车辆战术储备器材组合单元的优化及设计

王凤忠，文正中,何 健，吕亚飞

（军事交通学院，天津 300161）

车辆战术储备器材组合单元的优化及设计

王凤忠，文正中,何 健，吕亚飞

（军事交通学院，天津 300161）

通过对车辆战术储备器材包装单元化问题展开研究，提出了器材包装组合单元的优化和设计方法，为提高部队车辆战术储备器材包装单元化水平提供技术与方法依据。运用模数化方法对器材组合单元进行尺寸设计，根据人机工程理论和相关标准规定，结合尺寸系列限定了箱体的总质量；通过模数化协调，建立完善的模数尺寸系列，结合尺寸系列限定了合理的箱体总质量，使其在运输、储存中排布合理、配合协调和经济有效。

车辆战术储备器材;组合单元；模数化方法；优化及设计

1 引言

车辆战术储备器材是为了保障部队随时投入战斗任务的战备器材。它是从军区、军兵种战役储备器材中拨出一定数量的器材，储存于部队、以保障部队随时担负作战任务时使用，它是车辆器材战备储备的重要组成部分。车辆战术储备器材一般储备时间较长，如果不进行有效的包装，就不能确保其原有质量和性能。战储器材包装涉及到器材的运输、装卸、储存、分发、使用等各个环节，是实现“保障有力”和提高部队战斗力的重要影响因素之一。作为器材包装的发展趋势，单元化的实施使得车辆器材保障符合现代军事物流的要求，将进一步提高车辆战术储备器材的综合保障能力。

2 研究背景

近些年来，针对车辆器材种类多，品种繁杂，筹措供应渠道广，不同厂家、不同系统包装规格尺寸不一，配套性差，包装数量随意，包装结构和封存不合理，不利于装卸、运输、储存保管和分发使用等情况。从而直接影响了车辆战储器材包装单元化水平的提高，制约着车辆战储器材高效、快速保障能力。因此，总部加大了车辆战储器材包装工作的力度，以基数组套包装改革为突破口，开展车辆战储器材包装单元化方面的研究。为提高车辆战储器材包装单元化程度，适应车辆战储器材储备基数化、运输集装化、管理信息化和补给野战化要求，进一步增强车辆战储器材的快速保障能力，总后司令部于2012年下达的全军后勤科研补充计划“军队战备储备物资包装系列化与单元化研究”的任务，本论文就是在此背景下展开的相关研究。

研究车辆战术储备器材包装单元化，就是把一定数量的战术储备器材经初级包装后，按一定标准和系列集合成单元，并在整个器材保障过程中始终保持其单元形态。车辆战术储备器材包装单元化为战储器材实施基数化、模块化和集装化保障创造条件。现行的包装及储运模式不能很好地满足军事斗争对车辆战储器材提出的高效、快速保障和一体化、精确化的要求。因此，加强车辆战术储备器材包装单元化研究，提高车辆战术储备器材包装单元化水平，对于有效地保护车辆战术储备器材的使用价值，提高车辆战术储备器材快速保障能力具有重要意义。

3 器材组合单元优化及设计

3.1 器材组配单元优化

3.1.1 战术储备器材情况说明。战术储备器材的储备标准中包括：物资代码、品种规格、原厂编号、单位、每车用量、单价（元）、单件重量（Kg）、每基数储备量、备注等几项内容，表1为东风EQ1118G车型的战术储备器材明细表 。

表1 东风EQ1118G车型的战术储备器材明细表

3.1.2 器材组合单元优化的原则。

（1）分类组合原则。要根据各类器材的各自属性，如材质、重量、抗压性等，对各类器材进行合理的分类、组合。

（2）尺寸规范原则。通过多种器材分装组合后，能够使众多非标准尺寸的器材包装单元的尺寸规范到标准规定的尺寸系列上来。

（3）包装数量与储备基数相匹配原则。

（4）包装与人工、机械作业相匹配原则。就人工搬运来讲，每个包装件的重量一般不应超过30-40kg。因此通过调整或限定包装单元的重量，使包装单元符合标准要求。

（5）提高质量。提高器材包装质量，以满足器材防护和储运要求，是器材包装的基本功能。

3.1.3 器材组合单元优化的方法。首先，对车辆器材进行进行合理分类。通过分类，一方面可以将不适合组配在一起的器材进行有效分离，避免器材损伤；另一方面将器材在材质、重量、抗压性、使用功能等方面存在相似性的器材集中，使用时便于器材的查找。

