商品運(yùn)輸包裝可靠性研究概況

由于復(fù)雜的運(yùn)輸環(huán)境與條件具有不確定性，如貨物不能按時(shí)達(dá)到目的地或運(yùn)輸成本超出預(yù)期的目標(biāo)以及由于振動(dòng)沖擊、天氣狀況等運(yùn)輸環(huán)境因素造成的貨物破損，*終造成損失等等，它直接影響著整個(gè)商品運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性。研究商品運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性就是將整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)中的不確定因素降至*低，保證其貨物的正常流動(dòng)，增強(qiáng)靈活性和確定性，在成本*優(yōu)的前提下提高貨物送達(dá)速度和質(zhì)量，達(dá)到真正的優(yōu)化運(yùn)輸管理，提高企業(yè)競爭力。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，有70%的貨物流通故障是由于包裝不當(dāng)引起的，合理包裝是克服運(yùn)輸不可靠的主要措施，合理的包裝可以起到節(jié)省包裝費(fèi)用、縮短運(yùn)輸時(shí)間、提高運(yùn)輸管理效率、加快貨物周轉(zhuǎn)、減少資金占用等作用，但要設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)輸包裝就要研究商品運(yùn)輸包裝的可靠性。

　1 商品運(yùn)輸包裝可靠性概述

　　一般產(chǎn)品的可靠性分為固有可靠性和使用可靠性，固有可靠性是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段確定的可靠性指標(biāo)，并在生產(chǎn)階段得到確定，是產(chǎn)品本身所具有的屬性；使用可靠性是指產(chǎn)品在使用過程中所體現(xiàn)出來的實(shí)際的可靠性。但是很多閣在運(yùn)輸儲(chǔ)運(yùn)過程中發(fā)生了破損，所以產(chǎn)品還應(yīng)該考慮一個(gè)包裝可靠性。包裝可靠性是指包裝在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，因而包裝可靠性和一般可靠性具有相同點(diǎn)，就是需要完成規(guī)定的功能。同時(shí)，包裝可靠性又與一般可靠性有不同之處，一般可靠性的焦點(diǎn)是產(chǎn)品本身，而包裝可靠性的焦點(diǎn)不單是包裝本身，更強(qiáng)調(diào)的是包裝產(chǎn)品的**可靠。包裝可靠性應(yīng)涉及流通過程中受到的沖擊、振動(dòng)、風(fēng)吹日曬等一切環(huán)境因素所帶來的影響。但是這樣可靠性的研究就變得過于復(fù)雜了，但由于物流過程中因沖擊和疲勞而引起產(chǎn)品損傷是產(chǎn)品損壞的*直接和*嚴(yán)重的問題，所以主要研究的是產(chǎn)品包裝的動(dòng)力可靠性。

　　2 包裝動(dòng)力可靠性研究概況

　　2.1 產(chǎn)品脆值

　　要對(duì)產(chǎn)品包裝動(dòng)力的可靠性進(jìn)行定量的分析首先要確定產(chǎn)品的脆值或破損邊界曲線,而得到產(chǎn)品脆值*直接的方法就是進(jìn)行產(chǎn)品脆值實(shí)驗(yàn)(以產(chǎn)品為對(duì)象,測定其強(qiáng)度及耐破損能力,通過實(shí)驗(yàn)出得出產(chǎn)品邊界損壞曲線，得出產(chǎn)品的脆值)，然而對(duì)于一些大型的昂貴的或危險(xiǎn)的產(chǎn)品，進(jìn)行這種破壞性實(shí)驗(yàn)是不適合的，所以首先考慮如何在不進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)的情況下得到產(chǎn)品的脆值或破壞邊界曲線是非常有必要的。目前大都通過能量分析法，能量法試圖為復(fù)雜的非線性緩沖包裝系統(tǒng)受振動(dòng)作用下的可靠性分析開辟一條新的途徑。S.A.Raper,R.H.Clarkd提出了統(tǒng)計(jì)能量分析應(yīng)用與包裝初步研究。

統(tǒng)計(jì)能量分析通過把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)處理成隨機(jī)變量，并從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度出發(fā)預(yù)示各子系統(tǒng)的響應(yīng)級(jí)別，現(xiàn)在通過這種分析方法可以預(yù)測到產(chǎn)品中的哪一個(gè)子系統(tǒng)是*薄弱環(huán)節(jié)，然后再評(píng)估它的脆值。

