包装整体设计软件系统行业应用成为趋势

利用计算机技术寻找最优化整体包装方案的实施，将使得设计效率提升10倍以上，包装材料和运输成本等综合成本降低数个百分点。

包装产品的设计技术运行模式

如今全世界环保意识越来越强烈，绿色经济迅猛发展，人们会越来越苛刻地避免不必要的资源浪费。粗略估算，利用计算机技术寻找最优化整体包装方案的项目一旦顺利实施，将使得方案的设计效率提升10倍以上，包装材料和运输成本等综合成本降低数个百分点。利用先进的计算机技术来寻求最优化整体包装方案势在必行，也广为企业所需要。

随着整体包装解决方案（简称CPS）的引入，国内很多包装企业也都想利用这一新的概念和模式，建立自己的CPS机构，以期通过包装设计、制造、产品储运等的方案实现纸包装企业从生产向服务型的转变。目前，国外耐帆等公司已经在这方面积累了丰富的经验，国内包装企业CPS运行还处于摸索阶段。目前世界上还没有完整的提供“整体包装优化设计”概念的软件系统，只有一些局部功能的软件，如包装CAD软件、装柜软件、印刷行业ERP系统（ERP系统可以进行包装制造成本测算）等。功能上最为接近于“整体包装优化设计系统”的是包装CAD软件，而其他类型的软件系统的设计主题则与之相距甚远。

设计技术手段

根据产品类型不同，纸包装产品的设计技术和手段也有所不同。目前市面上主要的包装CAD软件有：Esko-Graphics公司的Artios CAD；英国Ardensoftware Ltd公司的Impact Design software、英国AG/CAD公司的KASEMAKE、加拿大EngView公司的EngView Package Designer（现已被海德堡公司收购）、日本Coronet公司的BOX-VELLUM包装结构设计软件、北大方正科技方正包装ePack、美国CimexCorp公司的CIMPACK等。

从功能上来分析，这一类软件一般都有盒型库、参数化设计、绘图、3D、拼版，少数软件有生产报价核算功能。这一类的软件都具有比较成熟的适用于包装设计的CAD功能（都能完成包装盒结构图的绘制，只是方便程度各有差异）；相对不那么强大的3D效果图生成功能（3D效果图颇为粗糙，而且操作繁琐）；各软件的参数化设计模块比较弱，都存在可变性差、操作性差的缺点（有些软件还存在参数设计的不够合理的问题），参数化设计的适用性不强。以上软件的售价每套都在数万元人民币以上。

纸箱、纸盒加工行业中两类产品的销售对象、用途均有不同，原材料差别也比较大，目前国内纸箱多数在瓦楞纸箱厂生产，而销售纸盒多在彩印公司生产。所使用的软件也略有不同。

包装设计领域替代技术与趋势

包装设计领域没有任何软件是独有的应用，整体包装方案中各个环节均有某种软件可以处理。以绘结构图环节为例，AutoCAD依然是全世界应用最广泛的结构图绘制工具（即便设计师以其他方式来绘制结构图，绝大多数情况下包装生产企业的结构工程师也还是要用AutoCAD来重新绘制一次才能确保结构适合生产）；但是AutoCAD是一个通用的CAD软件，并没有为包装结构设计提供专有的功能，学习难度略大、工作效率略低。致命的弱点是，AutoCAD并不能对盒型进行系统化的定义、管理和检查，所以即便是包装结构工程师都在努力追求更为专业的CAD软件，这也正是包装CAD能够作为一个独立的CAD领域兴起的原因。

然而所有的替代软件都各自是一个孤立的工具，无法提供系统化的标准化体系支持和包装设计管理，依赖的还是工程师本身的专业能力，而且耗费时间更长。更加专业的、系统性的、能够给工程师们更多帮助的系统来代替他们是必然的。

设计手段不断创新

包装纸盒、纸箱CAD/CAM软件的开发和应用，将为包装设计提供技术支持。包装纸盒、纸箱CAD/CAM软件采用人机对话操作方式，可用键盘、鼠标在屏幕上任意设计纸包装结构图、排料方案、印刷图案等，可调用盒片图形库，选择盒型结构，可打印纸盒平面展开图、输出模切排料图、印刷轮廓图及背衬加工图，可将设计图形和数据传递给绘图机、打样机或模切板和背衬加工设备，保证与印版一致，提高纸盒精度。

各大软件公司都在致力于对新的纸盒、纸箱CAD/CAM开发研究。更新的、更便于操作的、专业化的包装设计软件将是一种趋势，这也将促进包装设计的精确化和现代化。如比较典型的美国TOPS Pro包装分析与设计软件，被公认为是一种适用于包装与运输专业技术人员的创造性设计软件。利用这一软件，设计者可从设计理念、纸盒包装、中包装、纸箱包装、托盘堆码方式、纸箱强度分析到运输器具装载等设计步骤中，使包装结构大小和形状达到最优化，运输空间最大利用，总费用最小。

此外，国内外许多公司近年来开发的集装箱装箱软件，大都有瓦楞纸箱装箱排列优化功能，可以用于瓦楞纸箱结构设计时的尺寸比例优化、内装物排列优化等。主要的有杭州火狐信息技术有限公司的“Greatfox Packer火狐智能装箱专家”软件、北京达纬科技有限公司开发的“装箱大师”软件、海汀公司开发的“SPACK集装箱智能装箱软件”等。

纸浆模塑制品的结构和模具设计一般多使用PRO/E软件进行。PRO/E软件是一个三维设计软件，是世界三大设计软件之一，被大多数相关企业作为3DCAD/CAM系统的标准软件，该软件整合了零件设计、产品组、模具开发、NC加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机械设计、动态仿真、应力分析、产品数据库管理、协同设计开发等功能于一体。

