目前，国内厂家的大部分吸尘器类小型家电产品都采用EPS或EPE与瓦楞纸板的混合包装方案，但由于EPS材料废弃后不易降解、难以回收、易对环境造成污染，而EPE材料有采购成本高、性价比低等缺点。以下是基于包装材料绿色化和包装成本控制的原则进行产品整体包装优化设计的例子。

由调研得知，该产品的原包装尺寸为360mm×240mm×760mm，包装材料为纸、泡沫复合，原集装箱装载率约94.66%，装载个数为1079个，包装生产线用工为10人。现提出优化目标为：采用全纸化包装，提高包装效率、提高装载率，使总成本下降10%左右。设计过程如下。

（1）进行产品结构特性及包装要求分析；

（2）进行整体包装方案，包括内外包装结构设计；

（3）进行包装生产流程优化；

（4）进行集装箱装载率分析与尺寸进一步优化。

1.产品结构特性及包装要求分析

（1）产品的结构组成。

吸尘器的种类较多，根据结构和使用方式可分为立式、卧式、便携式吸尘器。本例所述的吸尘器为立式吸尘器，产品外壳材料主要为ABS和PC，材料强度高，经久耐用。

如表9-1所示，该款吸尘器附带全套多功能配件，包括主机、手柄、地刷、床褥刷，软管等。主机配备有7m长电源线和2.57m长软管，可实现远距离作业；底座为两轮车架，轮子可实现360度转向，移动方便；附加尘格和毛刷等附件，易清理且可随时更换；整体造型美观大方，属高档产品。

表9-1　立式吸尘器附件及规格

产品出口欧洲、美国和亚洲各国，每一款机身和附件的大小形状基本相同，但配件样式较多，附件个数和种类会实时根据用户需求更改，因此每次装箱的附件数量不同直接导致产品的包装难以形成统一标准化方案。目前，吸尘器生产线主要通过人工包装和人工装箱，操作工每次需根据要求实时地调整装箱零部件的个数和种类，操作效率低下，易发生配件数量与客户需求清单不一致，造成生产线管理混乱。

（2）产品的易损特性。

由调研分析得知，吸尘器容易受损的部件为吸尘器的外壳、地刷头保护盖及其圆桶尘杯，这些部件都是薄壁塑料部件，均属于脆性材料，根据调研发现吸尘器元器件主要包括以下四种损坏模式。

①吸尘器的外壳，地刷头部的保护盖及其圆桶的棱角等突出部位由于承受冲击过载而发生凹陷等塑性变形；

②吸尘器的外壳，地刷头部的保护盖及其圆桶的棱角等突出部位也均属于应力集中部位，这些部位由于冲击过载而发生开裂等脆性断裂；

③吸尘器的部分元器件由弹性材料制作而成，由于承受长时间的交变应力，当超过其强度极限时，易发生疲劳破坏；

④吸尘器的外壳，地刷头部的保护盖及其圆桶，这些部位的表面，在冲击振动作用下，与包装箱产生摩擦，致使吸尘器表面磨损。

（3）产品脆值。

在进行包装设计时，首先应该考虑满足产品的安全防护性能。吸尘器产品属于小型家电产品，采用的防护技术为缓冲包装技术，在设计吸尘器产品的缓冲包装时，应该先确定产品的脆值，以此作为设计缓冲包装的依据。

