本发明涉及一种将片状原料转换成减震材料的减震转换系统。具 体地讲，本发明涉及一种具有包装控制器的减震转换系统，其中系统 根据待包装物品向操作员提供推荐的包装和/或包装信息，此外还监 测包装材料的库存。然而，本发明的特点可以广泛地应用于使用各种 类型的垫板产品和包装材料的包装系统。

在将物品由一处运送到另一处的过程中，通常将保护性包装材料 放置在装运箱中，以填充其中的任何空隙、并提供保护和支撑，和/ 或在运送过程中减震。一些通用的保护性包装材料是花生式泡沫 (foam peanuts)塑料或纤维，塑料起泡式包装纸(bubble wrap)， 碎纸片或碎纸板，和改性纸垫片。由纸特别是牛皮纸制做的改性纸垫 片是可生物降解的、可循环使用的，是由可再生资源制成的。结果， 改性纸垫片在许多为了环保责任而采取更加进步政策的工厂看来是 十分重要的。利用减震转换机，例如美国专利4,026,198；4,085, 662；4,109,040；4,237,776；4,557,7 16；4,650,456；4, 717,613；4,750,896；和4,968,291(这些专利均已转让本发 明的受让人，其公开内容在此引入作为参考)中公开的机器，可以将 片状纸原料转换成低密度纸垫片。

通过控制转换机，例如使用可编程控制器，可以生成不同长度的 垫片。这一特点使一台机器就能满足大范围的减震需求。例如，相对 较短的垫片长度用于小的和/或不易破损的物品，而较长的垫片长度 用于更长的和/或易碎的物品。此外，一组垫片(长度相同或不同， 和/或结构相同或不同，例如星形、十字叉形或螺旋/缠绕形)可以用 于外形独特和/或不抗震的物品，例如电子设备。

在一些实例中，制造商或运送业者可以运送各种类型的物品，其 中每种物品都具有不同的包装要求。尽管减震转换系统，例如上述系 统，可以应操作员的要求提供各种不同长度的垫片，以满足不同的要 求，但是针对每一物品确定其最佳包装方式，然后指示减震转换机产 生所需数目的、长度适当的垫片通常是一个耗时的过程。另外，包装 操作的可靠性通常还决定于操作员的技术水平，特别是包装员的。在 利用复杂的包装系统依照不同的包装要求包装不同类型产品的情况 下，所需的技术水平将无法使用低成本、低技术的包装员(或泛指的 操作员)。

运送不同类型的、具有不同包装要求的物品的另一个结果是需要 使用不同的包装材料包装各种物品，例如垫板原料、胶带、容器(纸 板箱，盒子等)、等等。到目前为止，对包装材料库存的监测都是通 过人员检查库存量、并在需要时重新定购额外材料而手动实现的。在 将片状原料纸卷用于上述的减震转换机以便制作垫板垫片的情况 下，对原料卷和/或其它包装材料的定单通常是交给销售商的。然后， 销售商根据现有库存填写定单或将定单转交给供应商，以便直接将包 装材料运送到终端用户。类似于终端用户的情况，在销售商仓库对包 装材料库存的监测是由人员检查库存量、并在需要时重新定购额外材 料而手动实现的。这些已有系统是劳力密集型的、耗时的。

因此，需要改进包装系统，特别是在高效地将物品包装在容器中、 并高效地维护包装材料库存的方面。

本发明提供了一种包装系统、及其部件和相应的方法，它能够， a)更高效率地和/或更有效地包装各种物品，b)更高效率地和/或更 有效地维护包装材料库存，c)更高效率地和/或更有效地使用包装材 料，d)更高效率地和/或更有效地为包装物品而使用低成本、低技术 劳力，e)更高效率地和/或更有效地监测和/或分析包装操作，和f)更 高效率地和/或更有效地处理和/或监测各种被包装物品。这些目的中 的任何一个或多个均能由下面详细描述的本发明的各个方面和/或特 点中的一个或多个实现。

所公开的包装系统和方法可以随着待包装物品的变化而自动地向 操作员提供包装指令。结果，包装系统根据待包装物品的标识码产生 长度满足包装要求的特定垫片，并向操作员示出包装该物品的推荐技 术。

本发明提供了包装系统和方法，它们包括根据至少一个待包装物 品的包装要求产生包装材料的包装材料形成器和包装系统控制器。包 装系统控制器提供对物品进行最佳包装的包装指令。系统控制器优选 地包括识别待包装物品的设备或其它装置(例如通过物品号或物品标 识码)，存储与已识别的待包装物品有关的预定包装指令的存储器和 将适当的包装指令传送给系统操作员的输出外围设备。

按照详细的包装指令自动地向操作员或自动包装系统提供预定数 量的包装材料，以便在包装已知物品的过程中保持一致性。由于提供 了预定数量的包装材料和详细的包装指令，所以不需要经过严格包装 训练的操作员就可以实现高质量的包装。另外，包装系统改善了包装 效率，由此通过减少浪费而降低了包装费用，同时由于保证了包装材 料的足量和有效的使用而降低了运送损伤。

根据本发明特定实施方案的包装系统涉及对已知物品或标准物品 组(例如物品组件)的包装。包装系统识别出待包装物品，取回预定 的包装指令，该指令用于产生一片或多片具有正确长度或数量(例如 垫板)的包装材料，并提供详细的操作员包装指令，该指令显示在显 示器上。按照显示的详细指令提供包装材料，可以实现一致的、高效 率的包装过程，而与操作员的经验值无关。

更具体地讲，该包装系统包括将原料转换成用作包装材料的减震 垫片的减震转换机、包装控制器和包装终端。例如，通过键盘、下拉 式菜单、条形码阅读器等将物品标识码输入系统，就可以识别出待包 装的已知物品。一旦识别出物品，包装控制器就取回与已识别的待包 装物品有关的预定包装指令集。然后，操作员利用包装指令按照适当 的顺序产生长度适当的减震垫片，同时在包装终端显示器上显示有助 于物品正确包装的文字和图形包装指令。

已取回的预定包装指令集还包括包装材料管理控制信息。例如， 除了以适当顺序提供具有适当长度的减震垫片之外，一个或多个已产 生的垫片可以根据需要由缠绕机进行缠绕，以便提供用于特殊包装方 法的、呈缠绕形式的包装材料。另外，包装材料管理控制信息还包括 用于自动管理器，例如拾取-放置控制装置或自动插入和放置设备， 的控制数据，以便自动地取回一个或多个已制成的垫片，并将其放置 在包装箱中。

根据本发明的另一个实施方案，包装系统包括包装材料消耗监测 系统和方法，它们通过监测各种包装材料的消耗来计量包装箱的数 目、已产生的包装材料的数量，和其它相关的包装材料的数量或数 目，由此实现库存控制功能。包装系统将消耗的包装材料数量与一个 或多个重新定购阈值进行比较，如果已达到或超过重新定购阈值，就 对适当材料产生重新定购请求。

根据本发明的另一个实施方案，包装系统包括生产率监测系统和 方法，它们监测包装过程的特点，例如在预定包装过程中完成每一步 骤所需的时间。然后，系统利用搜集到的时间生成生产率报告，该报 告形成包装机数据、操作员标识数据和反映出在包装过程中完成各个 步骤所需时间的生产率数据。数据还可以进一步处理，以提供归一化 的生产率数据、趋势分析等。

根据本发明的另一个方面，公开的包装系统和方法包括根据待包 装物品的包装要求产生包装材料的包装材料形成器和包装系统控制 器。对于未知的待包装物品，包装系统评估该物品的一个或多个特 点，并确定对其进行最佳包装的包装要求和指令。

该系统优选地包括能够识别出待包装物品的至少一个特点的设备 或其它装置。包装系统还包括一个包含用于根据物品的各种特点确定 恰当包装指令的规则和数据集的数据库。一旦确定了恰当的步骤要求 和技术，包装系统就将指令传送给包装材料形成器，以便按照恰当的 顺序自动地产生恰当数量的包装材料。另外，指令还传送到输出外围 设备，例如显示器，它包括在包装物品的过程中为操作员提供指导的 图形和/或文字指令。

由此，根据本发明的这一方面，包装系统能够接收未知的待包装 物品，并向未经训练的操作员提供适当的包装材料数量和详细的包装 指令，以便提供最优的包装方法，由此提供可以防止物品损坏但不会 带来不期望的浪费的高质量包装。

这种包装系统十分适用于为个人运送各种物品的私人邮寄公司。 操作员带来包装系统未知的物品(即，在包装系统的存储器中没有与 该物品一一对应的预定包装指令集)。包装系统需要采集该物品的一 个或多个特点，例如尺寸、形状、重量和易碎性。然后，系统将系统 存储器内部的规则应用于所提供的数据，并确定该物品的最优包装方 法。

最优包装方法作为控制信号传递到包装材料形成器，例如减震转 换机，该机器确定适当的容器(例如尺寸和类型)，减震垫片的数目、 及其长度和形成顺序。另外，预定的最优包装方法以图形和文字指令 的形成传递给操作员，以确保物品按照最优包装方法进行包装。

根据本发明的另一个方面，向操作员提供包装方法预览，说明在 包装过程中使用的材料和在包装和运送该部件中涉及的费用。然后操 作员可选择任何进行该过程，或者进行适当包装材料的产生，或者终 止该过程。

根据本发明的另一个方面，包装系统控制器包括一个“专家”系 统，它在包装方法设计过程中进行自动判决。包装系统控制器优选地 包括容纳多个基于专家的规则和包装数据的存储器。规则和包装数据 与操作员提供的关于待包装物品的数据结合起来使用，以便得出结论 (即，最优包装方法)。

专家系统以“如果-那么”规则的形式表示系统知识，其中“如 果”特定条件为真，“那么”得出特定结论。在某些情况下，专家系 统可以利用多种方法判定是否存在特定条件。系统可以在已建立的内 部数据库中识别出条件，或利用数据库数据和附加规则确定特定条件 的存在。另外，系统可以向操作员询问附加信息，以便填充必须的间 隙，使系统能够在建立最优包装方法的过程中进一步前进。在本发明 的优选实施方案中，专家系统利用输入参数，例如物品的尺寸、形状、 重量和易碎性，确定适当的容器和最优包装方法。另外，在确定包装 方法的过程中，还可以利用运送方式以及操作员的选择确定是使包装 最优、还是使费用最优。

根据本发明的另一个方面，公开的包装系统和方法包括适于根据 多个待包装物品的包装要求产生包装材料的包装材料形成器和包装 系统控制器。对于多个已知的待包装物品，包装系统评估运送定单， 并获得与待包装物品有关的数据。然后，包装系统确定对该物品进行 最优包装的包装技术。

这种包装系统优选地包括分析运送定单以便识别多个待包装物品 的设备或其它装置。包装系统包括内部数据库和/或外部数据库接 口，该外部数据库包含待包装物品列表，以及与物品有关的数据，例 如重量、尺寸、形状和易碎性。包装系统还包括另一个包含与包装材 料有关的规则和数据集的数据库，用于确定优化包装方法的适当包装 技术。一旦确定包装技术，包装系统就将指令传送到包装材料形成 器，以便自动地以恰当的顺序形成恰当数量的包装材料。另外，指令 还传送到输出外围设备，例如显示器，该设备包括在正确包装多个物 品的过程中向操作员提供解释和指导的图形和/或文字指令。

本发明的这种包装系统特别适用于取回多个物品(产品)并将其 包装在一起以便运送给消费者的邮购公司或仓储式销售商。包装员 (即操作员)或包装系统接收由包装系统阅读的运送定单。包装系统 利用定单代号识别每个待包装的物品，并按照顺序由仓库管理数据库 或内部数据库取回与每个物品有关的附加数据。然后，本发明的包装 系统根据取回的包含恰当容器信息(例如木箱，纸板箱等)的数据确 定最佳包装方法，并进行包装。另外，包装系统确定待包装物品在容 器内的位置和方向(和包装顺序)，并以恰当的顺序产生恰当数量的 包装材料，根据预定的包装方法包装物品。

根据本发明的另一个特定实施方案，包装系统包括拾取列表验证 系统。在物品由一个人拾取而由另一个人包装的情况下，通常需要包 装员确认拾取的物品与运送定单一致。包装系统识别所有应当在运送 定单上的物品，并评估每个物品，优选地是采用阅读设备，以便在包 装系统确定最优包装方法之前证实取回的物品与运送定单中的物品 一致，从而节省了时间和金钱。

