一種用于裝箱方案教學(xué)的可視化集裝箱教具設(shè)計(jì)

韋珂俊

【摘 ?要】 裝箱方案設(shè)計(jì)是物流管理、國(guó)際貿(mào)易等專(zhuān)業(yè)課程中的重要教學(xué)內(nèi)容，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和理論水平具有重要意義。文章設(shè)計(jì)了一種用于裝箱方案設(shè)計(jì)的可視化集裝箱教具，可通過(guò)展示集裝箱內(nèi)部裝載情況，使學(xué)生更直觀地觀察集裝箱的積載情況，從而更好地理解集裝箱的裝箱方案原理和知識(shí)，為裝箱方案設(shè)計(jì)的教學(xué)提供了一種模擬交互式的教學(xué)手段。文章詳細(xì)闡述了該裝置的原理及結(jié)構(gòu)，并分析了該裝置的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】 裝箱方案設(shè)計(jì)；可視化教具；積載圖繪制

一、集裝箱裝箱設(shè)計(jì)教學(xué)當(dāng)前存在的問(wèn)題

（一）集裝箱裝箱設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用

在集裝箱行業(yè)，隨著全球貿(mào)易的持續(xù)增長(zhǎng)，集裝箱的使用量也在逐年增加。不同貨物和貿(mào)易路線對(duì)集裝箱的需求各不相同，因此需要設(shè)計(jì)裝箱方案，以最大化利用集裝箱的裝載空間，并滿足貨物的運(yùn)輸要求。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在裝箱方案理論算法方面進(jìn)行了大量研究，其中針對(duì)多規(guī)格產(chǎn)品訂單內(nèi)產(chǎn)品間規(guī)格差異大且裝箱時(shí)決策層級(jí)較多的特點(diǎn)，提出了一種多規(guī)格產(chǎn)品裝箱優(yōu)化模型，在該模型的基礎(chǔ)上，提出了一種啟發(fā)式裝箱算法，包括基于高度矩陣的箱內(nèi)剩余空間表征及解碼方法，以及一種基于貼面率的產(chǎn)品放置策略，以進(jìn)行多規(guī)格裝箱的優(yōu)化。

變鄰域搜索算法與分支定價(jià)算法的研究結(jié)果顯示，變鄰域搜索算法的Gap值平均為1.8%，運(yùn)算時(shí)間平均為1.06秒；而分支定價(jià)算法的Gap值分別為0.30%，運(yùn)算時(shí)間為815.40秒。引入“決策者對(duì)異質(zhì)品的容忍度”這一參數(shù)，供決策者在裝箱成本與異質(zhì)性懲罰之間尋求平衡。相較于已有研究，該方案能為異質(zhì)品裝箱提供更科學(xué)的決策依據(jù)。

（二）當(dāng)前集裝箱裝箱方案設(shè)計(jì)的教學(xué)問(wèn)題

作為物流管理專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，“國(guó)際貨運(yùn)代理實(shí)務(wù)”主要針對(duì)從事國(guó)際物流相關(guān)崗位的學(xué)生。裝箱方案設(shè)計(jì)知識(shí)貫穿于物流管理、交通運(yùn)輸、國(guó)際貿(mào)易等專(zhuān)業(yè)課程之中。然而，目前裝箱方案設(shè)計(jì)教學(xué)存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果以及未來(lái)的職業(yè)發(fā)展。

1. 缺乏實(shí)際操作

目前，在裝箱方案設(shè)計(jì)的教學(xué)中，通常過(guò)于注重理論知識(shí)的傳授，而缺乏實(shí)際操作的機(jī)會(huì)。這導(dǎo)致學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，難以真正掌握裝箱方案設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和技巧，學(xué)生往往只停留在理論層面，無(wú)法獨(dú)立設(shè)計(jì)出符合實(shí)際需求的裝箱方案。