本例采用经验估算的方法或类比法来近似地预估产品的脆值。经查相关资料，取本例吸尘器产品的脆值约80G。

（4）产品的流通环境。

讨论产品的流通环境，是确定产品在生产、储运和销售过程中所遭受的外力情况，从而得到其冲击、振动和堆码强度的特征值，用以进行缓冲性能分析和包装件结构性能计算。

在本例中，产品运输条件较为和缓，缓冲防护要求不高，侧重考虑包装件仓储运输条件下的抗压能力。

立式吸尘器产品主要出口，其运输堆码的情况大体如下。

①运输时，使用集装箱装载，汽车运输；

②工厂仓储堆码最大层数要求8层。

（5）立式吸尘器产品包装的其他设计要求。

产品包装设计方案应适应小家电多样化、复杂化的特点。根据调查结果的分析，该产品包装需要考虑以下因素。

①从环保性和经济性的角度出发，尽可能节省材料资源，实现可回收再利用，符合绿色环保的理念，满足企业经济性目标。

②产品结构复杂，附件多，在包装时应设计固定的摆放位置，使其在包装箱内布局更加规整合理，设计过程中考虑到结构尺寸的合理性，实现包装材料成本降低的目标。

③需要优化作业流程，简化中间环节，缩短物流路线，减少物料的中途停顿与闲置时间，尽可能实现机械化生产，提升企业竞争优势，创造更多的利润。

④充分考虑产品的仓储模式，主要为堆码高度或者堆码层数。规格确定的货柜和集装箱，对货物堆码高度有客观限制，因此设计产品外包装箱时，应使尺寸合理配合标准集装箱，提高装载率，尽量满足最大装柜量，降低物流成本。

⑤总体方案应具有通用性，适用于企业同系列所有产品。

2.整体包装方案设计

对立式吸尘器进行完整的整体包装方案设计，研究高效、安全、低成本的合理化包装方案。根据整体包装设计思路，对产品各方面信息进行充分的分析研究，包括从产品特性到流通环境等各环节信息的收集调研，对产品内外包装进行材料选择和结构尺寸设计，兼顾生产线结构布局和物流运输规划等。

包装件结构初步设计。

包括包装材料选择、内外包装衬垫设计、外包装箱设计及校核等。之所以称为初步设计，是因为具体的尺寸还需要用装箱率进行考核才能确定。

（1）产品包装材料选择。

根据包装要求分析和经济性原则，包装外箱选用五层BE瓦楞纸板，t=5mm，代号为D-1.2，根据GB/T 6543 查得其最小耐破强度1100/kPa，边压强度不低于5kN/m。瓦楞衬垫选择五层BE瓦楞纸板，t=4.5mm，代号为D-1.1，最小耐破强度800/kPa，边压强度不低于4.5kN/m。

（2）内包装衬垫设计。

立式吸尘器附件较多，拟采用瓦楞纸板设计上下瓦楞衬垫进行缓冲防护及主机、零部件的定位。

①上瓦楞衬垫。

上瓦楞衬垫设计为内嵌反折结构，根据吸尘器机身和各个附件的结构与尺寸进行对应开槽设计，实现支撑固定和精准定位，防止在运输过程中由于冲击振动导致附件和机身发生碰撞；避免在取用产品时主机与附件发生干涉作用；保证附件在包装箱内规整摆放；设计顶衬盖板使其拥有美观、高档的视觉感。

本设计产品主要是出口欧洲，附件为地刷、软管、手柄、床褥刷。出口亚洲和美国的产品附件数目有所减少，即可针对实际情况决定本设计中原附件开槽位置是否进行开槽，无须重新设计。上瓦楞衬垫展开尺寸如图9-23所示。样品如图9-24所示。附件摆放如图9-25所示。最终效果如图9-26所示。

图9-23　上瓦楞衬垫尺寸

图9-24　上瓦楞衬垫(www.daowen.com)

图9-25　附件摆放方式

图9-26　装箱效果

②下瓦楞衬垫。

下瓦楞衬垫设计为内嵌反折结构，系列化立式吸尘器底部滚轮大小，形状和固定位置完全相同，当吸尘器立式放置时，利用瓦楞纸板本身缓冲特性对吸头部位形成缓冲；折叠后形成双层缓冲结构，提高其薄弱部位安全性；对轮子进行精确定位，保证运输过程中产品的支撑固定。下瓦楞衬垫展开尺寸如图9-27所示。样品如图9-28所示。