根据本发明的另一个特定实施方案，包装系统控制器包括在包装 方法设计过程中进行自动判决的专家系统。包装系统控制器包括含有 多个关于包装材料的专家规则和包装数据的附加存储器。规则和包装 数据与关于待包装物品的数据一起产生结论(即，最优包装方法)。

专家系统采用如果-那么的形式表示系统知识。另外，专家系统 可以利用体积概念，其中每个待包装物品(在包装时)在容器中占据 一个立方体积。然后，专家系统分析与待包装物品相对应的各种立方 体，并在具体的容器内确定立方体(即物品)的最优配置，进而减少 了所需的空隙填料用量和额外的木箱等。

本发明的前述和其它特点将在下面进行详细描述，并在权利要求 和在本发明的示例性实施方案之前详细给出下列描述和附图中明确 指出。然而，这些实施方案只是利用本发明原理的各种方法中的一部 分。本发明的其它目的、优点和特点将通过本发明的详细描述，并结 合附图而变得更加易懂。

图1是示出本发明包装系统的框图；

图2是本发明包装系统的示意图，包括减震转换机和包装系统控 制器；

图3是示出本发明包装系统控制器的一部分的框图；

图4是示出本发明包装系统的操作流程的流程图；

图5是示出包装流程预览特点的流程图，它允许包装员检验是否 已经针对已识别的待包装物品选取了恰当的包装流程；

图6a是针对已识别的待包装物品示出预定的取回包装指令集的 输出外部设备显示和用户界面；

图6b是根据本发明的一个方面突出识别或输入待包装物品的方 法的输出外部设备显示器和用户界面；

图6c是针对已识别物品的包装过程更加详细地示出预定取回包 装指令集中的一个特定步骤的输出外部设备显示和用户界面；

图7是示出产生包装材料的操作流程和为包装一个或多个物品向 操作员提供包装指令的流程图；

图8是示出包装系统的工作流程图，该系统包括用于缠绕形成包 装材料和/或初始化拾取-放置控制流程的包装材料管理设备，以便 自动包装；

图9a是图2的减震转换系统的部分顶视图，它利用缠绕机连接机 构处理包装材料的长度，并根据取回的包装指令缠绕包装材料；

图9b是图2的减震转换系统的放大部分顶视图，它利用了图9a 的缠绕机连接，其中缠绕机连接可以旋入或旋出减震转换机的流出路 径口(outlet flow path)；

图10a是利用减震垫片处理系统例如本发明的拾取-放置装置的 减震转换机的侧视图；

图10b是图10a的减震转换机和减震垫片处理系统的顶视图，其 中产生的减震垫片安置在传送带上，以便将产生的垫片传送到拾取- 放置装置；

图10c是图10b的本发明拾取-放置装置的独立顶视图；

图11是示出实现库存控制、库存监测和根据预定的消耗阈值对包 装材料进行自动重新定购的方法的流程图；

图12a是更加详细地示出实现图11的库存控制方法的示例性方 法的流程图；

图12b是更加详细地示出实现图11的库存控制方法的示例性方 法的流程图；

图13是根据本发明示出监测操作员的包装生产率，并提供生产率 报告的流程图；

图14是更加详细地示出监测生产率并产生图13的生产率报告的 示例性方法的流程图；

图15a-15d是详细示出图2的根据本发明的一个实施方案的包装 系统的操作流程图；

图16a是示出根据本发明的另一个实施方案的包装系统的框图；

图16b是本发明包装系统的理想化侧视图；

图17是示出根据本发明的另一个实施方案的包装系统的操作流 程图；

图18是示出通过提供一个或多个描述待包装物品的特点来识别 待包装物品的步骤流程图；

图19a-19c示出各种利用下拉式菜单、选择通用类别和自动化技 术，例如模式识别、专家系统和神经网络，来确定物品的易碎性的方 法；

图20是示出与本发明的包装系统控制器有关的专家系统的框 图；

图21是示出驻留在本发明专家系统数据库中的各种数据片的框 图；

图22是示出利用本发明的专家系统判定包装控制方法的示例性 方法的判决图；

图23a-23n是示出在利用本发明的专家系统确定减震功能要求的 过程中使用的动态减震转换曲线的图形；

图24是更加详细地示出动态减震转换曲线的图形，其中利用曲线 判定特定的减震产品结构是否能够满足专家系统确定的减震功能要 求；

图25是针对一种类型的包装材料示出弯曲系数和静态载荷的关 系的图；

图26a-26b是根据本发明示出振动对包装产品的影响的图，特别 是针对不同运输类型的典型振动频率；

图27是根据本发明的另一个方面包装多个已知物品的包装系统 的操作流程图；

图28是示出本发明包装系统的框图；

图29是示出识别待包装物品并针对已识别的物品确定包装指令 的方法的流程图；

图30是示出针对运送的物品读取定单号码的步骤的流程图；

图31a-31d是示出本发明示例性立方配置的框图；

图32是示出本发明的预定包装指令控制的功能的流程图；和

图33示出生成生产率统计的数据集合。

现参考附图详细描述本发明，其中相同的参考号在整个描述中代 表同一单元。在本发明的一个实施方案中，所公开的自动包装系统和 方法包括包装材料形成器，例如减震转换机，和包装系统控制器。期 望高效地包装已知的、已识别的物品的操作员与包装系统相互配合， 为了将物品包装在已识别的容器内，按照适当的顺序产生适当数量的 包装材料。另外，包装系统和方法还以文字和/或图形格式向操作员 提供详细的包装指令，由此提高了包装效率和一致性，这可以降低物 品损伤和包装费用。

根据本发明的优选实施方案，已知的待包装物品是通过例如阅读 或输入其物品标识码而得到识别的。一旦待包装物品得到识别，包装 系统就取回与已识别物品唯一对应的预定包装指令集。包装指令优选 地指明推荐的包装箱，产生所需的包装材料，并一步一步地给出指令 以便帮助操作员包装物品。优选地，每个指令步骤以及包装材料形成 器产生的包装材料的长度(或数量)都通过计算机显示器终端提供给 操作员。结果，消除了过量的浪费的包装空隙。另外，详细的包装指 令降低了对经验丰富的操作员的要求，因为容器、包装材料的数量、 包装材料的产生顺序、以及将包装材料用于高效包装的方式都是由包 装系统指明和解释的。

根据本发明的另一个方面，提供了监测在包装物品的过程中所耗 材料的库存监测系统。例如，对于待包装的特定物品，将使用预定的 容器和预定数量的包装材料。随着包装材料在包装物品的过程中被逐 渐消耗掉，库存监测系统，例如，缩减内部库存列表，并将更新列表 与一个或多个重新定购阈值进行比较。如果更新库存列表(即消耗列 表)上的一个或多个物品满足重新定购判据(例如，低于最低阈值)， 库存监测系统就自动地产生重新定购请求，以确保包装库存不会过度 耗尽。除了监测容器和包装材料之外，库存监测系统还监测其它包装 材料，例如与已识别物品有关的产品说明、保修卡、包装胶带等。

根据本发明的另一个方面，包装系统包括生产率监测系统。生产 率监测系统用于记录每个已识别操作员包装每个物品所用的时间，并 监测在预定的包装程序中完成每一步骤所需的时间。然后，生产率监 测系统生成生产率报表，在其中以易于评估的格式给出了操作员的生 产率。生产率报表优选地包括完成一个或多个包装步骤所需的平均时 间，以及归一化生产率数据和趋势信息，如果需要，这些信息可以存 储在数据库中。

现参考详细的附图，先参考图1-4，示出了本发明的包装系统和 方法。在图1中，包装系统10包括产生在包装已识别物品的过程中 使用的包装材料的包装材料形成器12。根据本发明，术语“物品”广 泛地用于指代单个物品、包括物品的已知结构的组件和各种需要运送 的物品，而不管其本质如何，可以是物件、产品、元件、片等。包装 材料形成器12包括在形成器12内部控制各种操作元件(未示出)的 控制器14，如下面将要详细描述的。包装系统控制器16连接到包装 材料形成器12，并通过控制器14与其通讯。包装系统控制器16还分 别连接到输出外围设备18和输入外围设备20，并且可以响应于待包 装物品的识别信息取回预定的包装指令集，物品优选地是通过输入外 围设备20识别的。

预定的包装指令优选地从连接到包装系统控制器16或通讯网络 的存储器(未示出)取回，并有选择地发送到控制器14和输出外围 设备18。发送到控制器14的包装指令优选地涉及以特定的顺序产生 特定长度(或数量)的包装材料。另外，如下面将要详细描述的，包 装指令还包括针对特定包装选项的，例如缠绕或实现拾取-放置功 能，用于管理已产生包装材料的后-产生包装材料管理控制信号。

发送到输出外围设备18(例如计算机显示器)的包装指令优选地 是帮助操作员对已识别物品进行高效包装的详细解释性指令。解释性 指令包括，例如，附带了待包装物品图形的解释性文字、包装材料、 容器等。优选地，通过输出外围设备18提供的指令清楚地示出包装 材料连接待包装物品的方式和包装材料连接包装箱以便恰当地、高效 地保护容器内部的物品的方式。该指令还可以包括含有音频数据的视 频型指令，如果需要的话。包装指令还可以包括预处理和/或后处理 包装信息，例如选择和竖立特定容器的指令、插入垫板、粘贴指令、 运送指令等。

现返回图2，示出了根据本发明优选实施方案的图1包装系统10。 包装系统10包括减震转换机12，包装材料形成器和个人计算机16 构成图1的包装系统控制器。个人计算机16连接到用于输入数据或 命令的输入外围设备20(未示出)，例如键盘、条形码阅读器、鼠标 等。个人计算机16还连接到与图1的输出外围设备18相对应的显示 器18，还可以连接到计算机网络。输入外围设备20和显示器18用于 操作员和减震转换机12之间的交互。

减震转换机12优选地包括在其上安装了各种转换组件25的框架 24和控制包括转换组件25的减震转换机12的机器控制器14(简单 示出的)。框架24安装到或在其中包括原料供应组件26，该组件包 括卷材隔离组件和原料支撑杆(未示出)，原料支撑杆固定原料(例 如纸)的转轴，以便通过转换组件25将其转换成减震材料(未示出)。 所示的转换组件25由多个转换组件构成，包括成型组件30、由供料 马达34驱动的供料/连接组件32、和由例如通过接合器40有选择地 连接到切断组件36的切断马达38驱动的切割/切断组件36。还提供 了后切断约束组件或出口42，以便由切断组件导出减震材料。

在转换过程中，成型组件30使原料(未示出)的侧边内弯，以便 形成在侧边具有两个枕型部分、而在其间具有一个中心带的连续条 带，原料以这种方式通过成型组件。供料/连接组件32，在所示的减 震转换机中包括一对带孔的齿轮状部件(齿轮)，通过将连续条带拖 过供料/连接组件32的两个相互配合且相对的齿轮之间的辊隙，在由 供料马达34旋转相对齿轮所需的时间长度次定的期间内将原料拖过 成型组件30，完成供料功能，例如牵引功能。当两个相对齿轮冲压经 过其间的连续条带的中心带，并形成冲压条带时，供料/连接组件32 还附带地完成“连接功能”。当冲压条带向下通过供料/连接组件32 时，切断组件36将条带切割成预期长度的部分。这些切断部分离开 后切割约束组件42，然后用于包装物品。

机器控制器14优选地是基于可编程控制器的微处理器，例如分别 于1995年6月7日和1994年7月22日提交的、标题均为“减震转 换机”的、并在此引用作为参考的共有美国专利申请08/482,015和 08/279,149中所描述的。机器控制器14控制减震转换机12的各个 元件的工作(例如，供料/连接组件32，或更具体地讲是供料马达， 和切断组件36，或更具体地讲是切断马达等)，以便根据控制信号输 入的数目制成一个或多个特定长度的垫片。这种控制信号输入可以包 括来自机器传感器的输入，例如用来探测阻塞或精确测量垫片的形成 长度的传感器，和通过控制线44来自个人计算机16(即包装系统控 制器)的输入。具体地讲，当期望形成适当长度的垫片时，机器控制 器14在足以使转换组件25产生期望长度垫片的持续时间内向供料马 达34提供功率。然后，断开供料马达34的功率，机器控制器14利 用切断马达接合器40使切断马达38连接到切断组件36，以便在期望 的长度上切割垫片。

