電熱水器緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

周霞

?

電熱水器緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

周霞

（廣東順德圣堡萊熱能科技有限公司，廣東 佛山 528329）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，家電產(chǎn)品市場(chǎng)一片繁榮，家電行業(yè)的迅速發(fā)展，給人們的生活和生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的便利，但是由于人們對(duì)家電的需求量增大，家電產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售的過(guò)程中很容易因?yàn)楫a(chǎn)品包裝不善出現(xiàn)損壞。以電熱水器為例，研究了其緩沖包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。緩沖包裝結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)電熱水器本身的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析其容易受損的原因，并根據(jù)運(yùn)輸環(huán)境，制訂相關(guān)尺寸的襯墊結(jié)構(gòu)。電熱水器緩沖襯墊設(shè)計(jì)中除了質(zhì)量問(wèn)題，還應(yīng)該兼顧材料節(jié)省等因素，對(duì)電熱水器緩沖包裝進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，隨著對(duì)緩沖包裝結(jié)構(gòu)的研究不斷深入，制訂更加優(yōu)化的緩沖包裝結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行，選擇合理可行的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可以有效降低成本，使產(chǎn)品平臺(tái)通用化，在其他家電產(chǎn)品的緩沖包裝設(shè)計(jì)上面可以廣泛推廣。

電熱水器；緩沖包裝；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；生態(tài)文明

當(dāng)前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人類社會(huì)發(fā)展已經(jīng)從工業(yè)文明開(kāi)始向生態(tài)文明轉(zhuǎn)變，生態(tài)文明建設(shè)儼然已是當(dāng)前時(shí)代的主體，成為社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)由于特殊的經(jīng)濟(jì)形式，更是面臨著生態(tài)化與經(jīng)濟(jì)化并重的局面。目前，世界各國(guó)都開(kāi)始興起低碳節(jié)能的經(jīng)濟(jì)模式。在我國(guó)的包裝行業(yè)中就面臨著低碳環(huán)保的改革趨勢(shì)。我國(guó)的包裝行業(yè)較發(fā)達(dá)國(guó)家相比，起步較晚，最初的包裝行業(yè)主要是用于軍事方面的包裝使用，后來(lái)隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，包裝行業(yè)開(kāi)始逐漸滲透于各個(gè)行業(yè)中。雖然我國(guó)的包裝行業(yè)起步較晚，生產(chǎn)水平十分有限，但是自我國(guó)進(jìn)入世貿(mào)組織以來(lái)，我國(guó)的各行各業(yè)都有了顯著發(fā)展，不斷在進(jìn)行優(yōu)化改良。我國(guó)的包裝行業(yè)發(fā)展也逐步從分散化向規(guī)?；M(jìn)行革新，電熱水器緩沖包裝設(shè)計(jì)和優(yōu)化是新時(shí)代必然的發(fā)展走向。

1 緩沖包裝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)的包裝緩沖材料正在由傳統(tǒng)形式向環(huán)保、綠色無(wú)污染方向發(fā)展，比如紙漿模、蜂窩紙板等等。但是在當(dāng)前我們家電產(chǎn)品（洗衣機(jī)、電視機(jī)、電冰箱、電熱水器等）緩沖材料的應(yīng)用中還是主要采用泡沫材料制作緩沖襯墊。經(jīng)國(guó)內(nèi)外相關(guān)人員的研究表明，目前紙漿模塑一類的環(huán)保型緩沖材料的生產(chǎn)技術(shù)還不夠成熟，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及力學(xué)性能還有待提高，紙漿模塑緩沖襯墊的生產(chǎn)設(shè)計(jì)主要是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)得來(lái)，沒(méi)有形成系統(tǒng)的技術(shù)指導(dǎo)。目前，紙漿模塑主要應(yīng)用于一些小型的家電產(chǎn)品的緩沖材料制作中。但在大、中型家電產(chǎn)品的應(yīng)用中還不夠廣泛，若要廣泛應(yīng)用，還需要有一個(gè)漫長(zhǎng)的研發(fā)過(guò)程。目前，家電行業(yè)的緩沖材料主要是用泡沫材料進(jìn)行生產(chǎn)，但是當(dāng)前國(guó)內(nèi)緩沖包裝設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)較為缺乏，通常是以經(jīng)驗(yàn)作為生產(chǎn)依據(jù)，導(dǎo)致緩沖襯墊的設(shè)計(jì)生產(chǎn)只是單純的以保護(hù)產(chǎn)品為目的，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中存在著很多不規(guī)范的情況，如果不及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化整改，將會(huì)導(dǎo)致包裝材料過(guò)剩出現(xiàn)資源浪費(fèi)的情況。過(guò)剩的包裝材料流入生態(tài)環(huán)境中，將加劇環(huán)境的承載負(fù)荷，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，家電緩沖包裝結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)性材料向環(huán)保型材料發(fā)展過(guò)渡階段，應(yīng)該有效、合理、節(jié)制地進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，以響應(yīng)國(guó)家可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的號(hào)召。