2. 缺乏系統(tǒng)思維

裝箱方案設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)性的過(guò)程，需要考慮多種因素，如貨物的性質(zhì)、尺寸、重量、運(yùn)輸距離、運(yùn)輸方式等。然而，目前的教學(xué)往往只注重單個(gè)因素的分析，而忽視了整體系統(tǒng)的考慮。這種教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生在設(shè)計(jì)裝箱方案時(shí)，缺乏從整體角度出發(fā)的能力，無(wú)法綜合權(quán)衡各種因素，難以設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案。為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握裝箱方案設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常使用二維圖像或文字描述。然而，這些方法缺乏真實(shí)感和直觀性，無(wú)法讓學(xué)生了解集裝箱的實(shí)際裝載過(guò)程和空間利用情況。因此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種用于裝箱方案設(shè)計(jì)的可視化集裝箱教具，旨在增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和提升教學(xué)效果。這一教具通過(guò)外部結(jié)構(gòu)的可視化窗格，讓學(xué)生觀察集裝箱內(nèi)部空間構(gòu)造、貨物裝載后的空間利用情況以及偏載情況，使他們更直觀地了解集裝箱的積載情況，從而更好地理解集裝箱裝箱方案的原理和知識(shí)。這一裝置可應(yīng)用于高?，F(xiàn)代物流、國(guó)際貿(mào)易等相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)，并可為物流運(yùn)輸、貨代行業(yè)的業(yè)務(wù)培訓(xùn)提供支持。

二、教具裝置原理和設(shè)計(jì)方案

首先，該款集裝箱教具在外觀上采用了高質(zhì)量的印刷技術(shù)，確保每個(gè)細(xì)節(jié)都與真實(shí)集裝箱一致。教具的窗格設(shè)計(jì)，使得學(xué)生可以直接觀察到裝箱后的內(nèi)部情況，如貨物的積載、擺放等。這不僅可以幫助學(xué)生了解貨物的裝載過(guò)程，還可以幫助他們繪制裝箱積載圖。其次，在裝箱方案設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，對(duì)不同規(guī)格、重量的貨物進(jìn)行拼箱設(shè)計(jì)方案。通過(guò)可視化集裝箱教具，模擬貨物進(jìn)行裝箱實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以直觀地了解裝箱方案的執(zhí)行過(guò)程，并從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。最后，教具底部配備了一個(gè)水平裝置。這個(gè)裝置可以用來(lái)模擬貨物的偏載情況，進(jìn)而觀察和分析這種偏載對(duì)集裝箱穩(wěn)定性的影響。教師可以根據(jù)此進(jìn)行案例分析，指導(dǎo)學(xué)生如何設(shè)計(jì)符合實(shí)際需求的裝箱方案，確保貨物的安全運(yùn)輸?？傊?，這款可視化集裝箱教具不僅在外觀和結(jié)構(gòu)上還原了真實(shí)集裝箱，還通過(guò)各種實(shí)用功能設(shè)計(jì)，真正地做到了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解集裝箱裝箱方案設(shè)計(jì)知識(shí)。

三、教具主要參數(shù)

（一）材質(zhì)選擇

1. 主體結(jié)構(gòu)：主體結(jié)構(gòu)采用ABS環(huán)保塑料，這種材料具有較高的強(qiáng)度、韌性和耐熱性，確保教具的耐用性和穩(wěn)定性。

2. 可視化窗格：為了達(dá)到高透明度，可視化窗格采用聚碳酸醋（PC）材料。PC材料具有優(yōu)秀的抗沖擊性和耐熱性，同時(shí)保證了窗的清晰度和耐用度。

（二）外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 尺寸：以40ft通用集裝箱為原型，按照1：120的比例進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣的比例能夠方便展示集裝箱的各個(gè)細(xì)節(jié)，同時(shí)也適合在課堂或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)使用。

2. 主體尺寸：主體高度為10.3 cm，長(zhǎng)度為主板體長(zhǎng)度為50 cm，寬度為10.1 cm。這樣的尺寸確保了教具的穩(wěn)定性和便攜性（如圖1所示）。

