技术领域
[0001] 本发明涉及系统设计领域，具体是一种纸包装设计系统。
相关背景技术
[0002] 折叠纸盒作为产品的第一层包装，直接影响产品的外观展示和初次体验。材料的选择不仅关系到折叠纸盒的结构强度和保护能力，还涉及到印刷质量和整体美观。市场上常用的折叠纸盒材料包括白卡纸、灰底白板纸等，它们各有特点，但也存在着一定的局限性。因此，在保证产品安全、符合市场定位和控制成本等因素的前提下，选择合适的折叠纸盒材料成为了一个关键问题。
[0003] 与此同时，瓦楞纸箱作为外层包装，在保护和运输效率方面扮演着至关重要的角色。长期以来，都是通过试验方法或经验公式来计算对瓦楞纸箱抗压强度，然后据此来设计瓦楞纸箱。传统的瓦楞纸箱设计和材料选择方法往往无法满足现代市场的多样性要求。而纸箱的抗压强度即纸箱压缩的强度，它反映了纸箱的内在强度的质量，是运输包装的主要考核指标，影响纸箱抗压强度的因素有很多，有瓦楞纸板材料配纸、结构尺寸、加工工艺、装箱后的堆码方式等。如何在瓦楞纸箱的设计中更好的选择最佳的瓦楞纸板配纸方式，成为当前包装行业面临的一大挑战。
[0004] 传统的包装设计流程往往是线性和静态的，包括选择合适的包装材料、手动绘制设计图、计算尺寸和堆码布局等步骤。这一过程不仅效率低下，而且在面对市场快速变化时缺乏必要的灵活性。例如，当需要根据产品重量及栈板堆叠的最大高度限制来挑选合适的瓦楞纸板材料时，或者在设计针对不同销售模式(如单品展示销售与托盘集合销售)的包装方案时，生产企业面临的挑战是如何创造出既高效又能适应多种销售环境的包装解决方案。这要求包装设计不仅要考虑美观和实用性，还要兼顾成本和环保要求。包装设计流程往往耗时长、效率低下，难以适应市场对快速反应和个性化定制的要求。因此，寻找一种既能满足复杂包装需求又能提高设计效率和准确性的新方法，成为了生产企业亟需解决的问题。
具体实施方式
[0057] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0058] 如图1所示，纸包装设计系统，包括：
[0059] 纸盒材料选择模块，根据产品重量及预制的材料信息表向用户推荐纸盒材料；材料信息表中至少包括材料类型及适用的产品重量范围。使用时，用户输入产品重量，通过查找材料信息表即可获知可供选择的材料类型。
[0060] 为了能提供更准确的材料选型，在材料信息表中还可以加入其他因素，如抗压得分、缓冲能力得分、成本效益得分、环保性得分、印刷适应性得分及平滑度得分等。本申请对每个因素进行了加权求和以获取材料的总分，在根据产品重量确定材料时，根据总分顺序对待选材料进行了排序，以向用户提供综合性能更高的材料。在向用户展示推荐的材料时，也可向用户展示材料对应的各项得分情况，以便用户根据实际需求在可供选择的材料类型中进一步确定所需材料。材料信息表如图2所示。
[0061] 本申请通过对各种材料的各项参数进行评分，通过评分对材料进行选择，使得选择出的材料更符合需求，且选择过程更快速，效率更高。基于纸盒材料选择模块可以更精确地匹配产品需求与材料特性，优化包装材料的选择过程，减少资源浪费，同时促进环保和可持续发展的实践。
[0062] 包装结构设计模块，根据产品尺寸确定纸盒尺寸；根据纸盒尺寸和在外箱长、宽、高方向上的纸盒数量nx、ny及nz确定外箱尺寸；根据外箱尺寸、栈板尺寸及堆码限高确定外箱在栈板上的摆放方式；根据摆放方式确定护角尺寸。
[0063] 具体的，根据纸盒在纸箱中的装箱方式，本申请提供了两种装箱模式，单盒模式及托盘模式。使用时首先对纸盒类型进行选择，其次对装箱模式进行选择，然后根据装箱模式计算尺寸及摆放方式，再根据摆放方式计算护角尺寸。
[0064] 设外箱长Le、宽Be、高H2。
