包装工艺学课程设计

包装工艺与设备课程设计说明书

题目：500ml娃哈哈营养快线包装工艺与设备课程设计

学生姓名：匡坤熠

学号：201109030322

院（系）：设计与艺术学院

专业：包装工程

指导教师：李剑玲

2014 年 6 月 6日

1.产品简介

1.1 产品资料

娃哈哈营养快线具有丰富的营养和良好的口感。营养快线中牛奶含量超过30%，也就是一瓶500毫升的营养快线中主要含有大于150毫升的牛奶，还含有约25毫升的果汁以及25克的糖，其中果汁含有大量的水果纤维及丰富的维生素，在此基础上还强化了牛磺酸、维生素E、维生素B3以及锌等多种营养成分。

图1-1 娃哈哈营养快线展示图

1.2 产品消费情况

消费者定位：写字楼年青上班族（70年代后人群）和大、中、小学生人这部分人群年青，生活稳定，有稳固且持续的消费能力。或忙于工作或忙于学习，对信息需求量大，好奇心强，求知欲强,总在不断地寻找新信息和新刺激并乐于体验，大部分人有很强的进取心，有收入人群所构成的市场。

在消费者的认知中，牛奶是营养价值很高的动物蛋白营养饮品，果汁是含有维生素最丰富的营养饮品。“最营养的蛋白饮品+含维生素最丰富的果汁饮品=最营养的饮料”，这一心智认同很快在消费者心中落地。

吃饭不同，喝饮料是随意性比较强的行为。所以有62.4％的消费者购买饮料的习惯是喝多少才买多少；但也有29.9％的消费者为了方便会多买一点存着要喝的肘候可以随时拿到；只有7.6％的消费者会一次性批发很多。这在一定程度上反映出饮料目前还并非家庭生活的必需品饮料消费更多体现为即时性需求消费，而非常规性需求消费。

1.3 包装调研及市场调查分析

由于娃哈哈的产品结构，导致它在不同的外包装中面对不同的竞争对手。例如营养快线1升装产品，很显然属于家庭装产品，随机性消费的可能性非常小，主要依靠节假日家

庭购买形成的市场空间，还有一个途径就是酒店终端等即饮市场消费。这种渠道结构与消费者定位决定了娃哈哈1升装产品主要竞争对手是同类型的乳饮料产品，1—1.5---2装的可口可乐，统一鲜橙多等产品，在即饮市场，甚至于啤酒产品也是其主要竞争对手之一。营养快线500毫升装产品是一个独立性很强，娃哈哈主推的一款即时性消费产品，由于此产品主要走全流通渠道，很显然营养快线500毫升装产品竞争对手更加丰富，包括水产品，果汁饮料，茶饮料，功能饮料，碳酸饮料等都可以视为营养快线的主要竞争对手，这个产品由于其容量上的兼容性，实际上对蒙牛酸酸乳等产品影响最大，因为其人群定位特征与蒙牛酸酸乳有很大的重合，特别是当这个产品进入大流通渠道时候，这种竞争就算面对面的。营养快线280毫升装产品也是一个容量上设计比较独特的产品，营养快线有意避开了蒙牛酸酸乳330毫升容量产品，加上包装外型上巨大差异，使得消费者对上述两个产品不会产生关联性消费联想，有利于迷惑与麻醉蒙牛乳业，降低这个产品进入市场可能受到的直接攻击。

这个产品的最大竞争对手其实是现代一些乳饮料产品，包括蒙牛，伊利，李子园，小洋人等等，也包括一些小包装的其他饮料产品。由于娃哈哈营销渠道模式的优势逐渐消弱，大批的模仿销售渠道，和娃哈哈的广告促销比其他饮料品牌相对而言较弱，但由于作为中国本土品牌，受到国家重视，而饮料业生命力顽强，仍有强大的发展空间。

