工业产品智能物流包装系统设计

曹前荣，孙建明，李 昭 CAO Qianrong, SUN Jianming, LI Zhao

（河南科技大学 艺术与设计学院，河南 洛阳 471000）

1 工业产品物流包装现状分析

1.1 市场分析

随着互联网信息技术的高速发展，以及品牌商对产品包装功能多元化的日益重视和追求，传统的物流包装模式已日益显现出短板，成为工业产品运输包装企业高质量发展的瓶颈，人们希望在包装中加入智能技术，以满足日益复杂的流通系统的要求。虽然我国装备制造企业引进了大量高智能化的制造加工设备来提高产品加工质量，但与其他工业化水平较高的国家相比，我国包装行业现代工业化整体水平还不高，自我研发能力比较弱，物流制造企业经营分散，各自为政，存在许多不足之处。主要体现在以下几个方面：

（1） 粗放型设计。目前我们的工业包装设计能够执行运输、保管和流通的基本功能，但大多数企业仍然处于粗放型发展的阶段，盲目的追求数量扩张来吸引资本，忽视了对质量的把控，产品结构单一，高附加值产品少；部分企业在物流管理方面不够专业，企业规模普遍较小；区域性强，地区发展不平衡等，包装精细化发展较为缓慢。

（2） 物流盲态。国内物流业服务参差不齐。有些产品流通层次多，流通渠道长，整个产品供应链环节（生产商、分销商、运输商、使用对象等） 之间无法建立有效关联，且物流企业的数据大多连续性不强，导致对数据的收集整理难度大。难以实现对整个物流链的全方位监控和调整，产品在运输途中发生的问题，运输者往往难以及时发现具体出现差错环节及原因，人力、物力损失严重。

（3） 信息化建设落后。在信息化的今天，一个企业的发展和壮大离不开信息化建设的技术支持。许多企业信息化建设还比较滞后，难以满足客户个性化的要求，一方面缺乏熟练操作物流设施的专业技术人员，另一方面企业软件应用及硬件设施落后，一些装卸设备、仓库设施严重老化，缺少现代化、规模化的作业区，为企业现代化信息建设带来了阻碍。

1.2 运输环境分析

产品一经生产出来便要进入流通环节，在这个过程中，包装和产品要经受不同因素不同程度的损害，如振动、冲击、跌落、温度、湿度、雨雪、太阳辐射、气压、霉菌、沙尘、静压力、静电等，其中振动和冲击是最常见的因素。工业产品的物流环境大致分为陆运、水运、空运三种形式，以公路运输为例，在运输过程中振动通过车厢底板、包装箱，然后传递到产品结构上，不同的流通环境所产生的振动幅度不同，对产品造成的损害程度也不相同。物流服务质量是引领企业竞争优势的核心驱动因素，企业间同质化竞争激烈，为了保证产品运输安全，市场上存在许多为了避免在运输过程中可能出现的损害而选择过度包装的现象。在如此错综复杂的市场环境下，企业要想可持续发展必须依靠商业模式创新，开展资本技术化、科学化运作实现资本运用最优化。工业产品运输既要避免过度包装带来的环境问题，又要保障产品质量安全，这给不少企业带来了巨大挑战。

1.3 储运现状分析

随着现代物流业和供应链管理理念的不断发展，储运管理在物流管理中的重要性日益提高，已成为物流管理的核心部分和关键环节。目前，我国储运管理大部分处于人工管理或半自动化管理状态，存在产品信息难以实时获取、储运管理自动化程度不高、人工依赖性强等诸多问题。以仓储管理为例，通过大量的人力清点货物或使用计算机更新信息，不仅处理速度较慢，影响信息更新的及时性，同时信息的精确性不能得到保证，不利于便捷查询，缺乏信息综合性。因此，如何使工业化与信息化深度融合成为了企业的难题。

