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摘要：本文针对某机械工程品牌产品线丰富、配件多样，以及全球物流配送采用总部单一仓储中心直发全球的模式的特点，分析了其产品包装木箱尺寸繁杂、装箱容积率低（仅维持在约50%的较低水平）等问题。疫情期间及后疫情时代，海运费上涨加剧了这一问题。基于“高质量发展理念”的指引，本文提出系统性优化设计包装的方案。首先，设计了两款标准化的集合包装木箱，分别适用于轻货和重货；其次，为单件装的大件产品设计大、小两款木箱，提升了包装作业的规范性和标准化；再次，针对大批量需求的订单，通过包装延迟策略优化产品组合方式和木箱尺寸设计，减少包材和体积；最后，引进装箱计划系统（CLP），基于模拟结果合理增添货物并同步设计适配的木箱尺寸，从而精准填充集装箱空间，进一步提升装箱容积率。该方案实现了装箱容积率的最大化，从而达到降本增效的目标。
关键词：工程机械配件；装箱优化；CLP系统模拟装箱；提升容积率
作者：黎小娟 袁猷
广西柳工机械股份有限公司
一
包装现状分析
运输包装作为物流运输的关键环节，在保障产品物流安全、提高物流效率、促进产品销售等方面，均发挥着不可替代的重要作用[1]。在工程机械配件的物流运输中，运输包装的重要性尤为凸显。工程机械配件必须经过科学合理的包装处理，才能确保其在复杂的物流流转过程中完好无损，并最终顺利交付至客户手中。
据统计，截至2023年，L品牌的工程机械配件库物料SKU累计总数高达46.73万条，现有库存总数高达11.82万条。以仓库包材为例，共有220款纸箱、32款包装袋，同时配有现场发泡、牛皮纸、气泡膜等缓冲填塞物类辅料。在装箱作业方面，由12组人员执行操作，然而其管理模式较为粗放。具体流程为：操作工直接对实物进行尺寸测量，并将测量所得尺寸和产品信息报送至木箱厂，木箱厂依据所得信息制作木箱并运送至现场，最后由操作工完成配件装箱。此作业模式引发诸多问题，即使同一订单内的同一SKU，木箱尺寸也参差不齐。木箱尺寸数据的繁杂无序源于员工手工测量过程中的主观差异。部分员工为装箱便利，倾向于放大尺寸；部分员工为节省固定材料，偏好紧凑尺寸。以引导轮为例，2022年从系统内导出1000余条装箱数据，且各条数据对应的尺寸各不相同。
图1 包装分类示意图
L品牌的工程机械配件库的包装材料类型有袋子、纸箱、木箱和托盘。其中，袋子包装常用于薄件产品包装，按材质可分为常规PE袋和防锈袋，如图1A所示。纸箱包装常用于中小件产品包装，如图1B所示。木箱包装可细分为两种形式，其一为集合包装或组合包装[2]，该方式通过集装一定数量的产品或包装件，形成一个适宜的作业单元，以便于物流过程中的装卸、搬运、储存和运输。在实际操作中，通常用纸箱或袋子分别包装各产品后，再集装入木箱，如图1C所示。其二为大件单独包装，此类产品通常具有重量较大或体积庞大等特点，需要定制特殊的木箱结构予以保护，如图1D所示。在集装箱装运时，大件产品的木箱通常置于集装箱底部，上方再堆叠以其他较小的木箱。无论是集合包装还是大件单独包装，均属于最终的运输包装。此外，该企业明确规定，除个别空运和快递的情况可使用纸木结合外，运输包装原则上必须采用木箱。针对形状特殊且重量较大的结构类产品，其装箱时在高度和重量两方面均不适宜堆叠，通常单个进行打托盘处理，如图1E所示。
二
装箱现状分析
L品牌旗下拥有13家子公司，在全球范围内布局了300余家经销商，其配件均由总部总仓配送全球。近年来，伴随着机械工程市场占用量的逐步扩大，机械工程配件领域释放出强劲的发展潜力。受益于国家的“一带一路”政策的推动，该品牌工程机械配件的出口占比逐年递增。以2023年为例，某公司的工程机械配件的出口额首次超越国内销售额。随着销量攀升，每年发运集装箱的数量亦不断攀升，优化装箱方案、提升装箱容积率已然迫在眉睫。
集装箱装载问题（简称装箱）在L品牌的工程机械配件运输中颇具挑战。由于配件种类丰富，致使包装箱类型繁杂、尺寸各异。实际操作中，一个集装箱内常常需装入几十个不同尺寸的木箱，此情况属于典型的强异构货物装箱问题[3]。因此，该企业的配件装箱无疑归属于强异构货物装箱问题的范畴。
图2 BMW尺寸链装箱模拟图