2.产品的物性及流通环境的分析

2.1 产品的物性

营养快线的营养成为不但有牛奶和果汁的营养成分，其特色是纯正果汁与香浓牛奶的完美结合，牛奶的丰富营养和钙质加上果汁的丰富维生素，不但口感十足，营养丰富，而且还添加了15中营养素，从娃哈哈的宣传口号“早上喝一瓶，精神一上午”可以看出，其市场定位是早餐奶。在市场上的乳饮料中，营养快线更具备了营养早餐的特性。因此，营养快线还成为了早餐饮料，对于匆忙的上班族以及一般家庭来说，营养快线作为早餐饮料开拓这一市场具有强有力的竞争力。

2.2 流通的基本环节

2.2.1装卸搬运

产品的装卸作业分人工和机械两种方式。一般来说，流程越长，中间环节越多，装卸搬运的次数就越多。装卸作业中，抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装载机械的突然启动和过急的升降都会给包装件造成跌落冲击损害。

2.2.2储存

产品的储存方式：采用一般仓库储存。

2.2.3运输

运输方式：铁路和公路运输由于产品销往全国各地，既有长途运输又有短途运输。一般产品从出厂到发货火车站使用汽车运输，从发货站到全国各地的代理商使用火车运输，

而从各地代理商到零售商和从零售商到消费者手中多使用汽车运输。汽车运输的冲击，主要取决于路面状况，车辆的启动和制动，货物重量及装载稳定性。汽车运输振动加速度的大小也与路面状况、行驶速度、车型和载重量有关，但主要因素为公路的起伏和不平。汽车运输是包装件的共振频率一般小于25HZ，实验测得，汽车运输发生二次共振时其基频为8.2～8.5HZ，二次共振频率范围为17.3～18HZ，共振加速度增大为外界激励的18倍。汽车运输的随机振动加速度垂直方向最大，汽车运输振动能量绝大部分分布在0～200HZ，其中能量最集中处于0～50HZ频带内。汽车运输随机振动功率谱密度在2HZ和10HZ左右各有一个较大峰值。通常2HZ出的峰值为全频带内最大值，所以公路运输包装件的固有频率应避开这两个频率值。铁路运输时产生的冲击有两种。一种是车轮滚过钢轨接逢时的垂直冲击，在普通路轨上为80～120次/分，加速度最高为1g；另一种是火车在挂钩撞合时产生的水平冲击，加速度可达2～4g。若速度为14.5km/h时作溜放挂钩，车体撞合瞬间可能产生18g的冲击加速度。火车驶过钢轨时受到冲击，以正常速度70km/h驶过钢轨时，垂直方向加速度峰值为5～8g。

2.3 流通环境的频率谱

图2-1公路运输的频率谱图2-2 铁路运输的频率谱

3.包装材料的选择及性能分析

3.1 内包装容器的选择

大多数饮料的包装容器的材料均是PET（聚对苯二甲酸类塑料），PET是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽。耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性；电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好，吸湿性高，成型前的干燥是必须的。耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。温度达到70℃时易变形，且有对人体有害的物质。1号塑料品使用10个月后，可能释放出致癌物DEHP。这类瓶子不能放在汽车内晒太阳，不能装酒、油等物质。同时它具有一下优点：

①有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，耐折性好。

②耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。

③具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。

④气体和水蒸气渗透率低，即拥有优良的阻气、水、油及异味性能。

⑤透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。

⑥无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。

3.2 外包装容器的选择

由于营养快线是拿瓶装，而且单个物品体积较小，没有必要对单个商品进行外包装，市场上常见的是以箱为单位进行批量销售，所以外包装可以采用常见的瓦楞纸箱。

瓦楞纸箱是用瓦楞纸板制成的刚性纸质容器。半个多世纪以来，瓦楞纸箱以其优越的使用性能和良好的加工性能逐渐取代了木箱等运输包装容器，成为运输包装的主力军。它除了保护商品、便于仓储、运输之外，还起到美化商品，宣传商品的作用。瓦楞纸箱属于绿色环保产品，它利于环保，利于装卸运输。