2 工业产品智能物流包装系统方案

2.1 设计思路

智能物流集成包装系统是借助信息网络和定位系统构筑的一种实现可监控运输的智能化包装系统，它是一种有利于自动化管理的运输包装技术形式，使工业产品在流通路线上被全程跟踪，方便控制中心对运输路线与工业产品的调整和管理，达到工业产品流通运输的快捷化、路径最优化和低运输成本的目的。智能物流集成包装系统主要包括以下内容：（1） 在产品开发阶段提供“可监控物流包装解决方案”；（2） 对包装样品进行包装测试以验证包装的可靠性及实用性；（3） 优化物流运输及装卸程序；（4） 在物流运输过程中，实时监控工业产品的信息数据，并实时传送至监控中心；（5） 分析处理数据，出现异常情况时及时报警，并提供相应的解决方案。

2.2 设计流程

以循环使用的工业包装箱为平台，以物联网技术为依托，拟在工业产品物流运输过程中实现产品和包装的可追溯性和实时远程监控功能，提高包装效率，节约运输成本，研发设计环境友好型的工业产品智能物流包装系统，系统结构如图1 所示。

图1 工业产品智能物流包装系统结构示意图

3 技术实施

3.1 物流包装模块

工业产品运输包装箱是指工业产品运输使用的包装箱或运输箱等辅助设施，主要是指以运输、储存、保管、流通为主要目的服务于批量化、集装化工业生产的包装品，主要流通于生产商、分销商和零售商之间，如托盘、集装箱、纸箱、钢桶等。与商业产品相比，工业产品具有批量化使用、单位成本较高、使用寿命长、标准化程度较高等特点，木制包装箱是目前市场上常用的针对较大较重工业产品运输的包装箱。

物流包装模块旨在对工业产品包装进行优化设计，使其便于现场拆装、能够循环使用从而提高包装效率、降低包装成本，满足功能性、经济性、绿色化的现代包装要求。目前市场上流通的包装箱大多采用箱体侧面与底座连接式设计，在打开的过程中操作人员需要通过侧面提起的动作才能将包装箱侧面完全打开进入正常装货状态，在此过程中箱体会因为人提拉力的不均而导致侧面卡住、存取困难等问题出现，严重影响工作效率和箱体寿命。针对这一现象，物流包装模块以可循环使用工业包装箱设计为主体，从便捷性、模块化、标准化三个方面对快装箱进行优化设计。

3.1.1 便捷性设计

快装箱在设计时采用分离与折叠设计，具有制造简略、强度高、环保选材、承受冲击和振荡功能良好等特点，主要功能为装载货品、实现货品安全运输、操作方便，同时具有折叠功能，可循环使用；在折叠状态和未折叠状态均可实现多层码垛，箱体上下设计限位标志，方便叉车操作过程中准确码垛，提升了作业效率，回收时装载方便，提高回运装载量，节约了物流包装成本；便于堆积、储存、搬运，极大地减轻操作人员手动搬运的劳动力，具有很好地实用性。

3.1.2 模块化设计

采用模块化设计，将产品各部分进行物流包装评级，针对不同规格、不同特性工业产品的内包装结构和外包装结构进行模块化设计，可以充分满足产品的包装需求，避免过度包装，节约资源，降低成本。内包装模块化设计通过利用间隔板或内包装将包装划分为不同的区域模块，根据产品具体要求采用不同的包装技术完成对每个区域模块的包装设计；外包装模块化设计适用于两个主要尺寸基本不变而另一个主要尺寸变化较大的产品，可通过固定其中两个尺寸改变一个尺寸来实现模块化设计，如长宽尺寸基本一定而高度尺寸存在较大变化时，可采用围板结构进行模块化设计。