　　2.2 不同破壞模式下的包裝動(dòng)力可靠性

　　影響產(chǎn)品包裝動(dòng)力可靠性的因素雖然很多，但沖擊和振動(dòng)是其中2個(gè)*主要的因素，所以產(chǎn)品的破壞模式有2種。一種為首超破壞模式也可稱為峰值破壞模式，這種破壞模式主要由于產(chǎn)品沖擊過程中受到的*大加速度大于產(chǎn)品關(guān)鍵部件的脆值時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)在振動(dòng)過程中如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)傳遞率達(dá)到*大值的情況下，傳遞到關(guān)鍵部件的加速度超過本身脆值時(shí)同樣也會(huì)產(chǎn)生這種破壞模式。另一種是疲勞破損模式，主要由于隨機(jī)振動(dòng)所產(chǎn)生的破壞，因?yàn)轫憫?yīng)超過一定的幅值的時(shí)間較長，所形成的累積作用超過了產(chǎn)品某部分的疲勞強(qiáng)度所致。對(duì)于首超破壞可靠性的計(jì)算宋寶豐提出了“廣義沖擊載荷”的新概念和工業(yè)包裝動(dòng)力可靠性的定義式。2000年宋寶豐通過假設(shè)包裝產(chǎn)品上響應(yīng)加速度的時(shí)間歷程符合高斯隨時(shí)過程，在包裝可靠性的**式的基礎(chǔ)上求得包裝動(dòng)力可靠性的計(jì)算式。而對(duì)于疲勞破壞可靠性的計(jì)算即包裝系統(tǒng)受隨機(jī)激勵(lì)時(shí)的破壞情況與受沖擊或受諧波激勵(lì)時(shí)的破壞情況是不一樣的，必須用隨機(jī)振動(dòng)理論來分析和測試。1999年金瀟明提出用線性損傷累積理論，根據(jù)破壞準(zhǔn)則對(duì)二自由度包裝系統(tǒng)進(jìn)行各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)疲勞計(jì)算，并對(duì)易損零件的疲勞壽命和剩余壽命進(jìn)行了估算。根據(jù)計(jì)算公式可知，產(chǎn)品的包裝動(dòng)力可靠性與運(yùn)輸時(shí)間、產(chǎn)品脆值、運(yùn)輸條件之間有直接聯(lián)系。2001年孫勇等研究了非線性緩沖包裝系統(tǒng)受隨機(jī)激勵(lì)時(shí)由于隨機(jī)的交變應(yīng)力所形成的累積效應(yīng)使緩沖包裝系統(tǒng)產(chǎn)生疲勞破壞的失效計(jì)算問題。

2.3 包裝動(dòng)力可靠性的仿真計(jì)算

　　在仿真方面，2000年黃道敏、楊仲林等建立了緩沖包裝系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，列出了系統(tǒng)在振動(dòng)、跌落狀態(tài)下微分議程，在對(duì)微分方式進(jìn)行拉氏變換的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了Matlab/Simulink動(dòng)態(tài)仿真工具來仿真包裝件在多種激勵(lì)下及跌落過程的動(dòng)態(tài)特性。2002年劉乘等應(yīng)用有限元法對(duì)計(jì)算機(jī)主機(jī)在運(yùn)輸過程中的振動(dòng)特性進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。而姜洪開、田紅波等做了隨機(jī)載荷下導(dǎo)彈貯箱強(qiáng)度可靠性仿真計(jì)算研究，通過建立導(dǎo)彈貯箱強(qiáng)度的累積損傷模型，采用Miner的線性累積損傷準(zhǔn)則和直接模擬法隨機(jī)模擬應(yīng)力和導(dǎo)彈貯箱初始強(qiáng)度來獲取導(dǎo)彈貯箱的可靠度。

　　3 研究方向及需要考慮的問題

　　3.1 模型研究還需完善

　　從上可知現(xiàn)在研究的模型大多是單自由度或2個(gè)自由度的線性包裝模型，而現(xiàn)實(shí)中產(chǎn)品包裝系統(tǒng)都是多自由度的非線性系統(tǒng)，如果強(qiáng)行簡化成單自由度系統(tǒng)或二自由度系統(tǒng)，就可能引起較大的誤差，同時(shí)使用的緩沖包裝材料大部分也是非線性的，所以多自由度非線性產(chǎn)品包裝件模型的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)及可靠性還需要進(jìn)一步的研究，特別是對(duì)于多自由度非線性系統(tǒng)的平均能量法理論及應(yīng)用研究中還存在著許多的空白點(diǎn)。

