基于單因素法的紙箱脫封分析及優(yōu)化研究

高艷飛 吳霖華 張毅 蔣耀東

摘要：為了解決用于某機(jī)電產(chǎn)品包裝的瓦楞紙箱易爆開(kāi)現(xiàn)象，提出了單因素法，對(duì)封箱脫開(kāi)原因進(jìn)行了封箱膠機(jī)、封箱帶、紙箱尺寸等關(guān)鍵因素的逐步計(jì)算與理論分析，并且結(jié)合國(guó)家紙箱標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試了其初粘性和持粘性。結(jié)果表明，紙箱尺寸因素是導(dǎo)致紙箱包裝易脫封的主要原因。基于最優(yōu)紙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，對(duì)紙箱厚度和尺寸進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案經(jīng)過(guò)測(cè)試可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)條件下不脫封，為紙箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：紙箱；脫封；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；內(nèi)尺寸

中圖分類號(hào)：TB48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1400 （2022） 03-0021-05

Carton Unsealing Analysis and Optimization Study Based on Single Factor Method

GAO Yan-fei， WU Lin-hua， ZHANG Yi， JIANG Yao-dong（Zhongshan Torch Polytechnic， Zhongshan 528436， China）

Abstract： To solve the easy unsealing of corrugated cartons for packaging of an electromechanical product， a single factor method was proposed to carry out the step-by-step calculation and theoretical analysis of the key factors for the unsealing of cartons， such as tape sealing machine， sealing tape and carton dimensions； besides， the initial adhesion and lasting adhesion of tape were tested in combination with national carton standards. The results showed that carton dimensions are the main cause of the easy unsealing of cartons. The thickness and dimensions of cartons were re-designed by the principle of the optimal structural design of cartons. The test showed that the optimized scheme ensures that cartons will not get unsealed under standard conditions and provides new practical guidance for the optimal design of cartons.

Key words： carton； unsealing； structural design； inside dimension

包裝作為服務(wù)型制造業(yè)，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋產(chǎn)品、物流等環(huán)節(jié)。包裝的主要功能是保護(hù)產(chǎn)品、方便流通。作為機(jī)電產(chǎn)品的包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)原則首先是防護(hù)性，即包裝設(shè)計(jì)需對(duì)機(jī)電產(chǎn)品起保護(hù)作用，包括封箱是否合格，運(yùn)輸過(guò)程中是否保護(hù)產(chǎn)品不損壞等。其次是便捷性，經(jīng)過(guò)包裝的機(jī)電產(chǎn)品搬運(yùn)、裝卸是否方便，即包裝是否有合適的提手位、大件產(chǎn)品是否將托盤(pán)設(shè)計(jì)納入包裝設(shè)計(jì)模塊等。

在機(jī)電產(chǎn)品流通過(guò)程中，包裝作為其一部分，主要出現(xiàn)的問(wèn)題可能有包裝結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致紙箱壓潰、解體、變形等物理變化，均會(huì)導(dǎo)致內(nèi)裝物受到損壞。紙箱脫封也是現(xiàn)象之一，但是目前國(guó)內(nèi)并無(wú)相關(guān)文章研究此現(xiàn)象，主要是企業(yè)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判斷脫封原因并且加以改進(jìn)。

單因素實(shí)驗(yàn)是只對(duì)一個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而將其他因素都固定。此實(shí)驗(yàn)方法主要用于各因素之間無(wú)影響關(guān)系的背景下，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每次針對(duì)一個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

單因素法在該案例中需要分析的因素主要有以下部分：封箱機(jī)、封箱膠帶粘合強(qiáng)度、紙箱物料原因。此三項(xiàng)因素相互之間影響性幾乎可以忽略。

1 項(xiàng)目背景

現(xiàn)有一批機(jī)電產(chǎn)品，包裝方式為PE袋+EPE緩沖結(jié)構(gòu)+瓦楞紙箱。該產(chǎn)品在包裝兩天后，高頻率出現(xiàn)封箱帶脫開(kāi)的情況，如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)和材料