接着，依据战术储备器材标准，综合分析标准中各类器材的属性特征，将器材大致分为5类，见表2。

表2 战术储备器材分类情况

在对器材分类后，接下来就是要将各类器材经防护包装后，进行组合单元化。选用George和Robinson算法作为器材组合准则，对器材组合单元化进行研究，该方法能够很好地满足战术器材组配单元化的实际要求，而且实际操作性较强。

在此过程中，我们对器材进行单元化组合时候做如下假设：

（1）待装器材均经过中间包装抽象为形状规则的长方体，且尺寸大小适当；（2）组合单元的尺寸已经确定，且器材在容器内的堆码为简单的块状堆码；（3）优化目的是容器的空间利用率最高。

该方法的关键两点：一是引入层的概念；二是待装填器材的优先顺序的确定。

器材在组合过程中被分为两类，如果某类器材中已有一些被装入箱内，则称该器材处于打开状态，反之，处于非打开状态，处于打开状态的器材将先被装入。通常选取处于打开状态且尚未装入的器材数量最多的那一类作为新层的开始。其次，对于待装入的器材，即处于非打开状态的器材，其装填的顺序的优先级别按照以下三个步骤来确定：

第一，先对每一类器材的长、宽、高三个尺寸中的最小尺寸进行排序，最小尺寸越大，器材级别越高。这样做的目的，是考虑到最小尺寸最大的器材，越到后来越难以装入；

第二，如果按照第一步选择后，出现优先级别相同的器材，再按器材的数量分级，数量多者优先装填，之所以这样做，是考虑到尽量把同一类型器材装填到同一层中，以提高层的空间利用率；

第三，如果按照前两步进行排序后，仍有两类器材优先级别相同，则对每一类器材的长、宽、高三个尺寸中的最大尺寸进行排序，最大尺寸越大，级别越高，这样做是为了将尺寸特别长那一类器材尽早装填完毕。

确定了器材的优先级别后，就可以开始装箱。George和Robinson按照建层的方式装箱，采用的层是YZ—X层，即装满YZ平面的沿深度方向的某一竖直层。具体做法是：从原点出发，先装填第一层。一层中第一个器材的选取至关重要，因为，它决定了这一层的深度。由于装入第一层的第一个器材之前，肯定没有处于打开状态的物资，所以按三级标准选出第一个器材。对于以后各层，第一件器材应该从处于打开状态且未被装入的物资数量最多的一类中选取，如果没有处于打开状态的物资，再按那三级进行选取。

当一件器材被装填进去后，在器材周围就会出现三个空闲空间，如图1所示。当下一件器材被装入时，应以前一个器材为基准，采取的遍历方式是：选取优先级别高的器材按照先向上、再向旁边、最后向前的顺序进行装填。待装填完一层后，再沿容器深度方向装填新层，直至器材全部装入容器内为止。

图1 George&Robinson算法中空闲空间

3.2 组合单元的设计

3.2.1 组合单元设计的原则。器材组合单元设计的原则是以包装标准化为基础，通过科学、合理的方法，规范和整合包装的规格尺寸，以达到减少器材包装单元规格尺寸的目的。另外，组合单元尺寸的设计应在综合考虑保障需求、相关标准限制、装载与运输工具内部空间利用率、车辆器材相关尺寸、重量、理化特性等约束条件下，并尽可能地选用兼容性强、共享性好的外部尺寸系列，便于单箱人力装卸搬运、便于机械设备的承载携行、集成固定和存取，便于集装运输、仓储堆码、便于实现器材的快速保障。

