第四节 木包装系统的发展趋势

木包装系统虽然是最古老的包装系统，历经几千年的演变，至今仍然在物流包装系统的若干领域中占据着其他包装系统难以取代的重要地位。随着市场的变化、技术的进步和生态文明建设的深入发展，木包装系统也在与时俱进。

1．新型木包装系统的开发

随着社会生产需求的不断向前发展和科学技术的飞速进步，木包装系统自然需要持续改进和创新。除了表1-1所示的当前常见的木包装系统之外，兼备防潮、防锈、防霉、防腐、防静电、防火等多种功能的新型木包装系统正在被开发成功。

在军用包装领域，现代战争要求开发满足空投、漂浮、防殉爆、磁屏蔽、防辐射、隔热、隐身等功能的特殊木包装系统。

适应大数据时代下便于智能信息化管理的新型木包装系统，有待开展产业化和商业化的开发。

先进制造技术与装备的引入，打破传统木工机械只能加工简单形状构件的制约，实现老祖宗榫卯木结构等独特技巧的机械化生产，有望开发出有别于现有木包装系统结构的创新产品。

精益制造、清洁生产、绿色发展、循环发展、低碳发展等与生态文明建设相关理念在木包装企业内深入贯彻，将会从根本上推动木包装企业的结构转型。数据是关键性的企业资产。过去，通常用实物资产衡量企业的价值。现在，随着进入信息时代，大多数企业都意识到企业数据也是一项重要的资产。如果企业能够了解、信任并能够及时获取所需数据，就可以利用其数据资产更快、更好、更聪明地运营，从而在竞争中脱颖而出。能够实时把握企业产品生命周期所有环节的可视化数据的企业，就可以称之为数据驱动型企业。

木包装企业基本上为中小型企业，数以万计，技术落后，木材成本不断增长，市场恶性竞争，客户产品包装要求日趋复杂，开发周期要求更短，要解决这些挑战，木包装企业只有依靠信息化来提升核心竞争力。如图1-20所示，企业核心竞争力由以下4方面内容的协同和集成：产品生命周期管理（Product Life Management, PLM）、客户需求管理（Cus tomers Requirement mangement, CRM）、供应链管理（Supply Chain Management, SCM）和资源需求管理（Resources Requirement management, ERP）。

产品从摇篮到坟墓的生命周期管理转化流程包括：需求和计划→概念工程→产品工程→制造工程→产品测量与品管→制造生产→销售与物流→维护与修理→废弃与再生。产品生命周期的成熟度曲线如图1-21所示，通过PLM的实施以获取利润最大化，压缩孵化期的成本。

目前我国的木包装企业的信息化多数仍然停留在发达国家20世纪80年代的第一代产品设计管理（Product Design Mangement, PDM）的低水平，如图1-22所示。少数企业已经引进UG、SoliEdge、ProE等三维CAD软件，达到了第二代PDM的水平。21世纪出现等虚拟产品设计管理（Virtual Product Design Mangement, VPDM）和PLM，还未在包装企业中推广。实施PLM是以企业的产品为中心，提升创新和随需应变的能力为目标，以包括软件在内的信息技术为手段，通过对企业知识型资产的管理，建立一个支持从概念、开发、生产到维护的整个产品生命周期运作体系。PLM通过产品创新和过程创新，使得企业获得更高的品质，模块化程度更高，更好的结构配置，更多的客户定制，市场响应更准确和快捷，服务更佳，构件与知识重复使用率更高，改善了制造能力，拓展了产品数据，减少了物流包装的综合成本。实施PLM使得从只“考核结果”转向注重“过程控制”，从只是“数据管理”转向实现“知识管理”，从“数据交换”转向“信息分享”。

2．微型与重型木包装系统的开发

目前的微型木包装系统俗称木盒，基本上采用薄板手工制作，劳动生产率低下，成本较高。如果能开发出利用旋切单板热压成型工艺，大批量生产各种异型木盒，不仅可以代替现有的简单外形的木盒，还有可能部分取代高碳排量的纸盒，将开辟出更加环保的微型木包装系统的新天地。

对于内装物超过60吨以上的重型木包装系统，现有的框架木箱已经难以满足要求。开发钢木结构的重型木包装系统的新型结构形式，保持木包装系统特有的缓冲性能，探索复合结构的静动力学分析方法，并制定相应的标准，有待进行系统的研发。

