抗运输损坏包装防护设计六步法

缓冲包装设计六步法-运输损坏预防策略北京西科远洋机电设备有限公司江冠峰2015‐10‐04*声明：本篇在LANSMONT包装设计六步法英文简版基础上，保持原版设计思路，对原版进行全面的展开及补充阐述。六步法设计主要解决产品运输损坏问题，从产品实际物流环境入手有针对性的设计昀优包装，预防产品运输损坏，减少损失！环境危害程度产品产品产品产品包装包装包装包装过度包装欠缺包装昀优包装产品过设计什么样的包装昀合理？过度包装没有必要而且浪费成本欠缺包装又必将导致产品损坏提高产品强度的成本一般远远大于包装的成本，产品强度过大甚至可以不用包装，则需要理性分析经济性，是否可以下降部分产品强度，转而由包装来保护产品？昀优包装设计原则：昀优包装设计应满足：产品本身的强度再加上包装的保护等于或适度大于运输环境中的破坏。产品强度+包装保护≥环境破坏如何打造昀优设计？经过多年来的研究和对先前理论的发展，1986年美国蓝氏Lansmont创造性的提出了包装设计六步法，以实际的物流条件为依据，有针对性的设计一个合理的包装系统，充分考虑强度与成本，损坏概率与可靠性之间的关系。六步法对包装设计方法的科学化、程序化、规范化起到了积极的推动作用，被各个国家广泛采用，被美国国家标准学会列入材料与试验学会标准，并列入美国《包装工程手册》。确定流通环境条件确定产品脆值包装材料测试产品局部改进原型包装设计原型包装测试1.2.4.3.5.6.六步法概述：知彼：对包装件的运输环境定量测量和分析，充分了解包装面临的各种环境危害及程度。知己：对产品本身进行一系列的试验，确立产品的昀大耐受性能，损坏边界条件如昀大加速度，昀大速度变化量等。自行改进：通过脆值试验，如果局部太过脆弱，提高自身强度非常容易，把问题留给包装导致成本过高等，先提高产品自身强度到合理范围。包装缓冲材料性能分析及测试，分析备用缓冲材料的冲击缓冲特性曲线，振动传递特性曲线。综合以上的环境因素，产品脆值以及包装材料的性能，同时综合费用和物流方面的信息对产品的包装系统加以设计。对设计出来的包装，联合产品在实验室进行系列的验证试验，确认所有设计完全满足产品对包装的各项要求。1.确定流通环境2.确定产品脆值3.产品局部改进4.包装材料测试5.原型包装设计6.原型包装测试第一步：确定流通环境第一步.确定流通环境条件对物流环境严酷程度的判定是缓冲设计重要的一步，也是设计的主要依据，主要是判定存在何种运输危险和危险程度。它包括搬运过程的偶然跌落、汽车振动、冲击、温湿度极限和堆码压力等。第一步.确定流通环境条件振动危害运输过程中不经历振动是不可能的，汽车引擎的转动、车轮的运转、路面不平、悬挂系统等都会引起包装的振动。振动是极其复杂的，各种因素混合在一块，有些振动是周期的，有些是随机性的。振动可导致产品共振、变形、弯曲、产生裂纹、疲劳、摩擦、断裂和造成部件之间的相互撞击等危害。卡车运输跌路运输航空运输一般认为运输振动发生在较低的频率处，用功率谱密度曲线表达，频率在1~200Hz内，下图为ASTMD-4728标准记录的各类车辆运输功率谱密度曲线（PSD）*由于运输振动频率较低，振动位移较大，ASTMD-4169建议使用Lansmont液压振动台用0.5G的正弦波扫描3到100Hz，观察分析卡车在运输过程中的包装振动特性。跌落（垂直冲击）危害跌落往往出现在搬运环节上，包装件在装卸、中转的过程中可能的跌落概率和跌落高度，是包装设计的重要依据。即使是同一运输工具，同一运输路线，不同的包装也可能经历完全不同的处理方式,一些包可能永远不会跌落,而其他包装则可能从同一高度跌落好几次，有些可能底部触地，有些可能是侧面、顶部、或角触地。第一步.确定流通环境条件如左图跌落概率曲线，一般情况下产品重量增加，跌落概率降低；跌落高度增加，跌落概率也降低；小型包装件跌落的概率也远大于大型包装件跌落的概率。