工業產品智能物流包裝系統設計

曹前榮，孫建明，李 昭 CAO Qianrong, SUN Jianming, LI Zhao

（河南科技大學 藝術與設計學院，河南 洛陽 471000）

1 工業產品物流包裝現狀分析

1.1 市場分析

隨著互聯網信息技術的高速發展，以及品牌商對產品包裝功能多元化的日益重視和追求，傳統的物流包裝模式已日益顯現出短板，成為工業產品運輸包裝企業高質量發展的瓶頸，人們希望在包裝中加入智能技術，以滿足日益復雜的流通系統的要求。雖然我國裝備制造企業引進了大量高智能化的制造加工設備來提高產品加工質量，但與其他工業化水平較高的國家相比，我國包裝行業現代工業化整體水平還不高，自我研發能力比較弱，物流制造企業經營分散，各自為政，存在許多不足之處。主要體現在以下幾個方面：

（1） 粗放型設計。目前我們的工業包裝設計能夠執行運輸、保管和流通的基本功能，但大多數企業仍然處于粗放型發展的階段，盲目的追求數量擴張來吸引資本，忽視了對質量的把控，產品結構單一，高附加值產品少；部分企業在物流管理方面不夠專業，企業規模普遍較小；區域性強，地區發展不平衡等，包裝精細化發展較為緩慢。

（2） 物流盲態。國內物流業服務參差不齊。有些產品流通層次多，流通渠道長，整個產品供應鏈環節（生產商、分銷商、運輸商、使用對象等） 之間無法建立有效關聯，且物流企業的數據大多連續性不強，導致對數據的收集整理難度大。難以實現對整個物流鏈的全方位監控和調整，產品在運輸途中發生的問題，運輸者往往難以及時發現具體出現差錯環節及原因，人力、物力損失嚴重。

（3） 信息化建設落后。在信息化的今天，一個企業的發展和壯大離不開信息化建設的技術支持。許多企業信息化建設還比較滯后，難以滿足客戶個性化的要求，一方面缺乏熟練操作物流設施的專業技術人員，另一方面企業軟件應用及硬件設施落后，一些裝卸設備、倉庫設施嚴重老化，缺少現代化、規模化的作業區，為企業現代化信息建設帶來了阻礙。

1.2 運輸環境分析

產品一經生產出來便要進入流通環節，在這個過程中，包裝和產品要經受不同因素不同程度的損害，如振動、沖擊、跌落、溫度、濕度、雨雪、太陽輻射、氣壓、霉菌、沙塵、靜壓力、靜電等，其中振動和沖擊是最常見的因素。工業產品的物流環境大致分為陸運、水運、空運三種形式，以公路運輸為例，在運輸過程中振動通過車廂底板、包裝箱，然后傳遞到產品結構上，不同的流通環境所產生的振動幅度不同，對產品造成的損害程度也不相同。物流服務質量是引領企業競爭優勢的核心驅動因素，企業間同質化競爭激烈，為了保證產品運輸安全，市場上存在許多為了避免在運輸過程中可能出現的損害而選擇過度包裝的現象。在如此錯綜復雜的市場環境下，企業要想可持續發展必須依靠商業模式創新，開展資本技術化、科學化運作實現資本運用最優化。工業產品運輸既要避免過度包裝帶來的環境問題，又要保障產品質量安全，這給不少企業帶來了巨大挑戰。

1.3 儲運現狀分析

隨著現代物流業和供應鏈管理理念的不斷發展，儲運管理在物流管理中的重要性日益提高，已成為物流管理的核心部分和關鍵環節。目前，我國儲運管理大部分處于人工管理或半自動化管理狀態，存在產品信息難以實時獲取、儲運管理自動化程度不高、人工依賴性強等諸多問題。以倉儲管理為例，通過大量的人力清點貨物或使用計算機更新信息，不僅處理速度較慢，影響信息更新的及時性，同時信息的精確性不能得到保證，不利于便捷查詢，缺乏信息綜合性。因此，如何使工業化與信息化深度融合成為了企業的難題。