现参考图3，根据本发明的优选实施方案示出了图1的包装系统 控制器16的详细框图。包装系统控制器16优选地包括与总线52相 连的中央处理单元(CPU)50。CPU或处理器50可以是任意类型的处 理器，例如PentiumTM、Power PCTM，SparcTM，或任何其它类似的兼容 处理器。CPU50完成在此描述的各种操作，并执行与包装系统控制器 16有关的其它操作。根据此处的描述，具有本领域普通技术知识的人 员将很容易理解对CPU50进行编程以便实现与本发明有关的功能的方 式。总线52包括在CPU50和多个系统总线元件之间传送地址、数据 和控制信号的多个信号线54。其它系统总线元件包括存储器58(包 括随机访问存储器(RAM)60和只读存储器(ROM)62)和多个与各种 输入/输出设备相连的端口，总体地讲，输入/输出设备分别包括输出 外围设备18和输入外围设备20。存储器58用于数据存储，还可以存 储CPU50为完成所述功能而执行的适当的操作代码。

RAM60、硬盘驱动器78或其它存储媒质为CPU50和与特定的待包 装物品有关的预定包装指令提供程序指令存储和工作存储器。优选地 是，包装指令是通过查找表与待包装物品对应起来的，然而，其它存 储和查找技术，例如算术搜索工具，也属于本发明范围。例如，预定 的包装指令可以存储在硬盘驱动器78或其它数据存储媒质(例如 CDROM)中，并可以由CPU根据RAM60中的程序指令进行访问。

ROM62包括与I/O设备进行接口操作的、被称为基本输入/输出系 统(BIOS)的软件指令。存储在ROM62中的还有用于装载启动程序的 软件程序。启动程序通常在包装系统控制器16上电或需要初始化包 装系统控制器16时执行。

I/O设备包括基本设备，例如数据存储设备(例如软磁盘、磁带 机、CDROM，硬盘等)。通常，I/O设备是通过产生中断与CPU50进 行通讯的。CPU50根据赋予每个设备的内部中断号区分来自不同I/O 设备的中断。CPU50对I/O设备中断请求的响应对于产生中断的不同 设备是不同的。中断矢量还可以把CPU50导向不同的中断处理程序。

中断矢量是在通过执行BIOS而初始化(即启动)包装系统控制器 16的过程中形成的。因为CPU50对设备中断的响应需要随着时间变 化，所以为了将CPU50引导到不同的中断处理程序，需要随时改变中 断矢量。为了修改中断矢量，它们在包装系统控制器16运行时存储 在RAM60中。

磁盘控制子系统70将一个或多个磁盘驱动器72(例如软磁盘驱 动器，CDROM驱动器)双向连接到系统总线52。磁盘驱动器72与可 以移动的存储媒质，例如软磁盘或CDROM，共同工作。硬盘驱动器控 制子系统76将旋转固定磁盘或硬盘驱动器78双向连接到系统总线 52。硬盘驱动控制子系统76和硬盘驱动器78为CPU指令数据提供了 海量存储。

磁盘驱动器72和磁盘控制子系统70可以用来将一片或多片数据 下传到RAM60或系统硬盘驱动器78。对于物品的每一部分或整体，可 以提供例如与用于包装的恰当容器有关的数据、物品标识码、包装材 料形成控制要求(数量和顺序)和用户包装指令(包括文字、图形、 数字化照片和/或视频数据)。因此，在包装要求发生变化或需要包 装额外的物品时，可以动态地更新包装系统控制器16。

终端控制子系统86还连接到总线52，向输出外围设备18，通常 是CRT显示器，提供输出信息，并由手动输入设备20例如键盘接收 输入信息。手动输入信息还可以由定点设备例如鼠标或其它类型的输 入外围设备例如条形码阅读器提供。另外，输入设备20可以包括接 收语音指令的麦克风，并如本领域技术人员所众知的，利用语音识别 技术由CPU50进行处理。此外，输入外围设备20可以包括触摸屏， 例如电容式触摸屏。任何类型的数据输入设备都属于本发明范围之 内。

网络适配器90将包装控制器16连接到网络。该网络适配器90 连接到系统总线52，并可以提供与近邻或远离包装系统10的其它系 统的通讯连接。另外，其它类型的计算机硬件还可以连接到总线52。 例如，调制解调器91可以根据CPU50提供的指令向库存分配器传送 各种信息片，例如重新定购请求，以便在重新定购阈值得到满足时更 新库存。

现转到图3和4，提供了一种方法100，其中图1的包装系统为 用户提供包装材料和包装指令。方法100优选地在步骤102从识别已 知待包装物品的标识码开始。识别步骤102可以以多种方式实现。例 如，物品可以具有通过输入外围设备20，例如通过键盘或小键盘 (keypad)将物品号敲击输入系统，从而手动输入到包装系统控制器 16的物品标识码。另外，可以用作为输入外围设备20的鼠标访问输 出外围设备18(例如，计算机显示器)上示出的下拉式菜单。下拉式 菜单可以包括所有已知物品的列表，每种物品在包装系统10中都具 有相应的预定包装指令集。通过鼠标选择下拉式菜单中的物品号，就 可以识别出正在包装的物品。

在另一种输入待包装物品的方法中，步骤102可以包括利用模式 识别设备，例如条形码阅读器，或能够识别光学字符的视频监视器由 物品(或其相应的包装要求纸件)读取物品标识码。在另一种方法中， 输入外围设备20可以包括接收音频信号的麦克风，物品可以通过对 着包装系统10的麦克风大声朗读物品号而输入。在这种情况下，麦 克风接收声学音，并将数据传送到利用语音识别技术识别物品的 CPU50。例如，麦克风接收声学音，将声音转换为模拟信号，然后将 数据传送到利用例如A/D转换器将音频数据转换成数字化数据的 CPU50。最后，尽管上面已经描述了几种识别物品102的方法，但是 应当理解的是还存在其它识别物品的方法，每一种方法都属于本发明 范围之内。

一旦输入了物品，CPU50根据RAM60内的已编程指令，获得包装 控制方法，它包括与已识别物品有关的预定包装指令集，如步骤104。 所用的数据由辅助存储器，例如硬盘驱动器78或磁盘驱动器72或网 络驱动器中的数据记录媒质，获得。例如，指令可以存储在硬盘驱动 器78或磁盘驱动器72中的CDROM上。一旦识别出待包装物品，CPU50 就在步骤104取回与物品有关的包装指令。

在本发明的优选方法中，CPU50利用查找表或算术搜索工具获得 预定的包装指令。在这种方法中，每一个物品号都对应一个地址空 间，每个地址空间包含与物品号有关的包装指令。CPU50利用对应于 地址空间的地址，获得指令，并确定哪条指令是包装材料形成器控制 指令，哪条指令是操作员包装指令。根据本发明，术语“操作员”泛 指任何与包装系统进行交互的人，可以包括例如包装员、消费者、使 用者、和管理者等。

CPU50将用于包装材料形成器控制的指令传送到包装材料形成器 12的控制器14，以便按照适当的顺序对适当数量包装材料的产生进 行初始化。例如，在本发明的优选实施方案中，包装材料形成器12 是减震转换机。在这种情况下，控制器14的控制指令将指明为正确 包装物品需要产生多少减震垫片，每个垫片的正确长度，以及产生垫 片的顺序。因此由CPU50获得的包装指令将在图4中的步骤108控制 包装材料形成器。

CPU50还向输出外围设备18(优选地是计算机显示器)发送针对 操作员的指令，以便在步骤110提供逐步骤的解释性指令，确保形成 器12产生的包装材料可以恰当地用于包装物品，物品包装在恰当的 容器内。优选地，指令包括文字和图形数据，CPU50利用这些数据驱 动输出外围设备18，并由此产生带有文字指令的图形化输出。另外， 指令优选地按照产生包装材料的顺序产生。尽管本发明的优选实施方 案在步骤110利用图形和文字提供了包装指令，包装指令还可以包括 用于包装指令的视频和/或音频数据。任何形式的包装指令都属于本 发明范围之内。

因此，如果已识别的待包装物品需要产生长度分别为12”、18” 和15”的三片减震垫片，CPU50取回的包装指令将产生12”的减震垫 片，同时在显示器上显示带有如何利用12”垫片正确包装物品的辅助 文字说明的图形化说明。一旦操作员拿到12”垫片，减震转换机12 检测到这一条件(优选地是通过传感器)，然后根据预定的包装指令 自动地产生下一个垫片(18”垫片)，同时在显示器18上显示带有 辅助文字的图形化说明，以便说明如何正确使用已产生的垫片。最 后，在操作员拿到第二垫片之后，减震转换机12产生最后一个垫片， 同时在显示器上显示说明如何完成包装过程的辅助指令。结果，本发 明确保了在包装已识别物品时使用正确的包装箱和恰当数量的包装 材料。另外，包装系统10以恰当的顺序提供恰当数量的包装材料， 并为在恰当容器内包装物品提供指导，以确保物品得到高效率的包 装，而与操作员的经验值无关。此外，本发明消除了包装材料的浪费， 保证了包装的一致性，降低了包装损伤。

在上例中，减震转换机用作包装材料形成器12。尽管减震转换机 用在本发明的优选实施方案中，包装系统10还可以与其它类型的包 装材料形成器或分配器一起使用，例如花生式泡沫聚苯乙烯形成器和 /或分配器，塑料起泡式包装纸形成器和/或分配器，空气垫片机空隙 填充形成器(例如材料粉碎机)等。任何类型的包装材料形成器和/ 或分配器都属于本发明范围之内。另外，在上例中，步骤110的包装 指令只能识别恰当的包装容器，和利用已产生的包装材料包装已识别 物品。然而，包装指令可以包括附加指令，例如指明在封闭容器过程 中使用的包装胶带或密封条的类型，如何利用胶带密封容器，说明书 是否已经包含在容器内部，使用什么类型的邮寄标签。另外，包装指 令可以包括预包装指令，例如与选择和竖立恰当的容器有关的指令 等。

除了图4的特点之外，方法100还可以包括预览特点，如图5所 示。一旦识别出已知的的待包装物品(步骤102)，CPU50获得包装 控制方法(即包装指令，步骤104)，CPU50就向输出外围设备18发 送包装预览数据，这允许操作员在步骤112观察已识别物品和包装过 程所包含的所有步骤。预览特点允许操作员验证在步骤114是否已经 识别出恰当的物品。例如，如果操作员在步骤112检查完显示的包装 预览图，并确定识别出错误物品(即错误输入了物品标识码等)，那 么操作员就可以返回到方法100的开始位置，并在产生任何包装材料 之前重复在步骤102识别待包装物品的步骤(即再次输入物品标识 码)，由此避免了可能的浪费。然而，如果操作员在步骤114通过预 览图证实已识别的物品是正确的物品，方法100则继续进行，CPU50 向控制器14和显示器18发送包装已识别物品的预定指令。

根据预览显示特点的示例性实施方案，图5的方法100更加详细 地示例在图6a-c和图7的流程图中。图6a是输出外围设备18上的 示例性显示屏幕。图6a优选地包括视窗型显示界面120，它具有物品 识别窗口122，物品标题框124和显示对应于已识别物品的正确包装 箱的箱代码窗口126。界面120还包括一个允许使用者指明有多少已 识别物品需要包装的窗口128，和示例出关于已识别物品包装过程的 预览图的预览窗口130。预览窗口130包括，对于包装过程的每一个 步骤，步骤识别器132a、包装材料数量识别器132b、指明完成该步 骤所需垫片数目的窗口132c和包装示例框132d。最后，界面120包 括预览接受窗口134，它允许使用者在检查完预览窗口130之后证实 包装指令正确(“接受”)或退出包装过程(“退出”)。

一旦输入待包装物品，然而，CPU50取回包装指令，并向图6a所 示的屏幕上输入各种数据片，例如包装箱的识别，箱代码窗口126和 物品标题框124中的物品的名称。优选地，待包装物品的数目是手动 输入到框128的，然而，本发明可以在读取物品标识码或定单、任务 或场地号时自动地获取这种数据。另外，针对已识别物品的包装方法 预览图由CPU50显示在窗口130中，以便使用者验证。

一种识别待包装物品的方法是简单地向窗口122输入物品标识 码。另外，还可以利用鼠标，如图6b所示，通过在下拉式菜单内上 下滚动来使用下拉式菜单。然后，使用者在系统10内列出的所有已 知物品中选择正确的物品。一旦选中，CPU50就从存储器(例如硬盘 驱动器78或外部驱动器72)读取关于已识别物品的预定包装功能， 并填充窗口124、126和130。然后，使用者通过评估预览窗口130， 并在预览接受窗口134中选择正确的选项来验证指令。

