纸箱尺寸设计中的系统论方法

       1、前言

        我国的包装工业与世界先进水平存在差距，一方面是由于技术方面的问题，另一方面也是由于设计指导思想方面的问题。比如说，在包装的设计过程中仅仅是就事论事，缺乏系统论分析方法，从而使得所设计出来的包装不能够满足人机工程学的要求，以及技术经济合理性等方面的要求。这一点，在目前的纸箱尺寸设计中反映得十分明显。

        纸箱属于纸器包装中的一部分。纸器包装是各种包装方法中应用最广的一种，它既可以作为内包装又可作为外包装，而纸箱则是纸器包装中最常见的形式，它具有易开启搬运存放，可再生反复使用，能在表面上印刷各种文字和图案，相对价格比较低廉等优点，而且具有一定的强度，可以为包装内容物提供较好的促销作用和保护作用，所以纸箱包装得到了越来越广泛的应用。我们有理由对纸箱包装的设计予以足够的重视。

        目前，我国只是对纸箱的箱型作了明确的规定，而对纸箱的尺寸大小却无任何要求，主要由设计者来定，而设计者在确定纸箱尺寸时又主要是考虑两方面的因素：一是能够包容得下包装内容物；二是具有足够的强度。对于一些大件物品，象冰箱、彩电、洗衣机等，纸箱的尺寸和形状确实主要取决于产品的大小与形状，但仍然有相当多的时候，包装纸箱比其所包装的单件产品要大得多，如衣物、食品以及小商品等，这时候纸箱形状和大小的设计相对来说就要灵活得多，但这决不意味着可以随意设计。其实，制约纸箱大小和形状的因素除去包装内容物外，还有许多其它的因素，所以设计时只有系统地综合地把握住所有的制约因素，才能够真正合理地确定纸箱的大小形状。下面仅以出口服装的包装纸箱设计来说明这个问题。由于为了便于制造、存放、搬运，这类纸箱一般都是设计成长方体形，所以，实际在设计中要确定的是纸箱的长宽高三个尺寸的大小。

        2.纸箱尺寸大小的制约条件

        为了使问题简单明了，我们暂不考虑纸箱的生产制造这个环节，仅就纸箱的使用过程来加以分析。显然这样做并不会使我们的问题和答案失去意义。

        纸箱在服装厂出口中的使用过程一般可以概述如下：

        1）将出口服装按单装箱，再用胶带纸封箱，填写必要的文字说明，再用塑料带捆扎。

        2）装车。有二种方式：一是将纸箱码在托盘上随托盘一起装车，这样做便于自动或机械化装卸，效率高，是常用的一种方式；另一种是将纸箱直接码放在货车车厢内或集装箱内。

        3）将纸箱运至车站码头，卸车，再装入集装箱内。当然，有时这一步会在厂内直接完成。

        4）纸箱运抵出口目的地（国）后，一般都有要转由汽车运到批发中心或配货中心进行码放。

        5）将服装（常常是随同纸箱一起）放至配货架上，由配货员根据分销商或者分销店的清单要求进行配货。

        6）将腾空的纸箱或者再用作包半配货或者压叠回收。

        在使用过程中涉及到包装纸箱大小的制约因素主要有以下五个方面：

        1）人机工程学方面的因素。

       在码放、捆扎、半年以及将服装按照种类、颜色、大小顺序地放入配货架上时，都需要由人来搬放一个个的纸箱。如果纸箱的尺寸大小设计得不好，就可能使工人操作起来十分不便。如有家出口服装厂生产的是牛仔裤，采用的是800（长）×800(宽)×200(高)mm的单层瓦楞纸箱包装，在去掉捆扎带和盖后，由于牛仔裤较重，当用手搬住纸箱两边时，发生纸箱中间向下凸的现象，两手操作十分吃力，更别说有时需要将纸箱连带衣物一起放到2米高的配货架上。又比如有一个厂所用的纸箱为1150(长)×400(宽)×600(高)mm，这种规格的纸箱在一个人操作时十分吃力.更有甚者，我在调研中还发现有个厂子的纸箱长1米，宽80厘米，高60厘米，毛重60多公斤，一般的人根本别想搬得动，配货中心也只好就地开箱，然后将衣物取出装入一个小些的纸箱中再送上配货架，增加了劳动成本，恐怕这个增加出来的成本最终也要算到出口厂家的头上。

