第二章 包裝容器結(jié)構設計與評價
第一節(jié) 概述
包裝容器結(jié)構設計是從科學原理出發(fā)，依據(jù)不同的包裝材料、不同的包裝容器成型方式從包裝容器的內(nèi)外構造所進行的設計。必須遵循科學性、可靠性、美觀性和經(jīng)濟性的設計原則，必須考慮各種矛盾，權衡輕重，達到最佳。
第二節(jié) 包裝容器結(jié)構設計程序
包裝容器結(jié)構設計是整個包裝設計系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。與其它包裝設計相互聯(lián)系、相互制約和相互烘托。其設計一般過程如圖。
從設計過程中的總體結(jié)構來看，大致可分為以下4 個階段:
1.設計條件分析階段
明確設計要求，調(diào)查研究掌握必須的資料；對被包裝產(chǎn)品的類別、物態(tài)、理化及生物特性等進行分析；明確包裝環(huán)境條件、流通條件、市場條件等；了解包裝材料、容器類型和現(xiàn)有的生產(chǎn)條件。
2．方案設計階段
此階段應確定出設計參數(shù)，如被包裝產(chǎn)品的計量值，允許偏差等；設計容器造型方案；由多種包裝容器結(jié)構設計方案經(jīng)對比分析評價確定最佳的結(jié)構設計方案。
3．詳細結(jié)構設計階段
將結(jié)構設計方案轉(zhuǎn)化為具體詳細的結(jié)構表達，即對結(jié)構進行強度、剛度和穩(wěn)定性的分析計算，選定材料、確定技術要求，繪制出全套圖紙、編制說明書和有關技術文件。
4．改進設計階段
根據(jù)樣品試驗、使用、鑒定及市場反饋等環(huán)節(jié)暴露出來的問題，對包裝容器結(jié)構作適當?shù)募夹g處理，以確保質(zhì)量。
第三節(jié) 包裝容器結(jié)構設計內(nèi)容
一、具體設計內(nèi)容
（1）包裝容器外觀構造設計
即設計包裝容器的立體外觀形狀。設計中既要符合造型設計中的美學原則又要考慮包裝容器成型工藝的影響。
（2）包裝容器內(nèi)部結(jié)構設計
即設計包裝容器的內(nèi)部結(jié)構，它包含容器壁厚設計、局部結(jié)構設計、結(jié)構設計計算等。其中容器結(jié)構設計計算包含結(jié)構尺寸的設計計算、包裝容器容量設計計算、強度、剛度設計計算。
二、結(jié)構尺寸的設計與優(yōu)化
包裝容器大都屬于一種幾何形體，從經(jīng)濟性來考慮，總是希望在滿足被包裝產(chǎn)品的條件下是制造容器的材料消耗達到最少，而容器消耗材料的多少與容器的壁厚和外表面積大小直接相關。一般的壁厚越小包裝容器的耗材越少，故在壁厚尺寸的設計上，在滿足強度和剛度條件下，盡量選擇較小的值，當壁厚確定，可采用最優(yōu)化方法對包裝容器進行優(yōu)化設計獲得包裝容器的最佳尺寸。
這種包裝容器優(yōu)化設計基本思路概述如下：
步驟1 建立數(shù)學模型
a.確定設計變量
將包裝容器結(jié)構設計中須確定的尺寸如壁厚、容器的外型尺寸等作為設計變量。常以表示n 個設計變量。
b.構造目標函數(shù)
對于包裝容器一般的可采用材料消耗或包裝容器的成本最小為目標來構造目標函數(shù)。即以包裝容器內(nèi)部體積方程、制造容器包裝材料總面積方程為基礎構造目標函數(shù)的關系方程式，式中包含確定容器形狀的所有變量（設計變量）。
對于有n 個設計變量的單目標函數(shù)可寫成：
F(X)=F(x1,x2,x3……xn) ………………………(4.1).
c.確定約束條件
即確定限制設計變量取值的條件，對包裝容器有容器內(nèi)部體積限制要求、強度條件等。
約束條件常用以下形式表示：
g(x) ≥0 i=1、2…………m…………(4.2)
按上述工作，可將包裝容器的數(shù)學模型表示為：
求設計變量 ……X=[x1,x2,……xn]
極小化目標函數(shù) …… MinF(X) …… （4.3）
滿足約束條件 ……g(x) ≥0 i=1.2.3…..m
步驟2 優(yōu)化設計計算
a.選擇優(yōu)化計算方法
優(yōu)化設計方法發(fā)展至今，給出的優(yōu)化計算方法很多，工程上也出現(xiàn)很多使用的優(yōu)化計算程序，針對所見的包裝容器優(yōu)化數(shù)學模型，選擇合適的優(yōu)化計算方法。
b.計算
選用合適的優(yōu)化計算方法、變成求解包裝容器的數(shù)學模型，計算出包裝容器的最佳尺寸。
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