3.2.2 组合单元尺寸系列设计的流程

（1）确定集装基础模数尺寸。最小集装尺寸称为集装基础模数尺寸，它可以从物流基础模数尺寸600mm×400mm按倍数系列推导出来，也可以在满足600mm×400mm的前提下，从运输设备或集装箱的尺寸分割出来。集装基础模数尺寸的国际标准以1 200mm×1 000mm为主，也允许1 200mm× 800mm和1 200mm×1 000mm，这个尺寸也就是托盘标准尺寸。

（2）确定尺寸系列。器材组合单元的尺寸系列以集装基础模数尺寸为基础，以分割及组合的方法确定。分割及组合方式有：整数分割、组合分割和其它组合。

①整数分割。为了不失一般性，以（M×N）mm为例（M×N为600mm×400mm的倍数系列）。用从1开始的连续整数去除M和N，计算出和两边的尺寸，最大为（M×N）mm，最小为200×200mm。分割尺寸系列见表3。

表3 整数分割形成的系列

在设计组合单元包装尺寸时，就可以从两边长度中各选一个作为包装尺寸，也就是说，包装尺寸不仅局限于上表两边尺寸的对应关系，而应该是他们的组合，例如当一边取值为M值时，另一边的取值可以是（N，N/2，…，200）中任何一个，他们的组合构成了整数分割尺寸系列。

②组合分割。组合分割所得的包装尺寸系列也是一种比较常见的包装尺寸系列，它也具有整数分割所得包装尺寸系列的优点，并且，由此得出的尺寸系列的长和宽与集装单元的长或宽方向上有组合的情况，能够为包装提供更多可供选择的包装尺寸。组合分割时将器材包装的长c和宽d按比例分割组合并存在以下关系：

式中：n，m分别为沿宽度N方向上摆放横向和纵向包装个数，n′,m′分别为沿长度M方向摆放横向和纵向包装个数；A为剩余间隙。

从式1中可以看出，组合的变量比较多，确定起来相当麻烦，况且如果n,m,n′,m′均不为0，则相应的堆码谱将是十分的复杂，不利于规模化运输包装。因此在最大化利用集合包装容器的情况下，需要对1式进行简化，通常的简化结构如下面的表达式：

在式（2）中，n,m为纵向或横向能够容纳包装尺寸长或宽的个数，其值为正整数，c,d为大于200的正整数。

在制定组合包装尺寸系列时，我们采用组合分割和整数分割相结合的方法：首先从式（2）中求出满足条件的最小的m×n值，此时对应的分割尺寸面积c×d为最大，不妨设此时的m，n值为m0,n0。其次对组合分割所得的尺寸进行整数分割，从而得出组合分割尺寸系列。

由此方法得出的c/d的比值很多常使用c/d的比值有3/2，4/3，5/4，6/5，17/12等。

组合分割所得到最终包装箱尺寸的堆码谱为砖堆状，上下左右均有联系，有效防止了整数分割堆码谱易倒塌的不足，尤其是在托盘包装时，整数分割和组合分割一起，构成了包装尺寸系列制定的主要方法。

③其他组合。由于器材组合单元形状和规格的多样性，要想满足所有器材组合单元的包装要求，单靠上述分割和组合产生的尺寸系列是不行的，因此除了以上的分割和组合外，另外还有其他8种系列组合，以c和d分别代表包装的长和宽：1c+ 3d=M，2c=N；22c+d=M，4d=N；32c+d=M，3d=N；42c+d=N；5c+ 4d=M，3c=N；63c+d=M，4d=N；74c=M，c+3d=N；86d=M，2c+d=N。

按照上述方法，以物流基础模数尺寸600mm×400mm按倍数系列推导，并辅以整数分割和组合分割，并将1 200mm× 800mm和1 200mm×1 000mm作为包装单元的最大尺寸基数。将此数值加以分割，或者通过整数去乘或去除以模数尺寸600mm×400mm，可以得到如图2所示的部分尺寸系列。

