基于六步法的球形臺燈減量化包裝設計

夏征，周麗娜，朱麗，仲晨

基于六步法的球形臺燈減量化包裝設計

夏征，周麗娜，朱麗，仲晨

（曲阜師范大學，山東 日照 276826）

以易碎品球形臺燈為包裝對象，基于六步法對其進行創新包裝設計，為減量化包裝提供參考案例。確定物流環境條件，為后續驗證試驗提供評價依據；分析被包裝對象的特性和脆值，為包裝設計提供依據；進行減量化包裝結構設計；對包裝設計進行優化；通過驗證試驗確保方案的可靠性。自由跌落試驗的角跌落峰值加速度為94.3，顯著小于產品脆值（110.5）；試驗驗證產品無損傷，功能正常，包裝具有良好緩沖性能。定頻振動試驗后驗證產品功能正常，包裝具有良好的防振性能。基于六步法設計的球形臺燈減量化包裝具有足夠的安全性、可觀的經濟性和良好的消費者體驗。

包裝設計；六步法；減量化；燈具；瓦楞紙板

目前減量化包裝設計越來越受到重視和青睞。歐盟頒布了第94/62/EC號指令規定，禁止過度包裝；國內發布的新國標對產品銷售包裝作出了強制性規定，嚴禁過度包裝[1]。改進產品包裝設計、提高包裝重復使用性可從源頭進行減量，這是包裝減量化的重要途徑[2]。文中以球形臺燈[3]為研究對象，對其進行減量化包裝設計，以期為研究包裝的減量化提供案例參考。

1 球形臺燈包裝現狀分析

目前市場上的球形臺燈的燈具體積均較小，價位較低，這類燈具的包裝多較為簡陋。文中所用球形臺燈原包裝見圖1，燈具本體僅用一塑料袋包裹后直接放于瓦楞紙盒中。其不足之處有2點：保護性不足，這是原包裝最大的缺點；環保性不夠，不符合國家可持續發展戰略[4]。

圖1 球形臺燈原包裝

2 設計目標

1）足夠的保護性能。針對球形臺燈易碎、不易固定的特點，保護性能是包裝設計的首要目標[5?7]。新包裝不僅要保證燈具外觀無破損還要確保燈具功能正常。

2）適度的減量化設計。采用綠色環保材料；通過一體化設計、二次利用等手段延長包裝的生命周期，從而減少包裝廢棄物的產生，降低對環境的污染[8]。

3）良好的消費者體驗。研究表明，包裝作為產品整體概念的組成部分，是建立親和力的有力手段[9]。新包裝應打破原包裝的呆板無趣，進行新型、大膽的包裝設計[10]。

3 設計思路

球形臺燈屬典型易碎品，其包裝設計屬于運輸包裝范疇，設計思路采用運輸包裝設計通用的緩沖包裝設計六步法[11]（見圖2）。

4 設計流程

4.1 確定物流環境條件

經調研得知，該球形臺燈主要通過線上銷售，其物流運輸方式以公路運輸為主。由于產品較輕（經測量其質量為244 g），在倉儲、搬運等物流環節有較大概率被拋擲，其受到的主要作用力來自跌落沖擊。基于包裝件跌落高度與其質量間的關系[12]（見表1），確定該球形臺燈包裝的跌落高度=1.05 m。該數據將作為后續驗證試驗的參數設定依據。

圖2 緩沖包裝設計六步法

表1 跌落高度的確定

4.2 確定產品特性和脆值

4.2.1 產品基本參數

所用球形臺燈外觀見圖3，其相關參數見表2。可知該產品特征為質輕、不易固定；表面易劃傷（燈殼表面有仿月球紋理）；燈具底部為易損區（此處有開關按鈕等易損部件）。

圖3 所用球形臺燈外觀

表2 所用球形臺燈基本參數

4.2.2 產品脆值

確定產品脆值的方法很多，如試驗法、公式計算法、查表法和仿真法等[13—14]。考慮到試驗法屬于破壞性方法，查表法誤差較大等因素，這里使用公式計算法中的高度估算法。該方法基于產品沖擊跌落試驗，其估算見式（1）。

(1)

