基于六步法的球形台灯减量化包装设计

夏征，周丽娜，朱丽，仲晨

基于六步法的球形台灯减量化包装设计

夏征，周丽娜，朱丽，仲晨

（曲阜师范大学，山东 日照 276826）

以易碎品球形台灯为包装对象，基于六步法对其进行创新包装设计，为减量化包装提供参考案例。确定物流环境条件，为后续验证试验提供评价依据；分析被包装对象的特性和脆值，为包装设计提供依据；进行减量化包装结构设计；对包装设计进行优化；通过验证试验确保方案的可靠性。自由跌落试验的角跌落峰值加速度为94.3，显著小于产品脆值（110.5）；试验验证产品无损伤，功能正常，包装具有良好缓冲性能。定频振动试验后验证产品功能正常，包装具有良好的防振性能。基于六步法设计的球形台灯减量化包装具有足够的安全性、可观的经济性和良好的消费者体验。

包装设计；六步法；减量化；灯具；瓦楞纸板

目前减量化包装设计越来越受到重视和青睐。欧盟颁布了第94/62/EC号指令规定，禁止过度包装；国内发布的新国标对产品销售包装作出了强制性规定，严禁过度包装[1]。改进产品包装设计、提高包装重复使用性可从源头进行减量，这是包装减量化的重要途径[2]。文中以球形台灯[3]为研究对象，对其进行减量化包装设计，以期为研究包装的减量化提供案例参考。

1 球形台灯包装现状分析

目前市场上的球形台灯的灯具体积均较小，价位较低，这类灯具的包装多较为简陋。文中所用球形台灯原包装见图1，灯具本体仅用一塑料袋包裹后直接放于瓦楞纸盒中。其不足之处有2点：保护性不足，这是原包装最大的缺点；环保性不够，不符合国家可持续发展战略[4]。

图1 球形台灯原包装

2 设计目标

1）足够的保护性能。针对球形台灯易碎、不易固定的特点，保护性能是包装设计的首要目标[5−7]。新包装不仅要保证灯具外观无破损还要确保灯具功能正常。

2）适度的减量化设计。采用绿色环保材料；通过一体化设计、二次利用等手段延长包装的生命周期，从而减少包装废弃物的产生，降低对环境的污染[8]。

3）良好的消费者体验。研究表明，包装作为产品整体概念的组成部分，是建立亲和力的有力手段[9]。新包装应打破原包装的呆板无趣，进行新型、大胆的包装设计[10]。

3 设计思路

球形台灯属典型易碎品，其包装设计属于运输包装范畴，设计思路采用运输包装设计通用的缓冲包装设计六步法[11]（见图2）。

4 设计流程

4.1 确定物流环境条件

经调研得知，该球形台灯主要通过线上销售，其物流运输方式以公路运输为主。由于产品较轻（经测量其质量为244 g），在仓储、搬运等物流环节有较大概率被抛掷，其受到的主要作用力来自跌落冲击。基于包装件跌落高度与其质量间的关系[12]（见表1），确定该球形台灯包装的跌落高度=1.05 m。该数据将作为后续验证试验的参数设定依据。

图2 缓冲包装设计六步法

表1 跌落高度的确定

4.2 确定产品特性和脆值

4.2.1 产品基本参数

所用球形台灯外观见图3，其相关参数见表2。可知该产品特征为质轻、不易固定；表面易划伤（灯壳表面有仿月球纹理）；灯具底部为易损区（此处有开关按钮等易损部件）。

图3 所用球形台灯外观

表2 所用球形台灯基本参数

4.2.2 产品脆值

确定产品脆值的方法很多，如试验法、公式计算法、查表法和仿真法等[13—14]。考虑到试验法属于破坏性方法，查表法误差较大等因素，这里使用公式计算法中的高度估算法。该方法基于产品冲击跌落试验，其估算见式（1）。

(1)

式中：c为产品脆值；n为产品固有频率（Hz）；为跌落高度（m）；为重力加速度常数（9.8 m/s2）。

球形台灯的固有频率由正弦扫频振动试验[15]获得，试验设备使用电磁振动试验机（苏试试验设备有限公司，DC-600）。首先在灯具顶部钻孔，数据线由该孔穿出，将加速度计固定于灯内电路板上。试验时将受试球形台灯用胶带固定于振动台上，并使加速度计轴向上垂直于振动台。试样连接见图4a。软件内参数设置：扫频范围为5～200 Hz；加速度幅值为1.0；扫描速率为0.5 oct/min；扫频方式为单向单扫。

