5，H方向:小箱取2，中箱取4，大箱取6）。纸箱制造尺寸X，是制造时模切压线要用到的尺寸，即箱坯展开图上所标注的尺寸。它是由内尺寸加上瓦楞纸板的厚度，再加上一定的修正数形成。长宽方向制造尺寸的修正数各有两个值，这是因为箱坯围折成型时叠合（钉或粘）部分箱壁厚度有所增加，但是又必须保证成型后箱内空间的几何方正度。X=Xi+kmKm为制造尺寸修正数，与瓦楞纸板厚度有关，即纸板厚度加一公差数，见表1。表10200类瓦楞纸箱制造尺寸系数Km（单位：mm）纸箱成型后形成其外部最大尺寸，叫纸箱外部尺寸X0，也是运输纸箱外面标示尺寸。它是由制造尺寸加上纸板厚度，再加上一定的修正数形成。Xo=X+ko=xmaxn+d(n-1)+T+ki+km+koko为外部尺寸修正数，与瓦楞纸板厚度有关，见表2。表2瓦楞纸箱外尺寸修正系数Ko（单位：mm）纸箱材料纸箱抗压强度主要源自于纸板或原纸的有关材料指标与技术性能。包装纸箱的功能主要取决于瓦楞纸板的楞型及楞型组合、厚度、等级、性能等。所以纸箱设计时，需要考虑形成瓦楞纸板的面纸、里纸、芯纸、夹芯纸（双层瓦楞板中）的定量（g/m2）、等级，及其配比组合。我们不应忘记除了纸的克重，纸的致密度与质量等级也很重要。采用高克重面纸也许是提高纸板性能的最简单方法，但这样会使材料成本显著上升。为提高瓦楞纸板的性能而一味提高原纸的克重，从性价比角度看，不是好办法，因为瓦楞纸板中原纸的价格远高于瓦楞芯纸的价格。提高芯纸的质量等级或克重，但不增加太多成本，也可以显著改善瓦楞纸板的强度性能。纸箱箱型标准中0900系列为纸箱内的各种隔档、衬垫、支撑件。合理运用这些附件，对提高瓦楞纸箱的整体抗压强度有很大的作用。可惜在我国纸箱制造业和用户中没有引起足够的重视，利用率很低，其实这是个成本低、省资源、有效果的设计选择。纸箱相对用料率RS在同样容积下，不同长宽高尺寸的0201型纸箱耗用纸板材料的情况显然是不同的。由于受到实际使用条件的限制，真正选择0201箱型中最省料（按数学方法计算）的长宽高比例2:1:2的情况不多。如能对大量使用的各种尺度的箱体进行简单的相对用料率计算，以判断制造该种纸箱时材料消耗率，则很有实际意义。所谓相对用料率，即某种纸箱材料消耗相对于最省料箱体（2:1:2）材料消耗的比率。根据0201箱型展开图，可得到箱体表面积表达式：S=2（LH+LB+BH+BB）设纸箱容积为V，长宽高尺寸单位数值为K，则当L:B:H=2:1:2时，V=4K3，K=（V/4）1/3，此时S=2（2+4+2+1）K2=7.15（V）2/3，可作为其他箱体用料比较计算的基准。依照上述计算法，可得到其他各尺寸比例的箱体的相对用料率，见表3。表30201型各种长宽高比例纸箱的相对用料率在瓦楞纸箱结构设计中，我们常常会遇到设计的条件输入不充分，致使无法设计或必须重新获取设计输入的各种条件，降低了工作效率；更为严重的是不充分的设计条件导致的工艺生产中的缺陷、批量生产和设计意图的偏差，甚至有纯粹不符合客户要求等情况发生。本文从纸箱设计的管理流程方面和大家一起来探讨对这些问题的一些解决办法。很多人把设计开发这一块的管理流程比作小的ISO9000系统，这其实一点也不为过。因为其涵盖的内容多，接触的人员多且范围广，不光需要和客户面对面的沟通，还需要和企业内部的各个工序沟通。只有真正的理解客户的意图，并且完整的把客户的意图转化为合格的产品，符合客户在使用过程中的期望，一个产品的设计才算完成。值得注意的是这样一个繁琐的过程，单凭几个设计人员的经验是不能完成的。我们不仅仅需要综合各个设计人员的经验，还需要以严格的管理程序来促进这些工作有条不紊的进行，最终达到以最快最优的速度，设计出令客户满意的产品。