一種用于裝箱方案教學的可視化集裝箱教具設計

韋珂俊

【摘 ?要】 裝箱方案設計是物流管理、國際貿易等專業課程中的重要教學內容，對提高學生的實際操作能力和理論水平具有重要意義。文章設計了一種用于裝箱方案設計的可視化集裝箱教具，可通過展示集裝箱內部裝載情況，使學生更直觀地觀察集裝箱的積載情況，從而更好地理解集裝箱的裝箱方案原理和知識，為裝箱方案設計的教學提供了一種模擬交互式的教學手段。文章詳細闡述了該裝置的原理及結構，并分析了該裝置的市場前景和經濟效益。

【關鍵詞】 裝箱方案設計；可視化教具；積載圖繪制

一、集裝箱裝箱設計教學當前存在的問題

（一）集裝箱裝箱設計研究與應用

在集裝箱行業，隨著全球貿易的持續增長，集裝箱的使用量也在逐年增加。不同貨物和貿易路線對集裝箱的需求各不相同，因此需要設計裝箱方案，以最大化利用集裝箱的裝載空間，并滿足貨物的運輸要求。國內外學者在裝箱方案理論算法方面進行了大量研究，其中針對多規格產品訂單內產品間規格差異大且裝箱時決策層級較多的特點，提出了一種多規格產品裝箱優化模型，在該模型的基礎上，提出了一種啟發式裝箱算法，包括基于高度矩陣的箱內剩余空間表征及解碼方法，以及一種基于貼面率的產品放置策略，以進行多規格裝箱的優化。

變鄰域搜索算法與分支定價算法的研究結果顯示，變鄰域搜索算法的Gap值平均為1.8%，運算時間平均為1.06秒；而分支定價算法的Gap值分別為0.30%，運算時間為815.40秒。引入“決策者對異質品的容忍度”這一參數，供決策者在裝箱成本與異質性懲罰之間尋求平衡。相較于已有研究，該方案能為異質品裝箱提供更科學的決策依據。

（二）當前集裝箱裝箱方案設計的教學問題

作為物流管理專業的核心課程之一，“國際貨運代理實務”主要針對從事國際物流相關崗位的學生。裝箱方案設計知識貫穿于物流管理、交通運輸、國際貿易等專業課程之中。然而，目前裝箱方案設計教學存在一些問題，這些問題影響了學生的學習效果以及未來的職業發展。

1. 缺乏實際操作

目前，在裝箱方案設計的教學中，通常過于注重理論知識的傳授，而缺乏實際操作的機會。這導致學生缺乏實踐經驗，難以真正掌握裝箱方案設計的要點和技巧，學生往往只停留在理論層面，無法獨立設計出符合實際需求的裝箱方案。

2. 缺乏系統思維

裝箱方案設計是一個系統性的過程，需要考慮多種因素，如貨物的性質、尺寸、重量、運輸距離、運輸方式等。然而，目前的教學往往只注重單個因素的分析，而忽視了整體系統的考慮。這種教學模式導致學生在設計裝箱方案時，缺乏從整體角度出發的能力，無法綜合權衡各種因素，難以設計出最優方案。為了幫助學生更好地理解和掌握裝箱方案設計，傳統的教學方法通常使用二維圖像或文字描述。然而，這些方法缺乏真實感和直觀性，無法讓學生了解集裝箱的實際裝載過程和空間利用情況。因此，研發團隊設計了一種用于裝箱方案設計的可視化集裝箱教具，旨在增強學生的學習體驗和提升教學效果。這一教具通過外部結構的可視化窗格，讓學生觀察集裝箱內部空間構造、貨物裝載后的空間利用情況以及偏載情況，使他們更直觀地了解集裝箱的積載情況，從而更好地理解集裝箱裝箱方案的原理和知識。這一裝置可應用于高校現代物流、國際貿易等相關專業課程的教學，并可為物流運輸、貨代行業的業務培訓提供支持。