在尺寸切割领域，BMW表现卓越，其尺寸切割技术成熟，提供了丰富多样的尺寸链选择，几乎总能从中找到最优解。BMW的尺寸链装箱容积率能达90%以上，堪称行业标杆，装箱模拟如图2所示。
图3 产品装箱实拍图
在疫情期间，海运费大幅飙升。在此背景下，追求更高的装箱容积率以节省运费，成为L品牌亟待解决的关键问题。为提升容积率，L品牌常采取牺牲包装质量的方式。面对杂乱的木箱尺寸，常采用强行堆叠的方式，如图3所示。这无疑增加了货损的风险，企业需承担在后续订单中对受损货物进行赔偿的后果。同时，装箱时通常将集合包装放置在集装箱内部深处，而将大件独装的木箱放置在靠近柜门的位置，以便于捆绑固定，如图4所示。疫情过后，虽然部分地区的海运费有回落，但由于L品牌的产品特殊，多用于新开矿山，新开发岛屿等偏远地区，沟通此类地区的航线并不成熟，因此海运费依旧高昂。
基于“高质量发展理念”，L品牌有必要对包装进行优化设计，深入研究强异构货物装箱问题。通过设计一套适用于工程机械配件领域的高效装箱方案，并搭建智能装箱模拟平台，以提升装箱的工作效率和容积率，从而切实为企业实现降本增效的目标。
三
包装和装箱优化措施
基于上述所提及的包装现状和装箱现状，若要切实提高装箱容积率，首先是依据科学的尺寸切割方法计算出集合包装箱的尺寸（该尺寸在L企业内被称为标准箱尺寸），并将中小件产品统一集合收纳至标准箱中；其次是针对大件单独装包装的产品，需规范同品项产品木箱的尺寸，以减少因主观因素造成的尺寸混乱；再次针对同一SKU存在多件的情况，将多件集合装于一个木箱内，从而减少木箱的使用数量；最后引入装箱计划系统（container load plan,CLP），并结合企业内部IT进行定制化开发，实现与公司现有系统数据的无缝对接。借助这一优化后的系统，能够直接在系统上对二阶段的装箱操作进行模拟，即一阶段中将产品集合或单个包装入木箱，二阶段将各木箱集合装入集装箱。通过软件模拟能够准确计算集装箱内的剩余空间，以便确定是否能够承接更多订单，并将相关信息及时反馈给客户。
图4 产品模拟装箱图
1.集合包装优化（标准箱尺寸优化设计）
采用集合包装时，需通过“由外到内”法[4]优化设计标准箱尺寸。首先选出标准集装箱尺寸规格，对其长宽高内尺寸进行分割，模拟排列分隔后的产品，选择较优尺寸作为标准箱尺寸，最后将标准箱装入集装箱直至容积率最优。
标准箱尺寸规格的确定过程包括确定平面尺寸、确定箱体高度、软件模拟验证三个步骤。
图5 由外到内法切割出标准箱尺寸
确定平面尺寸。鉴于本企业40HC集装箱的使用占比高达80%，仅个别偏远航线使用20GP集装箱，故以40HC集装箱作为尺寸基准，其内部尺寸为12030mm×2350mm×2650mm。采用整数分隔和组合分隔等方法确认标准箱的平面尺寸，同时兼顾运输卡车宽度（3000mm）、周转托盘尺寸（1200mm×1000mm）等因素，最终获得标准箱平面尺寸为1140mm×1000mm，具体如图5所示。
确定箱体高度。标准箱高度的确定需综合多方面因素。一方面，考虑到集装箱自身高度为2650mm及装卸搬运工具的实际操作需求；另一方面，兼顾木板下料最大利用率，所使用的木板尺寸为2440mm×1220mm。基于此，将木箱边板高度的参考值取为1220/2=610mm或1220/4=305mm，其中1220mm为木板宽度。最终确定两种标准箱外尺寸，即轻货箱为1140mm×1000mm×720mm（H）（含叉车脚），重货箱为1140mm×1000mm×415mm（H）（含叉车脚），如图5所示。
模拟验证。基于装箱软件模拟装箱测试发现，在理想状态下，以此标准箱尺寸进行装箱，容积率可高达97%。为实现最大容积率，建议轻货与重货按3:1的比例进行装箱。但在实际操作中，需根据实际发货需求灵活调整装箱方案。
2.大件包装优化
由于该企业的配件在前端设计阶段缺乏系统性规划，因此配件种类随着整机业务增长而迅速增加，目前每年新增SKU数量超过1万个。在大件单独包装时，木箱的尺寸测量工作由包装操作工自行负责。同时，公司尚未建立齐套检查方案，即订单经由定时系统随机分配给不同操作工。这就导致同一个物料的不同批次订单，经由不同的操作工测量包装后，木箱尺寸各不相同。
图6 单独一件装木箱，占体积；包装延迟后，多件装一箱