式中：c為產品脆值；n為產品固有頻率（Hz）；為跌落高度（m）；為重力加速度常數（9.8 m/s2）。

球形臺燈的固有頻率由正弦掃頻振動試驗[15]獲得，試驗設備使用電磁振動試驗機（蘇試試驗設備有限公司，DC-600）。首先在燈具頂部鉆孔，數據線由該孔穿出，將加速度計固定于燈內電路板上。試驗時將受試球形臺燈用膠帶固定于振動臺上，并使加速度計軸向上垂直于振動臺。試樣連接見圖4a。軟件內參數設置：掃頻范圍為5～200 Hz；加速度幅值為1.0；掃描速率為0.5 oct/min；掃頻方式為單向單掃。

試驗結果見圖4b。球形臺燈的主固有頻率為38.01 Hz，此時的振動傳遞率為2.11。由4.1節的內容可知=1.05 m，連同n=38.01 Hz代入式（1），可得c≈110.5。該數據將作為后續驗證試驗的評價標準。

4.3 提高產品脆值

因球形臺燈為現有產品，不涉及產品設計階段，故該步驟在文中略過。

4.4 減量化包裝設計

新包裝采用內部緩沖架+外部包裝盒的設計，以滿足保護性能的首要目標；通過合適的材料選擇和創新性結構設計達成減量化和消費者體驗的次要目標。

4.4.1 材料選擇

新包裝采用全瓦楞紙板設計。綜合考慮運輸包裝用瓦楞紙板常用楞型（A，C，B，E）性能，新包裝的內部緩沖架和外部包裝盒均采用E楞瓦楞紙板材料。相較于其他3種楞型紙板，E楞紙板的緩沖性略有下降，其挺度和適印性能較佳[16]，適合進行運輸銷售一體化包裝設計。其緩沖性的下降可通過合理的結構設計來彌補。

圖4 球形臺燈固有頻率的確定

4.4.2 內部緩沖架

內部緩沖架為新包裝提供保護的關鍵組件，其設計方案見圖5。該結構利用管式盒的旋轉性[11]，由一頁紙板折疊而成；整體端面呈X型，并以交叉方式成型為穩固的三角交叉形態；兩端通過插鎖固定；中間有圓形鏤空，以便使球形臺燈緊密嵌入，包裝成型后與球形臺燈渾然一體。此外，內部緩沖件上部設計有孔眼，用于穿插掛繩以實現包裝的二次利用，賦予其多種用途，有效延長其生命周期，提升消費者體驗。

圖5 內部緩沖架平面結構

內部緩沖架只需3步便可由盒坯狀態（見圖6a）快速成型：第1步，通過主體壓痕線正反折疊成S型（見圖6b）；第2步，將端板插入中間的開槽使整體結構成X型（見圖6c）；第3步，扣合鎖頭完成成型（見圖6d）。該結構成型后只需沿中間的水平軸線翻折活動，便可方便取放燈具（見圖7），有效增強消費者體驗。

內部緩沖架具有如下特點：穩固的三角形結構，具備良好的緩沖保護效果；一紙成型，組裝效率高；平面展開圖形狀規則，紙張利用率高，且方便拼大版；產品與包裝接觸面很小，有利于保護球燈表面；可轉換為燈臺或置物架，實現包裝重復利用（見圖8a）；可進行翻轉，結構多變，實現多功能化（見圖8b）；有良好的展銷性能，結構造型美觀大方。

4.4.3 外部包裝盒

為方便堆碼、貯存和運輸，外部包裝盒采用常規的管式盒結構（見圖9）。其蓋為插鎖蓋，底為快鎖底[11]。該結構一方面可與內部緩沖架更好地配合，節約成本，另一方面適合自動化生產線。

4.4.4 整體包裝件的組裝

整體包裝件的組裝見圖10。外部包裝盒撐開盒體后，其底可快速成型（見圖10a）；使已嵌入球形臺燈的X型內部緩沖架呈站立狀態（見圖10b），提攜其上部將其裝入外盒中（見圖10c）；蓋好蓋板，插入盒口處的鎖頭完成鎖合（見圖10d）。整體包裝成型后，球形燈便被固定于包裝盒中間位置，得到全面保護。

