1)人机工程学方面的制约条件。人搬运物体的力量与人的姿势(这主要涉及是弯腰搬,还是半蹲搬,两手离开身体正面的距离、两手的开距以及两手搬放的高度等)和操作方式(这主要涉及是单手搬还是双手搬,是提还是举,是推还是拉,以及搬放时物体的重心是否落在双手与身体组成的平面内,是否在双手的连线上等等)均有关,具体应用时应查看相关的人机工程学方面的资料手册。这里只是想简单地从一、二个因素出发,讨论一下从人机工程学的角度应该怎样来把握纸箱的尺寸大小。
双手能够举起的重量与双手所处的高度关系密切,同时还严重受到双手离开身体前方距离的影响。在本例的纸箱使用过程中,影响手的搬箱高度的工序有半年工序、码垛工序和将衣物摆放到配货架上去,这个因素直接影响到了纸箱的允许最大毛重,间接地也就影响到了纸箱的容积,即纸箱的三个尺寸。
此外,还值得指出的是,一只手的负重能力比两只手的负重力的一半还要小。在搬运过程中,除了双手的开距基本保持不变之外,双手的高度和前向距离经常是在不断的变化,所以要动态地分析问题。
为了操作方便,除特殊情况外,应考虑1人搬运为宜。
从人的操作来说,纸箱当然是小些好,但这决不意味着越小越好。过小的纸箱无疑会增加包装材料的使用,增加操作动作,还会影响其它搬运工具(如托盘)的面积使用率。
2)托盘的制约条件。托盘是使静态货物转变为动态货物的媒介物,它能使许多物品堆放在一起并形成具有同样大小与形状的集装单元,便于产品的流通和机械化装卸,因此是一种常用的贮运包装工具托盘有许多不同的种类,但最影响到纸箱尺寸的因素还是托盘的尺寸和码垛的方式,国际ISO组织已经制定了托盘尺寸的国际标准,分别为800×1000mm、800×1200mm、1000×1200mm三种,与我国现行推广使用的托盘尺寸有一定差别,如交通部推广使用的托盘尺寸就为850×1250mm。显然,出口商品应以国际标准为准。为简便起见,我们只取最接近的一种国际标准托盘(800×1200mm)为例,同样,在码垛方式上也只分析5件正反交错式码垛和4件旋转交错式码垛为例进行分析。至于采用重叠式码垛或纵横交错式码垛可以类似地进行分析。
5件正反交错式码垛方式,其截面可呈长方形,能有效地利用托盘的表面积,而4件旋转交错式码垛方式,其截面则肯定呈正方形,而且中央形成空穴,会降低托盘的表面利用率,但这种码垛方式的稳定性好。如果采用5件正反交错式码垛方式,则纸箱的宽度a应为120/3=4厘米,但由于实际码垛时,物品允许超出托盘一些,理论上每边可以超出5厘米,所以纸箱的宽度可以稍微大于40厘米。如果不留空隙,则纸箱的长度b应为120/2=60厘米。由于60+40=100厘米已经超过了托盘宽度80厘米较多(理论上允许超过每边4厘米),所以长度应为44厘米,但是如果不考虑允许适应各种车辆容积的话,仅从码垛的稳定性出发,采用60厘米的长度甚至更大一些也是可以的。如果采用4件旋转交错式码垛方式,也只能采用只考虑码垛稳定性的方式进行设计,否则托盘的表面利用率就太低了。为了减少中央的空穴,应尽量减少纸箱的长宽比,最小值就是上面的60(长)×40(宽)厘米,最大值可达到70(长)×50(宽)厘米。
3)运输车辆车厢和集装箱的约束条件。运输车辆主要指的是厢式大货车,目前车辆车箱的尺寸还没有一个统一的标准。如果是采用随托盘一起装卸车,则纸箱的长宽尺寸在考虑托盘的制约条件时就已经分析讨论了,而纸箱的高度却应该根据车辆内部高度来确定,即纸箱高度=车辆内部高度-托盘厚度-作业间隙/纸箱码放层数作业间隙一般取10厘米.
如果货物是直接码放在车厢内,则纸箱的长、宽、高尺寸都必须与车辆的内部尺寸相适应,达到充分利用车厢容积,保证货物码放稳定,方便装卸操作的目的。纸箱的长宽尺寸之间以及与车厢长宽尺寸之间要呈倍数关系。在这一点上与分析集装箱的约束条件时类似。集装箱是目前常用的一种运输包装工具。我国已于1978年颁发了货物集装箱外部尺寸和重量的系列国家标准,它与国际ISO标准是基本对应的,设计时应参看相应的标准。为简便起见,下面以铁路货运1吨集装箱为例来进行分析讨论。其尺寸如下:
外部尺寸:900×1300×1300mm
内部尺寸:830×1260×1144mm
自重:186kg 载重:814kg 总重:1000kg
显然,纸箱的尺寸为620(长)×570(宽)×400(高)mm为最佳,这时正好能放下八个纸箱,考虑到只是码放二层,以及托盘的尺寸约束条件,纸箱的宽和高二个尺寸可以对换一下。还值得指出的是最后应检验是否满足载重要求。而且国际运输集装箱一般都在20吨以上,这主要是为了便于用集装箱船运输。
4)配货架的约束条件。配货架很象超市中使用的货架,一般有五层,总高2.5米左右,长3米左右,宽1米左右,在安装时可以根据需要进行调整,但一旦安装固定后,在使用过程中一般不再调整。使用时为两组并排紧靠在一起连接成一个长排,顶层作堆放贮备配货用。所以实际配货用的是四层,每层层高约50厘米。因此,如果纸箱高度超过50厘米,操作起来就很麻烦,甚至会无法放入配货架间,至于纸箱的宽度如果不恰当,就有可能发生最后空隔较大却又无法放一个纸箱的情况。比如说配货架的长度为3米,纸箱的宽度为51厘米,变会出现六个放不下,五个又空出45厘米的情景。长度方面也有类似的情况。纸箱的尺寸越小,可能浪费的配货架面积也就越小,但纸箱过小,却会使得需要更经常地向配货架添加货物。
从上面的分析可以看出,在确定纸箱尺寸时需要系统地考虑一系列的约束条件,这些约束条件有些是相互能够容纳的(可以定义为相容条件),而有些却是相互矛盾的(可以定义为相悖条件)。对于相容条件,比较好办,只要按照其中之一进行设计,其它的条件也就自动满足了。而对于相悖条件,则需要分别进行设计,从中找出最佳的方案来,而这个最佳的方案肯定会因为设计时所考虑的主要原则不同而不同。