2 工業產品智能物流包裝系統方案

2.1 設計思路

智能物流集成包裝系統是借助信息網絡和定位系統構筑的一種實現可監控運輸的智能化包裝系統，它是一種有利于自動化管理的運輸包裝技術形式，使工業產品在流通路線上被全程跟蹤，方便控制中心對運輸路線與工業產品的調整和管理，達到工業產品流通運輸的快捷化、路徑最優化和低運輸成本的目的。智能物流集成包裝系統主要包括以下內容：（1） 在產品開發階段提供“可監控物流包裝解決方案”；（2） 對包裝樣品進行包裝測試以驗證包裝的可靠性及實用性；（3） 優化物流運輸及裝卸程序；（4） 在物流運輸過程中，實時監控工業產品的信息數據，并實時傳送至監控中心；（5） 分析處理數據，出現異常情況時及時報警，并提供相應的解決方案。

2.2 設計流程

以循環使用的工業包裝箱為平臺，以物聯網技術為依托，擬在工業產品物流運輸過程中實現產品和包裝的可追溯性和實時遠程監控功能，提高包裝效率，節約運輸成本，研發設計環境友好型的工業產品智能物流包裝系統，系統結構如圖1 所示。

圖1 工業產品智能物流包裝系統結構示意圖

3 技術實施

3.1 物流包裝模塊

工業產品運輸包裝箱是指工業產品運輸使用的包裝箱或運輸箱等輔助設施，主要是指以運輸、儲存、保管、流通為主要目的服務于批量化、集裝化工業生產的包裝品，主要流通于生產商、分銷商和零售商之間，如托盤、集裝箱、紙箱、鋼桶等。與商業產品相比，工業產品具有批量化使用、單位成本較高、使用壽命長、標準化程度較高等特點，木制包裝箱是目前市場上常用的針對較大較重工業產品運輸的包裝箱。

物流包裝模塊旨在對工業產品包裝進行優化設計，使其便于現場拆裝、能夠循環使用從而提高包裝效率、降低包裝成本，滿足功能性、經濟性、綠色化的現代包裝要求。目前市場上流通的包裝箱大多采用箱體側面與底座連接式設計，在打開的過程中操作人員需要通過側面提起的動作才能將包裝箱側面完全打開進入正常裝貨狀態，在此過程中箱體會因為人提拉力的不均而導致側面卡住、存取困難等問題出現，嚴重影響工作效率和箱體壽命。針對這一現象，物流包裝模塊以可循環使用工業包裝箱設計為主體，從便捷性、模塊化、標準化三個方面對快裝箱進行優化設計。

3.1.1 便捷性設計

快裝箱在設計時采用分離與折疊設計，具有制造簡略、強度高、環保選材、承受沖擊和振蕩功能良好等特點，主要功能為裝載貨品、實現貨品安全運輸、操作方便，同時具有折疊功能，可循環使用；在折疊狀態和未折疊狀態均可實現多層碼垛，箱體上下設計限位標志，方便叉車操作過程中準確碼垛，提升了作業效率，回收時裝載方便，提高回運裝載量，節約了物流包裝成本；便于堆積、儲存、搬運，極大地減輕操作人員手動搬運的勞動力，具有很好地實用性。

3.1.2 模塊化設計

采用模塊化設計，將產品各部分進行物流包裝評級，針對不同規格、不同特性工業產品的內包裝結構和外包裝結構進行模塊化設計，可以充分滿足產品的包裝需求，避免過度包裝，節約資源，降低成本。內包裝模塊化設計通過利用間隔板或內包裝將包裝劃分為不同的區域模塊，根據產品具體要求采用不同的包裝技術完成對每個區域模塊的包裝設計；外包裝模塊化設計適用于兩個主要尺寸基本不變而另一個主要尺寸變化較大的產品，可通過固定其中兩個尺寸改變一個尺寸來實現模塊化設計，如長寬尺寸基本一定而高度尺寸存在較大變化時，可采用圍板結構進行模塊化設計。