2 電熱水器緩沖包裝優(yōu)化的意義

據(jù)相關(guān)科學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，就目前的國(guó)際市場(chǎng)而言，家電領(lǐng)域中由于包裝問(wèn)題而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)10億元。分析其中的原因，一方面是由于家電產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展迅速，家電產(chǎn)品更新?lián)Q代的時(shí)間短，緩沖包裝設(shè)計(jì)不能達(dá)到快速發(fā)展的家電行業(yè)要求，出現(xiàn)包裝緩沖襯墊結(jié)構(gòu)老化，包裝效果不符合要求；另一方面，一部分商家為了在家電產(chǎn)品的運(yùn)輸及銷售中最大限度地保護(hù)產(chǎn)品不受磨損，所以，常常使用比正常包裝多幾倍的防損襯墊，這就極大地造成了資源的浪費(fèi)。在電熱水器行業(yè)的緩沖包裝中尤為明顯，所以，改良優(yōu)化電熱水器緩沖包裝結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。近年來(lái)，家電行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，家電產(chǎn)品品牌種類繁多，不同的家電產(chǎn)品其緩沖包裝的使用是不一樣的，雖然當(dāng)前很多學(xué)者對(duì)洗衣機(jī)、電視機(jī)、電腦、冰箱一類的家電產(chǎn)品緩沖襯墊進(jìn)行了系統(tǒng)研究，但是對(duì)于電熱水器緩沖襯墊包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論研究非常少。加強(qiáng)對(duì)電熱水器緩沖襯墊研究可以有效地豐富家電領(lǐng)域緩沖襯墊的應(yīng)用以彌補(bǔ)行業(yè)研究空白，在電熱水器的緩沖包裝生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中融入仿真技術(shù)，不僅可以縮短樣品制作及設(shè)計(jì)周期，還可以更好地對(duì)緩沖襯墊的力學(xué)性能進(jìn)行綜合評(píng)估。

3 電熱水器緩沖包裝結(jié)構(gòu)磨損原因

當(dāng)前我們家電市場(chǎng)上的家用電熱水器一般主要有敞開(kāi)式和封閉式兩種，多以封閉式電熱水器為主。電熱水器在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中極易受到外部環(huán)境的沖擊和振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)載荷增加作用于產(chǎn)品。如果動(dòng)載荷強(qiáng)度過(guò)大，超過(guò)了產(chǎn)品能夠承受的范圍，將導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)破損，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。就力學(xué)角度而言其損壞作用的對(duì)象有緩沖襯墊及內(nèi)裝產(chǎn)品。內(nèi)裝產(chǎn)品主要會(huì)受到以下幾種形式的損壞：①?zèng)_擊過(guò)載損壞。包裝一旦受到外界跌落沖擊后，內(nèi)在物品的載荷過(guò)大產(chǎn)品就極易出現(xiàn)塑性變形，進(jìn)而出現(xiàn)產(chǎn)品外殼裂縫、凹陷及內(nèi)部原件損壞等情況。②一些家電產(chǎn)品本身材料具有很強(qiáng)的脆性，沖擊拉力增大超過(guò)本身承載負(fù)荷就會(huì)出現(xiàn)斷裂破損現(xiàn)象。

究其原因，電熱水器緩沖包裝結(jié)構(gòu)破壞主要有以下幾方面原因：①疲勞損壞。在電熱水器的生產(chǎn)中，部分元器件由于其特殊性需要使用彈性材料進(jìn)行制作，在運(yùn)輸過(guò)程中長(zhǎng)期受到交變應(yīng)力的作用致使材料超過(guò)疲勞強(qiáng)度極限，出現(xiàn)元器件損壞，在使用中失效或靈敏度降低。②表面磨損。如果電熱水器的保護(hù)包裝不合理，在運(yùn)輸中包裝受到振動(dòng)或者沖擊時(shí)，就會(huì)加劇襯墊與內(nèi)裝產(chǎn)品之間的摩擦，導(dǎo)致電熱水器表面出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，不能滿足包裝的相關(guān)要求。③過(guò)度變形。產(chǎn)品襯墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要保持在一個(gè)較為標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，不能超過(guò)允許公差，部分產(chǎn)品由于變形過(guò)大，就有可能出現(xiàn)相鄰部件過(guò)度摩擦出現(xiàn)短路或者摩擦損傷，導(dǎo)致緩沖襯墊失效。

4 解決措施

現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展迅速，產(chǎn)品的價(jià)值除了本身產(chǎn)品的特性以外，還依賴于產(chǎn)品包裝的好壞，電熱水器包裝設(shè)計(jì)主要包括兩方面內(nèi)容：①產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)；②包裝外觀設(shè)計(jì)，包括文字、線條、色彩、裝飾、插圖等元素。

