一种用于装箱方案教学的可视化集装箱教具设计

韦珂俊

【摘  要】 装箱方案设计是物流管理、国际贸易等专业课程中的重要教学内容，对提高学生的实际操作能力和理论水平具有重要意义。文章设计了一种用于装箱方案设计的可视化集装箱教具，可通过展示集装箱内部装载情况，使学生更直观地观察集装箱的积载情况，从而更好地理解集装箱的装箱方案原理和知识，为装箱方案设计的教学提供了一种模拟交互式的教学手段。文章详细阐述了该装置的原理及结构，并分析了该装置的市场前景和经济效益。

【关键词】 装箱方案设计；可视化教具；积载图绘制

一、集装箱装箱设计教学当前存在的问题

（一）集装箱装箱设计研究与应用

在集装箱行业，随着全球贸易的持续增长，集装箱的使用量也在逐年增加。不同货物和贸易路线对集装箱的需求各不相同，因此需要设计装箱方案，以最大化利用集装箱的装载空间，并满足货物的运输要求。国内外学者在装箱方案理论算法方面进行了大量研究，其中针对多规格产品订单内产品间规格差异大且装箱时决策层级较多的特点，提出了一种多规格产品装箱优化模型，在该模型的基础上，提出了一种启发式装箱算法，包括基于高度矩阵的箱内剩余空间表征及解码方法，以及一种基于贴面率的产品放置策略，以进行多规格装箱的优化。

变邻域搜索算法与分支定价算法的研究结果显示，变邻域搜索算法的Gap值平均为1.8%，运算时间平均为1.06秒；而分支定价算法的Gap值分别为0.30%，运算时间为815.40秒。引入“决策者对异质品的容忍度”这一参数，供决策者在装箱成本与异质性惩罚之间寻求平衡。相较于已有研究，该方案能为异质品装箱提供更科学的决策依据。

（二）当前集装箱装箱方案设计的教学问题

作为物流管理专业的核心课程之一，“国际货运代理实务”主要针对从事国际物流相关岗位的学生。装箱方案设计知识贯穿于物流管理、交通运输、国际贸易等专业课程之中。然而，目前装箱方案设计教学存在一些问题，这些问题影响了学生的学习效果以及未来的职业发展。

1. 缺乏实际操作

目前，在装箱方案设计的教学中，通常过于注重理论知识的传授，而缺乏实际操作的机会。这导致学生缺乏实践经验，难以真正掌握装箱方案设计的要点和技巧，学生往往只停留在理论层面，无法独立设计出符合实际需求的装箱方案。

2. 缺乏系统思维

装箱方案设计是一个系统性的过程，需要考虑多种因素，如货物的性质、尺寸、重量、运输距离、运输方式等。然而，目前的教学往往只注重单个因素的分析，而忽视了整体系统的考虑。这种教学模式导致学生在设计装箱方案时，缺乏从整体角度出发的能力，无法综合权衡各种因素，难以设计出最优方案。为了帮助学生更好地理解和掌握装箱方案设计，传统的教学方法通常使用二维图像或文字描述。然而，这些方法缺乏真实感和直观性，无法让学生了解集装箱的实际装载过程和空间利用情况。因此，研发团队设计了一种用于装箱方案设计的可视化集装箱教具，旨在增强学生的学习体验和提升教学效果。这一教具通过外部结构的可视化窗格，让学生观察集装箱内部空间构造、货物装载后的空间利用情况以及偏载情况，使他们更直观地了解集装箱的积载情况，从而更好地理解集装箱装箱方案的原理和知识。这一装置可应用于高校现代物流、国际贸易等相关专业课程的教学，并可为物流运输、货代行业的业务培训提供支持。

二、教具装置原理和设计方案

首先，该款集装箱教具在外观上采用了高质量的印刷技术，确保每个细节都与真实集装箱一致。教具的窗格设计，使得学生可以直接观察到装箱后的内部情况，如货物的积载、摆放等。这不仅可以帮助学生了解货物的装载过程，还可以帮助他们绘制装箱积载图。其次，在装箱方案设计学习中，教师指导学生根据所学知识，对不同规格、重量的货物进行拼箱设计方案。通过可视化集装箱教具，模拟货物进行装箱实验，在实验过程中，学生可以直观地了解装箱方案的执行过程，并从中发现问题、解决问题。最后，教具底部配备了一个水平装置。这个装置可以用来模拟货物的偏载情况，进而观察和分析这种偏载对集装箱稳定性的影响。教师可以根据此进行案例分析，指导学生如何设计符合实际需求的装箱方案，确保货物的安全运输。总之，这款可视化集装箱教具不仅在外观和结构上还原了真实集装箱，还通过各种实用功能设计，真正地做到了帮助学生学习和理解集装箱装箱方案设计知识。

三、教具主要参数

（一）材质选择

1. 主体结构：主体结构采用ABS环保塑料，这种材料具有较高的强度、韧性和耐热性，确保教具的耐用性和稳定性。

2. 可视化窗格：为了达到高透明度，可视化窗格采用聚碳酸醋（PC）材料。PC材料具有优秀的抗冲击性和耐热性，同时保证了窗的清晰度和耐用度。

（二）外观结构设计

1. 尺寸：以40ft通用集装箱为原型，按照1：120的比例进行设计。这样的比例能够方便展示集装箱的各个细节，同时也适合在课堂或实验室内使用。

2. 主体尺寸：主体高度为10.3 cm，长度为主板体长度为50 cm，宽度为10.1 cm。这样的尺寸确保了教具的稳定性和便携性（如图1所示）。

3. 可视化窗格：设置在箱体前侧，整体为梯形。其高度为10cm，上边长为23cm，下边长为35cm，长度为61cm。通过这个窗口学生可以清晰地观察到集装箱内部的布局和货物状态。