        2)托盘的尺寸。这里主要要考虑到托盘的表面利用率和码垛货物的稳定性。

        3）货车车厢的尺寸大小。

        4）集装箱空间的尺寸大小。

        以上两个因素都是要考虑到充分利用容积，方便装卸作业。

        5）配货架的尺寸大小。这里要考虑到便于操作，特别要防止纸箱无法放入配货架中。

        3.纸箱尺寸大小与各制约因素之间的关系

        下面让我们具体地分析一下，纸箱的尺寸应怎样设计才能满足上述五个方面的制约条件。

        1）人机工程学方面的制约条件。人搬运物体的力量与人的姿势（这主要涉及是弯腰搬，还是半蹲搬，两手离开身体正面的距离、两手的开距以及两手搬放的高度等）和操作方式（这主要涉及是单手搬还是双手搬，是提还是举，是推还是拉，以及搬放时物体的重心是否落在双手与身体组成的平面内，是否在双手的连线上等等）均有关，具体应用时应查看相关的人机工程学方面的资料手册。这里只是想简单地从一、二个因素出发，讨论一下从人机工程学的角度应该怎样来把握纸箱的尺寸大小。

        双手能够举起的重量与双手所处的高度关系密切，同时还严重受到双手离开身体前方距离的影响。在本例的纸箱使用过程中，影响手的搬箱高度的工序有半年工序、码垛工序和将衣物摆放到配货架上去，这个因素直接影响到了纸箱的允许最大毛重，间接地也就影响到了纸箱的容积，即纸箱的三个尺寸。

        此外，还值得指出的是，一只手的负重能力比两只手的负重力的一半还要小。在搬运过程中，除了双手的开距基本保持不变之外，双手的高度和前向距离经常是在不断的变化，所以要动态地分析问题。

        为了操作方便，除特殊情况外，应考虑1人搬运为宜。

        从人的操作来说，纸箱当然是小些好，但这决不意味着越小越好。过小的纸箱无疑会增加包装材料的使用，增加操作动作，还会影响其它搬运工具（如托盘）的面积使用率。

        2）托盘的制约条件。托盘是使静态货物转变为动态货物的媒介物，它能使许多物品堆放在一起并形成具有同样大小与形状的集装单元，便于产品的流通和机械化装卸，因此是一种常用的贮运包装工具托盘有许多不同的种类，但最影响到纸箱尺寸的因素还是托盘的尺寸和码垛的方式，国际ISO组织已经制定了托盘尺寸的国际标准，分别为800×1000mm、800×1200mm、1000×1200mm三种，与我国现行推广使用的托盘尺寸有一定差别，如交通部推广使用的托盘尺寸就为850×1250mm。

      显然，出口商品应以国际标准为准。为简便起见，我们只取最接近的一种国际标准托盘（800×1200mm）为例，同样，在码垛方式上也只分析5件正反交错式码垛和4件旋转交错式码垛为例进行分析。至于采用重叠式码垛或纵横交错式码垛可以类似地进行分析。

        5件正反交错式码垛方式，其截面可呈长方形，能有效地利用托盘的表面积，而4件旋转交错式码垛方式，其截面则肯定呈正方形，而且中央形成空穴，会降低托盘的表面利用率，但这种码垛方式的稳定性好。

        如果采用5件正反交错式码垛方式，则纸箱的宽度a应为120/3=4厘米，但由于实际码垛时，物品允许超出托盘一些，理论上每边可以超出5厘米，所以纸箱的宽度可以稍微大于40厘米。如果不留空隙，则纸箱的长度b应为120/2=60厘米。由于60＋40=100厘米已经超过了托盘宽度80厘米较多(理论上允许超过每边4厘米)，所以长度应为44厘米，但是如果不考虑允许适应各种车辆容积的话，仅从码垛的稳定性出发，采用60厘米的长度甚至更大一些也是可以的。如果采用4件旋转交错式码垛方式，也只能采用只考虑码垛稳定性的方式进行设计，否则托盘的表面利用率就太低了。为了减少中央的空穴，应尽量减少纸箱的长宽比，最小值就是上面的60（长）×40（宽）厘米，最大值可达到70（长）×50（宽）厘米。