本文對(duì)產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)的研究主要是針對(duì)緩沖包裝結(jié)構(gòu)的研究，而不對(duì)表面裝飾造型進(jìn)行重點(diǎn)分析。電熱水器緩沖包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)產(chǎn)品用途、形態(tài)、性質(zhì)、運(yùn)輸方式、銷售及銷售方式來(lái)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)分析，不同的產(chǎn)品其脆弱性、耐熱性、耐濕性、侵蝕性都是不同的，主要以液態(tài)和固態(tài)兩種形式區(qū)分，由于產(chǎn)品本身的屬性不同，產(chǎn)品緩沖包裝設(shè)計(jì)也不盡相同，比如一些產(chǎn)品為了方便銷售時(shí)進(jìn)行展示，其緩沖包裝設(shè)計(jì)就相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)；但如果產(chǎn)品需要長(zhǎng)時(shí)間保存，在進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該首先考慮其密封性與堅(jiān)固性。在針對(duì)電熱水器緩沖襯墊的設(shè)計(jì)中，其主要考慮的因素為如何有效地將運(yùn)輸過(guò)程中的沖擊力及振動(dòng)通過(guò)緩沖襯墊對(duì)相應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行承擔(dān)，盡量避免由于運(yùn)輸途中的振動(dòng)、沖擊、靜壓力過(guò)大導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部元件受損。總而言之，電熱水器產(chǎn)品包裝緩沖襯墊在設(shè)計(jì)中應(yīng)該具有方便性、可變性、保護(hù)性及生產(chǎn)合理性。

優(yōu)化電熱水器緩沖包裝設(shè)計(jì)優(yōu)化一般包括以下內(nèi)容：通過(guò)將實(shí)際的物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，明確相關(guān)的設(shè)計(jì)條件及目標(biāo)，通過(guò)參數(shù)變化來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和改良，通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，繼而得出改良優(yōu)化方案。在電熱水器的緩沖包裝優(yōu)化改良設(shè)計(jì)中，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)及預(yù)設(shè)常量，常量通常情況下不需要進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)調(diào)節(jié)各項(xiàng)變量來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)。

在數(shù)字模型中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行有效控制，將設(shè)計(jì)的變量取值和限制稱為約束條件。電熱水器的緩沖襯墊的改良設(shè)計(jì)中首先應(yīng)該進(jìn)行輕量化處理。通過(guò)對(duì)改良結(jié)果進(jìn)行分析，看其改進(jìn)的思路及方法是否具有一定的可行性，然后根據(jù)這個(gè)改進(jìn)思路進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)行多目標(biāo)優(yōu)化的方式建立相關(guān)優(yōu)化數(shù)字模型進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)所得出的結(jié)果選擇最佳設(shè)計(jì)方案。此外，設(shè)計(jì)方案還需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)即靜力分析測(cè)試，檢測(cè)緩沖襯墊是否能夠滿足相關(guān)產(chǎn)品需求，緩沖性能是否合格，從而從理論上設(shè)計(jì)出合理、科學(xué)的緩沖襯墊。

5 結(jié)束語(yǔ)

在電熱水器緩沖襯墊結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們需要將實(shí)踐與理論知識(shí)相互結(jié)合，本文對(duì)電熱水器緩沖裝置的磨損相關(guān)因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)緩沖襯墊結(jié)構(gòu)性能會(huì)受到多方面因素的影響，由于當(dāng)前電熱水器緩沖設(shè)計(jì)中理論分析、設(shè)計(jì)與優(yōu)化中受技術(shù)能力的制約，發(fā)展進(jìn)程還十分緩慢，但我們應(yīng)該看到其中的潛力和挑戰(zhàn)，積極地進(jìn)行緩沖襯墊的優(yōu)化改良設(shè)計(jì)。本文緩沖襯墊改良主要是根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析，后續(xù)對(duì)緩沖襯墊優(yōu)化設(shè)計(jì)中還可以從多方面進(jìn)行研究，以提高包裝行業(yè)的技術(shù)水平，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)策略。

［1］林冬鳴.紙漿模塑緩沖襯墊的結(jié)構(gòu)性能分析與制品設(shè)計(jì)［D］.無(wú)錫：江南大學(xué)，2008.

［2］何艷萍.筆記本電腦紙漿模塑緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及測(cè)試［D］.西安：西安理工大學(xué)，2009.

［3］王瑋.電熱水器遠(yuǎn)程控制器的實(shí)現(xiàn)及基于SOPC的設(shè)計(jì)［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2003.

［4］車(chē)憲香.包裝件跌落模擬計(jì)算與緩沖結(jié)構(gòu)優(yōu)化［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

2095－6835（2018）24－0131－02

TB485.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.131

〔編輯：張思楠〕