3．木包装系统减量化设计的精细化

国内外的有关单位已经开发出一些实用的木包装系统的CAD/CAE系统软件，企图尽可能优化设计木包装系统的结构与尺寸，最大程度地减少木材的消耗。例如，青岛科力特信息技术有限公司与江苏前程工业包装有限公司等企业合作开发的《整体包装设计系统（CPDS）》，可以对绝大多数木包装系统进行参数化设计或按国家标准进行自动设计，大大节约了设计时间和人力消耗，提高了设计质量，初步避免了过包装；通过CAE系统的有限元分析、参数识别技术和优化技术，可以进一步优化木包装系统的结构及其尺寸，实现了木包装系统减量化设计的初步精细化。

由于木材是一种各向异性的黏弹性非均质结构材料，在进行CAE分析时，需输入相应的结构动力学参数。但是，受参数识别技术的水平和计算机配置的限制，通常都是建立比较简单的结构模型、简化的载荷条件与最简单的约束条件，以便能在较短的时间内算出所需结果。

木材的破坏特性与均质的金属材料不同，现有强度理论是否适合木材的力学性能高度各向异性特点，值得深入研究。非线性各向异性木构件的压稳定分析对于精确设计木包装系统的堆码能力至关重要，需要开发更先进的理论与算法。

为使木包装系统减量化设计进一步精细化，在一般包装企业没有大型计算机可供使用的情况下，有必要开发云计算环境下的木包装CAD/CAE系统软件及其相应的参数识别技术，解决木包装系统的静态优化，进而再解决木包装系统的动态优化设计问题。

4．木包装系统设计安全系数的统计分析

在框架木箱等国家标准或亚洲标准中，对木包装系统所用木材的安全系数假定为：抗弯与抗拉7，抗压5.5。安全系数的确定取决于试验样本的尺寸、缺陷、含水率、温度、承载期间、载荷类型与偏差等各种不确定因素，如何根据所选不同级别木材的实际质量和实际使用条件进行大量测试数据的统计分析，是一个十分重要的课题。

目前许多资料上给出的不同产地、不同树种木材的物理力学性能数据，只是特定试验条件下的平均值，很少给出其变异系数和准确指数。建立本企业所用木材的真实物理力学性能统计分析数据库，对于更精确设定其安全系数具有十分重要的意义。

如何根据木材的平均值、变异系数和准确指数等统计分析数据确定安全系数，取决于概率分布函数的确定，有必要进行针对性的深入研究。

金属连接件的质量与组装的加工工艺条件，对木包装系统的承载能力和使用寿命具有不可忽视的影响，不同金属连接件对安全系数的影响目前还缺乏定量研究。

5．新型重复使用木包装系统设计的开发

发展循环经济已经成为我国今后产业结构调整的发展重点，与之匹配的重复使用木包装系统也应该成为包装行业关注的对象。

以欧标托盘为代表的优质木质平托盘是当今使用面最广的重复使用木包装系统产品。江苏前程工业包装有限公司根据我国的实际情况，负责制定了适用于共用系统的木质平托盘的国家标准。其开发出的性价比优异的中标托盘，有待推广普及。

目前市场上流行的拼装式胶合板箱，实际上是瑞典在1960 ～1970年期间开发成功的固定舌片式的可折叠无钉箱，开合方便，但重复使用仅2 ～3次。因为复用中舌片弯折变形次数增加时，会影响开合效率和强度，甚至会被折断。因此，开发性价比优异而重复使用次数更多的新型锁扣结构的可折叠无钉箱，正在成为木包装企业探索重复使用木包装系统的课题之一。早在20世纪80年代由欧美木包装企业开发成功的实木托盘围板箱，是通用性强、寿命长、操作方便、成本低廉的重复使用木包装系统。采用人造板材代替实木制造围板已经在某些场合获得认可，耐用性有待进一步提高。卡扣箱是开合速度最快的重复使用木包装系统，在许多领域都得到推广应用，尤其适用于军用包装。如何降低成本和提高连接的可靠性等方面，正在受到有关企业的关注。金华捷特包装有限公司与江苏前程工业包装有限公司等企业结合上述包装箱的开发，负责制定了适用于共用系统的木质箱式托盘的国家标准，为推行木质箱式托盘奠定了基础。

性价比更为优异的重复使用木包装系统新型结构，正待有志之士进行不懈的创新开发。

6．模块化木箱的开发

机电产品包装使用广泛的框架木箱等一次性木箱，由于内装物尺寸千差万别，木箱构件尺寸随之变化，规格繁杂，给备料、制造、组装和物料管理带来许多麻烦。开发模块式木箱已经成为木包装企业亟待研究解决的重大课题。

例如，目前广泛使用的标准木质箱式托盘的尺寸一般只是1200mm×1000mm×1100mm，如果能将两个这样的箱式托盘适当修改结构，使用特殊连接件拼装起来，便可形成一个尺寸更大的2400mm×1000mm×1100mm的木箱，从而可以大幅度降低大型木箱的制造与管理成本。