對(duì)于制造業(yè)而言，任何生產(chǎn)物料使用前，都必須依循流程操作。首先要有圖紙和明確的信息對(duì)物料進(jìn)行定義，然后是樣品試用，再到每批物料入庫(kù)前的抽檢。而封箱膠帶屬于輔助材料，并沒(méi)有完善的檢驗(yàn)制度。所以，首先對(duì)設(shè)備和膠帶進(jìn)行調(diào)查。

2.1 封箱機(jī)因素分析

封箱機(jī)工作原理：（裝箱）輸箱—夾抱—蓋板折彎—壓箱—封箱。即產(chǎn)品經(jīng)過(guò)自動(dòng)化、半自動(dòng)化、人工裝箱后，通過(guò)輸送帶進(jìn)入輸箱環(huán)節(jié)，由兩側(cè)面的夾箱皮帶夾住紙箱并且向前輸送，后短舌在紙箱進(jìn)入封箱機(jī)托輥時(shí)，有一檢測(cè)訊號(hào)（光電訊號(hào)）通知打舌氣缸動(dòng)作，由打舌架將其折彎[1]，隨著前后兩片短板陸續(xù)完成折彎，紙箱繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，左右兩片長(zhǎng)板經(jīng)過(guò)導(dǎo)向桿自動(dòng)向中間折彎動(dòng)作，壓箱機(jī)構(gòu)壓住紙箱頂部，封箱結(jié)構(gòu)拉動(dòng)膠帶完成封箱動(dòng)作。

對(duì)于自動(dòng)包裝機(jī)而言，與膠粘強(qiáng)度有關(guān)的主要是封箱機(jī)的壓力值。設(shè)備壓力值為機(jī)器校準(zhǔn)后的固定值。通過(guò)調(diào)研該壓力值無(wú)調(diào)整，該值在生產(chǎn)過(guò)程中屬于正常。

2.2 封箱帶粘合強(qiáng)度因素分析

檢查膠帶本身是否存在質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)初粘測(cè)試與持粘測(cè)試，結(jié)果如圖2。

參照QB/T 2422封箱用BOPP壓敏膠粘帶對(duì)膠帶物理指標(biāo)規(guī)定：

1）初粘性要求≥13號(hào)鋼球

2）持粘性≤3mm/h

對(duì)比測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)，該膠帶初粘性最大為9號(hào)球。

持粘性平均位移為0.48mm/h。

盡管初粘性不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但考慮本次問(wèn)題多暴露在包裝后兩天，因此可以判定初粘強(qiáng)度并不是本次問(wèn)題的主要原因，而持粘性符合標(biāo)準(zhǔn)要求。基于紙箱結(jié)構(gòu)和材質(zhì)并不具備其它特異性，屬于市場(chǎng)流通性要求，所以膠帶的持粘性也不存在不足，可以判定膠帶本身并非本次問(wèn)題的根本原因。

2.3 物料原因因素分析

檢查物料發(fā)現(xiàn)紙箱高度不符合圖紙要求，而造成高度不足的原因是供應(yīng)商與物料檢驗(yàn)缺乏，對(duì)內(nèi)尺寸判斷錯(cuò)誤。

圖3是一張標(biāo)準(zhǔn)的FEFCO 0201紙箱圖形。作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，絕大部分客戶端（即紙箱的使用方）為了簡(jiǎn)潔明了只會(huì)在圖紙上用簡(jiǎn)圖表明需要的箱型，材質(zhì)印刷要求和尺寸要求。

圖4為問(wèn)題紙箱圖紙，圖紙本身信息相對(duì)詳細(xì)，明確印刷、材質(zhì)、內(nèi)尺寸要求。內(nèi)尺寸為485（±2.5） x435（±2.5） x265（±1.5）mm。

事實(shí)上，很多人在檢測(cè)紙箱內(nèi)尺寸時(shí)都使用了錯(cuò)誤的計(jì)算方法，如本案例中紙箱成型后測(cè)出的內(nèi)尺寸高度為264mm，符合圖紙要求，如圖5所示。