        3）运输车辆车厢和集装箱的约束条件。运输车辆主要指的是厢式大货车，目前车辆车箱的尺寸还没有一个统一的标准。如果是采用随托盘一起装卸车，则纸箱的长宽尺寸在考虑托盘的制约条件时就已经分析讨论了，而纸箱的高度却应该根据车辆内部高度来确定，即纸箱高度=车辆内部高度-托盘厚度-作业间隙/纸箱码放层数作业间隙一般取10厘米.

        如果货物是直接码放在车厢内，则纸箱的长、宽、高尺寸都必须与车辆的内部尺寸相适应，达到充分利用车厢容积，保证货物码放稳定，方便装卸操作的目的。纸箱的长宽尺寸之间以及与车厢长宽尺寸之间要呈倍数关系。在这一点上与分析集装箱的约束条件时类似。集装箱是目前常用的一种运输包装工具。我国已于1978年颁发了货物集装箱外部尺寸和重量的系列国家标准，它与国际ISO标准是基本对应的，设计时应参看相应的标准。为简便起见，下面以铁路货运1吨集装箱为例来进行分析讨论。其尺寸如下：

        外部尺寸：900×1300×1300mm

        内部尺寸：830×1260×1144mm

        自重：186kg

        载重：814kg

        总重：1000kg

        显然，纸箱的尺寸为620（长）×570（宽）×400（高）mm为最佳，这时正好能放下八个纸箱，考虑到只是码放二层，以及托盘的尺寸约束条件，纸箱的宽和高二个尺寸可以对换一下。还值得指出的是最后应检验是否满足载重要求。而且国际运输集装箱一般都在20吨以上，这主要是为了便于用集装箱船运输。

        4）配货架的约束条件。配货架很象超市中使用的货架，一般有五层，总高2.5米左右，长3米左右，宽1米左右，在安装时可以根据需要进行调整，但一旦安装固定后，在使用过程中一般不再调整。

      使用时为两组并排紧靠在一起连接成一个长排，顶层作堆放贮备配货用。所以实际配货用的是四层，每层层高约50厘米。因此，如果纸箱高度超过50厘米，操作起来就很麻烦，甚至会无法放入配货架间，至于纸箱的宽度如果不恰当，就有可能发生最后空隔较大却又无法放一个纸箱的情况。比如说配货架的长度为3米，纸箱的宽度为51厘米，变会出现六个放不下，五个又空出45厘米的情景。长度方面也有类似的情况。纸箱的尺寸越小，可能浪费的配货架面积也就越小，但纸箱过小，却会使得需要更经常地向配货架添加货物。

        4.小结

        从上面的分析可以看出，在确定纸箱尺寸时需要系统地考虑一系列的约束条件，这些约束条件有些是相互能够容纳的（可以定义为相容条件），而有些却是相互矛盾的（可以定义为相悖条件）。对于相容条件，比较好办，只要按照其中之一进行设计，其它的条件也就自动满足了。而对于相悖条件，则需要分别进行设计，从中找出最佳的方案来，而这个最佳的方案肯定会因为设计时所考虑的主要原则不同而不同。

        包装工程本身就是一个系统工程，纸箱只不过是其中的一环而已，所以必须用系统论的设计思想来指导纸箱的设计（同样也包括其它包装容积或工具的设计），为了提高我国的包装水平，提高商品在国际上的竞争能力，国家应该进一步加强对相关包装标准的制订和实施，并努力与国际标准接轨。事实上，除了使用过程外，包装材料及街道制作工艺都会对纸箱的尺寸形成制约条件。本文就不对此详加讨论了。