包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工作是確定功能載體的組合形式。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是將原理方案（概念設(shè)計(jì)）結(jié)構(gòu)化，并實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與創(chuàng)新。包裝容器原理方案僅表示功能載體的組合，同樣的功能載體可以有不同的組合和造型，所得到的包裝容器有不同的形狀和尺寸。結(jié)構(gòu)又是造型的重要保證。不同的形態(tài)其受力的方式不同，這就需要有與之相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)來完成。包裝容器種類繁多，按數(shù)量分為單一結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)；按材料分為紙結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)和塑料結(jié)構(gòu)等。分類的目的是為了仔細(xì)研究結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和規(guī)律。包裝容器結(jié)構(gòu)受形態(tài)制約，也受材料制約、加工工藝制約和環(huán)境制約。在造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須合理協(xié)調(diào)它們之間的關(guān)系，優(yōu)化包裝容器結(jié)構(gòu)。包裝容器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)包裝容器輕量化，節(jié)約材料消耗，降低制造成本，而且可以提高包裝容器的工作性能和質(zhì)量，縮短包裝容器設(shè)計(jì)與制造周期。優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代包裝設(shè)計(jì)理論與方法中的一個重要設(shè)計(jì)技術(shù)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)就是借助最優(yōu)化數(shù)值計(jì)算方法與計(jì)算機(jī)程序，求取工程問題的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，將實(shí)際問題加以數(shù)學(xué)描述，形成一組由數(shù)學(xué)表達(dá)式組成的數(shù)學(xué)模型，選擇一種最優(yōu)化數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)程序，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)算求解，得到一組最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，這組設(shè)計(jì)參數(shù)就是設(shè)計(jì)的最優(yōu)解。

包裝容器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程一般分為以下四步。

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)分析

首先確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，有單項(xiàng)指標(biāo)、多項(xiàng)指標(biāo)的組合。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，就包裝設(shè)計(jì)而言，包裝容器的體積與重量、力學(xué)特性、效率與成本、可靠性等都可作為設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。分析設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求，主要有某些參數(shù)的取值范圍，包裝容器設(shè)計(jì)性能與指標(biāo)按設(shè)計(jì)規(guī)則推導(dǎo)出技術(shù)性能，工藝條件對設(shè)計(jì)參數(shù)的限制等。

（2）建立數(shù)學(xué)模型

將包裝實(shí)際設(shè)計(jì)問題用數(shù)學(xué)方程式予以全面、準(zhǔn)確的描述。包括確定設(shè)計(jì)變量，即哪些參數(shù)參與優(yōu)選；構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，即評價設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的設(shè)計(jì)指標(biāo)；建立數(shù)學(xué)模型要做到準(zhǔn)確、齊全，即必須嚴(yán)格地按各種規(guī)范做出相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述，必須把設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的各種因素全部包括進(jìn)去；選擇約束函數(shù)，即把設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的各種條件以等式或不等式的形式來表達(dá)。

（3）選擇優(yōu)化方法

根據(jù)數(shù)學(xué)模型的函數(shù)形態(tài)，設(shè)計(jì)精度要求，選擇適用的優(yōu)化方法，并編制相應(yīng)的計(jì)算程序。

（4）計(jì)算機(jī)擇優(yōu)

將所編程序及有關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，求解得到最優(yōu)值，之后對計(jì)算結(jié)果做出分析判斷，即得到設(shè)計(jì)問題的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

四步設(shè)計(jì)的核心問題一是分析設(shè)計(jì)任務(wù)，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為一個最優(yōu)化問題，即建立優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型；二是選擇適用的優(yōu)化方法在計(jì)算機(jī)上求解數(shù)學(xué)模型，尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。包裝容器優(yōu)化設(shè)計(jì)問題分為兩個層次：總體方案優(yōu)化與設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化。二者之間有密切聯(lián)系，又有實(shí)質(zhì)性區(qū)別?？傮w方案優(yōu)化是在包裝容器功能分析與概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，包裝容器的總體布局、造型、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的類型及幾何形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化是在總體方案確定之后，對具體設(shè)計(jì)參數(shù)（幾何參數(shù)、性能參數(shù)等）的優(yōu)化設(shè)計(jì)，即包裝容器結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化是擇優(yōu)確定具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，屬于數(shù)值計(jì)算型工作。本章主要討論設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化問題。工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問題分為約束優(yōu)化問題與無約束優(yōu)化問題。無約束優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)是一元函數(shù)，稱為一維無約束優(yōu)化問題；如果是二元或二元以上的函數(shù)，則稱為多維無約束優(yōu)化問題。對約束優(yōu)化問題可按其目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)的特性，分為線性規(guī)劃問題和非線性規(guī)劃問題，若目標(biāo)函數(shù)和所有的約束函數(shù)都是線性函數(shù)，則稱為線性規(guī)劃問題，否則，稱為非線性規(guī)劃問題。對目標(biāo)函數(shù)是二次函數(shù)而約束函數(shù)都是線性函數(shù)這類問題，稱為二次規(guī)劃問題。線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃是數(shù)學(xué)規(guī)劃的兩個重要分支，在工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。

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