试验结果见图4b。球形台灯的主固有频率为38.01 Hz，此时的振动传递率为2.11。由4.1节的内容可知=1.05 m，连同n=38.01 Hz代入式（1），可得c≈110.5。该数据将作为后续验证试验的评价标准。

4.3 提高产品脆值

因球形台灯为现有产品，不涉及产品设计阶段，故该步骤在文中略过。

4.4 减量化包装设计

新包装采用内部缓冲架+外部包装盒的设计，以满足保护性能的首要目标；通过合适的材料选择和创新性结构设计达成减量化和消费者体验的次要目标。

4.4.1 材料选择

新包装采用全瓦楞纸板设计。综合考虑运输包装用瓦楞纸板常用楞型（A，C，B，E）性能，新包装的内部缓冲架和外部包装盒均采用E楞瓦楞纸板材料。相较于其他3种楞型纸板，E楞纸板的缓冲性略有下降，其挺度和适印性能较佳[16]，适合进行运输销售一体化包装设计。其缓冲性的下降可通过合理的结构设计来弥补。

图4 球形台灯固有频率的确定

4.4.2 内部缓冲架

内部缓冲架为新包装提供保护的关键组件，其设计方案见图5。该结构利用管式盒的旋转性[11]，由一页纸板折叠而成；整体端面呈X型，并以交叉方式成型为稳固的三角交叉形态；两端通过插锁固定；中间有圆形镂空，以便使球形台灯紧密嵌入，包装成型后与球形台灯浑然一体。此外，内部缓冲件上部设计有孔眼，用于穿插挂绳以实现包装的二次利用，赋予其多种用途，有效延长其生命周期，提升消费者体验。

图5 内部缓冲架平面结构

内部缓冲架只需3步便可由盒坯状态（见图6a）快速成型：第1步，通过主体压痕线正反折叠成S型（见图6b）；第2步，将端板插入中间的开槽使整体结构成X型（见图6c）；第3步，扣合锁头完成成型（见图6d）。该结构成型后只需沿中间的水平轴线翻折活动，便可方便取放灯具（见图7），有效增强消费者体验。

内部缓冲架具有如下特点：稳固的三角形结构，具备良好的缓冲保护效果；一纸成型，组装效率高；平面展开图形状规则，纸张利用率高，且方便拼大版；产品与包装接触面很小，有利于保护球灯表面；可转换为灯台或置物架，实现包装重复利用（见图8a）；可进行翻转，结构多变，实现多功能化（见图8b）；有良好的展销性能，结构造型美观大方。

4.4.3 外部包装盒

为方便堆码、贮存和运输，外部包装盒采用常规的管式盒结构（见图9）。其盖为插锁盖，底为快锁底[11]。该结构一方面可与内部缓冲架更好地配合，节约成本，另一方面适合自动化生产线。

4.4.4 整体包装件的组装

整体包装件的组装见图10。外部包装盒撑开盒体后，其底可快速成型（见图10a）；使已嵌入球形台灯的X型内部缓冲架呈站立状态（见图10b），提携其上部将其装入外盒中（见图10c）；盖好盖板，插入盒口处的锁头完成锁合（见图10d）。整体包装成型后，球形灯便被固定于包装盒中间位置，得到全面保护。

注：a盒坯状态，b S型状态，c X型状态，d成型完毕

图7 灯具装入步骤

图8 功能扩展

图9 外部包装盒平面结构

注：a外部包装盒成盒，b内部缓冲架站立，c将内部缓冲件放入外部包装盒，d完成整体包装件的组装

4.5 优化包装设计

经分析发现，在图5的原内部缓冲架结构中，箭头i所示的开槽外侧连接部幅宽和箭头ii所示的锁头在保证结构安全性的前提下均可进一步缩减尺寸，从而优化用纸面积。改进后的平面结构见图11；同比例下改进前后内部缓冲架的尺寸对比见图12。

图11 优化后的平面结构

图12 内部缓冲架优化前后的尺寸对比

内部缓冲架和外盒改进前后用纸面积的变化见表3。两者的拼版方式分别为2×3平排和2×2插排（见图13）；两者的用纸面积分别减少了12%和6%。上述改进显著降低了经济成本。