[0065] 单盒模式下，首先需要输入纸盒的长L、宽B、高H，纸盒在外箱长、宽、高方向上的数量nx、ny及nz、纸盒纸板厚度d、纸盒外径修正系数k，外箱纸板厚度d2、外箱内径修正系数k2，衬板数量n3、衬板纸板厚度d3，栈板的长Lx，宽Wy，高Hd及堆码限高HS。
[0066] 外箱尺寸计算单元的计算过程为：
[0067] H2＝(H+d+k)×nz+n3×d3+k2+2×d2；
[0068] 当L×nx>B×ny时，Le＝(L+d+k)×nx+k2+1.5×d2，Be＝(B+d+k)×ny+k2+d2；
[0069] 当B×nx>L×ny时，Le＝(B+d+k)×ny+k2+1.5×d2，Be＝(L+d+k)×nx+k2+d2；
[0070] 托盘模式下，首先需要输入纸盒的长L、宽B、高H，纸盒在外箱长、宽、高方向上的数量nx、ny及nz、纸盒纸板厚度d、纸盒外径修正系数k，托盘纸板厚度d1、托盘内径修正系数k1、外箱纸板厚度d2、外箱内径修正系数k2，外箱高度修正系数kh2，栈板的长Lx，宽Wy，高Hd及堆码限高HS。
[0071] 设托盘长Bt、宽Lt，则外箱尺寸计算单元的计算过程为：
[0072] Bt＝(B+d+k)×ny+2×2.5×d1+k1+d1；
[0073] Lt＝(L+d+k)×nx+k1+d1；
[0074] H2＝nz×H+d+nz×d1+kh2+2×d2；
[0075] 当L×nx>B×ny时，Le＝Lt+d1+k2+1.5×d2，Be＝Bt+d1+k2+d2；
[0076] 当B×nx>L×ny时，Le＝Bt+d1+k2+1.5×d2，Be＝Lt+d1+k2+d2；
[0077] 摆放方式计算单元的计算过程为：
[0078] 高度方向堆码数量为：HP＝(HS‑Hd)/(H2+2d2)，
[0079] 摆放时若纸箱长对应栈板长，则堆放数量P1＝Lx/(Le+d2)×Wy/(Be+d2)×HP；
[0080] 摆放时若纸箱长对应栈板宽，则堆放数量P2＝Lx/(Be+d2)×Wy/(Le+d2)×HP；
[0081] 比较P1与P2，堆放数量多的排放方式为最终排放方式，实现物流效率的最大化。
[0082] 护角计算单元的计算过程为：
[0083] 高度方向的护角长度：HJ1＝HP×H2；
[0084] 当P1>P2时，长度方向的护角长度：HJ2＝Lx/(Le+d2)×Le，宽度方向的护角长度：HJ3＝Wy/(Be+d2)×Be；
[0085] 当P2>P1时，长度方向的护角长度：HJ2＝Lx/(Be+d2)×Be，宽度方向的护角长度：HJ3＝Wy/(Le+d2)×Le。
[0086] 为了便于设计和生产决策参考，所述包装结构设计模块还包括展示单元，用于根据纸盒类型、纸箱类型给出对应的展开结构图与3D示意图，根据栈板类型以及栈板基础参数生成栈板结构图，根据最终摆放方式给出纸箱堆栈3D示意图。需要说明的是包装结构设计模块中设置有8种纸盒类型、2种纸箱、2种托盘、2种栈板供用户灵活选择。纸盒包括反向插入式纸盒、笔直插入式纸盒、自锁底、锁底式、扣盖锁底式、飞机盒‑01、飞机盒‑02、飞机盒‑03。
[0087] 为了便于获知材料情况，所述包装结构设计模块还包括物料清单生成单元，用于根据纸盒材料选择模块、外箱尺寸计算单元、摆放方式计算单元及护角计算单元的计算结果给出包装需求对应的物料清单。物料清单示例如图3所示，由于物料清单中清楚标注了各项明细，因此，直接将物料清单运用于生产可以提高生产效率。
[0088] 纸箱配纸选配模块，根据产品重量、纸盒排放需求、外箱尺寸、外箱在栈板上的排放方式确定外箱配纸。
[0089] 具体的，所述纸箱配纸选配模块包括：
