随着物质生活的不断提升,物流行业也飞速发展,已经深入到生产、生活的方方面面,成为我们工作生活中不可分割的一部分。我国包装产业产值在2013年突破万亿规模后,更在去年达到1.8万亿的市场规模。特别在汽车生产行业,因为现代汽车制造大协同与全配套特点,物流运输扮演着十分重要的角色,因为时间与质量控制方面的高标准、严要求,面对数量巨大、种类繁多的汽车零部件运输、存储、上线等环节,如何能在最短时间里,用最可靠、最经济的方式,将零部件送达目的地,完成上述各环节工作,就是现代物流智能化的最大课题。而其中涉及的各色料箱、料架、内衬、托盘等的设计与选用,也成为影响物流运输任务的关键因素之一。

对物流包装箱的智能化集成应用平台的一些设想  catia 第1张

  

  包装方案实现进一步智能化集成应用的可行性

  

对物流包装箱的智能化集成应用平台的一些设想  catia 第2张

  包装工程是一个多学科交叉的、典型的应用型学科;通过包装材料与其他学科技术间的交叉与跨界应用、采用创新的思维获取了更多的技术。在当前工业4.0的大背景下,包装方式与材料的筛选、适配与设计工作也需要在原有的基础上,实现进一步学科交叉,提高信息化、智能化程度。目前工作中,各种软件分别运用,而随着数据库的建立,应该要在数据的支撑下向多种软件集成运用转变。因为只有集成才能使数据利用率与软件使用效率更高。包装箱、料架等的结构特点是种类繁杂,以汽车零部件为例,汽车零部件尺寸不一,形态各异,运输距离有长有短,使得包装器具在汽车零部件物流过程中越来越重要。而成千上万类的零件,导致零件包装器具也纷繁多样,使包装选型与设计工作量很大,同时,往往会因为汽车生产中时间节点的要求而变得时间紧任务急。但另一方面,具体到某个包装箱与料架,就其基本构造而言,则结构相对不很复杂,且有一定的系列化特点,有非常好的标准化潜质。在种类杂、时间紧、结构系列化的背景之下,计算机集成模块化、智能化的适配选型与设计方法就有了非常好的用武之地。

  

  包装智能化集成应用平台的主要目标

  

对物流包装箱的智能化集成应用平台的一些设想  catia 第3张

  提高包装方案选型与设计的工作效率是平台的唯一目标,即:通过平台带有的自动筛选、优选模式,将要运输的产品数模与数据库中已有的包装箱数模,按一定要求进行智能化摆放、比对并优选出最佳箱型、内衬等包装方案。如果没有符合要求的结果或对筛选结果不满意,则启用平台的自动设计模式,通过预设参数与装配要求,进行包装料箱、内衬等各零部件的全新设计与出图。如此则可以把许多重复的工作交给计算机做,以达到简便操作、快速工作的目的,提高工作效率。

  

  包装箱智能化集成应用平台

  

  (一)设想的包装智能化集成应用平台运行逻辑图

  

  包装智能化集成应用平台的特点是将多种软件集成在一个统一界面中运行,通过开发出连接到各应用软件并能触发一系列运算的各个工具条来实现操作,软件与资源涉及机械设计软件、Office软件、PDF、IE以及包装箱数据库、包装箱零部件数据库等,通过对数据库信息提取,再在各相应软件中进行摆放、比对、筛选并优化选择,给出适用箱型编号表单;如没有选中任何箱型或对选出结果不满意,则通过给定的参数,生成相应的新料箱及其零部件的三维数模与二维图,及材料清单等,再按需完成各数据库更新等整个过程。运行流程图如下图1和图2所示。

对物流包装箱的智能化集成应用平台的一些设想  catia 第4张

  

  

  

  

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对物流包装箱的智能化集成应用平台的一些设想  catia 第5张

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  (二)应达到的基本功能设想

  