二、教具裝置原理和設計方案

首先，該款集裝箱教具在外觀上采用了高質量的印刷技術，確保每個細節都與真實集裝箱一致。教具的窗格設計，使得學生可以直接觀察到裝箱后的內部情況，如貨物的積載、擺放等。這不僅可以幫助學生了解貨物的裝載過程，還可以幫助他們繪制裝箱積載圖。其次，在裝箱方案設計學習中，教師指導學生根據所學知識，對不同規格、重量的貨物進行拼箱設計方案。通過可視化集裝箱教具，模擬貨物進行裝箱實驗，在實驗過程中，學生可以直觀地了解裝箱方案的執行過程，并從中發現問題、解決問題。最后，教具底部配備了一個水平裝置。這個裝置可以用來模擬貨物的偏載情況，進而觀察和分析這種偏載對集裝箱穩定性的影響。教師可以根據此進行案例分析，指導學生如何設計符合實際需求的裝箱方案，確保貨物的安全運輸。總之，這款可視化集裝箱教具不僅在外觀和結構上還原了真實集裝箱，還通過各種實用功能設計，真正地做到了幫助學生學習和理解集裝箱裝箱方案設計知識。

三、教具主要參數

（一）材質選擇

1. 主體結構：主體結構采用ABS環保塑料，這種材料具有較高的強度、韌性和耐熱性，確保教具的耐用性和穩定性。

2. 可視化窗格：為了達到高透明度，可視化窗格采用聚碳酸醋（PC）材料。PC材料具有優秀的抗沖擊性和耐熱性，同時保證了窗的清晰度和耐用度。

（二）外觀結構設計

1. 尺寸：以40ft通用集裝箱為原型，按照1：120的比例進行設計。這樣的比例能夠方便展示集裝箱的各個細節，同時也適合在課堂或實驗室內使用。

2. 主體尺寸：主體高度為10.3 cm，長度為主板體長度為50 cm，寬度為10.1 cm。這樣的尺寸確保了教具的穩定性和便攜性（如圖1所示）。

3. 可視化窗格：設置在箱體前側，整體為梯形。其高度為10cm，上邊長為23cm，下邊長為35cm，長度為61cm。通過這個窗口學生可以清晰地觀察到集裝箱內部的布局和貨物狀態。

4. 材質：整體結構選用ABS環保塑料，可視化窗格聚碳酸酯（PC）高透明度材質。

（三）外觀顏色設計

1. 主色調與外觀

藍色基調：集裝箱的整體外觀采用了與真實集裝箱相同的藍色，這不僅使教具看起來更加真實，還增強了其在實際應用中的模擬效果。藍色調的采用，有助于學生在模擬環境中獲得更貼近實際的操作體驗。

透明部分設計：為了使學生能夠清晰地觀察集裝箱內部的貨物和布局，教具的前部左方、右方、前方，以及頂板前側面板采用了透明色。這種設計學生不僅可以直觀地看到集裝箱內部的情況，還可以更好地理解貨物的存放和分布方式。

2. 標識與門涂色

集裝箱后側門標識：在集裝箱的后側門上，填涂與真實集裝箱一致的標識。這一設計增強了教具的逼真感，使學生在操作中能夠更深入地體驗到真實集裝箱的使用環境。

頂板方向標識：為了幫助學生正確識別集裝箱的方向，頂板上設有“前端”“后端”“左側”和“右側”的標識（如圖2所示）。這些標識以清晰的文字和圖形表示，確保學生能夠迅速、準確地識別出集裝箱的各個方向，從而提高他們的操作效率和準確性。