图2 600mm×400mm模数组合分割出的部分尺寸系列

3.2.3 组合单元总质量的确定。器材组合单元包装主要应用于车辆器材的包装防护、集装承载和携行运输，且适于人工装卸搬运。在此背景下，组合单元总质量的确定主要考虑以下因素：一是人力搬运作业时的人机工程适应性；二是体力搬运的重量限值；三是不同尺寸系列其箱体最大总质量的限值应有所差距。

根据《后勤装备研制实用手册》中对人机工程适应性的要求，一般温度条件下（＜30℃）行军时单兵最大允许负荷量为25kg。我军现役战士在屈肘度为150°时，手臂可达到的最大拉力为249N，相当于25.41kg的力。充分考虑到2人可抬得动，4人可实施装卸和码垛时，手臂需要从拉力转为举升力，屈肘度在60°-90°时，手臂最小推力为98N，相当于10kg的力，但当一手拉一手举时，总体合力不小于25kg，装卸高度不低于我军战术部（分）队现役主要载货汽车车厢底板离地高度1 400mm。另外，根据《GB 12330-199体力搬运重量限值》的相关规定，除去高原地区、山区、泥泞路面及坡度大于10°的道路外，成年人体力搬、扛、推或拉最大重量限值见表4。

表4 人体搬运重量最大限值

对于平面尺寸为200mm×200mm的器材组合包装单元，建议总质量不超过10kg；对于平面尺寸为400mm× 300mm、200mm的器材组合包装单元，建议总质量不超过25kg；对于平面尺寸为600mm×500mm、400mm、200mm的器材组合包装单元，建议总质量不超过40kg；对于平面尺寸大于800mm的，考虑到人体搬运限值，建议不要超过50kg。

4 结语

本文从部队车辆战术储备器材包装单元化问题展开，应用George和Robinson算法和、模数化方法和分割组合法对车辆器材进行组合单元优化和设计，为提高部队车辆战术储备器材包装单元化水平提供技术与方法依据和巨大的军事经济意义，不仅能够保护内装物资，减少储存运输的过程损失，方便装卸搬运，其基数化保障还能够提高物资分发速度,增强部队的应急作战保障能力。

[1]张春和.军用车辆器材防护包装现状及发展对策[J].包装工程,2009, 30(9):31-35.

[2]张春和,张大鹏,匡小平.车辆器材包装基数化集装单元储运的探讨[J].仓储管理与技术,2007(6):20-22.

[3]马燕,崔人伟,李海英.非战争军事行动装备器材集装化应急保障探析[J].包装工程,2011,32(23):111-113.

[4]李良春,王洪卫,葛强,等.弹药供应保障物流系统与托盘集合包装的刍议[J].包装工程,2004,25(1):89-90.

[5]罗少锋,郭宝华,闫济军.对军品包装设计要求的系统思考[J].包装工程,2010,31(1),115-118.

[6]刘东,王建华.信息型智能包装技术及其应用[J].印网工业,2014,(6): 47-51.

[7]李艳秀.物流包装存在的问题及对策[A].第十届沈阳科学学术年会论文集[C].2013.

Optimization and Design of Combination Units of Tactical Vehicle Reserve Equipment

Wang Fengzhong,Wen Zhengzhong,He Jian,Lv Yafei
(Military Transportation Academy,Tianjin 300161,China)

In this paper,through studying the issues in the packaging units of the tactical vehicle reserve equipment,we proposed the method for the optimization and design of the packaging combination units of such equipment so as to provide technical and methodological reference in improving the packaging unit level of the tactical vehicle reserve equipment of the Chinese army,used the fuzzy number method to design the dimensions of the units and then according to the ergonomics theory and relevant standards,limited the total mass of the boxes. At the end,through module coordination,we comprehensively determined the dimensions of the modules,and then accordingly limited the total mass of the boxes.

tactical vehicle reserve equipment;combination unit;modular method;optimization and design

E246

A

1005-152X(2015)11-0209-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.11.055

2015-09-12

王凤忠（1969-），男，山东莱阳人，军事交通学院副教授，研究方向：军事供应链、军用车辆器材管理；文正中（1992-），通讯作者，男，四川金阳人，硕士研究生，研究方向：车辆器材装备管理。