　　3.2 模擬技術(shù)與計(jì)算機(jī)分析相結(jié)合 

　　盡管產(chǎn)品脆值試驗(yàn)對(duì)于產(chǎn)品包裝的科學(xué)設(shè)計(jì)來說相當(dāng)重要，但是，其破壞性和費(fèi)用使得許多產(chǎn)品廠家望而卻步。在現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)大潮中，市場上產(chǎn)品的品種越來越多，更新速度越來越快，產(chǎn)品廠家更愿意將有限的資金投入到新產(chǎn)品的研究中去，包裝對(duì)他們來說只是一個(gè)輔助性的五一節(jié)。所以產(chǎn)品廠家一般都不太重視包裝，寧可不評(píng)價(jià)自己產(chǎn)品的脆值，而采用其他不十分科學(xué)的方法，如類比法、經(jīng)驗(yàn)法和跌落試驗(yàn)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的包裝。由于這種包裝設(shè)計(jì)的不科學(xué)性，使產(chǎn)品不能得到合理、有效的保護(hù)，每年給我國帶來的經(jīng)濟(jì)損失竟多達(dá)數(shù)十億元。雖然模擬技術(shù)不僅是預(yù)測產(chǎn)品脆值的工具，而且還能提供發(fā)展一項(xiàng)新的緩沖評(píng)價(jià)技術(shù)，但是這種方法現(xiàn)在還處在初步的研究階段，如何讓其更好的更**的預(yù)測產(chǎn)品的脆值和緩沖設(shè)計(jì)還需要更深入的分析研究。

　　同時(shí)，可以預(yù)測仿真模擬技術(shù)必將給緩沖包裝測試設(shè)計(jì)帶來新的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助分析將是緩沖包裝測試設(shè)計(jì)的未來發(fā)展方向。仿真也叫模擬，是一種基于模型的活動(dòng)。它包括：建立仿真模型—對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(行為產(chǎn)生)—對(duì)實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的模型行為進(jìn)行分析處理。仿真的*大優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性和**性。其中有限元法是進(jìn)行工程數(shù)值分析的有力工具，尤其是固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和有限元方法的特點(diǎn)結(jié)合起來，就可以對(duì)產(chǎn)品受到任意激勵(lì)時(shí)任意部位的加速度響應(yīng)進(jìn)行分析。
　　4 包裝動(dòng)力可靠性的應(yīng)用

　　進(jìn)行復(fù)雜的商品運(yùn)輸包裝動(dòng)力可靠性分析，就是為了設(shè)計(jì)出合理的運(yùn)輸包裝。由于商品包裝要適應(yīng)社會(huì)商品再生產(chǎn)，保證商品從生產(chǎn)到消費(fèi)的轉(zhuǎn)移，這樣可以認(rèn)為合理商品包裝是能適應(yīng)和克服流通和銷售過程中的各種障礙，是在極限成本范圍內(nèi)的*好的包裝。商品包裝的合理化是商品包裝追求的*終目標(biāo)，是降低物流費(fèi)用，解決物流故障的有效手段。

　　包裝動(dòng)力可靠性與產(chǎn)品脆值、運(yùn)輸時(shí)間的長短、運(yùn)輸環(huán)境條件有關(guān)。通過不同的產(chǎn)品脆值可以得到不同的包裝動(dòng)力可靠性，產(chǎn)品脆值越大其包裝可靠性就越大，但是可能需要更多的費(fèi)用，所以并不是可靠性越高越好，而是需要一個(gè)合理的可靠性，這個(gè)數(shù)值可以達(dá)到產(chǎn)品本身成本和運(yùn)輸成本的*優(yōu)。為了防止反復(fù)進(jìn)行產(chǎn)品修改和緩沖包裝設(shè)計(jì)的過程，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就要規(guī)定*佳的可靠性指標(biāo)，根據(jù)可靠性指標(biāo)確定產(chǎn)品的脆值，*后才在產(chǎn)品脆值和規(guī)定的運(yùn)輸可靠性的基礎(chǔ)上根據(jù)運(yùn)輸環(huán)境、運(yùn)輸時(shí)間來進(jìn)行緩沖包裝的設(shè)計(jì)，達(dá)到*優(yōu)結(jié)果。王志偉在引入緩沖包裝失效概率、可靠指標(biāo)、狀態(tài)函數(shù)等概念后，提出了基于概率理論的緩沖包裝概率設(shè)計(jì)方法，并提出了*適度緩沖包裝的概念，為進(jìn)行*經(jīng)濟(jì)、*適度緩沖包裝的要領(lǐng)為進(jìn)行*經(jīng)濟(jì)、*適度緩沖包裝設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

   所以包裝動(dòng)力可靠性是評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性的方法之一，是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的參考因素之一，*重要的是它是進(jìn)行產(chǎn)品緩沖包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提條件。

　　5 結(jié)語

　　就世界范圍而言，商品運(yùn)輸包裝的發(fā)展趨勢是：集合包裝的普遍采用，運(yùn)輸包裝的標(biāo)準(zhǔn)化受到高度重視，進(jìn)行合理包裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)就離不開產(chǎn)品包裝可靠性的分析，其實(shí)包裝可靠性是相當(dāng)復(fù)雜的，單分析包裝動(dòng)力可靠性是不夠的，如果要將各種運(yùn)輸環(huán)境考慮其中，可以利用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行分析評(píng)定，計(jì)算產(chǎn)品包裝的綜合可靠性。在這基礎(chǔ)上才能設(shè)計(jì)出真正優(yōu)化的產(chǎn)品包裝。