（四）水平儀器設計

為了有效地模擬貨物在集裝箱內的偏載情況并確保這種偏載情況可以被精確地監控和調整，在集裝箱的左側底邊和前側底邊的中部各安裝了一個水平儀器。

1. 左側底邊中部水平儀器（如圖3所示）

安裝位置：該水平儀器被安裝在集裝箱的左側底邊的中部位置，確保它能夠準確地檢測到由于貨物偏載引起的集裝箱左側傾斜情況。

尺寸規格：寬度0.5 cm，長度5 cm。

功能特性：該水平儀器具有高靈敏度，能夠精確測量貨物的傾斜角度，并將數據實時反饋給用戶。其測量范圍廣泛，適用于不同傾斜程度的測量需求。

2. 前側底邊中部水平儀器

安裝位置：該水平儀器被安裝在集裝箱的前側底邊的中部位置，確保它能夠準確地檢測到由于貨物偏載引起的集裝箱前側傾斜情況。

尺寸規格：寬度0.5 cm，長度3 cm。

功能特性：與前側底邊中部水平儀器相同，該儀器同樣具有高靈敏度和精確測量能力。它能夠實時監測貨物的傾斜角度，并提供實時數據反饋，幫助用戶及時調整貨物布局，避免偏載情況的發生。

在集裝箱裝載貨物的過程中，操作員可以通過觀察這兩個水平儀器的數據變化，了解貨物的偏載情況。一旦發現數據異常，操作員可以迅速采取措施調整貨物布局，確保集裝箱內的貨物均勻分布，避免由于偏載導致的安全隱患。

（五）其他要求

抗沖擊性：在運輸和使用過程中，集裝箱教具可能會受到沖擊和碰撞。因此，材料應具有優異的抗沖擊性，以確保教具在各種情況下都能保持完整和穩定。

防火性能：具有防火性能，一般為B1級或A級防火要求。

環保性：材料需要符合國家相關環保標準，具有無毒、無味、抗菌等性能。

安全性：材料需要具有一定的安全性能，選擇無毒、無害、無輻射的材料，以確保師生的健康和安全。

四、實驗教學效果

為了驗證新型教具在現代物流管理專業“國際貨運代理”課程中的教學效果，本次實驗選取該課程作為實驗對象，通過理論與實踐相結合的方式，對教具的實際效用進行全面評估。

1. 實驗對象與方法

本實驗以某高校現代物流管理專業的學生為研究對象，采用新型教具進行“國際貨運代理”課程的輔助教學。具體方法包括理論授課、實訓操作，以及教具使用的反饋收集。

2. 實驗過程

（1）理論授課：首先對學生進行“國際貨運代理”課程的系統講解，為后續實訓操作打下基礎。

（2）實訓操作：學生利用新型教具進行實訓操作，包括裝箱方案的模擬、貨物的實時狀態監控等。

（3）教具使用反饋收集：在實驗結束后，收集學生對教具使用的意見和建議，以便進行后續改進。

3. 實驗結果與分析

（1）可視化需求滿足：教具的可視化窗格能夠直觀地展示裝箱方案的全過程以及貨物的實時狀態，幫助學生更好地理解裝箱方案的各個環節和操作流程。同時，學生還能夠完成多規格、異質品裝箱的積載圖繪制，提高裝箱方案的合理性。

（2）模擬功能強大；教具具備模擬裝箱的功能，學生在模擬環境中可以進行實踐操作，提高了解決實際問題的能力。這一功能使學生在理論學習的同時，更快地掌握實際操作技能。

（3）互動性優越：教具能夠直觀地顯示裝箱偏載情況，學生可以根據實際情況進行調整和優化，從而更好地掌握相關知識和技能。這種互動式的教學方式極大地提高了學生的學習興趣和積極性。

本次實驗驗證了新型教具在現代物流管理專業“國際貨運代理”課程中的教學效果顯著，同時，教具的可視化、模擬和互動性特點使得學生能夠更好地理解課程內容，提高實際操作能力。因此，建議在后續的教學中廣泛推廣使用該教具，以進一步提高現代物流管理專業的教學質量。

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