3 紙箱內(nèi)外尺寸設(shè)計(jì)優(yōu)化和脫封測(cè)試分析

3.1 正確的測(cè)量方法

正確的紙箱內(nèi)尺寸應(yīng)該是上下兩面內(nèi)搖蓋間的距離。通過(guò)正確的檢測(cè)方法，實(shí)際內(nèi)尺寸高度只有256mm，而內(nèi)包裝物高度有260mm，如圖6所示。

測(cè)量的時(shí)候，長(zhǎng)短邊搖蓋必須重疊再進(jìn)行測(cè)量。這是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)時(shí)很多工廠并不會(huì)特意使用高低壓痕線的工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)紙箱刀版。

3.2 高低壓痕線對(duì)紙箱尺寸的影響

所謂高低壓痕線，即為長(zhǎng)搖蓋的壓痕線要高于短搖蓋壓痕線約一個(gè)紙板厚度t。

對(duì)于內(nèi)尺寸高度，如果不折長(zhǎng)邊搖蓋進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于沒(méi)有使用高低壓痕線工藝的紙箱，根據(jù)折一次損失半個(gè)壁厚的理論，內(nèi)尺寸高度在實(shí)際測(cè)量時(shí)，長(zhǎng)邊搖蓋折與不折的實(shí)際測(cè)量尺寸約有半個(gè)壁厚即t/2的差異。

4 包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論

4.1包裝結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)理論

紙包裝設(shè)計(jì)過(guò)程中有制造尺寸、內(nèi)尺寸、外尺寸三個(gè)尺寸。其中制造尺寸是指生產(chǎn)尺寸，即設(shè)計(jì)圖紙上的標(biāo)注尺寸，也即模切板尺寸，是生產(chǎn)制造的依據(jù)，該尺寸影響包裝的內(nèi)尺寸與外尺寸。內(nèi)尺寸是指包裝盒折疊成型后的容積尺寸，是包裝與產(chǎn)品內(nèi)裝物是否配合的重要指標(biāo)。外尺寸是紙包裝折疊成型后的外部尺寸，是包裝占用空間大小的重要數(shù)據(jù)，也是包裝倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸堆碼的計(jì)算依據(jù)。

制造尺寸、內(nèi)尺寸、外尺寸之間的差別主要是紙厚的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)有兩種方式，一是根據(jù)產(chǎn)品內(nèi)裝物尺寸確定內(nèi)尺寸，從而確定制造尺寸。二是根據(jù)集裝箱、托盤(pán)、周轉(zhuǎn)箱等尺寸確定外尺寸，從而確定制造尺寸，同時(shí)也務(wù)必滿足內(nèi)裝物尺寸需求。

本案例產(chǎn)品包裝項(xiàng)目，客戶未提出倉(cāng)儲(chǔ)物流需求，故首要考慮產(chǎn)品內(nèi)裝物尺寸，從而繪制結(jié)構(gòu)圖。

4.2修改后的產(chǎn)品包裝使用情況

5 結(jié)論

本文主要針對(duì)機(jī)電產(chǎn)品瓦楞紙箱脫封現(xiàn)象，采用單因素法對(duì)封箱機(jī)、封箱膠帶粘合強(qiáng)度、物料等紙箱制造與封合工藝因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，確定了物料因素是導(dǎo)致所述機(jī)電產(chǎn)品紙箱包裝脫封的主要原因。為此，基于內(nèi)尺寸、外尺寸、制造尺寸等瓦楞紙箱厚度與尺寸設(shè)計(jì)原則，依據(jù)現(xiàn)有包裝產(chǎn)品特性進(jìn)行了瓦楞紙箱內(nèi)外尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明，所提方案能夠有效改善其脫封問(wèn)題，為瓦楞紙箱封箱工藝提出了可推廣的分析方案與優(yōu)化策略。

參考文獻(xiàn)：

[1] 史旭東等.自動(dòng)化拆裝箱流水線設(shè)計(jì)[J].電子軟件與軟件工程，2016，5（4）：152-153