4.销售包装及运输包装结构设计

4.1 销售包装容器结构的设计

由于奶制品饮料具有一定的粘稠性，特别是在底部的凹槽上易粘结，所以销售包装的包装瓶应该具有很好的透明性，PET塑料瓶具有这一优点。因为销售此次销售包装的体积为500ml，比普通饮品的中等体积装要多一点，所以将PET瓶身设计为下圆柱形，上漏斗形的结构，能够比较容易的注塑成型，而且在下瓶身上还设计有加强筋，来增加瓶身的挺度和手感的舒适度，而凹槽则可以增加摩擦，更加贴合手掌而不至于滑落。在瓶子的底部设计有凹坑，也是为了便于成型，同时能够使瓶子比较容易的放平稳，示意图如下图：

图4-1 营养快线瓶的示意图

4.2 内包装容器结构尺寸计算

参考市面上的营养快线包装瓶，瓶身基本尺寸如下图所示：

图4-2 瓶身结构示意图瓶盖的基本尺寸如下图：

图4-3 瓶盖基本尺寸图设计装配图基本尺寸：

图4-4 装配图基本尺寸4.3 内装容器的装潢设计

如下图所示：

图4-5 容器的装潢设计

4.4 销售包装结构设计

4.4.1缓冲结构的材料

目前制作缓冲衬垫的材料主要是瓦楞纸板和发泡塑料。

现在市场上的瓦楞纸板其性能优良，挺硬性很高，具有较高的力学强度，耐压，弯曲性良好，受力时有抵抗变形和保持原来形状的能力。经过压痕，模切，成型等工序，制作出特定的形状，来达到固定和缓冲产品的目的。并且瓦楞纸板对环境没有污染，能够回收利用，是很好的绿色包装材料。

在产品缓冲中，常用的发泡塑料是发泡聚乙烯，简称EPE，是一种具有高强缓冲吸震抗震能力的新型环保包装材料。它柔韧、质轻，富有弹性，回复性好，能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力，达到缓冲的效果。同时，发泡聚乙烯具有保温、防潮、防磨擦、耐腐蚀等一系列优越的使用特性。但是这些塑料都很难降解，对环境会造成比较大的污染，而且不能回收利用，造成资源的浪费。

综合上面的影响因素考虑，选用瓦楞纸板作为饮料瓶的包装比较合适，符合现在的绿色包装的思想。

4.4.2缓冲结构的设计

对于PET饮料瓶来说，由于它本身就有一定的防震吸振功能，不需要在箱内设计特定的内衬结构在固定它的位置，只需要将饮料瓶均匀紧密的排列在一起，就具有一定的缓冲效果。把瓦楞纸板做成纸箱，既能够作为饮料瓶的运输包装，又可以对箱内的饮料瓶起到缓冲作用。所以采用瓦楞纸箱作为产品的缓冲结构。

4.4.3缓冲结构的尺寸计算

?的排列形式，即每一竖列排列5瓶，横列排列采用市面上的排列结构，此次采用53

3瓶，一箱15瓶。结合前面的瓶身设计尺寸，所以一箱饮料瓶的基本尺寸应为：?

L mm

=605=300

=603=180

?

B mm

=

175

H mm

0201型瓦楞纸箱是目前用得最多的瓦楞纸箱之一，此箱型上下都有摇盖，箱坯在纸箱厂钉合或者粘合接头，空箱作为货物运输或者回收的时候，可以折叠平放，大大的减小了所占用的空间，在产品装箱的时候，只需从中间将箱体张开即可进行装箱。结合本产品的实际尺寸和产品重量，选用0201型一页箱的单瓦楞纸箱。

内包装最大外廓尺寸为6060175l b h mm mm mm ??=??