模块化木箱尺寸系列的划分、适应模块化木箱的构件设计和连接件结构的研发等课题需要投入大量人力物力进行深层次的开发，为发展我国标准化、通用化、系列化、专业化与规模化的木包装系统奠定基础。

7．节材代木包装产品的开发

节材代木是指在生产、消费及其他经济社会活动中，通过一定的技术与管理手段，对木材及其制品合理开发利用、保护处理、回收复用与再生利用，以及采用非木质材料及其制品经济合理地替代木材及其制品，以达到高效利用和节省木材，提高产品和工程质量，保护森林资源，满足社会需求的目的。其内容包括木材节约和木材代用。

木材节约品是指以木质原料通过优化设计和生产，或原料经过多次加工合成，能够以更高的性价比替代原木或锯材及其制品使用的木质材料及其制品。目前在木包装系统中使用的木材节约品，主要是采用意杨或小叶桉等速生林原木制造的胶合板、定向刨花板、层积材和纤维板等人造板材，可以提高木材的利用率，减少原木的消耗。但是，在应用于机电产品木包装系统时，如何提高力学性能、延长室外使用的寿命、降低成本与甲醛释放量等方面，还存在许多亟待解决的研究课题。培育比意杨或小叶桉轮伐期更短和性能更好的速生林新树种，如三倍体毛白杨和竹柳等，是今后需要研发的重点。

高温热处理木材也称为热改性木材，国外称为“Heat-treated Wood”或“Thermal Modified Wood”。木材高温热处理改性方法始于20世纪30年代的美国，发展于20世纪90年代。近年来，芬兰、法国和荷兰等国开展了木材高温热处理技术的系统研究，形成了比较成熟的处理工艺。此技术的产业化开发的进展，将为在机电产品木包装系统中利用速生林锯材开创可喜的前景。

木材代用品是指以非木质原料生产，能够以更高的性价比替代木材及其制品在相同部位或相同环境下使用的非木质材料及其制品。桔梗板等生物质木包装材料已经实现产业化生产，但在机电产品木包装系统使用时还需解决其性价比仍然不如其他人造板材的问题。

以纸代木、以竹代木、以塑代木、以钢代木等包装系统构成的木材代用品，只有通过对这些系统进行生命周期评价，对碳排量、能耗、环境冲击、综合成本等多项指标进行从摇篮到坟墓的全过程的定量分析后，方能确定该系统是否优于木材。因此，需要结合我国的有关产业的生产实际情况，开展多种材料的生命周期评价数据库的分析研究。

建立节材代木包装产品的法规、国家标准和评价体系等研究课题，已经由中国包装联合会机械工业包装技术委员会组织有关单位开展工作，并上报工信部立项。

8．废弃木包装系统的回收再生

木材是一种可回收再利用的生物质材料，而木材制成的木包装系统在使用废弃之后，应回收循环使用，或通过机械化学处理和分解处理等资源化利用途径回收再利用。目前已经有一些企业涉足这一新兴行业，利用旧托盘、废弃木包装箱等为原料，制造人造板材或刨花墩等木包装系统制品，以及生物柴油或酚醛胶黏结剂等高附加值产品。很多国家也十分重视包装资源的回收利用。早在1990年，加拿大就通过了《加拿大优选包装法》，明确规定要减少包装材料用量和进行包装废弃物的回收再利用。丹麦、荷兰、德国、奥地利、日本和法国等国也相继颁布了类似的法规，对回收再生给予政策性扶持。

我国各地都有若干小型废旧木材回收公司，主要是将收购的废旧木材加工成芯条，制造细工木板。回收和加工的废旧木材以实木为主，人造板回收非常少。木材加工的边角料基本上被焚烧或填埋，造成大气污染。枝桠材一般都被用于制造刨花板或纤维板，但受运输成本限制，只有在刨花板或纤维板生产企业附近的枝桠材得到回收利用。废旧木材的回收价格目前通常为300～600元/吨，成本较高，处理与加工成本也高于新料，所以目前使用废旧木材制造刨花板并不经济。

由于我国相关法律法规制度还不健全，较多的木包装箱在使用后被废弃，回收难度很大。在工业化发达地区，建立废旧木包装系统的回收再生体系，实行科学分类，减少某些废旧木材有毒物质对土地的污染，对堆放场地的研究低能耗、低成本的回收工艺与装备，提高再生制品的质量，降低生产成本，是当前急需解决的重大研究课题。政府主管部门加速扶持性法规的制定，对于推动木包装系统的回收再生具有决定性的意义。