表3 内部缓冲架和外盒用纸面积的优化

图13 拼大版

4.6 验证试验

文中分别进行了自由跌落试验和振动试验，分别检测其缓冲和防振性能。打样用E型瓦楞纸板参数见表4。

表4 打样用E瓦楞纸板参数

4.6.1 自由跌落试验

试验设备使用自由跌落试验机（深圳莱伯通试验设备有限公司，DT200）；跌落方式为1角3棱6面[17]（见图14a）；跌落高度设置为1.05 m。由TP3冲击数据采集仪（美国Lansmont公司，Lite型）记录试验数据。三轴加速度计固定位置同4.2.2节（见图4a），试验时其轴向上（见图14b）。

图14 自由跌落试验

定性结果分析。试验结束后开箱检查包装和产品，发现角跌落会造成外包装盒撞击角隅发生明显压溃；棱跌落使撞击棱发生轻微变形；面跌落时外包装无可视损伤。无论角、棱、面跌落，内部缓冲件均无变形或撕裂；球形台灯除发生少许位置转动外无损伤。将灯具取出后开灯可正常发光。

定量结果分析。加速度-时间曲线见图15，纵轴为合成加速度，横轴为时间。曲线为10次试验（1角3棱6面）中角、棱、面这3种跌落姿态峰值加速度最大的3次结果。角跌落的冲击强度显著高于棱跌落和面跌落，这有别于大部分运输包装件的跌落冲击。此现象应归结为采用E瓦楞纸板，使得纸板刚性较B楞或C楞纸板变大。尽管角跌落的峰值加速度达到了94.3，该值仍显著小于产品脆值（110.5），符合设计要求。综上所述，定性和定量试验结果均表明包装方案具备良好的缓冲性能。

4.6.2 振动试验

进行扫频振动试验，将样品置于振动台上，加速度计固定位置同4.2.2节。加速度振幅为0.75，振动台从5 Hz 开始振动并逐渐提高频率，直到样品即将与振动台面分离，记录此时的振动频率为18.21 Hz。

图15 自由跌落试验的加速度-时间曲线

在此基础上进行正弦定频振动试验[18]。定频范围为(18.21±1.0)Hz；振动次数为14 200；包装件不固定。试验时包装件受到持续不断的离台振动，能听到内部灯具发出的轻微振颤声。经测量，离台距离维持在9～14 mm（见图16）。试验结束后打开包装检查，确认灯具完好无损，其在缓冲架内的位置因振动发生了少许转动；将灯具取出后开灯可正常发光。可知包装件对正弦振动具有良好的减振效果。

图16 振动试验（定频振动场景）

Fig.16 Vibration test (scene of constant frequency vibration)

5 结语

选取球形台灯这一易碎品作为包装对象，基于包装六步法进行减量化包装设计。通过合适的材料选择和结构设计，达到减量化和消费者体验等设计目标；进行结构优化，以考量包装的经济性和环保性；通过验证试验的定性和定量分析，确保保护性的基本要求。该包装方案可为减量化包装提供案例参考。

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Reduced Packaging Design of Spherical Table Lamp Based on Six-Step Method

XIA Zheng, ZHOU Li-na, ZHU Li, ZHONG Chen

(Qufu Normal University, Rizhao 276826, China)

The work aims to take the fragile product, spherical table lamp, as the packaging object and conduct innovative packaging design based on six-step method, to provide a reference case for the reduced packaging. Firstly, the logistics environmental conditions were determined to provide evaluation standard for subsequent verification tests. Then, the characteristics and fragility of the packaged object were analyzed to provide basis for packaging design. Thirdly, the structure of reduced packaging was designed. Furthermore, the packaging design was optimized. Finally, the reliability of the proposed design was verified by the tests. The peak angular drop acceleration of free drop test was 94.3, which was significantly less than the fragility of the product (110.5). After the test, the product was normal without damage and the package had good cushioning performance. The constant frequency vibration test proved that the product function was normal and the package had anti-vibration performance. The reduced packaging design of spherical table lamp based on six-step method has sufficient safety, considerable economy and excellent consumer experience.

packaging design; six-step method; reduced; lamp; corrugated fiberboard

TB489

A

1001-3563(2022)01-0075-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.01.010

2021-10-26

曲阜师范大学实验室开放项目（SJG201924）

夏征（1978—），男，硕士，曲阜师范大学实验师，主要研究方向为包装设计。

仲晨（1979−−），男，博士，曲阜师范大学副教授，主要研究方向为运输包装和包装结构设计。