  根据所需装载的零部件最大外型尺寸及放置条件(如最小装载数量、放置方式等),经平台分类选择后,通过给定的零部件最大尺寸与包装箱数据库中已有包装箱的内部空间尺寸,逐个快速、自动的进行比对、摆放、筛选,智能化找出相适配的所有可用料箱,如图3所示为某款料箱示意图;

  

  

  

  

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  图3某款料箱示意图

  

  2.在经比对筛选后,如果有结果但不唯一,则可以通过平台预设的进一步加附加条件(如装载量、车辆尺寸、经济性等),在众多结果中进行智能优选,如运用遗传算法结合三空间装箱原则,在装箱顺序和车辆分配维度下求解最佳装载方案,比较装载量,以最多者为最终结果,或者结合车型空间和运价,以最具经济性结果为最终选择;

  

  3.对已有包装箱经比对筛选后,如果没有可用的,或对选出结果不满意,则可以选择平台上的新箱设计功能,通过平台的设计应用界面,对包装箱等各零部件分别输入相关参数,并经后台相关联的计算机辅助设计系统自动运算,依次完成各零部件的三维建模。几乎所有的机械辅助设计软件都有这样的二次开发接口,以CATIA软件为例,CATIA提供了多种二次开发的接口,其中包括自动化对象编程(V5 Automation)和开放的机遇构件的应用编程接口(CAA)。通过标准模型的建立与二次开发工具,就能够实现系列化零件的自动建模;

  

  4.在设计包装箱的各零件过程中,还有一个标准件/借用件智能比对过程,即,通过输入的关键尺寸,如果新建零件尺寸与包装箱零件数据库中同类零件主要尺寸相同或一定范围内接近,则系统给出优先选取库内已有零件的提示,采纳则选取库中此件且加入进材料清单(BOM)序列,然后跳过此零件设计阶段,转至下一步,不采纳则继续完成设计工作。如此,则可避免重复设计,提高包装箱零部件的通用性,降低设计、制造与管理成本;

  

  5.各零部件设计完成后,平台会自动完成装配,并进行最后的各相关尺寸匹配检查,如内、外空间尺寸、可装载目标零件数量等,给出检查结果,作为设计者最终定型的参考;

  

  6.零部件与总装数模设计确认完成后,通过平台的统一界面,还可以进一步完成相应零部件基本出图工作,并生成包装箱材料清单(BOM)表;

  

  7.完成设计工作之后,平台可以控制对原数据库(包装箱库和包装箱零部件库)进行自动添加新数据操作,将新包装箱添加进包装箱数据库,将新零件添加进包装箱零部件数据库,使数据库常更常新,具备一定的自我扩充、自我学习能力,为后续的选型、设计作数据积累。

  

  8.对数据库内数据进行模块化分类,数据库中数据带有一定的特殊关键字,就可以实现自我分类,比如箱型种类,有标准箱、非标准箱、金属箱、塑料箱、纸箱、围板箱,折叠箱、非折叠箱等,零件设类别,如标准件、通用件、借用件,辅以尺寸系列等。有了这些关键字,就可以在每次系统应用时,通过数据过滤,以最快速度找出需要结果。

  

  (三)构建包装智能化集成应用平台所需基本要求

  

  1.数据库。以包装箱为例,数据库包含包装箱型数据库与包装箱零部件数据库。箱型库数据必须包含各箱的最大外尺寸、内部有效空间尺寸等基本参数,再辅以关键字为条件,对包装箱做合理的多重分类。因为包装箱形式多种多样,有了模块化分类,再辅助与关键字索引,如带轮、铲板等,则可以使适配工作更具有针对性,既方便管理,也便于选型时过滤数据,减少计算时间。

  