3. 可視化窗格：設(shè)置在箱體前側(cè)，整體為梯形。其高度為10cm，上邊長(zhǎng)為23cm，下邊長(zhǎng)為35cm，長(zhǎng)度為61cm。通過(guò)這個(gè)窗口學(xué)生可以清晰地觀察到集裝箱內(nèi)部的布局和貨物狀態(tài)。

4. 材質(zhì)：整體結(jié)構(gòu)選用ABS環(huán)保塑料，可視化窗格聚碳酸酯（PC）高透明度材質(zhì)。

（三）外觀顏色設(shè)計(jì)

1. 主色調(diào)與外觀

藍(lán)色基調(diào)：集裝箱的整體外觀采用了與真實(shí)集裝箱相同的藍(lán)色，這不僅使教具看起來(lái)更加真實(shí)，還增強(qiáng)了其在實(shí)際應(yīng)用中的模擬效果。藍(lán)色調(diào)的采用，有助于學(xué)生在模擬環(huán)境中獲得更貼近實(shí)際的操作體驗(yàn)。

透明部分設(shè)計(jì)：為了使學(xué)生能夠清晰地觀察集裝箱內(nèi)部的貨物和布局，教具的前部左方、右方、前方，以及頂板前側(cè)面板采用了透明色。這種設(shè)計(jì)學(xué)生不僅可以直觀地看到集裝箱內(nèi)部的情況，還可以更好地理解貨物的存放和分布方式。

2. 標(biāo)識(shí)與門(mén)涂色

集裝箱后側(cè)門(mén)標(biāo)識(shí)：在集裝箱的后側(cè)門(mén)上，填涂與真實(shí)集裝箱一致的標(biāo)識(shí)。這一設(shè)計(jì)增強(qiáng)了教具的逼真感，使學(xué)生在操作中能夠更深入地體驗(yàn)到真實(shí)集裝箱的使用環(huán)境。

頂板方向標(biāo)識(shí)：為了幫助學(xué)生正確識(shí)別集裝箱的方向，頂板上設(shè)有“前端”“后端”“左側(cè)”和“右側(cè)”的標(biāo)識(shí)（如圖2所示）。這些標(biāo)識(shí)以清晰的文字和圖形表示，確保學(xué)生能夠迅速、準(zhǔn)確地識(shí)別出集裝箱的各個(gè)方向，從而提高他們的操作效率和準(zhǔn)確性。

（四）水平儀器設(shè)計(jì)

為了有效地模擬貨物在集裝箱內(nèi)的偏載情況并確保這種偏載情況可以被精確地監(jiān)控和調(diào)整，在集裝箱的左側(cè)底邊和前側(cè)底邊的中部各安裝了一個(gè)水平儀器。

1. 左側(cè)底邊中部水平儀器（如圖3所示）

安裝位置：該水平儀器被安裝在集裝箱的左側(cè)底邊的中部位置，確保它能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到由于貨物偏載引起的集裝箱左側(cè)傾斜情況。

尺寸規(guī)格：寬度0.5 cm，長(zhǎng)度5 cm。

功能特性：該水平儀器具有高靈敏度，能夠精確測(cè)量貨物的傾斜角度，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給用戶(hù)。其測(cè)量范圍廣泛，適用于不同傾斜程度的測(cè)量需求。

2. 前側(cè)底邊中部水平儀器

安裝位置：該水平儀器被安裝在集裝箱的前側(cè)底邊的中部位置，確保它能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到由于貨物偏載引起的集裝箱前側(cè)傾斜情況。

尺寸規(guī)格：寬度0.5 cm，長(zhǎng)度3 cm。

功能特性：與前側(cè)底邊中部水平儀器相同，該儀器同樣具有高靈敏度和精確測(cè)量能力。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)貨物的傾斜角度，并提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，幫助用戶(hù)及時(shí)調(diào)整貨物布局，避免偏載情況的發(fā)生。

在集裝箱裝載貨物的過(guò)程中，操作員可以通過(guò)觀察這兩個(gè)水平儀器的數(shù)據(jù)變化，了解貨物的偏載情況。一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，操作員可以迅速采取措施調(diào)整貨物布局，確保集裝箱內(nèi)的貨物均勻分布，避免由于偏載導(dǎo)致的安全隱患。