注：a盒坯狀態，b S型狀態，c X型狀態，d成型完畢

圖7 燈具裝入步驟

圖8 功能擴展

圖9 外部包裝盒平面結構

注：a外部包裝盒成盒，b內部緩沖架站立，c將內部緩沖件放入外部包裝盒，d完成整體包裝件的組裝

4.5 優化包裝設計

經分析發現，在圖5的原內部緩沖架結構中，箭頭i所示的開槽外側連接部幅寬和箭頭ii所示的鎖頭在保證結構安全性的前提下均可進一步縮減尺寸，從而優化用紙面積。改進后的平面結構見圖11；同比例下改進前后內部緩沖架的尺寸對比見圖12。

圖11 優化后的平面結構

圖12 內部緩沖架優化前后的尺寸對比

內部緩沖架和外盒改進前后用紙面積的變化見表3。兩者的拼版方式分別為2×3平排和2×2插排（見圖13）；兩者的用紙面積分別減少了12%和6%。上述改進顯著降低了經濟成本。

表3 內部緩沖架和外盒用紙面積的優化

圖13 拼大版

4.6 驗證試驗

文中分別進行了自由跌落試驗和振動試驗，分別檢測其緩沖和防振性能。打樣用E型瓦楞紙板參數見表4。

表4 打樣用E瓦楞紙板參數

4.6.1 自由跌落試驗

試驗設備使用自由跌落試驗機（深圳萊伯通試驗設備有限公司，DT200）；跌落方式為1角3棱6面[17]（見圖14a）；跌落高度設置為1.05 m。由TP3沖擊數據采集儀（美國Lansmont公司，Lite型）記錄試驗數據。三軸加速度計固定位置同4.2.2節（見圖4a），試驗時其軸向上（見圖14b）。

圖14 自由跌落試驗

定性結果分析。試驗結束后開箱檢查包裝和產品，發現角跌落會造成外包裝盒撞擊角隅發生明顯壓潰；棱跌落使撞擊棱發生輕微變形；面跌落時外包裝無可視損傷。無論角、棱、面跌落，內部緩沖件均無變形或撕裂；球形臺燈除發生少許位置轉動外無損傷。將燈具取出后開燈可正常發光。

定量結果分析。加速度-時間曲線見圖15，縱軸為合成加速度，橫軸為時間。曲線為10次試驗（1角3棱6面）中角、棱、面這3種跌落姿態峰值加速度最大的3次結果。角跌落的沖擊強度顯著高于棱跌落和面跌落，這有別于大部分運輸包裝件的跌落沖擊。此現象應歸結為采用E瓦楞紙板，使得紙板剛性較B楞或C楞紙板變大。盡管角跌落的峰值加速度達到了94.3，該值仍顯著小于產品脆值（110.5），符合設計要求。綜上所述，定性和定量試驗結果均表明包裝方案具備良好的緩沖性能。

4.6.2 振動試驗

進行掃頻振動試驗，將樣品置于振動臺上，加速度計固定位置同4.2.2節。加速度振幅為0.75，振動臺從5 Hz?開始振動并逐漸提高頻率，直到樣品即將與振動臺面分離，記錄此時的振動頻率為18.21 Hz。

圖15 自由跌落試驗的加速度-時間曲線

在此基礎上進行正弦定頻振動試驗[18]。定頻范圍為(18.21±1.0)Hz；振動次數為14 200；包裝件不固定。試驗時包裝件受到持續不斷的離臺振動，能聽到內部燈具發出的輕微振顫聲。經測量，離臺距離維持在9～14 mm（見圖16）。試驗結束后打開包裝檢查，確認燈具完好無損，其在緩沖架內的位置因振動發生了少許轉動；將燈具取出后開燈可正常發光。可知包裝件對正弦振動具有良好的減振效果。

圖16 振動試驗（定頻振動場景）

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

5 結語

選取球形臺燈這一易碎品作為包裝對象，基于包裝六步法進行減量化包裝設計。通過合適的材料選擇和結構設計，達到減量化和消費者體驗等設計目標；進行結構優化，以考量包裝的經濟性和環保性；通過驗證試驗的定性和定量分析，確保保護性的基本要求。該包裝方案可為減量化包裝提供案例參考。

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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

曲阜師范大學實驗室開放項目（SJG201924）

夏征（1978—），男，碩士，曲阜師范大學實驗師，主要研究方向為包裝設計。

仲晨（1979??），男，博士，曲阜師范大學副教授，主要研究方向為運輸包裝和包裝結構設計。