如果包装员在预览接受窗口134中选择“接受”，那么包装系统 10就利用取回的包装指令控制包装材料形成器12，并提供显示指令， 例如提供预包装指令，如选择正确的容器，提供如何利用已产生的包 装材料的指令，和后包装指令，例如如何正确密封容器和完成的包裹 寄往何处(分别是步骤108和110)，从而开始包装过程。图6c示出 了对应于步骤110的示例性显示指令。在图6c中，输出外围设备18 显示了一个放大的包装显示窗口144，例如它具有两个图形显示区 146a和146b和一个文字解释区146c。图形区146a和146b由一个或 多个画面和/或文字说明组成，它们示出如何在选定的容器内利用包 装材料形成器12产生的包装材料保证已识别物品的安全。文字解释 窗口146c优选地指出正在执行包装过程中的哪一个步骤，正在示出 该步骤中的哪一个垫片(当在一个步骤中使用多个垫片时)，以及产 生的垫片长度。另外，窗口146c还可以包括文字指令，以便进一步 帮助操作员包装已识别物品。最后，包装显示窗口144包括停止/结 束功能区148，该区域允许使用者终止过程或指明包装步骤已经结 束。

优选地，包装显示窗口144通过文字和图形向操作员传递和解释 包装步骤。另外，包装指令还可以包括视频和/音频数据，因此显示 窗口144可以包括示出包装过程的视频和音频指令。一旦操作员点击 或激活停止/结束区148，CPU50就向操作员返回类似于图6a的显示 窗口120。

图7给出了示例出将读取的包装指令(步骤108和110)提供给 包装材料形成器12和输出外围设备18的步骤的详细流程图。CPU50 在步骤150由第一个待包装物品开始。在某些情况下，不是简单地包 装单个物品，而是需要包装多个相同的物品(见图6a的窗口128)。 本发明为单个或多个待包装物品提供指令，如所期望的。然后，CPU50 由包装过程的第一步骤开始(步骤152)，在该步骤中它为步骤154 的包装过程中的第一步骤提供包装指令。如图6a所示，例如，第一 步骤包括将单个长度为60”的垫片定型为螺旋型，并将其放置在包装 箱内，使其支撑包装在容器内部的物品。通过在输出外围设备18上 向操作员提供包装指令，CPU50在步骤156向控制器14传送适当的控 制信号，以便产生适当的包装材料来完成第一步骤，即，产生长度为 60”的垫片。在完成第一步骤之后，CPU50在步骤158确定是否已经 完成所有的步骤。因为在该特定实例中物品的包装过程包括三个独立 的包装步骤，所以方法进行到步骤160，CPU50在该步骤中前进到包 装过程的下一步骤(即步骤2)。

在包装过程的第二步骤中，CPU50在步骤154为第二步骤提供包 装指令。如图6a所示，第二步骤可以包括将长度为60”的单个垫片 定型为螺旋型，并将其放置在箱内，使它支撑需要包装在容器内的物 品的另一部分。通过向输出外围设备18发送包装指令，CPU50在步骤 156中根据包装指令向控制器14发送适当的控制信号，以产生适当的 包装材料来完成第二步骤。在完成第二步骤之后，CPU50在步骤158 再次判定是否已经完成所有的步骤。因为包装过程还没有完成，方法 进行到步骤160，并分别在步骤154和156再次提供包装指令。

在完成所有三个步骤之后，CPU50在步骤158判定步骤已完成， 然后特定物品的包装过程结束，方法进行到步骤162，在此CPU50询 问需要包装的所有物品是否均已完成。如果附加物品仍需要包装，那 么方法就继续进行到步骤164，CPU50递增到下一物品，并在步骤152 再次开始包装过程步骤。如果在步骤162所有的待包装物品均已完 成，那么CPU50就继续进行到步骤166，包装过程结束。

如上所述，CPU50读取构成与已识别的待包装物品有关的包装控 制方法的包装指令。CPU50响应于待包装物品的识别信息而读取的包 装指令包括控制包装材料形成器12工作的控制指令和帮助操作员正 确使用已产生的包装材料以便高效地在特定容器内包装物品的操作 员指令。

除了上述包装指令之外，包装指令还包括提供控制功能以及产生 包装材料的包装材料管理指令。例如，包装材料管理指令可以包括激 活缠绕机以便获取包装材料形成器12产生的减震垫片，并利用垫片 形成卷材以便在包装箱内包装物品的指令。

另外，管理指令可以激活拾取-放置装置，以实现利用已产生的 垫片，并将其放置在包装箱中的自动化系统，而不需要操作员。在另 一种结构中，自动拾取机构，例如拾取-放置装置、机器人或垫片插 入系统可以和操作员一起提高包装站的生产率。尽管缠绕操作和拾取 -放置控制功能是作为包装材料管理指令的两个实例给出的，还可以 包括其它附加的包装材料管理指令，并都将属于本发明范围之内。类 似于包装指令，包装材料管理指令由特定的待包装物品预先确定，并 与其密切相关，因此它们是由CPU50在正确输入物品之后读取的。

现转到图8，公开的流程图示出CPU50读取包括包装材料管理指 令的包装指令的示例性流程图，以及系统如何利用包装材料管理指令 提供附加控制功能。图8示出方法170，利用该方法，采用由CPU50 读取的包装指令可以提供附加控制功能。如所讨论的，CPU50读取对 应于待包装物品的包装指令，并在步骤108向包装材料形成器12发 送控制指令。包装指令还包括包装材料管理指令。在步骤172，CPU50 查询包装材料形成器12产生的材料是否需要螺旋化。如果包装指令 表明包装材料需要螺旋化(是)，那么在步骤1 74中激活在功能上与 包装材料形成器12相连的缠绕机，并利用在功能上与包装材料形成 器相连的缠绕机装置在步骤176将长度与包装指令相对应的已产生的 包装材料螺旋化。在步骤176进行螺旋化之后，存在取决于控制指令 的两个选项。在一种情况下，螺旋包装材料简单地提供给操作员，由 其在步骤178中手工接收和利用卷材包装物品。在另一种情况下，包 装指令还包括在例如步骤180中对拾取-放置控制装置进行初始化的 控制指令。控制指令指明使拾取-放置装置拿起螺旋包装材料并自动 地将其放置在包装箱内的控制程序。

另外，如果在步骤172中，包装指令不包括任何要求对已产生的 包装材料进行螺旋化处理(不)的控制信号，那么已产生的包装材料 就可以简单地提供给操作员，以便在步骤182中包装已识别的物品。 另外，然而，包装指令可以包括对拾取-放置装置进行初始化以便在 步骤184中的自动包装程序中使用的控制指令。示例性缠绕机和拾取 -放置装置将在下面详细地示出和说明。

图9a示出本发明的示例性缠绕装置250。缠绕机250可以物理连 接到减震转换机12的出口42附近，如图9b所示。缠绕机250包括 通过螺栓组件253紧固地连接到减震转换机12的U型框架252。优选 地，缠绕机250可转动地安装在减震转换机12上，如图9b所示，以 便在需要时允许缠绕机250移入或移出垫片口输出轨道(outlet pad flow path)。转动机构254可转动地安装到垫片口输入轨道的第一 位置中的框架252上，当框架252由该工作位置移开时，转动机构254 就不再与出口42对准，减震转换机12可以在没有缠绕机250的条件 下使用。

转动机构254转动安装到框架252上，并包括一个形成缠绕机250 的转动中心的转动轴。捕获设备260与转动轴相连，并绕其旋转，电 源268用于转动该轴。转动轴延伸过支撑板中的开孔，并沿着垂直于 垫片口输入轨道的方向投射。

捕获设备260固定到轴254的突起端，由此它与减震转换机12 的出口42对准。捕获设备260用于在缠绕机处于准备缠绕的条件下 捕获减震条带的前端。所示的捕获设备260包括一个连接套筒和至少 两个由那里突起的捕获部件262。捕获部件262对称配置，由套筒延 伸到垫片口输入轨道。调节捕获部件262的尺寸和间距使其长度近似 等于减震产品(即，减震转换机产生的垫片)的条带宽度。当缠绕机 250处于准备缠绕状态时，捕获设备260的捕获部件262在减震材料 条带由减震转换机12射出时，在垂直于减震材料条带的移动轨道的 平面内对准，这样减震产品条带的前端将由捕获部件262之间通过。 当轴、以及捕获部件262转动时，捕获部件262将捕获条带的端部， 使得条带的其余部分缠绕于其上。

驱动或转动轴的电源268安装在远离减震转换机12的出口42的 侧面的支撑板上。电源268优选地是马达，更优选地是电动机，更加 优选地是低速DC扭矩马达。具有可以调节电流极限的电源268是优 选的，因为马达扭矩比例于马达电流，由此电流极限实际上是一种可 调节的扭矩设定，以便控制螺旋/卷材的紧密程度。注意，可调节的 扭矩设定还可以受包装系统控制器16的控制，由此可以根据包装指 令产生具有不同减震特点的螺旋/缠绕结构。另外，还可以利用带有 压力调节器的液体功率源调节扭矩。另一种选择是将滑动接合器 (slip clutch)引入驱动器中，以便在减震产品条带中保持恒定的 缠绕张力。

缠绕机250可以附带包括提供胶带的粘接设备(未示出)，以便 将减震产品条带的末端固定在卷材上。粘接设备可以设计成手工分配 胶带，手工将胶带放置在卷材上，然而，自动粘接设备也是有可能的， 本发明正在考虑。

当减震产品的卷材已经完全形成，并粘接在一起时，通过沿着横 向将卷材由支撑板拉开，将其与缠绕机250分离。这种拉开是很容易 实现的，特别是当捕获设备260的捕获部件262处在准备缠绕位置上 时，在准备缠绕位置上，当减震材料条带由减震转换机射出时，它们 在垂直于减震材料条带的移动轨道的平面内对准。另外，自动抛出系 统(例如由控制器14控制)也是可能的，本发明正在考虑。

如前所述，减震转换机12包括控制减震转换机12工作的控制器 14。另外，控制器14还根据图1的包装系统控制器16提供的包装指 令控制缠绕机250。在本发明的一个方面，控制器14与优选地包括条 带检测机构的条带产生指示器共同工作，其中条带检测结构检测减震 产品条带是否由减震转换机12的出口42射出。在该实施方案中，条 带产品指示器包括位于减震转换机上、检测条带是否出现在出口42 的上游位置上的上游条带检测器和检测条带是否出现在下游位置上 的下游条带检测器274。上游条带传感器安装在支撑板的上游部分或 减震转换机12上。下游条带传感器274优选地安装在缠绕机框架252 上，这样下游位置应确保减震产品条带的前端正确地相对于捕获设备 260放置。

当两个传感器(上游和下游传感器)检测到减震产品条带分别出 现在上游位置和下游位置上时，控制器14激活缠绕机250(即为转动 机构254的马达268提供能量)。这确保减震产品条带的前端正确地 相对于捕获设备260放置，以及减震产品条带的长度足以进行缠绕。 在经过一段与确保减震产品条带的末端缠绕以及捕获设备正确对准 所需的时间相对应的时间之后，当上游传感器检测到减震产品条带不 存在时(即其末端已经通过上游位置)，控制器14就去激活缠绕机 250。

这样，缠绕装置250可以与减震转换机12一起根据CPU50读取 的包装指令向包装材料提供附加的管理控制。缠绕装置的工作还描述 于题为“Cushioning Conversion System and Method for Making a Coil of Cushioning Product”的美国专利申请60/071,164，该专 利在此引用作为参考。

如上所述，其它包装材料管理装置可以包括包装材料拾取-放置 系统300，如图10a所示。根据一个示例性实施方案的拾取-放置系 统300包括图2的减震转换机12和具有输出驱动单元304的拾取- 放置组件302，单元304将已产生的减震垫片输入到索引传送系统 306。输出驱动单元304在出口42与已产生的垫片接触，并将垫片拖 离机器出口42，并拖入传送系统306。

传送系统306优选地包括支撑框架306a和传送带306b，传送带 从输出驱动单元304接收已产生的垫片，并沿着传送带将垫片传送到 装载站307，拾取-放置单元308就位于装载站，如图10b所示。拾 取-放置单元308具有一个臂308a，它在(图10b所示的)第一位置 309a上抓取已产生的垫片，并将臂308a旋转180°到达(图10c所示 的)第二位置309b，然后释放垫片，由此将垫片放置在容器(未示出) 中。另外，传送带306b优选地包括输送链306c，它具有在向拾取- 放置工作台区域307的运送过程中与带306b上的减震垫片对准并将 其托住的凹槽。传送带306b还允许在机器12和工作台区域307之间 容纳多个减震垫片。