（五）其他要求

抗沖擊性：在運(yùn)輸和使用過(guò)程中，集裝箱教具可能會(huì)受到?jīng)_擊和碰撞。因此，材料應(yīng)具有優(yōu)異的抗沖擊性，以確保教具在各種情況下都能保持完整和穩(wěn)定。

防火性能：具有防火性能，一般為B1級(jí)或A級(jí)防火要求。

環(huán)保性：材料需要符合國(guó)家相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，具有無(wú)毒、無(wú)味、抗菌等性能。

安全性：材料需要具有一定的安全性能，選擇無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)輻射的材料，以確保師生的健康和安全。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

為了驗(yàn)證新型教具在現(xiàn)代物流管理專(zhuān)業(yè)“國(guó)際貨運(yùn)代理”課程中的教學(xué)效果，本次實(shí)驗(yàn)選取該課程作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，對(duì)教具的實(shí)際效用進(jìn)行全面評(píng)估。

1. 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與方法

本實(shí)驗(yàn)以某高?，F(xiàn)代物流管理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生為研究對(duì)象，采用新型教具進(jìn)行“國(guó)際貨運(yùn)代理”課程的輔助教學(xué)。具體方法包括理論授課、實(shí)訓(xùn)操作，以及教具使用的反饋收集。

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）理論授課：首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行“國(guó)際貨運(yùn)代理”課程的系統(tǒng)講解，為后續(xù)實(shí)訓(xùn)操作打下基礎(chǔ)。

（2）實(shí)訓(xùn)操作：學(xué)生利用新型教具進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，包括裝箱方案的模擬、貨物的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控等。

（3）教具使用反饋收集：在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，收集學(xué)生對(duì)教具使用的意見(jiàn)和建議，以便進(jìn)行后續(xù)改進(jìn)。

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）可視化需求滿足：教具的可視化窗格能夠直觀地展示裝箱方案的全過(guò)程以及貨物的實(shí)時(shí)狀態(tài)，幫助學(xué)生更好地理解裝箱方案的各個(gè)環(huán)節(jié)和操作流程。同時(shí)，學(xué)生還能夠完成多規(guī)格、異質(zhì)品裝箱的積載圖繪制，提高裝箱方案的合理性。

（2）模擬功能強(qiáng)大；教具具備模擬裝箱的功能，學(xué)生在模擬環(huán)境中可以進(jìn)行實(shí)踐操作，提高了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這一功能使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，更快地掌握實(shí)際操作技能。

（3）互動(dòng)性?xún)?yōu)越：教具能夠直觀地顯示裝箱偏載情況，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，從而更好地掌握相關(guān)知識(shí)和技能。這種互動(dòng)式的教學(xué)方式極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新型教具在現(xiàn)代物流管理專(zhuān)業(yè)“國(guó)際貨運(yùn)代理”課程中的教學(xué)效果顯著，同時(shí)，教具的可視化、模擬和互動(dòng)性特點(diǎn)使得學(xué)生能夠更好地理解課程內(nèi)容，提高實(shí)際操作能力。因此，建議在后續(xù)的教學(xué)中廣泛推廣使用該教具，以進(jìn)一步提高現(xiàn)代物流管理專(zhuān)業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 柳雅真. 多規(guī)格產(chǎn)品的預(yù)制箱規(guī)格優(yōu)化及裝箱問(wèn)題研究［D］. 無(wú)錫：江南大學(xué)，2023.

［2］ 王思睿，王林，劉瑞，等. 基于分支定價(jià)算法的異質(zhì)品裝箱問(wèn)題研究［J］. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2023，43（10）：3040-3057.

［3］ 馬立兵. 《國(guó)際貨運(yùn)代理實(shí)務(wù)》教學(xué)改革研究與實(shí)踐［J］. 教育現(xiàn)代化，2018，5（35）：72-73.