外包装采用0201型纸箱，A 瓦楞纸，0210型纸箱的最佳比例为:: 1.5:1:1l b h = 则内包装的排列方式为53300:180:175l b h mm mm mm ??=时最接近最佳比例，则一箱装15瓶。

查《包装结构设计》书，

内尺寸计算公式：

'm a x (1)i x x X x n d n T k =+-++

式（5-6） 式中：max x ——内装物最大外尺寸，mm

x n ——内装物排列数目，件

d ——内装物公差系数，mm

T ——衬格或缓冲件总厚度，mm

'k ——内尺寸修正系数，mm

则：

6051(51)5309i L mm =?+?-+= 6031(31)5187i B mm =?+?-+= 1753178i H mm =+= 制造尺寸计算公式：

i X X k =+

式（5-10） 式中：i X ——瓦楞纸箱内尺寸；

k ——制造尺寸修正系数；

则：

13096315L mm =+=

11876193B mm =+= 21873190B mm =+=

11789187H mm =+=

98.5F mm =

35J mm =

外尺寸计算公式：

0m a x X X K =+

式（5-20） 式中：max X ——纸箱最大制造尺寸，mm

K ——纸箱外尺寸修正系数，mm

则：

03155320

L mm =+=

01935198

B mm

=+=

01875192

H mm

=+=

4.4.4纸箱的展开图

图4-3 纸箱展开图

4.4.5纸箱的装潢图

图4-5 纸箱的装潢图

5.包装工艺路线制定

营养快线在包装加工过程中，应该尽量做到要在无菌环境中进行，因此所有的包装设备和包装品都应该在使用前灭菌消毒，然后才能进去灌装工序。灌装好的饮料要接受技术人员的检验，确认没有问题才能进行后面的销售包装步骤，以及装箱，堆码和入库。

营养快线的工艺路线图：包装准备→制瓶→清洗，消毒→灌装→压盖→检验→贴标→喷码→装箱→堆码→入库。

6.包装机械设备选型

包装过程中需要用到的机械设备以及主要参数和功能如下：

（1）注射吹塑机

选用型号为SCZ0.8x3注射吹塑机。

（2）杀菌消毒机

由于PET瓶不能承受太高的温度，否则会发生变形。因此在杀菌消毒的时候应该选用低温处理的方法，在食品包装领域中，常采用的是紫外线灭菌法。因此选用紫外线灭菌机。

（3）灌装机

选用GFP-18型全自动负压灌装机，采用真空灌装，速度快，无瓶供给或瓶子破损不灌装，减少料液损失。而且可以很精准的控制灌装液体的液位高度，误差在±1mm之内。其具体参数如下表：

表2 灌装机的参数

（4）压盖机

对灌装完成后的饮料品进行压盖，封口操作，也可以起到一定的防伪功能。由于在包装工艺中，大多数设备都是采用气动式的，比较干净卫生，因此选用型号为QDX-450的台式气动旋盖机。它的主要参数如下:

瓶盖直径：Φ10～Φ50MM

旋盖速度：20～40次/分钟

适用瓶高：40～200MM

（5）翻罐器

适用范围:对饮料瓶进行旋转，在罐装工序中需用到。

结构组成及参数：

①由直径8mm不锈钢条结构, 全程360度旋转

②支承件为不锈钢材料。

（6）自动清洗机

对从制瓶工序中制作出来的瓶子进行清洗，除掉里面的残留物。

（7）贴标机

将印有鲜橙多销售包装图案的卷筒包装材料按一定的长度切断，然后贴在封口完成后的瓶身部位。

（8）喷墨机

将产品的生产日期以一定的方式，印在瓶盖的密封位置处。

（9）堆码机

将封合完成后的纸箱以交错排列的形式在托盘上堆码整齐，方便入库。

7.制定包装工艺规程

7.1 营养快线包装工艺过程的分析：

果汁在生产过程中，除了要保证环境无菌之外，还应该要保持温度的恒定。由于机器在运转过程中都会产生热量，因此，生产的时候要保证设备产生的热量能够及时的排除，损坏果汁的风味。最重要的一点就是各个部分的生产速度都要保持同步，不然就会使机器发生故障，影响生产效率。

（1）制瓶工艺

在制瓶工艺过程中，最重要的一点就是原材料的温度，特别是将型坯从注射模转向吹塑模的时候要严格控制时间，否则就会吹塑失败，一般以50℃为宜。在吹塑过程中也要掌握好气体的速度，不然就会出现壁厚不均匀的情况。