另外，拾取-放置系统300可以包括正好位于机器出口42的拾 取-放置单元308。在这种情况下，拾取-放置单元307抓住机器出 口42出的已产生垫片，将垫片旋转90°，将垫片放置在适当的包装箱 中。拾取-放置系统300由包装系统控制器16的CPU50读取的、并 被发送到减震转换机12的控制器14的包装指令控制。控制器14还 分别控制输出驱动单元304的马达304b、传送系统306的传送带306b 和拾取-放置单元308。本发明还在考虑其它类型的拾取-放置系 统，例如题为“Cushioning Material with a Staging Area and a Pick and Place Assembly”的美国专利申请5,749,821所描述的， 该专利申请在此引用作为参考。

本发明的包装材料管理控制特点已经分别结合图9a-c和图10a- c的缠绕机200、250和拾取-放置控制系统300进行了讨论。然而， 这些包装材料管理控制特点仅仅是示例性的，这些特点可以扩展到其 它管理控制功能，例如用于自动包装的机器人控制功能。其它类型的 原料管理机和管理技术包括1997年9月18日提交的美国专利申请 60/059,290所示和所描述的垫片输出和插入装置，该专利申请在此 引入作为参考。另外，尽管关于包装材料管理控制特点的讨论是结合 图2的减震转换机12进行公开的，这一特点可以扩展到其它类型的 包装材料形成器和/或分配器，它们均属于本发明范围之内。

图1的包装系统10还可以提供库存控制特点，它可以跟踪各种包 装物品或材料的消耗情况，同时自动产生和供应包装材料。图11a示 出了一个提供这种库存控制的示例性方法350(也可以认为是对消耗 情况的监测)。如前面结合图4进行的讨论，包装系统10在步骤102 识别待包装物品，CPU50在步骤104读取由包装指令构成的包装控制 方法。利用包装指令，包装材料形成器在步骤108受到控制，而操作 员同时在步骤110中在输出外围设备18上，例如CRT显示器，接收 图形和文字包装指令。

当包装每个物品时，要消耗各种与包装过程有关的物品。例如， 每个物品包装在特定的包装箱或盒内，每个物品使用特定数量的包装 材料。另外，物品的包装还包括使用由特定容器尺寸决定的特定数量 的包装胶带，以及其它材料，例如将保修卡、制造商说明书等插入包 装箱。在包装过程中随着这些不同包装材料的逐渐消耗，这些物品的 库存将会用尽。本发明监测这些包装物品的消耗情况，并且在包装材 料的库存控制等级低于预定值时自动产生重新定购请求，由此确保库 存不会不合时宜地完全耗尽。

方法350分别监测包装材料形成器12在步骤352中消耗的包装 材料数量，其中，例如包装系统控制器16跟踪在步骤354中使用的 每种类型包装箱的数量，计算机器12在步骤356中使用的包装材料 数量，跟踪步骤358中的各种其它包装物品。

在本发明的一个实例中，当CPU50读取包装指令，并由操作员确 认后，执行步骤354。因为包装指令优选地可以识别适当的包装箱， 所以CPU50可以更新存储器中列表，例如库存数据库，以便指明已经 使用了一个已识别容器。类似地，因为包装指令将指明待生成的和用 于包装已识别物品(例如图6a中长度均为60”的三个垫片)的包装 材料数量，所以CPU50可以计算将要使用的包装材料的总量，并更新 存储器中的列表。最后，对于每个已识别物品，包装指令将优选地指 明需使用的包装胶带的数量，以及哪种附加物品例如保修卡和说明书 将要包装在容器内。然后，CPU50利用读取的包装指令更新存储器中 的列表。随着存储器中的列表的持续更新，CPU50从列表中取出每一 物品，并将它们与预定重新定购阈值进行比较，或者连续地或者周期 地，如果所期望的。如果已更新列表中的物品满足相应的重新定购判 据或阈值，CPU50就在步骤360(图11)产生重新定购请求。另外， CPU50可以在步骤362利用更新列表产生消耗报告，以便在需要时进 行检查。优选地，在需要时可以调节重新定购阈值。因此，例如，如 果采购过程发生变化，使得重新定购必须在更低的库存级别上进行， 那么可以调节重新定购阈值，由此包装系统是动态的。

考虑到阈值是包装速率的函数，重新定购阈值也是动态的。例如， 如果包装系统控制器16通过CPU50识别出不同包装材料的消耗速率 高于特定速率，那么包装系统控制器16可以提高一个或多个阈值， 确保重新定购请求足够快地产生，以便确保库存不会不合时宜地耗 尽。类似地，如果消耗速率低于预定速率，那么包装系统控制器16 可以降低一个或多个阈值，以便确保在较晚的时刻产生重新定购请 求，因为消耗剩余库存所需的时间将延长，由此防止产生多余库存。 根据本发明，方法350可以以多种方式提供重新定购请求。例如，当 CPU50确定包装物品例如包装胶带必须重新定购(例如包装胶带的剩 余量低于相关重新定购阈值)时，CPU50向输出外国设备18(例如显 示区)发送必须重新定购包装胶带的重新定购请求消息，这样操作员 可以将重新定购请求通知库存控制部门的人员。另外，CPU50可以使 用图3的网络适配器90，通过局域网络直接向库存控制或采购部门发 送重新定购请求。在本发明的另一个方面，CPU50利用调制解调器直 接向适当的库存材料销售商或包装材料制造商发送重新定购请求，以 便定购产品。在任何情况下，本发明都提供连续监测一种或多种包装 材料的消耗情况并在它们完全耗尽之前重新定购材料的自动库存控 制系统和方法。

优选地，CPU50在不同的时刻更新包装材料，而不是连续地更新。 例如，CPU50不是在减震转换机每次产生一段垫板时减少纸张数量， 而是在一卷纸张完全用尽，并由新纸卷代替的时刻减少纸张的数量。 这种功能可以由检测纸卷端部的检测器实现。类似地，CPU50在每次 胶带卷完全耗尽时更新包装材料列表。

在本发明的另一方面，图11的方法350可以与多个包装材料形 成器12一起工作。在这种情况下，包含更新列表的存储器通过连接 每个包装系统10的包装系统控制器16的计算机网络实现共享。随着 每个包装系统10消耗不同的包装材料，全局列表得到持续地更新。

图12a示出监测包装材料(图11中的步骤352)并实现重新采购 控制的示例性方法。根据该方法，包装系统10通过CPU50在存储器 中存储代表不同包装材料的初始库存数量的值，代表可用材料的数 量。随着各种包装材料的逐渐消耗，CPU50通过减少在存储器中与物 品对应的数值来更新消耗列表。例如，如果库存有50个1型包装箱 (50存储在与1型容器对应的存储器地址中)，包装系统10指明使 用了一个1型包装箱，那么CPU50将存储器中的1型包装箱的数目减 到49。然后，CPU50或者持续地或者周期地进行检查，以便查看更新 库存列表是否满足重新采购判据(例如低于预定的重新采购阈值)， 并在适当的时候产生重新定购请求。

在步骤361，CPU50确定现在是否是分析重新定购判据是否满足 的时刻。如前所述，分析时间可以是恒定的(即在消耗一个或多个包 装材料时)或周期的(例如每小时、每一个班次、每天等)。如果CPU50 根据存储器中的已编程指令确定现在是分析库存的时间，那么CPU50 将在步骤362中对照重新定购点(即重新定购阈值)检查库存列表中 的一个或多个库存等级。如果在库存列表中没有任何物品满足或低于 各自相关的重新定购阈值，那么CPU50就什么也不做。然而，如果一 个或多个重新定购判据得到满足，CPU50就产生重新定购物品列表， 这包括在步骤363中指明重新定购的数量和在步骤364中通过例如调 制解调器91、因特网、传真等传送重新定购列表。重新定购请求可以 直接传送给操作员、库存人员、包装材料销售商或包装材料制造商， 以便定购产品。

根据本发明的优选实施方案，在例如一种材料受到意外损坏或不 能用在包装过程中的情况下，CPU50允许操作员在库存列表内手动调 节一个或多个参数。另外，CPU50在每次消耗掉一种或多种包装材料 时减少库存列表，然而，库存监测可以以多种不同的方式实现，每种 方式都属于本发明范围之内。

图12b详细地示出监测包装材料的另一种示例性方法(图11中 的步骤11)。在步骤370，CPU50将内存中的待更新列表初始化为零， 这样容器以及各种相关材料的数目表明没有消耗任何材料。同样， CPU50在步骤372初始化包装材料的长度(例如减震转换产品，例如 Padpak垫板材料)，这样内存中的已更新列表指明没有消耗包装材 料。在步骤374，CPU50根据已接收的包装指令执行包装步骤。如前 所述，包装步骤包括消耗特定数量的包装材料。在步骤376，CPU50 通过提取内存中的现有数量来更新所消耗的包装材料数量(在该特定 时刻等于0)，并将该数量与包装步骤中使用的包装材料数量相加。 例如，如果包装步骤包括消耗60”片减震转换产品，那么已更新列表 中的长度在步骤376将更新为60”。一旦在步骤376更新完长度，CPU50 就在步骤370比较所消耗的材料数量和重新定购阈值。如果满足或超 过重新定购阈值，那么就在步骤380产生重新定购消息。另外，比较 功能可以周期地执行，如果需要的话。

一旦完成包装步骤，CPU50就在步骤382查询包装过程是否完成。 如果包装过程没有完成(否)，CPU50就在步骤384进行到下一包装 步骤，并再次根据下一包装步骤所使用的包装材料数量更新内存中的 列表。重复步骤376、378、382和384，直到包装步骤结束。然后， 方法352进行到步骤385，在该步骤中CPU50增加每一种在包装前一 物品的过程中所使用的材料。例如，增加用于包装待包装物品的特定 包装箱，这样已更新列表指明已经消耗了一种选择的容器。同样，在 步骤385中，还在列表中更新各种在包装已识别物品的过程中所使用 的包装材料，例如包装胶带，保修卡等。每次在步骤385增加材料时， CPU50在步骤386完成比较功能，其中比较预定的重新定购阈值和内 存中的已更新列表内的各种材料。如果各种已更新材料不满足或没有 超过重新定购阈值，那么CPU50就不采取任何附加动作，方法继续进 行。然而，如果已更新列表中的一种或多种材料满足或超过重新定购 阈值，CPU50就在步骤380产生重新定购请求消息。

除了在步骤382(是)完成所有步骤之后增加材料(步骤385) 之外，CPU50还在步骤388查询是否已经包装了所有待包装的物品。 如果已经包装了所有物品(是)，那么方法352在步骤390结束。然 而，如果CPU50判定还需要包装其它物品(否)，那么CPU50将通过 步骤394开始包装新物品。因此，执行对下一待包装物品的包装步骤， 监测功能如前所述继续进行。这样，方法352提供了库存监测和自动 重新定购功能。

根据本发明的另一方面，包装产品监测系统还可以包含在图1的 包装系统中。图1 3示出了提供这种产品监测功能的方法400。如前所 述，本发明的包装系统10在步骤102识别出待包装物品，并在步骤 104通过与已识别物品相关的预定包装指令集获取包装控制方法。然 后CPU50在步骤108向控制器14传送获取的包装指令，以便提供对 包装材料形成器的适当控制。如所周知的，包装和物品所需的时间由 完成每个必须的包装步骤所需的时间构成。本发明提供了一种为确定 包装每个已识别物品所需的时间和在包装过程中执行每个步骤所需 的时间的定时机制。根据本发明，每一片已搜集的时间数据都存储在 与CPU50相连的存储器中，用来产生用于生产率分析的生产率报告。

在图13中，当包装系统10指明待包装物品时，方法400通过CPU50 在步骤402初始化全局步骤定时器，该定时器用于确定包装每一物品 所需的时间量。在本发明的一个实施方案中，利用与CPU50相连的定 时器50a。另外，一旦包装指令通过CPU50初始化一个或多个定时器， 这些定时器用于确定在步骤404完成包装已识别物品的预定包装过程 中的多个步骤中的每一个所需的时间量。

一旦在步骤406完成已识别物品的包装，全局定时器就在步骤408 停止。由此，全局定时器指明包装单个物品所需的时间量。在包装完 每个物品之后，CPU50提取每个包装物品的时间数据，并将其存储在 存储器中，例如图3中的硬盘驱动器78。除时间数据之外，CPU50还 记录其它相关信息，例如包装材料形成器标识码、操作员标识码、以 及指明哪一预定包装指令集与时间数据相关的代码。然后，CPU50可 以利用已存储的数据在步骤410中产生生产率报告。另外，CPU50还 可以经编程对每一步骤进行时间标记(time stamp)和数据标记(data stamp)，还可以经编程对各种时间标记进行处理，以便确定时间数 据。

