一种信息可视化的缓冲包装跌落冲击设计方法和系统与流程

本发明涉及缓冲包装的设计，更具体地，涉及一种信息可视化的缓冲包装跌落冲击设计方法和系统。

背景技术：

1、随着现代物流运输的发展，对商品在物流过程中的包装保护性要求越来越高，尤其是对于易破损产品，更需要可靠的缓冲包装做防护。缓冲包装设计是一个系统性的设计问题，需要受到多种条件的约束，如需要综合考虑内装产品的特性(易损性、重量、大小、形状、重心位置等)、流通环境条件的严酷程度(如跌落高度、运输时的水平冲击及振动等)、缓冲材料性能，以及可靠性、经济性、方便性等多种影响因素，其本质上是多目标多约束的优化设计过程，这些约束条件对缓冲包装设计的影响程度也是不同的。

2、现有技术中公开了一种缓冲包装的设计方法，该技术方案的步骤包括：确定产品脆值和选用包装缓冲材料的动态缓冲特性，测定动态缓冲特性过程是将多种厚度的块状缓冲材料层分别施加冲击载荷，模拟产品跌落时缓冲材料受到的冲击，通过分组动态压缩试验的测试数据，获得最大加速度静应力曲线；确定设计参数，包括缓冲包装与产品的接触面积s，根据缓冲包装最佳厚度值与接触面积进行包装结构设计；尽管该现有技术可以通过测试分析得出包装使用的科学合理的极限参数，减少包装材料用量和体积，保证被包装产品避免损坏，但该方案的设计过程仍然是基于庞杂的、抽象的设计信息，缓冲包装的设计思路不够清晰，而且在面对多种形式的缓冲包装设计任务时，设计效率较低。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术在缓冲包装设计过程中由于信息庞杂抽象而导致的设计效率低的缺陷，提供一种信息可视化的缓冲包装跌落冲击设计方法和系统，将庞杂的、抽象的设计信息进行了可视化处理，形成了缓冲包装可视化设计边界图，使缓冲包装设计具有了更加直观及形象的物理内涵，有利于专业人员准确、高效地进行多种不同形式包装的设计。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种信息可视化的缓冲包装跌落冲击设计方法，包括以下步骤：

4、s1：获取缓冲包装跌落冲击设计所需的基本参数，所述基本参数包括：产品特性参数、流通环境特性参数和缓冲系数-最大应力曲线图；

5、所述缓冲系数-最大应力曲线图包括若干种缓冲材料的缓冲系数-最大应力曲线；

6、s2：根据所述基本参数建立缓冲包装设计方程组，所述缓冲包装设计方程组包括：缓冲衬垫面积方程、缓冲衬垫厚度方程和缓冲系数-最大应力曲线方程；

7、s3：对所建立的缓冲包装设计方程组添加预设的约束条件，并通过信息可视化将添加了约束条件后的缓冲包装设计方程组向缓冲系数-最大应力曲线图映射，获取全面缓冲边界线和失稳临界线；

8、所述失稳临界线包括侧垫失稳临界线和角垫失稳临界线；

9、s4：根据全面缓冲边界线和失稳临界线对所述缓冲系数-最大应力曲线图进行区域划分，获取区域划分结果，根据区域划分结果进行不同方案缓冲包装的设计。

10、优选地，所述步骤s1中，产品特性参数包括：产品重量、产品脆值和产品底面积；所述流通环境特性参数包括：产品装卸过程中的等效跌落高度。

11、优选地，所述步骤s2中根据基本参数建立缓冲包装设计方程组的具体方法为：

12、基于以下条件，根据基本参数建立缓冲包装设计方程组：

13、在缓冲包装的缓冲衬垫所承受的最大加速度gm不超过产品脆值[g]的前提下，要求缓冲衬垫能够吸收产品在等效跌落高度所具有的势能；

14、所述缓冲包装设计方程组具体为：

15、

16、所述缓冲衬垫面积方程具体为：

17、

18、其中，a为缓冲包装的缓冲衬垫面积；w为产品重量；[g]为产品脆值；σm为缓冲材料承受的最大冲击应力；

19、所述缓冲衬垫厚度方程具体为：

20、

21、其中，t为缓冲包装的缓冲衬垫厚度；c为缓冲材料的缓冲系数；h为产品装卸过程中的等效跌落高度；

22、所述缓冲系数-最大应力曲线方程具体为：

23、c＝f(σm)

24、其中，f(·)表示缓冲材料的缓冲系数与最大冲击应力之间的非线性关系函数。

25、优选地，所述步骤s3中，对所建立的缓冲包装设计方程组添加预设的约束条件，并通过信息可视化将添加了约束条件后的缓冲包装设计方程组向缓冲系数-最大应力曲线图映射，获取全面缓冲边界线的具体方法为：

26、获取全面缓冲边界线时，预设的约束条件为：全面缓冲包装的面积aall满足aall＝a底，a底为产品底面积；

27、将全面缓冲包装的面积aall代入所述缓冲衬垫面积方程，获取全面缓冲包装对应的最大冲击应力σall；

28、在缓冲系数-最大应力曲线图中，以全面缓冲包装对应的最大冲击应力σall为横坐标作垂线，则垂线σm＝σall即为所述全面缓冲边界线；

29、在缓冲系数-最大应力曲线图中，所述全面缓冲边界线与每条缓冲系数-最大应力曲线的交点为各个缓冲材料对应的全面缓冲设计点。

30、优选地，所述步骤s3中，对所建立的缓冲包装设计方程组添加预设的约束条件，并通过信息可视化将添加了约束条件后的缓冲包装设计方程组向缓冲系数-最大应力曲线图映射，获取侧垫失稳临界线的具体方法为：