3.1.3 標準化設計

標準化是指為了在行業內獲得最佳秩序，應對現實和潛在的問題，制定出使包裝實現普遍和重復使用的規范。工業產品智能物流包裝系統的標準化是指對包裝的類型、規格、制造材料、結構、造型等給予統一規定的政策和技術措施。實現包裝標準化，主要實現以下四個方面的統一：（1） 統一包裝材料的試驗方法；（2） 統一包裝規格；（3） 統一包裝標志；（4） 統一保護方法。

3.2 智能物聯模塊

智能物聯模塊主要利用物聯網感知技術與智能設備對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸、互聯、計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。智能物聯模塊主要由現場數據采集、監測中心、無線通信三個部分構成，監測中心作為整個系統的神經中樞，負責監測整個系統的運行狀態，完成工業產品的實時遠程檢測、保存和查詢。監測中心通過無線通信接收由現場采集的數據，不僅要對數據進行校驗、存儲、加工處理，同時繪制相應實時曲線，并根據設計的警戒值給出相應的聲音、動畫報警。

3.2.1 現場數據采集

根據工業產品的種類和性質，工業產品包裝現場信息采集設備常分為溫度、濕度測量與控制設備（如通風機、去濕機等）、壓力傳感器、角度傳感器、視頻監控設備等。通過在工業產品包裝設備上安裝數據采集終端，實時連續監測工業產品信息、包裝信息、廠家信息、運輸工具信息與司機信息，配合RFID 技術和無線局域網技術構建一個物品倉儲環境實時監控網絡，實時捕捉倉儲中的溫度、濕度、實時時間、地理坐標、沖擊力、傾斜角度等信息并通過無線局域網絡報告給倉儲的管理系統。系統結構如圖2 所示。

圖2 物流實時跟蹤系統功能結構圖

3.2.2 數據傳輸

通過5G 無線通信網絡將產品流通過程中的物流信息和產品狀態信息實時發送給監控中心，實現對產品運輸的遠程實時監控。GPRS 的高速處理數據的特點恰好適用于實時性要求高、單個數據小，但總量大的工業產品物流運輸信息的實時傳輸。無線通信通過傳遞RFID 標簽和數據庫系統中相對應的編號信息，使得工業產品的信息與數據庫相關聯，提高了數據信息的傳輸效率，降低了PRID 標簽的信息載荷，如圖3 所示。

圖3 智能物流包裝系統網絡結構圖

3.2.3 數據分析

數據經5G 網絡上傳至監控中心，由監控中心分別對收到的實時溫度、濕度、時間、地理坐標、沖擊力和傾斜角度信號分別進行分析處理，繼而形成監控數據，實現與現場終端設備的實時通信。

3.2.4 建立數據庫數據庫管理系統通過對數據的統一組織和管理，建立相應的數據庫和數據倉庫，可實現對數據的整理，在減輕智能標簽信息負荷的同時可實現對大量分散物流中工業產品相關信息的高效存儲查詢。

4 可行性分析

通過實時遠程監控，傳感器能快速捕捉到倉儲環境中的信息變化，并運用RFID 技術、定位系統將這些信息通過無線局域網絡報告給倉儲的管理系統，管理系統立即報警，提醒運輸司機及時對產品做出調整處理，如圖4 所示。該系統作為一種技術集成創新，可有效降低成本及開發風險，具有較好的市場可行性。

圖4 物流模數體系結構圖

5 結 論

本文針對工業產品尤其是高端工業產品在物流過程中由于振動等因素導致產品損壞的實際情況，提出了一種智能物流包裝系統，旨在為工業產品提供更加安全可靠的物流包裝保護。商品的源頭追溯和供應鏈的透明化管理將使得智能物流包裝成為包裝產業的主流趨勢。智能物流系統在部分包裝上已經取得應用，但在應用技術還需要不斷完善，可以預見的是，隨著物聯網時代的到來，創新性的智能物流包裝方案將層出不窮，帶動整個包裝行業的信息化和智能化，提高中國物流的整體水平，智能包裝技術的發展會成為包裝革新的重要突破口。過硬的質量保障和創新型服務管理是物流企業發展的重要途徑，作為新時代的包裝設計師要及時補充新知識和新技術，將設計與技術相結合，根據不同客戶制定不同的服務標準，提出新思路與新方法，更好地為人們提供人性化、便捷化包裝服務。