（2）清洗，消毒工艺

在此过程中，应该保证将碱液清洗干净了，并且瓶内应该保持干燥，不能有液滴。紫外线杀菌消毒过程中要掌握好时间，太快杀菌不完全，太慢了对瓶子的材料有损伤，以15s 为宜。

（3）灌装与压盖工艺

灌装与封口在两个设备上进行，有36个灌装阀，14台个压盖机。灌装压盖共有8个工步：①将储液缸内抽真空；②容器上升；③将容器瓶抽真空；④液体流入容器⑤液位上升致预定位置；⑥自动停止灌装；⑦容器下降；⑧压盖。

（4）贴标和喷码工艺

卷筒包装材料的输送速度，还有打印生产日期的速度都应该和饮料瓶的供送速度一致，否则就会出现贴标错位和生产日期打印不上的情况。

（5）装箱工艺

装箱过程首先要用吸盘装置造成负压，撑开瓦楞纸箱，并要保证饮料瓶能够平稳的放入瓦楞纸箱中，不能出现太大的冲击。瓶子之间应该保持紧密的接触。以每18瓶为一箱进行装箱作业。

（6）堆码工艺

纸箱在堆码过程中应该交错排列，而且每层纸箱中不能出现空位等不合理的排列方式，堆码的高度不宜过高，以8层为宜。

7.2包装件的检验

（1）对流水线上的包装件采用定时和随机抽查相结合的检验方式。

整台机器正常运转起来后，对于压盖工序后的饮料瓶，定时抽查，按照每1h抽查一次的方式进行，每隔6个瓶抽查一个，每次抽查6个瓶。对于装箱后的包装件，随机抽查一箱饮料的包装性能。

（2）对于饮料瓶的抽查，需要检验以下几个内容：

第一步要看抽查出来的容器里是否有灌装饮料，如果没有成功灌入，说明瓶身存在裂缝，要对制瓶工序进行调查。

第二步要观察瓶内的液体是否有沉淀物，如果发现有异物，应该对生产线进行检查。

第三步要检查瓶口的密封程度是否良好，将抽取出来的饮料瓶颠倒过来，倒置1分钟，如此反复3次，观察瓶口是否有漏液的现象，如果有，就要对压盖工序进行检查。

（3）对于包装件的抽查，需要检验以下几个方面：

①垂直冲击试验。由检验人员将包装箱举到一定的高度，让其自由下落，每个面都重复3次，观察瓦楞纸箱有无破损现象。

②水平冲击试验。检验人员将包装箱放到水平冲击试验仪上，让其顺利滑下，冲击挡板，每个面重复3次，观察瓦楞纸箱有无破损现象。

③抗压试验。在瓦楞纸箱加上设计的最大载荷量，10分钟后，观察瓦楞纸箱有没有损坏现象。

④振动试验。利用专业的振动试验台，测试出包装件的固有频率，与汽车运输的一般振动频率相比较。如果相差不多就要改进饮料瓶的排列布置。

7.3 包装工艺卡

见附图

8.小结

经过两个周的不断努力，本次课程设计算是圆满完成。当然其中也遇到了不少让人觉得棘手的问题。

本次设计由于是单独完成，又要避免重复，所以在查阅资料上面花费了不少力气，特别实在市场调研和工艺设备这两个模块，由于条件受限，根本无法到市场上去进行调查，所以只能通过多方查阅资料进行更正，花费了一番功夫，而老师给的资料也较少，所以只能在网上公布需求信息，等待网友的支持，由于即将实习，所以时间上有些紧凑，某些地方感觉还是有更进一步的空间，同时在设计的过程中也加深了对这门课程的理解，也对三维绘图软件的掌握更加得心应手。

总之，本次课设的意义还是大于文字表面的内容的，这也是对自己所学的知识的一个囊括，对未来就业也是一个不错的助力。

参考文献

[1]彭国勋.《运输包装》印刷工业出版社，2004.2

[2]潘松年.《包装工艺学》印刷工业出版社，2004.8

[3]肖禾.《包装造型与装潢设计基础》印刷工业出版社，2000.8