步骤410中形成的生产率报告可以具有图13所示的报告412的 形式。在生成该报告412的过程中，CPU50根据已编程指令对部分数 据进行数学运算，以便产生其它有助于评价生产率的生产率特点。例 如，对于包装多个同种物品，可以根据众知的技术计算平均全局时 间，以便度量特定操作员包装完特定物品所需的平均时间。另外，可 以计算包装过程中每一步骤的平均时间。因此，报告412允许人员分 析需要从哪个包装步骤着手来提高包装生产率。最后，生产率数据可 以用来记录各种过程，例如ISO9001认证等。

另外，已搜集的时间可以以多种方式进行归一化。例如，时间数 据可以相对于与已识别物品唯一对应的特定包装过程进行归一化，以 便比较不同包装过程的生产率。利用这种数据，人员可以关注最需要 改进的特定包装过程。同样，时间数据可以对不同的操作员进行归一 化，以便对执行不同包装过程的各个操作员进行直接比较。在这种归 一化中，例如，1.0表示表示平均包装生产率，而大于1.0的数字表 示生产率低于平均值，小于1.0的数字表示生产率高于平均值。

最后，注明已搜集的时间数据的日期，并将其用来产生生产率趋 势信息，以便监测包装生产率随时间的变化。尽管上例讨论了在相对 于时间进行测量的过程中的各个步骤，本发明还考虑测量其它各种与 生产率有关的特点。每种特点都属于本发明范围之内。另外，尽管公 开了几种产生生产率特点的示例性算术运算(由CPU50执行)，应当 理解的是其它类型的统计技术和算术运算也可以用来产生其它类型 的生产率度量判据。每种形式的生产率度量和数据处理都属于本发明 范围之内。

图14详细示出对于包装过程(图13中的步骤404)的每一物品， 包装系统10监测执行每一步骤所需时间的示例性方法。一旦CPU50 在图13中的步骤104获取与已识别物品相关的包装指令，CPU50就在 步骤420初始化两个计数器(分别表示需要包装的物品数目“i”和 包装每一物品所需的步骤数目“j”)。在步骤422，CPU50将获取的 包装指令发送到包装材料形成器12的控制器14，该控制器利用包装 过程中的第一步骤(j＝1)为第一物品(i＝1)产生包装材料。当初始 化第一步骤时，CPU50就在步骤424为物品i＝1和步骤j＝1初始化定 时器。然后，CPU50就在步骤426监测第一步骤(步骤j＝1)是否完 成。

当指明第一步骤(步骤j＝1)完成时(是)，CPU50停止在步骤 428测量第一步骤的持续时间并将时间值储存在存储器中的定时器。 然后，包装材料形成器12的控制器14在步骤430继续进行到下一包 装步骤(j＝j+1；j＝2)。然后CPU50在步骤432就通过比较增量变量 j(在此时j＝2)和阈值来查询是否已完成包装过程的所有步骤，其中 阈值在得到满足时表示已经超过特定包装过程中的最大步骤数目。如 果没有完成所有步骤，那么变量j将不等于阈值，方法404将返回步 骤422，控制器将为第一物品(i＝1)的第二步骤(j＝2)产生包装材 料。同样，步骤424、426、428、430和432将持续进行，直到完成 包装第一物品的所有步骤(在步骤432中为是)，在该处，CPU50停 止在步骤434中对包装物品所需的总时间进行测量的定时器。然后关 于包装第一物品所需的时间量的数据存储在相应的存储器中，以便后 续分析。然后，控制器14继续在步骤436包装下一物品(i＝i+1；i ＝2)，CPU50在步骤438查询是否已经包装完所有的物品(即，i是 否等于阈值)。如果没有完成所有的待包装物品(否)，那么方法404 将继续进行到440，其中CPU50将步骤计数器变量j复位到j＝1，并 在步骤422开始针对第二物品的定时过程，其中i＝2，j＝1。

然后继续通过步骤424-442对第二物品(i＝2)的各个步骤进行 定时。在测量完物品i＝2的各个步骤的时间之后，再次重复步骤434 到438，直到完成对所有待包装物品的包装，方法404在步骤442终 止。然后，CPU50提取为每一步骤j和每一物品i保存的所有数据， 并将数据存储在适当的存储器中，以便在步骤410中产生生产率报 告，该报告具有类似于图13中的报告412的显示输出。

如上结合图1-14进行的讨论，本发明包装系统通过识别待包装 物品、获取与已识别包装相关的预定包装指令、利用已获取的包装指 令控制包装材料形成器并通过显示器向操作员提供图形/文字包装指 令，来提供对各种物品的高效、优化的包装。

下面将结合图15a-15d讨论提供这种功能的另一种实施方案。包 装系统10的操作，更具体地讲是包装系统控制器16执行的功能，将 参考图15a-15d所示的流程图进行详细地描述。

开始，在包装系统控制器16内执行已编程指令的过程中，显示器 安装在输出外围设备18上，例如步骤500中的CRT监视器，以便向 操作员提示所识别的待包装物品，例如通过提供物品号以及待包装物 品的数目。(如这里所使用的，流程图中的实线通常表示程序步骤的 流程，虚线表示数据或消息的流程。此外，尽管为了简化描述，程序 流程表示为线性或串行的，应当认识到程序优选地是利用以时间片方 式执行的步骤，以事件驱动方式执行的)。

一旦初始化完程序操作，就在步骤502访问物品和相应包装信息 的数据库501，物品信息以可访问的格式504提供给程序，符号、指 针、计数器和/或其它程序控制变量的初始化在步骤506进行。然后， 操作员可以在步骤508告诉包装系统10待包装的一种或多种物品的 物品号和待包装物品的数量。根据对待包装物品的识别结果，程序由 数据库501提取关于包装过程的信息，并向操作员提供物品描述，作 为确认，其中物品是操作员为了包装而在步骤510识别的。描述可以 是物品名称的形式，或优选的是待包装物品的图象。然后，操作员确 认程序已经在步骤512识别出正确的物品，程序开始制备垫片(在包 装材料形成器是减震转换机的情况下)和指示操作员对物品进行正确 或推荐包装的过程。

首先，监视器标志设定为1表示监视器18上的显示没有被更新以 便反映在步骤514开始的包装顺序。然后，程序，如图15b所示，在 步骤516检查还没有包装的所需数目的物品。假定没有包装完所需数 目的物品，如本例中所示的，即程序第一次通过，程序将在步骤518 将当前步骤计数器初始化为1，这表示将为包装已识别物品的过程中 的第一步骤产生正确长度的、正确数目的垫片。然后，在步骤520检 查已经在包装过程中执行的步骤数目，如果当前步骤小于4(对于具 有3个包装步骤的物品包装过程)，待产生的垫片数量在步骤522大 于0，那么将在步骤524向机器控制器14提供唤醒码。

唤醒码的用途是通知机器控制器14开始由包装系统控制器16查 找适宜的指令。在接收唤醒码之前，机器控制器14将忽略任何代码， 例如噪声在机器控制器14的输入端口上随机产生的信号，以便在步 骤524在线路噪声与机器控制器的指令码匹配的情况下不会采取任何 不期望的动作。一旦在步骤524向机器控制器发送完唤醒码，就通过 步骤526到532实现定时握手(handshake)功能，这可以确保包装系 统控制器16和机器控制器14正确地通讯。

握手功能包括在步骤526启动定时器、在步骤530等待接收来自 机器控制器14的消息和检查任何已接收的消息以便确定已接收的消 息是否是预期的消息，例如步骤532中的字“Ranpak”。在没有在适当 的时间由机器控制器14接收到消息的情况下，定时器将在步骤528 超时，并在步骤534显示错误码，包装控制器16将询问操作员是否 应当在步骤536和538重新与机器控制器14建立通讯。如果操作员 没有重新建立对机器控制器14的控制，那么程序将终止，否则程序 将再次由步骤520开始循环。

假定在定时器超时之前在步骤530和532接收到来自机器控制器 14的消息，且消息是适当的消息，包装系统控制器16将告知机器控 制器14待产生的垫片数目及其产生顺序(图15c中的步骤540)。另 外，不是在一个步骤向机器控制器14提供垫片长度和待产生的垫片 数目，而是通过一个循环执行程序代码的某一部分，在该循环中，机 器控制器14被告知产生一个适当长度垫片的次数与产生正确数目垫 片所需的次数一样多。包装系统控制器16和机器控制器14之间的通 讯再一次通过定时握手功能由步骤542至548建立起来，类似于上面 相对于步骤524至532所描述的握手功能，以便确认机器控制器14 接收到待产生垫片的长度和数目。

因此，在机器控制器14已经被告知在步骤540产生适当长度的 垫片之后，定时器在步骤542启动，程序将在步骤546监测是否在定 时器在步骤544超时之前接收到消息。如果接收到消息，将检查消息 以便确定该消息是否是所期望的。在这种情况下，所期望的消息可以 是回车消息548，例如。如果在接收到消息或接收到正确的消息之前 定时器超时，那么将在图15b中的步骤534显示错误码，并将询问操 作员包装系统控制器16是否应当在步骤536与机器控制器14重新建 立通讯。

假定由机器控制器14接收到适当的消息，则包装系统控制器16 在步骤550为待包装物品执行第一包装步骤，适当的显示信息在步骤 552中显示在监视器18上，根据第一步骤进行包装的物品的图片将在 步骤554中显示出来。如果这不是第一次对待包装物品执行程序(在 步骤550为否)，那么在根据包装过程的下一步骤进行包装的物品的 图片在步骤554显示出来之前，在步骤556建立5秒钟的延时。这5 秒钟延时的用途是使操作员有时间在显示内容被与包装物品的第二 步骤对应的显示内容替换之前检查包装物品过程中的第一步骤的显 示内容。

在显示包装物品图片的同时，包装系统控制器16将在设定的时间 间隔请求机器控制器14，要求为其提供产生所需垫片的状态(步骤 558，560)，并再次开始定时握手功能(步骤570-76)，如上所述。 如果已经从机器控制器14接收到消息，将对消息进行检测，以便确 定在图15d的步骤578和580中制备垫片的过程是否发生错误。如果 没有错误发生，消息将指明减震转换机仍处于制备垫片(步骤578和 580)的过程中，包装系统控制器16再次查询垫片生产的状态(步骤 558-576)，直到已经确定已经生产了所需的垫片。然后，在步骤582 停止定时器，包装系统控制器16通过在步骤584将包装步骤计数器 加1并设定显示标记以便在步骤586指明正在包装的物品的图片正在 显示，来进行到包装过程的下一步骤。然后，机器控制器14将开始 为向操作员提供推荐包装的后续包装步骤(步骤520-586)制备垫片 的过程。

如果针对已识别物品已经完成三个包装步骤，如在图15b的步骤 520中等于4的步骤计数器所指明的，物品数量计数器将在步骤588 减1，包装系统控制器16将确定是否已经包装完所有的相同物品(步 骤516)。如果没有，机器控制器14将再次制备必需的垫片，并通过 建议来指导操作员。如果已经包装完所有相同物品，那么输出外围设 备18上的显示将返回到为操作员指明下一待包装物品的显示画面(步 骤590，图15a)，包装过程针对下一物品重复进行。

在本发明第一实施方案中，包装系统用于一个或多个已知物品。 预定的包装指令集与物品号或标识码相关联，并根据待包装物品通知 由存储器中获取。在本发明的另一个实施方案中，在所公开的包装系 统中待包装物品是未知的。在这种情况下，未知物品意味着物品，以 及与该物品相关的预定包装指令，没有驻留在相应的存储器中。因 此，根据本发明另一个实施方案的包装系统，包装系统识别待包装物 品的一个或多个特点，并利用已识别的特点确定(而不是获取)包装 该物品的最优包装方法。根据本发明的另一实施方案，没有包装经历 的操作员可以利用防止包装损伤的最优物品包装，同时避免浪费过多 的包装材料，由此使给定物品的包装费用最小化。

根据本发明的另一个方面，一旦确定了最优包装方法，包装预览 将在输出外围设备例如显示器上给出。包装预览允许操作员(即用户 或消费者)查看包装过程，以便确认已确定的包装方法是适当的。另 外，一旦确定了最优包装方法，包装系统将显示包装和运送该物品所 需的费用，并允许操作员接受包装和运送费用或终止包装过程。