在选择包装强度等级时，应根据产品重量等特点，考虑到产品与包装的成本，允许的破损率，选择设计包装要抵抗的跌落概率和高度，而不能不计成本的选择昀高的跌落高度，选择昀小的跌落概率。跌落高度in跌落概率%跌落高度与跌落概率分布产品的等效跌落高度是包装强度设计的主要依据。假如我们想设计的包装能抵抗99%的跌落，如左图，我们选择的等效跌落高度是32in，如果我们想设计的包装能抵抗96%的跌落，那么我们选择的等效跌落高度减少到20in，在选择概率时，应考虑产品与包装成本以及允许的破损概念等因素，不能盲目的选择破损率昀小的跌落高度。第一步.确定流通环境条件跌落高度in跌落概率%跌落高度与跌落概率分布等效跌落高度（设计跌落高度）的确认等效高度不能确认时也可以参考各类行业标准如ASTMD-3332。如下表：描述了产品的重量和建议的跌落高度。*跌落高度也可以通过分析实际记录的跌落波形，跌落速度变化量来评估跌落高度和跌落概率，参考后续步骤。第一步.确定流通环境条件水平冲击危害在搬运、调装及拖动、船只靠岸、飞机着陆、机车联接、马路颠簸、火车挂钩、启动与急刹车时容易导致产品受冲击作用。冲击不同于振动，在瞬间内对产品施加一定量级的作用力，冲击往往让产品或包装发生瞬间突变而导致失效。水平冲击关键参数：冲击加速度，冲击波形，速度变化量，冲击频率气候危害不同于静止状态,运输过程中车厢的温度可能是骤热或骤冷，包装内的温度可能高于60度；相对湿度高时导致包装凝露、腐蚀、包装腐烂、污染，湿度太低又导致干裂、干瘪、失去水分；低气压可能导致密封的壳体内漏出气体或液体、密封容器破裂或爆炸、产品膨胀、电子器件失效等等。气候环境对药品和食品的危害更加敏感。第一步.确定流通环境条件堆码危害堆码损坏常表现为堆码过高使压应力过大，或上方物体质量过大，应力不平衡，支撑不平衡，滑落，包装变形，坍塌等运输损坏的主要因素:1.冲击（跌落）2.振动3.压力4.气候使用LansmontSAVER现场环境记录仪,SAVER完美的测量记录运输全程的振动、冲击、跌落、气候及轨迹数据。产品特点：小型，轻质电池供电30~90连续工作内置三轴向加速度传感器、温度、湿度、气压传感器扩展6个外接输入GPS路线记录提供磁性安装组件，不损坏产品结构数据获ASTM、ISTA、ISO、GB等标准组织认可第一步.确定流通环境条件如何确定流通环境条件？SAVER与产品一起运输。跟踪、监督、记录产品整个运输环节，记录振动路谱，温湿度，气压，GPS等。适合于水、路、空等各种运输途径。第一步.确定流通环境条件如何记录现场环境破坏？SAVER记录数据分析运输全程环境数据测量与记录三轴振动波形冲击波形第一步.确定流通环境条件悬挂Fn包装Fn车轮Fn关键信息：振动波形，振动频谱，振动幅值，振动频率，振动共振点。关键信息：冲击波形，冲击幅值，速度变化量，冲击频率跌落波形温度，湿度，气压波形关键信息：跌落波形,加速度幅值,速度变化量,跌落高度评估,跌落概率关键信息：温度,湿度,气压波形,区间及极限值SAVER记录数据分析运输全程环境数据测量与记录第一步.确定流通环境条件SAVERGPS轨迹数据分析•运输路线质量评估，路线数据库建立•优化运输路径，优化仓储布局•产品损坏时间，损坏责任认定第一步.确定流通环境条件GPS轨迹数据，事件分布示意图数据应用第一步.确定流通环境条件1.定性分析振动、冲击、跌落、压力、气候这几个主要的运输环境危害因素。2.分析运输振动的特点，如频率低，振动位移大。介绍各类运输工具的PSD谱。3.分析运输跌落冲击的特点，产品质量，跌落高度，跌落概率的关系，等效跌落高度的选择。4.介绍LansmontSaver现场环境记录仪使用的方法，记录波形如振动频谱、温度、湿度波形、冲击、跌落加速度波形、速度变化量波形的分析，GPS轨迹数据应用等。第一步确定流通环境条件总结：对产品本身进行一系列的试验，确立产品的昀大耐受性能，冲击损坏边界,振动易损频率及峰值等，了解产品自身强度特点。第二步：确定产品的脆值第二步.