[0090] 纸箱材料选择单元：用于根据内装物质量推荐纸箱材料；纸箱材料包括A瓦、B瓦、C瓦、E瓦、BC瓦；基于瓦楞纸板的综合性能优势及经济环保需求，本申请主要在B瓦、C瓦和BC瓦楞纸板中进行选择，根据内装物质量并结合《GBT6543‑2008运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》中的瓦楞纸箱的种类进行比对筛选，即可确定选择哪种瓦楞纸。
[0091] 空箱抗压及综合环压强度计算单元：用于根据用户选择的纸箱材料、外箱在栈板上的摆放方式及内装物质量计算空箱抗压；根据空箱抗压及纸箱尺寸计算综合环压强度。
[0092] P＝((HS‑Hd)/(H2‑1)×G×9.81×K
[0093] PX＝(P/S/SH)/((4×aXz/Z)^(2/3))/Z/J
[0094] 式中，P为纸箱空箱抗压，HS为堆码限高，Hd为栈板高，H2为外箱高，G为一箱产品的重量，K为安全系数，PX为瓦楞纸板原纸的综合环压强度，S为长宽比修正系数，SH为高度修正系数，aXz为瓦楞常数，Z为纸箱周长，Z＝(Le+Be)×2，J为纸箱常数。长宽比修正系数、高度修正系数、瓦楞常数可通过查表获知。
[0095] 凯里卡特系数、常数对照表
[0096] 瓦楞类型Q 伸长系数(Cn) 瓦楞常数(aXz) 纸箱常数(J)A 1.507 8.36 1.1
C 1.477 6.1 1.27
B 1.361 5 1.27
E 1.262 1 1
AA 16.72 0.94
CA 14.46 1.02
BA 13.36 1.01
BC 11.1 1.08
BB 10 1.08
[0097] 高度修正系数对照表
[0098]
[0099]
[0100] 长宽比修正系数对照表
[0101]
[0102]
[0103] 配纸输出单元：用于根据空箱抗压及综合环压强度确定纸箱配纸。根据配纸来源可将配纸的选择分为自定义配纸方式或厂商配纸选择方式，对应的，所述配纸输出单元包括自定义输出单元及选配输出单元。
[0104] 所述选配输出单元根据空箱抗压及综合环压强度遍历厂商提供的原纸选配表以确定纸箱配纸，选择综合环压强度最接近空箱抗压且大于空箱抗压的原纸定量。原纸选配表如下表所示。
[0105] 原纸选配表
[0106]
[0107]
[0108] 自定义输出单元中，当纸箱材料为单瓦楞纸板时，自定义配纸参数包括瓦纸原纸定量W及瓦纸原纸环压指数Rd；根据自定义配纸参数计算面纸环压强度PWr＝(PX×100‑W×Rd×Cn)/2，式中，Cn位伸长系数。基于面纸环压强度查找箱板纸原纸定量对照表以获取面纸定量Wr及里纸定量Wr。箱板纸原纸定量对照表如下表所示。
[0109] 箱板纸原纸定量对照表
[0110]
[0111]
[0112] 当纸箱材料为双瓦楞纸板时，自定义配纸参数包括第一瓦纸原纸定量W1、第一瓦纸原纸环压指数Rd1、第二瓦纸原纸定量W2、第二瓦纸原纸环压指数Rd2、夹心纸原纸定量v及夹心纸环压指数Rd3，根据自定义配纸参数计算面纸环压强度PWr＝(PX×100‑W1×Rd1×Cn1‑W2×Rd2×Cn2‑W×v×Rd3)/2，式中，Cn1、Cn2为伸长系数。
[0113] 需要说明的是，本申请的各模块可结合使用，也可单独使用，使用范围更广，适应性更高。
[0114] 实施例
[0115] 以单盒包装模式为例进行说明，公司的新款LED灯泡重80克，尺寸为直径60mm，高度118mm，一箱装40只产品。该产品需单独包装销售，包装需兼顾成本效益和外观吸引力，同时确保运输过程中的安全性。堆码限高为1100mm。
[0116] 在纸盒材料选择模块中输入产品重量，纸盒材料可选范围为350g‑400g灰底白、350g‑400g白卡纸、F瓦楞对裱250g白卡纸，由于本产品需要兼顾成本与印刷效果，结合综合加权评分与产品重量范围，基于图2进行材料选择，350g白卡纸总分达到5.93，灰底白板纸总分为5.68、5.63，得分来看，350g白卡纸更为优秀，再看印刷效果，350g得分要高于灰底白板纸。因此综合来看，350g白卡纸更为优秀，故决定采用350g白卡纸，纸盒类型选用01自锁底纸盒。