整体包装设计软件系统（包装魔术师设计软件）包括，托盘设计模块、木包装箱设计模块、瓦楞纸箱设计模块、缓缓冲包装设计模块、防潮防锈模块和省料优化、装柜优化模块，可以数倍甚至数十倍的提升工作效率。将包装设计、生产、运输的总成本降低数个百分点，节约社会资源。

整体包装结构设计软件的研发与应用

目前世界上还没有完整的提供“整体包装优化设计”概念的软件系统，只有一些局部功能的软件，随着整体包装解决方案模式（CPS）的引入，国内很多包装企业都想利用计算机技术寻找最优化整体包装方案的实施，这是一个世界性的课题。2011年笔者从内外包装缓冲结构设计的150多个理论与经验公式及数学模型中，经过梳理、推算、简化、整合，通过包装结构设计原理中若干简化公式计算，取得各项技术参数，完善理论公式和经验数据，完成了《包装缓冲材料特性及其设计方法的修正研究》、《包装件三维尺寸优化设计方法及数学模型的研究》、《瓦楞纸箱结构设计简化公式计算的研究》、《瓦楞纸箱强度理论计算的简化与修正值的研究》等18篇学术论文，借此建立经验数据参数与数字化的产品设计软件开发系统。国内3家软件公司在作者的指导下，集成了《整体包装设计软件系统》一书，实现了包装设计软件全覆盖。

其技术方案有如下6项：

1.采用计算机仿真方法，建立包装结构测试模型；

2.通过新的测试方法取得包装材料的各项技术参数，完善理论公式和经验数据；

3.采用目前最先进的有限元数学方法及分析技术，创建解算方案、建立各种孔径、克重参数下的数学模型；

4.开发分析导向，完成内外包装的各种分析流程及分析结果的判定：应力判定法、变形量判定法、安全系数法；

5.整个软件设计符合国家标准与国际标准。使用软件系统的校核模块，可以对包装件各种类型的结构强度与成本的合理性进行评审，减少人为的包装浪费；

6.缓冲包装关键技术平台：包装造型结构技术；轻质高强瓦楞纸箱技术；蜂窝缓冲包装技术；全纸运输托盘设计技术；纸塑缓冲包装技术。

设计软件核心技术有：

1.缓冲包装设计模块（缓冲型式选择；跌落方式选择；缓冲材料选择；确定最佳缓冲面积和厚度；判断产品脆值、计算相应的冲击加速度）：根据缓冲材料、跌落高度与初选厚度，自动优化该缓冲厚度的缓冲面积；修改缓冲面积或厚度，可计算相应的冲击力加速度；自动判断是否满足产品脆值要求；根据缓冲类型快速估算缓冲垫质量；自动生成缓冲垫工程图。

2.纸箱设计模块（箱型、楞型、尺寸链设计、纸箱缓冲结构设计、纸箱若干强度计算）：自动查表确定结构形式与尺寸链模型配置；开发的“分析导向”向导可以帮助完成内外包装的各种分析流程，分析结果以图表形式判定（应力判定法、变形量判定法、安全系数判定法）；创建解算方案，各构件赋予材料；设计分析系统――功能特点（静态分析、堆码分析、搬运过程分析）。

3.强度校核模块（空箱抗压、堆码层数、堆码强度、安全系数、劣变系数）：自动查表得到材料边压强度和空箱抗压强度；根据堆码情况估算安全系数；根据流通环境条件估算劣变系数。

4.包装成本核算模块（包括包装件、瓦楞纸箱、瓦楞纸板、蜂窝纸板、泡沫塑料的计价与报价、计算物流成本）：自动计算内外包装材料成本，包括瓦楞纸板、内衬纸板、纸护角等；根据装柜优化结果自动计算降低物流包装成本。

物流驱动型包装设计创新方案

物流驱动型包装设计创新方法，不仅可以优化现有尺寸瓦楞纸箱的装载，还可以对现有瓦楞纸箱尺寸和内装物排列进行优化。物流驱动型包装设计创新方法PLUS系统，不仅在托盘和集装箱装载优化算法上较国际最先进水平有了大量的突破，而且集合了包装设计的丰富功能。

如何继续提高利用率？PLUS系统中集成的物流驱动型瓦楞纸箱几何设计功能包含瓦楞纸箱尺寸优化和内部产品排列优化，这两种功能都能为用户生成信息量丰富的报告，以此作为其设计的参考数据。PLUS系统会对这些排列方式的瓦楞纸箱进行装载设备的装载优化，然后根据装载适应性（包括装载数量和装载稳定性）考核每种尺寸的优劣性，并对其进行排序。

这些瓦楞纸箱设计优化功能在以往的物流包装软件中属于缺失的部分，PLUS系统则填补了这一空白。

以上两种设计方法在没有装载优化计算机算法支撑的前提下是无法实现的。装载优化算法是PLUS系统的核心技术，PLUS系统采用的是启发式算法，图1所示为PLUS系统产生的装载图。

PLUS系统对单尺寸长方体和圆柱体装载优化以及混装进行了大量的探索，实践证明，PLUS系统较其他同类软件有着极大的优势。用同样尺寸的瓦楞纸箱在同样尺寸的装载容器里进行装载优化，PLUS系统能在很多情况下比CAPE（美国著名装箱软件）有更高的装载率，两者对比如表1所示。

物流驱动型包装设计创新方法为物流包装设计注入了新鲜血液，能提高运输装载效率，对节约运输成本具有重要作用。