在本发明的另一方面，包装系统通过输出外围设备向包装材料形 成器和操作员提供与预定最优包装方法相关的包装指令。包装指令用 于在包装物品的特定顺序中产生适当数量的包装材料。同时，包装指 令还用于逐步地以图形或文字格式，优先地是通过显示器，向操作员 提供解释性指令。解释性指令示出如何正确地利用已产生的包装材料 将物品固定在正确识别的容器内，由此确保根据预定最优包装过程正 确地包装物品。

根据本发明的一个方面，确定最优包装方法的包装系统控制器包括 专家系统。专家系统包括一个知识库，它由多个与包装有关的规则和数 据组成，这些规则和数据应用于由操作员提供的数据，而操作员根据待 包装物品得出结论(即最优包装方法)。优先地，规则由“如果-那么” 规则构成，尽管可以使用其它规则方案，例如利用“框架”来代替或与 “如果-那么”规则一起使用，以便利用内部数据和一个或多个关于物 品的特点得出结论。这种特点包括以下内容，但并不限于此，尺寸、形 状、物品的重量和易碎性、运送方法和包装方法是否针对包装或费用进 行优化。

根据本发明的另一方面，包装系统包括维护包装材料列表的库存 监测系统。随着包装材料在针对不同物品的预定包装方法中的使用， 库存监测系统更新库存列表，并将已更新量与一个或多个重新定购阈 值进行比较。如果重新定购阈值中的任何一个得到满足(例如等于或 小于阈值，或大于或等于阈值)，包装系统就自动地产生重新定购请 求，以防止包装材料库存意外地耗尽。

图16a示出根据本发明另一个实施方案的包装系统590。包装系 统590包括与包装材料形成器12，它在本发明的优选实施方案中是如 图2所示的减震转换机，相连的包装系统控制器592。输出外围设备 18连接到包装系统控制器592。输出外围设备18可以包括一个或多 个元件，优选地包括根据已识别的运送目的地和装运货物(包括物 品、包装箱和包装材料)的重量产生正确的运费或邮费的运费或邮费 计量器18a。另外，输出外围设备18优选地包括根据操作员提供的指 令打印邮寄标签的打印机18b。最后，输入外围设备还优选地包括显 示器18c，例如CRT，以便逐步地提供图形和文字指令，同时产生有 助于正确包装物品的包装材料。

图16a的包装系统590还包括与包装系统控制器592相连的输入 外围设备20。输入外围设备20可以包括一个或多个元件，优先地包 括测量待包装物品重量的秤20a。另外，还优先地包括尺度测量装置 20b，以便识别出待包装物品的尺寸和形状。尺度测量装置20b可以 是简单装置，例如分别测量物品的高度、长度和宽度的尺。然而，因 为许多物品具有比立方体更加复杂的三维形状，所以需要利用更加复 杂的尺度测量装置20b。例如，装置20b可以包括一个或多个与物品 的多个部位接触并在三维空间(x，y，z)记录各个接触部位的机器 臂。装置20b与包装系统控制器592中的CPU50(或利用自己的处理 器)一起识别物品的形状和尺寸。在另一方面，尺度测量装置20b可 以包括地址为邮政信箱929，Farmington，Utah 84025，美国的 Quantronix公司提供的CubiscanTM测量系统。

输入外围设备20还可以包括键盘/鼠标输入设备20c或触摸屏显 示器，如个人计算机所通常使用的，或麦克风。键盘和鼠标可以用于 输入各种待包装物品的特点和/或用于访问各种下拉式菜单，以便识 别物品或在数据库中指明与该物品类似的选项。另外，键盘/鼠标20c 可以用来识别运送目的地、运送方式(例如卡车、轮船、飞机或火车) 和其它运送方式和/或包装选择。总之，秤20a、尺度测量装置20b 和键盘/鼠标20c搜集各种用于标识物品的数据片；数据片包括，例 如，重量、尺寸、形状和易碎性。

图16b是图16a包装系统590的理想化侧视图。包装系统590包 括作为包装系统控制器592的、位于包装工作区593下面的视窗个人 计算机。位于工作区593下面的还有打印机18b和减震转换机12。在 工作区593的顶部是秤20a、尺度测量装置20b、显示器18c或键盘/ 鼠标20c。工作区593上还有一系列容纳各种包装箱或盒(未示出) 的带有标签的料箱。在工作区593的一端595是一个由减震转换机12 产生的减震垫片的出料槽596。

图17的流程图示出利用，例如图16a和16b中的包装系统590 包装未知物品的方法600。方法600在步骤602由识别待包装物品开 始。尽管使用字“识别”描述步骤602，应当理解的是方法600正在 考虑确定一个或多个刻划待包装物品但不必识别物品的特点的广泛 功能。因此，尽管步骤602相对于搜集足够的数据以便完全识别待包 装物品的要求还有一段距离，但是在许多应用中物品的完全识别是不 需要的，而需要的是根据刻划物品的几个数据片，例如重量、尺寸、 形状和易碎性，确定包装方法。

一旦在步骤602识别出物品，方法600就进行到步骤604，其中 包装系统控制器592提取在步骤602搜集的数据，并用它确定最优包 装方法。如将要详细描述的，包装系统控制器592优先地利用专家系 统确定最优包装方法。然而，在包装确定过程中还可以使用模糊逻 辑、二值判决树和神经网络，每一种方法都属于本发明范围之内。

在步骤604确定包装方法之后，包装方法及其相应的包装和运送 费用在步骤606显示出来。步骤606类似于图5以及图6a中的步骤 112和114，因为操作员可以预览包装方法。尽管步骤604的确定过 程优选地由专家系统实现，但是这种过程受到一定的限制，因为针对 每一种情况的规则并不一定存在，这将导致错误结论。另外，如果通 过输入外围设备20提供的部分数据不正确，那么包装系统590将把 其结论建立在错误数据之上。因此，包装方法显示步骤606允许操作 员提供“合理性检查”，以便在产生任何包装材料之前确保已经确定 的包装方法是正确的。

另外，一旦在步骤604确定了包装方法，包装系统控制器592就 通过累加所选容器的价格、生成适当数量的包装材料的费用和各种其 它材料例如包装胶带的费用来计算包装费用。包装系统控制器592还 利用运送目的地、物品和运送材料的复合重量和运送方法计算运送费 用。在包装费用和运送费用显示在显示器18c上时，操作员还有机会 在步骤608进行处理，如果操作员认为费用可以接受的话。否则，操 作员可以终止过程或由步骤608重新开始。

如果操作员在步骤608根据预定最优包装方法选择进行物品包 装，那么包装系统控制器592(通过CPU50)在步骤610向减震转换 机12，在步骤612向输出外围设备18发送与预定包装方法相应的包 装指令。在步骤610发送到减震转换机12的包装指令是指示需产生 的减震垫片数量及其相应长度和制作顺序的控制信号，类似于前面在 图7中进行的描述。同样，包装系统控制器592通过CPU50发送到输 出外围设备18的包装指令是通过邮费计量器18a自动生成适当数量 的邮费、通过打印机18b生成带有适当地址的运送标签和逐步地在显 示器18c上显示包装指令的控制信号。显示器18c上的包装指令优选 地包括指示如何利用已产生的包装材料恰当地将物品固定在特定容 器内的图形化表示。另外，还优选地包括有助于正确包装物品的文字 性说明。最后，包装系统控制器16利用CPU50通过通讯连接(例如 调制解调器91或网络接口90)通知托运人来取已包装好的物品。

图18根据本发明的示例性实施方案更加详细地示出识别待包装 物品的步骤(步骤602)。步骤602由在步骤650利用例如秤20a称 量待包装物品或提示用户通过输入外围设备输入重量开始。然后，将 重量保存在与包装系统控制器592的CPU相连的存储器中，例如RAM60 (见图3)。下一步，在步骤652测量和/或提供物品的尺度(即尺寸 和形状)，或向操作员询问尺度。该步骤自身包括一个或多个步骤。 例如包装系统590可以利用尺度测量装置20b自动测量物品的三维尺 度，然后向操作员询问物体的一般形状(例如，是立方体、金字塔形 还是球形等)。另外，如前所述，可以利用机器装置绘出物体的外部 轮廓。在另一方面，可以在步骤652利用笔型装置或鼠标勾勒出物体 的一般形状。测量或确定物品的尺寸和形状的任何方法都属于本发明 范围之内。

识别物品的下一步骤是在步骤654确定物品的易碎性。这一步骤 可以用多种方式完成，如图19a-19c所示。在图19a中，物品的易碎 性是用多个下拉式菜单标识的。第一下拉式菜单662包括一列物品所 归属的通用类别664。利用例如鼠标20c选中一个类别664a(例如家 用物品)，将显示出第二列子类别666，其中子类别666中的每一个 都与前面选中的类别664a有关(例如家具和厨房用品都属于家用物 品)。然后，操作员利用鼠标20c或触摸屏从子类别中选择一个666a (即厨房用品)，以便示出更加详细的物品列表668(例如罐子和盘 子、小盘等)。这一过程继续进行，直到用户选择了实际物品或在易 碎性上与待包装物品类似的物品。每个在显示器18c上的下拉式菜单 中显示的物体都具有与存储在存储器(例如硬盘驱动器78)中的物品 相关联的易碎性等级，其中存储器与在后面用来确定恰当包装方法的 包装系统控制器592相连。

根据本发明的优选实施方案，产品的易碎性是用“G’”来度量的， 它测量的是在不引起损伤的条件下物品所能承受的最大加速度(即在 测量时间内速度的变化率)(G是通过已包装物品的加速度与重力加 速度的比值计算出来的，G＝a/g)。因此，G因子越低，物品越易碎。 在一个示例性方式中，不同物品的G因子是通过使各种产品经受一系 列逐步加剧的减速度(即撞击)以便确定引起损伤的最低值来确定 的。

图19b示出另一种确定物品易碎性的方法。图19b利用6种易碎 性类别669a将易碎性由极易碎(即最易碎)到最不易碎(即结实) 进行分类。操作员通过选择一个类别669a将看到各种均属于所选易 碎性类别669a的示例性物品669b。通过在每个类别中分析示例性物 品，操作员可以估计出物品的易碎性。一旦选择完，CPU50就将与该 物品有关的G因子保存在存储器中，例如RAM60。如图19b所示，6 种易碎性类别分类如下：I)极易碎(大约15-25G)；II)十分易碎(大 约25-40G)；III)易碎(大约40-60G)；IV)轻微易碎(大约60 -85G)；V)轻微结实(大约85-115G)；VI)结实(大约115G和更 高)。注意，图19b提供的类别669a仅仅是示例性的，如果需要可 以提供更少或更多的类别。然而，优选的是类别数目应当多到足以避 免对易碎性进行过多的“经验性猜测”，因为过低的G因子估计将使 包装设计过度，由此不必要地增加了包装费用。同样，如果易碎性因 子G估计得过高，那么产品包装将低于设计要求，将在运送过程中导 致物品损坏。

图19c示出另一种确定物品易碎性的方法(步骤654)，其中利 用了自动化技术。步骤654由利用观测装置例如数字式照相机在步骤 670观测物品开始。然后，利用例如图象处理器将包括物品图象的数 据处理成各种图象处理格式，以便识别将在步骤672指明易碎性的物 品特点。这种图象处理包括，例如，分割和滤波，以及将整幅图象或 图象段通过已训练的分类器，如图象分析领域的技术人员所众知的。 这种分类，例如，可以包括模式识别(步骤672a)，使用专家系统(步 骤672b)或将图象应用于一个或多个神经网络(步骤672c)。其它 方法可以包括，例如，二值判决树和模糊逻辑。除步骤672之外，包 装系统控制器592可以向操作员或用户(未示出)询问附加数据，以 便填充分类/推断过程中的空隙。这种询问可以包括，例如，“物品 是固态的吗？”，“物品是空心的吗？”，“一片物品多厚？”，“物 品是由石膏、陶瓷或玻璃制的吗？”等待。然后，包装系统控制器592 利用所提供的信息判定物品的易碎性。注意，在没有毁坏待包装物品 之前是无法确定其实际易碎性的，当然这显然是不期望的。如果在询 问完附加信息之后，控制器592确定数据之间的间隙使得无法在特定 的可信度范围内得出结论，那么包装系统控制器592将通过显示器 18c向操作员发送消息，即无法得出关于物品易碎性的结论，这要求 操作员向服务人员询问额外的咨询。