[0117] 纸盒外径修正系数取1mm，纸盒与纸盒之间的间隙系数为0.5mm，纸盒在x、y、z方向的排列数量为5、4、2，根据上述技术要求，可根据内径尺寸Xi＝(xn+kn)nx+k'、制造尺寸公式X＝Xi+d计算出纸盒的制造尺寸为61.5*61.5*119.5mm，式中，Xi纸盒内径尺寸，xn产品外径尺寸，kn产品外径修正系数，nx产品排列数量，k’纸盒内径修正系数，X纸盒制造尺寸，d纸盒纸板材料厚度。
[0118] 根据纸盒在纸箱中排列的方式得到一箱产品重量约为3.2kg，参照内装物质量与瓦楞纸箱内尺寸对照表，纸箱材料选用B瓦(3mm)，纸箱内径修正系数取5mm，高度修正系数取5mm。衬板材料选择B瓦(3mm)，衬板数量上下各1张。栈板尺寸为1200*1000*125mm，限高1100mm。
[0119] 内装物质量与瓦楞纸箱内尺寸对照表
[0120]
[0121] 展示单元根据相关数据生成对应展开图及3D示意图，图4为纸盒结构展开图，图5为纸盒3D模型示意图，图6为纸箱结构展开图，图7为纸盒排列3D示意图，图8为栈板结构示意图，图9为纸箱堆栈3D示意图。
[0122] 物料清单生成模块根据相关数据生成物料清单，物料清单中的尺寸单位为mm。
[0123] 物料清单
[0124]
[0125]
[0126] 根据内装物质量并结合《GBT6543‑2008运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》中的瓦楞纸箱的种类进行比对筛选，3.2kg的包装件重量既可以选择使用单瓦楞纸箱，也可选择双瓦楞纸箱。两种配纸计算方式如下：
[0127] 1、单瓦配纸选配方案
[0128] 根据上述步骤生成的纸箱尺寸信息，包装件尺寸(32*25.6*25.9cm)、包装件重量(3.2kg)、堆码限制高度(110cm)、栈板高度(12.5cm)、安全系数(3)。
[0129] 若采用自定义输出单元，则瓦纸原纸定量W及瓦纸原纸环压指数Rd均取默认值120、7.5，输出配纸方案为：
[0130]B型纸板 面纸 瓦纸 里纸
定量 90 120 90
环压指数 5.3 7.5 5.3
[0131] 若采用选配输出单元，则输出配纸方案为：
[0132]包装件重量 堆码层数 空箱抗压 综合环压强度 配纸 纸箱尺寸
3 3 244.08 306.81 100/70/100 32*25.6*25.9
[0133] 2、双瓦配纸选配方案
[0134] 根据上述步骤生成的纸箱尺寸信息，包装件尺寸(32*25.6*25.9cm)、包装件重量(3.2kg)、堆码限制高度(110cm)、栈板高度(12.5cm)、安全系数(3)。
[0135] 若采用自定义输出单元，则第一瓦纸原纸定量W1取120、第一瓦纸原纸环压指数Rd1取8.5、第二瓦纸原纸定量W2取120、第二瓦纸原纸环压指数Rd2取8.5，夹心纸原纸定量v取90，夹心纸环压指数Rd3取7.5，输出配纸方案为：
[0136] BC型纸板 面纸 瓦纸1 夹心纸 瓦纸2 里纸定量 90 120 90 120 90
环压指数 5.3 8.5 7.5 8.5 5.3
[0137] 若采用选配输出单元，则输出配纸方案为：
[0138] 包装件重量 堆码层数 空箱抗压 综合环压强度 配纸 纸箱尺寸3 3 244.08 271.37 120/90/70/110/120 32*25.6*25.9
[0139] 托盘模式工作过程与单盒模式类似，在此不再赘述。