31、获取侧垫失稳临界线时，预设的约束条件为：缓冲包装的缓冲衬垫包括2个侧垫，此时缓冲衬垫面积a的侧垫失稳临界值为：a＝3.54t2；

32、将缓冲衬垫面积a的侧垫失稳临界值代入所述缓冲包装设计方程组中，获取侧垫失稳临界方程：

33、c2＝kcσm-1

34、其中，kc为侧垫失稳临界方程系数，满足

35、在缓冲系数-最大应力曲线图中作出所述侧垫失稳临界方程的曲线图，获取所述侧垫失稳临界线。

36、优选地，所述步骤s3中，对所建立的缓冲包装设计方程组添加预设的约束条件，并通过信息可视化将添加了约束条件后的缓冲包装设计方程组向缓冲系数-最大应力曲线图映射，获取角垫失稳临界线的具体方法为：

37、获取角垫失稳临界线时，预设的约束条件为：缓冲包装的缓冲衬垫包括4个角垫，此时缓冲衬垫面积a的角垫失稳临界值为：a＝7.08t2；

38、将缓冲衬垫面积a的角垫失稳临界值代入所述缓冲包装设计方程组中，获取角垫失稳临界方程：

39、c2＝kjσm-1

40、其中，kj为角垫失稳临界方程系数，满足

41、在缓冲系数-最大应力曲线图中作出所述角垫失稳临界方程的曲线图，获取所述角垫失稳临界线。

42、优选地，所述步骤s4中，区域划分结果包括：过包装缓冲区、局部缓冲区、欠包装缓冲区和恰当包装缓冲区。

43、优选地，在缓冲系数-最大应力曲线图中，所述过包装缓冲区为全面缓冲边界线的左侧区域，且满足缓冲衬垫面积a＞a底，最大冲击应力

44、所述局部缓冲区为全面缓冲边界线的右侧区域，且满足缓冲衬垫面积a＜a底，最大冲击应力

45、所述欠包装缓冲区为失稳临界线的右侧区域；

46、所述恰当包装缓冲区为全面缓冲边界线与失稳临界线的中间区域。

47、本发明还提供一种信息可视化的缓冲包装跌落冲击设计系统，应用上述的一种信息可视化的缓冲包装跌落冲击设计方法，包括：

48、数据获取单元：用于获取缓冲包装跌落冲击设计所需的基本参数，所述基本参数包括：产品特性参数、流通环境特性参数和缓冲系数-最大应力曲线图；

49、所述缓冲系数-最大应力曲线图包括若干种缓冲材料的缓冲系数-最大应力曲线；

50、方程组建立单元：用于根据所述基本参数建立缓冲包装设计方程组，所述缓冲包装设计方程组包括：缓冲衬垫面积方程、缓冲衬垫厚度方程和缓冲系数-最大应力曲线方程；

51、边界线获取单元：用于对所建立的缓冲包装设计方程组添加预设的约束条件，并通过信息可视化将添加了约束条件后的缓冲包装设计方程组向缓冲系数-最大应力曲线图映射，获取全面缓冲边界线和失稳临界线；

52、所述失稳临界线包括侧垫失稳临界线和角垫失稳临界线；

53、缓冲包装设计单元：用于根据全面缓冲边界线和失稳临界线对所述缓冲系数-最大应力曲线图进行区域划分，获取区域划分结果，根据区域划分结果进行不同方案缓冲包装的设计。

54、本发明还提供一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法中的步骤。

55、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

56、本发明提供一种信息可视化的缓冲包装跌落冲击设计方法和系统，首先获取缓冲包装跌落冲击设计所需的基本参数，基本参数包括：产品特性参数、流通环境特性参数和缓冲系数-最大应力曲线图；缓冲系数-最大应力曲线图包括若干种缓冲材料的缓冲系数-最大应力曲线；根据所述基本参数建立缓冲包装设计方程组，所述缓冲包装设计方程组包括：缓冲衬垫面积方程、缓冲衬垫厚度方程和缓冲系数-最大应力曲线方程；对所建立的缓冲包装设计方程组添加预设的约束条件，并通过信息可视化将添加了约束条件后的缓冲包装设计方程组向缓冲系数-最大应力曲线图映射，获取全面缓冲边界线和失稳临界线；所述失稳临界线包括侧垫失稳临界线和角垫失稳临界线；最后根据全面缓冲边界线和失稳临界线对所述缓冲系数-最大应力曲线图进行区域划分，获取区域划分结果，根据区域划分结果进行不同方案缓冲包装的设计；

57、本发明将缓冲包装跌落冲击设计所涉及的产品特性、流通环境特性以及衬垫动态性能设计准则相结合，经过处理后在缓冲系数-最大应力曲线图中进行了映射及可视化，通过设计信息的融合得到了缓冲包装可视化设计边界图，基于该可视化设计边界图可以进行多种方案的缓冲包装跌落冲击设计；本发明的提出，将庞杂的、抽象的设计信息进行了可视化处理，使缓冲包装设计具有了更加直观及形象的物理内涵，使缓冲包装设计思路清晰、各步骤物理含义明确，有利于专业人员准确、高效地进行多种不同形式缓冲包装的设计。