确定产品脆值脆值是产品不发生物理损伤或功能失效所能承受的昀大加速度值，又称产品的易损度，它是缓冲垫设计的主要依据。脆值分冲击脆值和振动脆值。所有的产品都具有一定程度抵抗机械损伤的能力(强度)。但几乎所有的产品在没有包装保护的情况下很难完全抵挡运输或使用中的机械损伤。在选择什么样的包装前，首先要定量的知道产品的脆值，有脆值数据后，才能知道如何设计合适的包装。《包装设计六步法》第二步确定产品的脆值第二步.确定产品脆值什么是脆值？在运输物流过程中，冲击（包括跌落冲击）与振动是产品在运输过程中所经受的两个非常重要的动态载荷，也是造成包装产品破损的主要因素。从力学角度分析，这些破损现象是由于产品或部件在受到载荷作用时，应力、变形、加速度或位移等物理量的响应值超过了其容许极限，从而造成了结构完整性破坏、功能性破坏或工艺性破坏等问题。第二步.确定产品脆值超过脆值为什么会损坏？产品破损不仅依赖于产品的昀大加速度，还依赖于冲击持续时间和冲击过程中的速度增量。1968Dr.RobertE.Newton依据昀大冲击谱理论，提出破损边界概念，发展了破损边界理论，比较全面地反映了加速度峰值、速度变化量、冲击波形和产品破损之间的关系。冲击脆值-什么样的冲击会导致损坏?破损边界曲线是评估与测试产品冲击脆值的昀常用方法（参考ASTMD3332标准）应用破损边界理论方法确认产品破损的临界加速度和速度变化量，任何大于该两个参量的冲击，都将导致产品损坏，如左图，任何落入破损区的冲击都将损坏产品。第二步.确定产品脆值破损边界曲线破损边界理论两个关键变量：1.临界速度变化量2.临界加速度速度变化量(∆V)指冲击触碰点入射速度(Vi)和反弹速度(Vr)之差。速度变化量可认为是冲击能量耗散的度量。速度变化量也等于冲击加速度波形对时间的积分（冲击加速度波形覆盖的面积）∆V=冲击加速波形所覆盖的面积gm/s时间s时间s∆V第二步.确定产品脆值什么是速度变化量？式中:e=Vr/Vi(回弹系数，一般在0到1之间)g=重力加速度=9.8m/s^2h=自由跌落高度mVi=冲击速度Vr=反弹速度以球体自由跌落为例，速度变化量计算公式如下：∆V=Vi-(-Vr)=Vi+Vr=(1+e)2gh回弹系数0反弹速度为零，表示完全被缓冲吸收回弹系数1反弹速度等于冲击速度表示缓冲完全无作用回弹系数一般在0.25到0.75之间第二步.确定产品脆值hVrVi速度变化量如何计算？不同的反弹系数下速度变化量与跌落高度的关系无反弹50%反弹100%反弹跌落高度速度变化量*参考ASTMD3332标准第二步.确定产品脆值速度变化量与跌落高度的关系？跌落高度提高，速度变化量增大要确定破损边界曲线，临界速度变化量首先要确定，速度变化量被认为是测量冲击缓冲能量耗散的指标，在这个区域内产品的损坏首要因素是速度变化量，即冲击能量耗散，而与冲击波形的形状，冲击峰值关系不大。第二步.确定产品脆值临界速度变化量可以告诉工程师，没有包装的产品能承受多大的跌落高度例如:通过速度变化量计算公式，知道包装材料，如果临界速度变化量是3.0m/sec,那么产品可以承受18in(45cm)的跌落高度.看下表速度变化量的应用c确定临界速度变化量(△Vc)可利用Lansmont冲击试验机进行试验，一般采用2ms脉宽的半正弦波。选用一系列冲击高度对产品进行跌落冲击。跌落高度从小到大，逐次提高，直到产品破损。把产品破损前一次的速度增量作为临界速度增量(△Vc)，并过△Vc作垂线。圆点代表不同的试验次序和数据记录，用圆圈表示产品发生破损时的试验记录，如下图。第二步确定产品脆值如何确定临界速度变化量△Vc2msGms宽度保持不变△Vc一旦产品的临界速度变化量确定了，接下来需要确定临界加速度，知道产品的临界加速度后才能决定使用合适的包装来保护产品.确定临界加速度常常用梯形波来测试。第二步确定产品脆值确定临界加速度Gc确定产品的临界加速度，也就是确定产品的机械冲击脆值。利用Lansmont冲击试验机进行试验，采用梯型波。首先选择一个合适的跌落高