在集装箱装载过程中，木箱间的尺寸差异将导致货物排列参差不齐，不仅引发绑扎作业困难、木箱脚悬空等问题，还将迫使装载人员在装箱容积率和货物包装质量间顾此失彼。针对这一因人为因素导致的尺寸差异问题，依据二八原则（即只对极个别产品进行额外定制），企业决定为不同类型的产品均设定大小两款箱子，如大柴油机箱/小柴油机箱、大油缸箱/小油缸箱等，且做好相应的库存管理。工人在包装时，从木箱缓冲区内挑选合适尺寸的木箱，从而确保相同品项产品的木箱尺寸一致，以提升装箱效率与质量。
针对大批量需求订单，如储备订单、大客户促销订单等，L公司采用包装延迟[5]策略。策略的核心在于，待确切的订单下达后，依据订单所确定的产品数量，重新整合并设计木箱尺寸，如图6所示。如此一来，能够实现空间的高效利用，同时有效降低包材成本与运输成本。
通过这种方式，企业不再基于预估进行包装设计，而是根据实际订单的精准需求来定制木箱。避免了因预先包装与实际订单不符而造成的空间浪费以及材料损耗，在满足客户需求的同时，实现了成本的优化控制，提升了企业的经济效益与市场竞争力。
3.装箱优化
企业引入CLP装箱计划，通过购买装箱软件，并根据企业实际情况在所购装箱软件的基础上进行IT定制化开发，实现装箱流程的优化升级。该软件能基于订单进行装箱模拟并提出建议，同时生成动态3D装箱图辅助现场操作。
图7 模拟现有订单
装箱模拟与建议。当客户完成下单后，利用该软件对二阶段装箱过程开展模拟，此模拟能够精准呈现现有下单货物的体积利用率和装箱情况。如图7所示，通过模拟发现剩余8.5m³的装箱空间，企业及时告知客户并建议追加订单，从而充分利用集装箱空间以达到最大容积率。通过模拟还可以清晰展现哪些木箱会被压在底部，企业可据此信息增强特定木箱的载荷设计（如加内撑条，如图8所示），这样堆叠的同时保证了装箱质量。综上所述，装箱模拟可以为客户节省海运费、提升包装质量，从而有效提高了客户满意度。
图8 加强内支撑
生成动态3D装箱图。该软件具备自动生成动态3D装箱图的功能，此图包含二维码和分层平面视图，扫码后可以观看动态3D装箱步骤，如图9所示。企业将打印出的相关资料张贴木箱上，现场操作工只需扫描二维码，即可直观观看动态装箱全过程。该功能为现场理货装箱操作提供了直观、准确、实时的指导，显著提高现场理货装箱的工作效率。
图9 装箱平面视图和二维码及装箱步骤3D动态展示
图10 模拟装箱提升容积率
4.优化效果
该公司通过协同推进集合包装优化、大件包装优化和装箱优化措施，公司整体的装箱容积率从过往的50%提高至72%。在个别没有大件异形件打托的情况下，容积率可进一步提升至78%以上，如图10所示。
四
挑战和展望
随着市场竞争日趋激烈，对包装质量及海运容积率的要求愈发严苛。结合工程机械配件的特点，企业尝试推行尺寸切割和组合、大件包装延迟等策略。经过一段时间的试行，上述策略确实在整体上为企业带来了降本增效的积极效果。然而，实践过程中也暴露出一些不足。例如，标准箱尺寸较为单一，从平面维度考量来仅有1种规格。一旦遇到超过1米的细长型木箱，便无法采用标准箱，只能单独定制木箱，这导致木箱尺寸管理变得繁杂无序。
企业通过引进CLP软件并开展IT定制开发，显著提升了装箱容积率。但在实操过程中，仍存在一些不尽如人意之处。一方面，该企业各部门使用的系统各不相同，数据转换和抓取依赖于人工，致使相关人员工作量激增。另一方面，软件自动装箱功能尚不完善，例如生成的装箱方案可能不利于捆扎，又例如长条异形件的推入操作、放置在柜门口等均需要人工重新编辑。
在后续搭建智能仓库体系时，企业应吸取上述经验教训，致力于打通各个数据环节，深化IT开发，通过软件自动迭代方案来获取最优装箱解，从而取代人工编辑，实现装箱方案制定的快速和准确。
参考文献:
[1]王志伟.运输包装[M].北京:中国轻工业出版社,(2020):3-4
[2]王志伟.运输包装[M].北京:中国轻工业出版社,(2020):122
[3]苏泉成.A企业家电零部件集装箱装箱问题研究[D].济南:山东财经大学,(2024):32
[4]支凯强.集装箱拼箱中产品包装尺寸标准化[D].青岛:青岛大学,(2024):28
[5]程勇.延迟策略在供应链重构中的应用[J].现代管理科学,(2002),11:59-60.
———— 物流技术与应用 ————
编辑、排版：王茜
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