图9-27　下瓦楞衬垫尺寸

图9-28　下瓦楞衬垫

（3）瓦楞纸箱。

①瓦楞纸箱的箱型及尺寸设计。

为方便、省料起见，外包装用瓦楞纸箱箱型选0201箱。纸箱内尺寸由内装零部件的尺寸决定，提高纸箱内部空间最大利用率的同时，还须依据集装箱的尺寸对外箱尺寸进行调整，以达到集装箱装载率最高值。

计算可得外箱内尺寸Li×Bi×Hi为315mm×295mm×653mm，制造尺寸L×B×H为320mm×300mm×659mm，外尺寸LO×BO×HO为324mm×304mm×670mm。绘制瓦楞纸箱平面设计图如图9-29所示。

图9-29　纸箱平面设计图

②瓦楞纸箱原材料的规格等级确定。

纸箱外尺寸为324mm×304mm×670mm，考虑集装箱的最小内尺寸为12032mm×2352mm×2690 mm，集装箱内最多堆码4层；在生产场地仓储时，堆码层数可达8层。据此，可计算瓦楞纸箱的负载，并考虑到储运、加工等条件，选取合适的安全系数后，确定最大堆码强度，本例计算所得为3000N。然后，可通过经验公式和相关标准确定原材料（箱纸板和瓦楞原纸）的规格等级。

③瓦楞纸箱的强度校核。

在本例中，瓦楞纸箱的强度校核主要是抗压强度校核，包括计算分析校核和试验校核两步。前者可通过前面所选择的原材料规格参数反求计算瓦楞纸箱具有的抗压强度，如不满足，则可以调整材料规格及参数；后者是在计算校核基础上用纸箱抗压试验机进行要求堆码条件下的抗压强度测试。试验后包装箱不应破损；试验后包装箱变形量不超过10mm；试验后包装箱内的部件不得出现任何损坏（变形、压碎、弯曲、凹痕）。

3.产品包装生产流程优化

（1）原包装流程。

原包装流程如图9-30所示。

图9-30　原包装生产线流程

由图看出，原有包装生产线呈直线型，一条包装生产线需要工人10名；生产线主要使用人工包装，效率比较低；另外，直线型生产线布局占据较大面积的场地。这都需要进行优化设计。

（2）包装生产线流程优化设计方案。

提出了U形操作生产线，布局较合理，占地面积大幅度减少，约为直线型的一半。引入部分设备并优化包装工艺过程，使工人数量从10人降至6人，提高生产作业效率。改进包装生产线流程如图9-31所示。打包流程如图9-32所示。

图9-31　改进包装生产线流程

图9-32　包装打包流程

4.集装箱装载率分析

装载率是评估货运效率的有效指标。现有包装外箱外尺寸为340mm×260mm×760mm；本设计方案纸箱外尺寸为324mm×304mm×670mm。运用装箱软件，根据表9-2的标准40HQ集装箱规格计算出各尺寸集装箱的装载率。

表9-2　集装箱规格（GB1413—1978）

原包装箱装箱图如9-33所示，本设计方案装箱图如图9-34所示。

图9-33　原包装箱装箱

图9-34　本设计方案装箱

原方案集装箱利用率为94.66%，装载个数为1079个，本例设计方案集装箱利用率为95.32%，装载个数为1092个。装载率提升了约为1.2%。

5.包装整体方案成本分析

（1）包装材料成本对比。

本设计方案中纸箱面积减小约为0.02m2；上下衬垫减少纸板用量面积约为 0.22m2；取消了EPE发泡材料。参考市售材料成本计算，本设计方案原材料成本降低约13%。

（2）包装生产线成本对比。

本设计方案可使包装生产线工人数量从10人降至6人，直接降低人力成本40%。

（3）集装箱装载率对比。

本设计方案装载率提高约1.2%。从装载率计算来看，外包装箱可根据现有包装方案进行尺寸优化，即调整外包装箱的长宽高尺寸比例，以进一步提高集装箱装载率。具体过程本书从略。

从完成的立式吸尘器整体包装设计方案来看，本方案可以较好地实现优化目标。