要求专业设计人员的设计必须满足以下条件：设计的输入和输出的条件书面化（特别是客户调研时防止各种输入条件的遗忘）；商讨出各个工序交接点最实用的交接流程；快捷、简便的处理程序等等。整个纸箱结构设计的流程，实际上就是一个很简单的输入到输出的过程。从输入着手，结构设计输入条件包括如下三个方面：客户直接或通过通讯工具报单；客户通过业代表报单；设计人员通过市场调研获取（这其中包括组织内部有计划的对客户信息获取的调研或前两种条件不能满足设计要求而进行的调研）。不管采用那一种方式获得输入的条件，至少要求获取以下设计输入内容：内装物的性质、形状、尺寸；内装物的重量；内装物的陈列方式；内装物的运输方式、堆码方式；货物的仓储环境、运输路线、运输时间；客户期望的纸箱箱型和制作材料；客户要求的交付时间等；环保要求或相关的法律法规的要求；客户其他的一些要求。对设计输入条件的获取，尽量采用书面化的表格形式；如果条件允许，也可以采用包装审查的方式。在对客户进行调研前，首先要了解并查阅该客户的产品或其他客户同类产品的产品类型、市场领域、产品的价值、分销流通系统及产品的尺寸和包装等。在调研的时候要带齐调研所用的各种工具，如笔、3m卷尺、计算器、笔记本、调研表等。只有充分、细致的准备，才可能获取更多的、更为准确的设计信息，才能设计出具有竞争力的纸箱产品，以符合客户的期望和要求。当确定各种设计输入的条件能满足设计时，则需要对这些条件进行分析归类整理（运输仓储、交付时间、流通时间、产品特性/尺寸、重量及特殊的要求）、验收标准、箱型结构、图案及色标等。首先确定出所要求设计的纸箱侧重于运输型纸箱还是销售型纸箱：销售型纸箱属于商业包装范畴，侧重于纸箱的外观形象，并且在设计时需要考虑的印刷工艺方面的要求；运输型纸箱则属于工业包装范畴，更多的需要考虑纸箱的抗压、防震等。因其重复使用较多，还需要考虑到装箱的效率，以及工厂的生产效率。当确定出要求设计运输型纸箱或销售型纸箱，以及界于两者之间的纸箱包装时；就可以开始进行纸箱设计了。一个具体的创意需要由设计人员来完成，这不仅需要结构设计人员及时掌握这方面的知识和资讯，还需要有空间思维的能力。根据客户调研所搜集的资料，将进一步确定纸箱的箱型和尺寸。箱型和尺寸的选取将依据下列条件：根据销售型纸箱还是运输型纸箱来确定纸箱的箱型（也有客户已经规定了纸箱的结构）。确定纸箱的尺寸：内装物的特性（尺寸、重量、重心、排列组合方式等等）；确定纸箱的内尺寸；确定纸箱的外尺寸（特别是在使用托盘或集装箱装柜的情况下）；确定纸箱的制造尺寸。确定尺寸后，就可以进行抗压、堆码计算和配材。根据计算公式测算抗压和堆码强度：抗压强度计算公式：P＝KG（3/h－1）×9.8堆码强度的计算：Pi＝KG（3/h-1）通过抗压强度堆码强度进行逆向推理算出纸版的边压强度和环压强度，并且配合GB6543-86通过尺寸和内装物重量，选择瓦愣纸箱、版代号，然后查该箱型的耐破强度、边压强度、戳穿强度、粘合强度等数据；使用凯里卡特公式推算出纸板配材。需要注意的是纸箱箱体是否开孔，流通环境的温度适度以及印刷的位置，印刷和模切压力的大小都会影响其结果值，所以在计算中须考虑全面。当各种条件都已具备后，即可使用绘图软件进行纸箱结构绘图、打样。打样完成到小样生产这中间是一个涉及人员最多，流程最繁琐的一个环节；所以在这个环节要求：尽量可各个相关部门人员多沟通，防止因为工序交接滞后而降低工效或者交接不清而出现错误；采用科学的流程和标准来管理，并且遵照其执行；工作间的联系可以采用“工作联系单”，对各种工艺间的评审和样品的确认采用书面的单据，这样可以得到更多设计资料和意见