  零部件数据库则是将已有的各包装箱零部件,按类别与主尺寸分出不同的序列,成系列排列成库,便于对已有的零部件统一管理与选用。同样的,库中各零部件也需要模块化分类且类别应该更细致,除了适用的箱型信息外,还要将包装箱各部分零部件模块化,比如底座部分、侧门部分、主门部分、堆叠零件部分等,各零件则必须包括其主要尺寸,比如长宽高、安装配合尺寸、料厚等重要参数,如果可能,再辅助以其他细分关键字,方便在设计过程中参照、检索、选取与尺寸比对;如图4所示为某款料箱零件-包角的示意图。

  

  

  

  

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  图4某款料箱零件-包角的示意图

  

  2.在平台的编制、管理与运行中,需要有相应的各种软件作支撑。包装智能化集成应用平台建立、管理、运行,需要链接Office、计算机辅助机械设计软件(如CATIA、NX、或其他)、PDF及软件编程工具等,大量的计算、适配工作都需要在这些软件上实现。运行中,平台界面可以始终处于最前端,相应软件处于后台运行,也可以按需要出现在前端。专业软件处于后台运行的最大好处在于能最大限度的避免使用者对不同软件的使用困扰。

  

  (四)包装智能化集成应用平台的效益特点:

  

  1.在包装箱选型时,有一个工件在各包装箱中试摆放的过程,在各箱进行摆放方案验证时,虽然已经可以使用设计软件,但是仍有大量的人力操作过程,费时费力。而有了此应用平台后,通过平台预设的摆放算法与优选算法,则计算机可以承担大部分的自动计算过程,以达到提高工作效率之目的;

  

  2.平台具有统一的应用界面,有利于有不同技术背景的人快速使用,并且生成统一的数据格式。以计算机辅助机械设计软件为例,当前软件多种多样,有CATIA、NX、SolidWorks、AUTOCAD、Creo等,不同技术背景的工程师掌握的软件是不一样的,学习、掌握一个新软件是需要时间的。通过此平台则可以让使用者免于直面不熟悉的软件应用界面,快速上手,更专注于包装箱产品的本身,而且可以保证输出一致的数据结果;

  

  3.数据库只要初步建成之后,随着新包装箱的设计推进,经此平台,相关数据库(包装箱数据库和包装箱零部件数据库)也可以自行扩充,随着数据库的扩充,后续可用数据就会越来越多,系统的自我学习与完善能力得以充分体现;

  

  4.此平台应用的可扩展性强,它适用于包装箱、内衬、托盘、料架等多种包装设计上,也可以用于其他领域的机械产品上,只要其结构系列化、通用化程度高,在适当改造之后,应该都可以使用。

  

  (五)需要注意的方面

  

  1.平台的有效应用依赖于成熟的数据库,随着时间的推移,数据库内数据会不可避免的越来越多,如果不加处理而直接充塞进数据库,时间一长必然会拖累系统的运行速度。所以,数据库数据必须通过关键字加以分类,使用时可以过滤数据,尽量使数据变成并行多路形式,提高后续使用的运行效率;

  

  2.工件在包装箱中自动摆放时,由于工件的形状不规则,使得模拟摆放的个数可能与实际情况有出入,这些情况导致的结果可能使摆放方案与摆放个数只符合最少摆放数这个特征,真正可以摆放的个数可能还需要通过进一步实际操作来加以确认,也可以优化摆放算法;

  

  3.将新生成的包装箱和零部件自动加入数据库前,要对这些包装箱与零部件作尽量完整的特征信息建立,如名称、各关键字、参数等。

  

  4.建立包装箱零部件库时,每个系列零件的第一个件,需要做成标准模型,即,要有充分合理的参数设置与足够的关系式将零件结构各部分关联,只有建立起符合系列化设计的标准模型后,后续的系列化自动生成才能实现。

  

  包装器具是现代物流中的一个重要组成部分,提高其选用与设计效率是一个大课题。在当前以数据推动生产生活的时代,包装器具选用与设计的智能化也一样离不开数据与集成,只有基于数据的高度集成,才是进一步提高效率的基础。