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技術(shù)文章
商品運輸包裝可靠性研究
點擊次數(shù)：1046 發(fā)布時間：2008-6-13
由于復(fù)雜的運輸環(huán)境與條件具有不確定性，如貨物不能按時達到目的地或運輸成本超出預(yù)期的目標以及由于振動沖擊、天氣狀況等運輸環(huán)境因素造成的貨物破損，zui終造成損失等等，它直接影響著整個商品運輸系統(tǒng)的可靠性。研究商品運輸系統(tǒng)的可靠性就是將整個運輸系統(tǒng)中的不確定因素降至zui低，保證其貨物的正常流動，增強靈活性和確定性，在成本*的前提下提高貨物送達速度和質(zhì)量，達到真正的優(yōu)化運輸管理，提高企業(yè)競爭力。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，有70%的貨物流通故障是由于包裝不當引起的，合理包裝是克服運輸不可靠的主要措施，合理的包裝可以起到節(jié)省包裝費用、縮短運輸時間、提高運輸管理效率、加快貨物周轉(zhuǎn)、減少資金占用等作用，但要設(shè)計出合理的運輸包裝就要研究商品運輸包裝的可靠性。
1 商品運輸包裝可靠性概述
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)計階段確定的可靠性指標，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)出來的實際的可靠性。但是很多閣在運輸儲運過程中發(fā)生了破損，所以產(chǎn)品還應(yīng)該考慮一個包裝可靠性。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，就是需要完成規(guī)定的功能。同時，包裝可靠性又與一般可靠性有不同之處，一般可靠性的焦點是產(chǎn)品本身，而包裝可靠性的焦點不單是包裝本身，更強調(diào)的是包裝產(chǎn)品的安全可靠。包裝可靠性應(yīng)涉及流通過程中受到的沖擊、振動、風吹日曬等一切環(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zui直接和zui嚴重的問題，所以主要研究的是產(chǎn)品包裝的動力可靠性。
2 包裝動力可靠性研究概況
2.1 產(chǎn)品脆值
要對產(chǎn)品包裝動力的可靠性進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zui直接的方法就是進行產(chǎn)品脆值實驗以產(chǎn)品為對象,測定其強度及耐破損能力,通過實驗出得出產(chǎn)品邊界損壞曲線，得出產(chǎn)品的脆值），然而對于一些大型的昂貴的或危險的產(chǎn)品，進行這種破壞性實驗是不適合的，所以首先考慮如何在不進行破壞性實驗的情況下得到產(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)計能量分析應(yīng)用與包裝初步研究。
統(tǒng)計能量分析通過把復(fù)雜的結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)處理成隨機變量，并從統(tǒng)計學(xué)的角度出發(fā)預(yù)示各子系統(tǒng)的響應(yīng)級別，現(xiàn)在通過這種分析方法可以預(yù)測到產(chǎn)品中的哪一個子系統(tǒng)是zui薄弱環(huán)節(jié)，然后再評估它的脆值。
2.2 不同破壞模式下的包裝動力可靠性
影響產(chǎn)品包裝動力可靠性的因素雖然很多，但沖擊和振動是其中2個zui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zui大加速度大于產(chǎn)品關(guān)鍵部件的脆值時產(chǎn)生，同時在振動過程中如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)系統(tǒng)發(fā)生共振時傳遞率達到zui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同樣也會產(chǎn)生這種破壞模式。另一種是疲勞破損模式，主要由于隨機振動所產(chǎn)生的破壞，因為響應(yīng)超過一定的幅值的時間較長，所形成的累積作用超過了產(chǎn)品某部分的疲勞強度所致。對于首超破壞可靠性的計算宋寶豐提出了“廣義沖擊載荷"的新概念和工業(yè)包裝動力可靠性的定義式。2000年宋寶豐通過假設(shè)包裝產(chǎn)品上響應(yīng)加速度的時間歷程符合高斯隨時過程，在包裝可靠性的宣言式的基礎(chǔ)上求得包裝動力可靠性的計算式。而對于疲勞破壞可靠性的計算即包裝系統(tǒng)受隨機激勵時的破壞情況與受沖擊或受諧波激勵時的破壞情況是不一樣的，必須用隨機振動理論來分析和測試。1999年金瀟明提出用線性損傷累積理論，根據(jù)破壞準則對二自由度包裝系統(tǒng)進行各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機振動疲勞計算，并對易損零件的疲勞壽命和剩余壽命進行了估算。根據(jù)計算公式可知，產(chǎn)品的包裝動力可靠性與運輸時間、產(chǎn)品脆值、運輸條件之間有直接。2001年孫勇等研究了非線性緩沖包裝系統(tǒng)受隨機激勵時由于隨機的交變應(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算問題。
2.3 包裝動力可靠性的仿真計算