3.1.3 标准化设计

标准化是指为了在行业内获得最佳秩序，应对现实和潜在的问题，制定出使包装实现普遍和重复使用的规范。工业产品智能物流包装系统的标准化是指对包装的类型、规格、制造材料、结构、造型等给予统一规定的政策和技术措施。实现包装标准化，主要实现以下四个方面的统一：（1） 统一包装材料的试验方法；（2） 统一包装规格；（3） 统一包装标志；（4） 统一保护方法。

3.2 智能物联模块

智能物联模块主要利用物联网感知技术与智能设备对物理世界进行感知识别，通过网络传输、互联、计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。智能物联模块主要由现场数据采集、监测中心、无线通信三个部分构成，监测中心作为整个系统的神经中枢，负责监测整个系统的运行状态，完成工业产品的实时远程检测、保存和查询。监测中心通过无线通信接收由现场采集的数据，不仅要对数据进行校验、存储、加工处理，同时绘制相应实时曲线，并根据设计的警戒值给出相应的声音、动画报警。

3.2.1 现场数据采集

根据工业产品的种类和性质，工业产品包装现场信息采集设备常分为温度、湿度测量与控制设备（如通风机、去湿机等）、压力传感器、角度传感器、视频监控设备等。通过在工业产品包装设备上安装数据采集终端，实时连续监测工业产品信息、包装信息、厂家信息、运输工具信息与司机信息，配合RFID 技术和无线局域网技术构建一个物品仓储环境实时监控网络，实时捕捉仓储中的温度、湿度、实时时间、地理坐标、冲击力、倾斜角度等信息并通过无线局域网络报告给仓储的管理系统。系统结构如图2 所示。

图2 物流实时跟踪系统功能结构图

3.2.2 数据传输

通过5G 无线通信网络将产品流通过程中的物流信息和产品状态信息实时发送给监控中心，实现对产品运输的远程实时监控。GPRS 的高速处理数据的特点恰好适用于实时性要求高、单个数据小，但总量大的工业产品物流运输信息的实时传输。无线通信通过传递RFID 标签和数据库系统中相对应的编号信息，使得工业产品的信息与数据库相关联，提高了数据信息的传输效率，降低了PRID 标签的信息载荷，如图3 所示。

图3 智能物流包装系统网络结构图

3.2.3 数据分析

数据经5G 网络上传至监控中心，由监控中心分别对收到的实时温度、湿度、时间、地理坐标、冲击力和倾斜角度信号分别进行分析处理，继而形成监控数据，实现与现场终端设备的实时通信。

3.2.4 建立数据库数据库管理系统通过对数据的统一组织和管理，建立相应的数据库和数据仓库，可实现对数据的整理，在减轻智能标签信息负荷的同时可实现对大量分散物流中工业产品相关信息的高效存储查询。

4 可行性分析

通过实时远程监控，传感器能快速捕捉到仓储环境中的信息变化，并运用RFID 技术、定位系统将这些信息通过无线局域网络报告给仓储的管理系统，管理系统立即报警，提醒运输司机及时对产品做出调整处理，如图4 所示。该系统作为一种技术集成创新，可有效降低成本及开发风险，具有较好的市场可行性。

图4 物流模数体系结构图

5 结 论

本文针对工业产品尤其是高端工业产品在物流过程中由于振动等因素导致产品损坏的实际情况，提出了一种智能物流包装系统，旨在为工业产品提供更加安全可靠的物流包装保护。商品的源头追溯和供应链的透明化管理将使得智能物流包装成为包装产业的主流趋势。智能物流系统在部分包装上已经取得应用，但在应用技术还需要不断完善，可以预见的是，随着物联网时代的到来，创新性的智能物流包装方案将层出不穷，带动整个包装行业的信息化和智能化，提高中国物流的整体水平，智能包装技术的发展会成为包装革新的重要突破口。过硬的质量保障和创新型服务管理是物流企业发展的重要途径，作为新时代的包装设计师要及时补充新知识和新技术，将设计与技术相结合，根据不同客户制定不同的服务标准，提出新思路与新方法，更好地为人们提供人性化、便捷化包装服务。