4. 材质：整体结构选用ABS环保塑料，可视化窗格聚碳酸酯（PC）高透明度材质。

（三）外观颜色设计

1. 主色调与外观

蓝色基调：集装箱的整体外观采用了与真实集装箱相同的蓝色，这不仅使教具看起来更加真实，还增强了其在实际应用中的模拟效果。蓝色调的采用，有助于学生在模拟环境中获得更贴近实际的操作体验。

透明部分设计：为了使学生能够清晰地观察集装箱内部的货物和布局，教具的前部左方、右方、前方，以及顶板前侧面板采用了透明色。这种设计学生不仅可以直观地看到集装箱内部的情况，还可以更好地理解货物的存放和分布方式。

2. 标识与门涂色

集装箱后侧门标识：在集装箱的后侧门上，填涂与真实集装箱一致的标识。这一设计增强了教具的逼真感，使学生在操作中能够更深入地体验到真实集装箱的使用环境。

顶板方向标识：为了帮助学生正确识别集装箱的方向，顶板上设有“前端”“后端”“左侧”和“右侧”的标识（如图2所示）。这些标识以清晰的文字和图形表示，确保学生能够迅速、准确地识别出集装箱的各个方向，从而提高他们的操作效率和准确性。

（四）水平仪器设计

为了有效地模拟货物在集装箱内的偏载情况并确保这种偏载情况可以被精确地监控和调整，在集装箱的左侧底边和前侧底边的中部各安装了一个水平仪器。

1. 左侧底边中部水平仪器（如图3所示）

安装位置：该水平仪器被安装在集装箱的左侧底边的中部位置，确保它能够准确地检测到由于货物偏载引起的集装箱左侧倾斜情况。

尺寸规格：宽度0.5 cm，长度5 cm。

功能特性：该水平仪器具有高灵敏度，能够精确测量货物的倾斜角度，并将数据实时反馈给用户。其测量范围广泛，适用于不同倾斜程度的测量需求。

2. 前侧底边中部水平仪器

安装位置：该水平仪器被安装在集装箱的前侧底边的中部位置，确保它能够准确地检测到由于货物偏载引起的集装箱前侧倾斜情况。

尺寸规格：宽度0.5 cm，长度3 cm。

功能特性：与前侧底边中部水平仪器相同，该仪器同样具有高灵敏度和精确测量能力。它能够实时监测货物的倾斜角度，并提供实时数据反馈，帮助用户及时调整货物布局，避免偏载情况的发生。

在集装箱装载货物的过程中，操作员可以通过观察这两个水平仪器的数据变化，了解货物的偏载情况。一旦发现数据异常，操作员可以迅速采取措施调整货物布局，确保集装箱内的货物均匀分布，避免由于偏载导致的安全隐患。

（五）其他要求

抗冲击性：在运输和使用过程中，集装箱教具可能会受到冲击和碰撞。因此，材料应具有优异的抗冲击性，以确保教具在各种情况下都能保持完整和稳定。

防火性能：具有防火性能，一般为B1级或A级防火要求。

环保性：材料需要符合国家相关环保标准，具有无毒、无味、抗菌等性能。

安全性：材料需要具有一定的安全性能，选择无毒、无害、无辐射的材料，以确保师生的健康和安全。

四、实验教学效果

为了验证新型教具在现代物流管理专业“国际货运代理”课程中的教学效果，本次实验选取该课程作为实验对象，通过理论与实践相结合的方式，对教具的实际效用进行全面评估。

1. 实验对象与方法

本实验以某高校现代物流管理专业的学生为研究对象，采用新型教具进行“国际货运代理”课程的辅助教学。具体方法包括理论授课、实训操作，以及教具使用的反馈收集。

2. 实验过程

（1）理论授课：首先对学生进行“国际货运代理”课程的系统讲解，为后续实训操作打下基础。

（2）实训操作：学生利用新型教具进行实训操作，包括装箱方案的模拟、货物的实时状态监控等。

（3）教具使用反馈收集：在实验结束后，收集学生对教具使用的意见和建议，以便进行后续改进。

3. 实验结果与分析

（1）可视化需求满足：教具的可视化窗格能够直观地展示装箱方案的全过程以及货物的实时状态，帮助学生更好地理解装箱方案的各个环节和操作流程。同时，学生还能够完成多规格、异质品装箱的积载图绘制，提高装箱方案的合理性。

（2）模拟功能强大；教具具备模拟装箱的功能，学生在模拟环境中可以进行实践操作，提高了解决实际问题的能力。这一功能使学生在理论学习的同时，更快地掌握实际操作技能。

（3）互动性优越：教具能够直观地显示装箱偏载情况，学生可以根据实际情况进行调整和优化，从而更好地掌握相关知识和技能。这种互动式的教学方式极大地提高了学生的学习兴趣和积极性。

本次实验验证了新型教具在现代物流管理专业“国际货运代理”课程中的教学效果显著，同时，教具的可视化、模拟和互动性特点使得学生能够更好地理解课程内容，提高实际操作能力。因此，建议在后续的教学中广泛推广使用该教具，以进一步提高现代物流管理专业的教学质量。

参考文献：

［1］ 柳雅真. 多规格产品的预制箱规格优化及装箱问题研究［D］. 无锡：江南大学，2023.

［2］ 王思睿，王林，刘瑞，等. 基于分支定价算法的异质品装箱问题研究［J］. 系统工程理论与实践，2023，43（10）：3040-3057.

［3］ 马立兵. 《国际货运代理实务》教学改革研究与实践［J］. 教育现代化，2018，5（35）：72-73.