在仿真方面，2000年黃道敏、楊仲林等建立了緩沖包裝系統(tǒng)的動力學(xué)模型，列出了系統(tǒng)在振動、跌落狀態(tài)下微分議程，在對微分方式進行拉氏變換的基礎(chǔ)上，運用了Matlab/Simulink動態(tài)仿真工具來仿真包裝件在多種激勵下及跌落過程的動態(tài)特性。2002年劉乘等應(yīng)用有限元法對計算機主機在運輸過程中的振動特性進行了計算機仿真。而姜洪開、田紅波等做了隨機載荷下導(dǎo)彈貯箱強度可靠性仿真計算研究，通過建立導(dǎo)彈貯箱強度的累積損傷模型，采用Miner的線性累積損傷準則和直接模擬法隨機模擬應(yīng)力和導(dǎo)彈貯箱初始強度來獲取導(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個自由度的線性包裝模型，而現(xiàn)實中產(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振動響應(yīng)及可靠性還需要進一步的研究，特別是對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。
3.2 模擬技術(shù)與計算機分析相結(jié)合
盡管產(chǎn)品脆值試驗對于產(chǎn)品包裝的科學(xué)設(shè)計來說相當重要，但是，其破壞性和費用使得許多產(chǎn)品廠家望而卻步。在現(xiàn)在的經(jīng)濟大潮中，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，包裝對他們來說只是一個輔助性的五一節(jié)。所以產(chǎn)品廠家一般都不太重視包裝，寧可不評價自己產(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)驗法和跌落試驗來設(shè)計產(chǎn)品的包裝。由于這種包裝設(shè)計的不科學(xué)性，使產(chǎn)品不能得到合理、有效的保護，每年給我國帶來的經(jīng)濟損失竟多達數(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)展一項新的緩沖評價技術(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)計還需要更深入的分析研究。
同時，可以預(yù)測仿真模擬技術(shù)必將給緩沖包裝測試設(shè)計帶來新的發(fā)展，計算機輔助分析將是緩沖包裝測試設(shè)計的未來發(fā)展方向。仿真也叫模擬，是一種基于模型的活動。它包括：建立仿真模型—對模型進行實驗（行為產(chǎn)生）—對實驗所產(chǎn)生的模型行為進行分析處理。仿真的zui大優(yōu)點是經(jīng)濟性和安全性。其中有限元法是進行工程數(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。將計算機仿真技術(shù)和有限元方法的特點結(jié)合起來，就可以對產(chǎn)品受到任意激勵時任意部位的加速度響應(yīng)進行分析。
4 包裝動力可靠性的應(yīng)用
進行復(fù)雜的商品運輸包裝動力可靠性分析，就是為了設(shè)計出合理的運輸包裝。由于商品包裝要適應(yīng)社會商品再生產(chǎn)，保證商品從生產(chǎn)到消費的轉(zhuǎn)移，這樣可以認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)的的包裝。商品包裝的合理化是商品包裝追求的zui終目標，是降低物流費用，解決物流故障的有效手段。
包裝動力可靠性與產(chǎn)品脆值、運輸時間的長短、運輸環(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用，所以并不是可靠性越高越好，而是需要一個合理的可靠性，這個數(shù)值可以達到產(chǎn)品本身成本和運輸成本的*。為了防止反復(fù)進行產(chǎn)品修改和緩沖包裝設(shè)計的過程，需要在產(chǎn)品設(shè)計階段就要規(guī)定*的可靠性指標，根據(jù)可靠性指標確定產(chǎn)品的脆值，zui后才在產(chǎn)品脆值和規(guī)定的運輸可靠性的基礎(chǔ)上根據(jù)運輸環(huán)境、運輸時間來進行緩沖包裝的設(shè)計，達到*結(jié)果。王志偉在引入緩沖包裝失效概率、可靠指標、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)計方法，并提出了zui適度緩沖包裝的概念，為進行、zui適度緩沖包裝的要領(lǐng)為進行、zui適度緩沖包裝設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)
所以包裝動力可靠性是評價產(chǎn)品可靠性的方法之一，是進行產(chǎn)品設(shè)計的參考因素之一，zui重要的是它是進行產(chǎn)品緩沖包裝優(yōu)化設(shè)計的前提條件。
5 結(jié)語
就世界范圍而言，商品運輸包裝的發(fā)展趨勢是：集合包裝的普遍采用，運輸包裝的標準化受到高度重視，進行合理包裝的優(yōu)化設(shè)計。進行優(yōu)化設(shè)計就離不開產(chǎn)品包裝可靠性的分析，其實包裝可靠性是相當復(fù)雜的，單分析包裝動力可靠性是不夠的，如果要將各種運輸環(huán)境考慮其中，可以利用模糊數(shù)學(xué)的方法進行分析評定，計算產(chǎn)品包裝的綜合可靠性。在這基礎(chǔ)上才能設(shè)計出真正優(yōu)化的產(chǎn)品包裝。