现返回图18，一旦在步骤654确定了物品的易碎性，包装系统控 制器592就在步骤656向操作员询问包裹的目的地。在许多情况下， 操作员是已知运送目的地信息的，可以利用例如键盘/鼠标20c或触 摸型显示器手动输入数据。另外，如果操作员不知道运送目的地信 息，用户可以访问驻留在存储器，例如硬盘驱动器78或驻留在磁盘 驱动器72(见图3)中的地址数据库。一旦在步骤656获得适当的目 的地信息，CPU50就将数据存储在工作存储器中，例如RAM60。

优选地，包装系统590还通过在步骤658提示操作员从空运、卡 车运输、航运和铁路运输当中选择一种，向操作员询问期望的运送方 法。选择可以是通用的，或者还可以是专用的，例如通过识别特定货 物或运送公司。然后，CPU50将数据保存在工作存储器例如RAM60中， 以便在判定最优包装方法的过程中使用。在步骤658搜集的数据可以 在后面用来确定物品在运送过程中允许跌落的高度以及振动的影 响，这将在下面详细讨论。然后，将这种信息用于确定正确的包装方 法。

最后，包装系统590允许操作员在步骤660选择最优选项。例如 如后面将要详细讨论的，在某些情况下存在多种包装选项。在这种情 况下，通过选择包装最优选项或费用最优选项，包装系统将选择不同 的包装方法。例如，选择费用最优选项将允许系统在确定物品易碎性 时利用较低的可靠性阈值。另外，当为了确定适当的包装量等而将驻 留在数据存储器中的减震曲线应用于一组规则时，选择一种选项将在 减震曲线上对应不同的点，如将要在下面详细讨论的。

在本发明的另一个实施方案中，包装系统590可以判定两种包装 方法，其中一种方法是针对为了防止运送损坏而确保高度可靠性进行 优化的，而另一种方法是针对为了防止运送损坏而提供一定程度的可 靠性，同时使包装费用最低进行优化的。然后，包装系统控制器592 在显示器18c上显示两种选项及其相应的包装和运送费用，以便用户 进行比较，由此选择一种包装方法。因此，本发明使操作员在步骤660 选择最优选项时具有很大的灵活性。

另外，包装系统10还可以包括一变量，即用户定义的(或确定的) 安全范围，它取预定的易碎性并且将其数量按照预定量(例如20％) 增加。利用该特点，安全范围可以用于实现包装保险，例如。该安全 范围可以由包装系统所有人或用户通过交互型菜单确定，如所期望 的。

一旦在图18的步骤602中确定了物品的各种特点和运送信息， 并将其保存在与CPU50相连的存储器中，CPU50(或与CPU50配合工 作的专用处理器(未示出))在图17的步骤604确定最优包装方法。 根据本发明的优选实施方案，最优包装方法由专家系统确定。

专家系统是一种在精确定义的条件下利用专家知识支持或自动作 出判决的信息系统。由此，专家系统支持或自动地在已识别专家比非 专家作得更好的领域作出判决。因此，专家系统十分适用于包装设 计，因为最优包装设计需要大量的技术知识和经验。例如，在设计适 当的包装方法时，人员不应当仅仅是找出足以容纳物品的盒子，然后 利用任意数量的包装材料缠绕或包围物品，再填充剩余的任何空隙。 与此相反，高效包装设计考虑待包装物品的易碎性，及其尺寸、形状 和重量，并修正包装方法，以便确保预期的撞击可以有效地由包装材 料(例如，减震垫片)吸收。另外，包装设计还可以考虑一些附加因 素，例如包装材料的压缩形变、预期的温度条件对包装材料的减震能 力的影响、弯曲的可能性和振动的影响。本发明利用了经验丰富的包 装设计师提供的专家知识和数据，将这些信息浓缩成一组规则，并利 用辅助数据以及操作员在图17的步骤602中提供的数据，确定最优 包装方法。

本发明的专家系统根据从操作员接收到的数据得出指明包装方法 的结论。结论遵从规则集和专家系统提供的辅助数据(通常称为知识 库)，以及操作员提供的数据或信息。因此，专家系统中的知识是指 导操作和判断的直觉、想法、规则和过程的集合。根据本发明的一个 方面，知识库可以在专家系统框架内构造，该框架是一种可以高效生 成专家系统的商用软件产品。专家系统框架将提供可以输入规则和数 据的预编程模块，以及执行计算并向用户或操作员提供各种信息片的 模块。

专家系统可以以多种方式表示知识。优选地，知识是以“如果- 那么”的形式表达的。如果-那么规则表述为如下形式：如果一个或 多个特定条件为真，那么得出肯定结论。本发明专家系统的示例性规 则可以示例如下：

如果物品占据体积V

那么不考虑容积小于V的包装箱。

上述规则用于确定待包装物品的适宜包装箱。在本例中，得出结 论所需的所有数据都由操作员在图18的步骤652中提供。然而，在 许多情况下，本发明的专家系统将利用多种判断给定条件是否为真的 方法。如上所示，数据可以已经由操作员提供，因此可以驻留在数据 库中。另外，系统可以利用数据库中的数据以及其它规则确定条件是 否为真。最后，专家系统可以通过向操作员提问和/或使用其它规则 来主动地寻找附加数据，以便得出结论。

优选地，本发明的专家系统类似于正在解决问题的人类专家。专 家系统利用知识库中的知识，根据当前可以用的信息得到临时结论， 即使信息是不完整的。当没有得到结论时，就利用知识库中的知识找 出需要提问的问题或确定为了向得出包装结论这一目的进一步前进 而需要获取的数据。

如上所述，如果-那么规则可以用来在知识库中表示知识。如果 -那么规则不但可以具有上述形式(即指定条件和结论)，而且规则 还可以包括指明结论具有特定可能性的可靠性因子(例如0.75)，但 不是完全不确定。然后，可靠性因子可以用作另一种事实，并可以应 用于附加规则，以便得出结论，由此模拟在许多工作中固有的、由专 家进行的不确定性。

另一种类型的知识表示是构造确定最优包装方法的知识库。这种 类型的知识表示通常称为“框架(frame)”，它按照信息的含义组 织信息，并识别出任何存在的不期望特点。框架提供了一种针对具体 情况组织数据的方法。例如，当你进入屋内，你的大脑就处理视觉数 据，并将其与大脑预期的进行比较。此外，你的预期在不同类型的屋 子内是不同的。例如，当你进入厨房时，你期望看到冰箱、烤炉、水 槽和橱柜。然而，在厨房你不会期望看到计算机或文件柜，尽管在某 些有限的环境中会出现上述物品。

因此，框架是表示一个实体，例如一个概念、物品或类别的数据 结构。框架包括标识该类实体的特点的域。每个域具有一个与每种所 考虑的特点相应的条目或值。框架可以通过寻找与物品最接近的框架 来确定未知物品的易碎性。即，如果相当数量的特点类似于具有已知 易碎性值的物品，那么就将该易碎性值赋予未知物品。类似地，包括 针对具有具体特点的物品的预定义包装方法的框架可以用作设计最 优包装方法的起点。尽管作为示例性规则和结构描述了在知识库中表 示知识的如果-那么规则和框架，应当理解的是也可以使用表示专家 知识的其它结构和方法，这些结构和方法都属于本发明范围之内。

图20示出本发明专家系统700的示例性结构。如前面简要讨论 的，专家系统700可以驻留在图3的CPU50中，或作为图16的包装 系统控制器592中的独立处理元件存在。专家系统700可以包括知识 库702、数据库704、搜索引擎706、接口708和解释模块710。尽管 图20建议元件是物理上独立的元件，但这并不是必需的。与此相反， 专家系统700的元件可以认为是处理器内部的功能元件。在另一个实 施方案中，专家系统可以是远程的，并通过网络接口90或图3的其 它通讯装置进行访问，由此使输入/输出外围设备称为虚拟型终端。

知识库702是包含一组或多组与包装材料，例如减震垫片有关的 数据和多个由专家提供的规则和/或框架的存储器段。数据库704是 用于存储由操作员通过任一输入外围设备20a-c提供的待包装物品的 事实和/或特点的另一段存储器。根据本发明，数据库704可以包括 在图18的步骤602搜集的各种数据片，如图21所示。数据库704中 的各种数据片包括，但并不限于此，包装重量数据712、包装尺寸数 据(尺寸和形状)714、易碎性信息716、包装处理信息718、包装运 输信息720和其它各种包装数据722，例如压缩形变数据、温度效应 (热系数)数据、弯曲数据和振动信息。另外，刻划待包装物品特点 的数据可以包括针对一种或多种类型的包装材料和包装材料结构的 费用/包装优化选项724和动态减震曲线数据726。

搜索引擎706将知识库702中的规则和数据应用于数据库704提 供的所有事实，以便确定下一步是向操作员询问什么问题，或返回到 数据库704和知识库702。搜索引擎706下一步询问的问题决定于搜 索引擎706的当前目的。例如，如果搜索引擎706已经识别出五种不 同的为确认当前工作假设而必需为真的事实，那么搜索引擎706将依 次询问这五种问题。如果其中的任何一种的响应为否，那么搜索引擎 706将放弃当前的推理，而转向另一个。

接口708包括显示器18c和键盘鼠标20c，并在功能上示出专家 系统700与操作员交互的方式，如果这种行为是必需的话。接口708 可以是一组文字问题和答案，或者是图形(或其组合)，如果需要的 话。解释模块710是任选的，并没有包括在本发明的优选实施方案中。 解释模块710是通过显示器18c提供给操作员的，以便解释导致最终 结论的搜索顺序，并作为操作员获知得出什么样的特定结论或事实， 或为什么询问特定问题的途径。

图22是示例性专家系统判断流程图800，它示出本发明专家系统 700利用图2的减震转换机12为未知物品产生的包装材料(减震垫 片)来确定最优包装方法的一种方法。如结合图16-21所讨论的， 包装系统590通过获取与待包装物品相关的各种信息片(见图21)来 识别出待包装物品(步骤602)。利用图21的数据(即数据库704)， 专家系统700将数据应用于知识库702中的各种规则，如图20和22 所示。

开始，搜索引擎706利用数据库704中的尺寸和形状数据714消 除对一种或多种包装箱802的进一步考虑。例如，如果物品长为24”、 宽12”、高12”，那么任何体积(V)小于24”×12”×12”(3， 456立方英寸)的包装箱都无法装下该物品，因此，不再考虑这些包 装箱。另外，如果给定期望的运送方法和运送目的地数据720，搜索 引擎706将针对排除或需要某些运送容器的任何运送规则数据804对 知识库702进行搜索，由此降低了剩余的可用容器。然后，搜索引擎 706移向另一分析，因为为了使选择正确包装箱的过程继续前进需要 额外信息。上述步骤802仅仅是示例性的，可以包括额外规则，如果 需要的话。

其次，专家系统700确定物品在运送过程中可以跌落的高度806， 这样需要对利用什么形式、多少数量的减震垫片来恰当地保护物品进 行大量的分析。跌落高度可以通过搜索引擎706利用数据库704中的 重量信息712和包装处理信息718进行计算。利用包装处理信息718， 搜索引擎706可以确定一个或多个人是否可以运送或抛掷包装品，并 结合重量信息712，它还可以识别出如果已包装物品由于运送过程中 的意外地跌落而能够经受的可能跌落高度。例如，如果一个人正在运 送包装，包装很轻(例如，大约10-20磅)，那么包装允许意外跌 落的高度就高(例如，大约36”)。然而，如果两个人正在搬运包装， 且包装较重(例如，大约50-100磅)，那么包装允许意外跌落的高 度就低(例如大约24”)。按照上述方式，利用知识库702中的数据 和用户在数据库704中提供的数据的搜索引擎706确定物品在运送过 程中可以经受的潜在跌落高度。然后，在步骤808确定功能减震需求 数据重量时，搜索引擎706利用跌落高度数据在知识库702中选择恰 当的动态减震垫片数据726。

对哪种减震材料和哪种减震材料结构在功能上更适用的判断(步 骤808)优选地由搜索引擎706利用各种信息片进行。根据本发明的 示例性实施方案，多个减震曲线(图23a-n示出的，参考号为810) 包括驻留在知识库702中的数据726。对减震曲线810进行估值，如 果任一曲线包括不满足步骤806的预定跌落高度的跌落高度，那么搜 索引擎706就在进一步的考虑中将其略去。如23a-n示出多个示例性 动态减震曲线810。通常，存在多条减震曲线810，然而在该例中， 由于预定跌落高度为30”，因此在搜索引擎706进行的后续分析中只 考虑在跌落高度为30”的位置具有数据的减震曲线810。

动态减震曲线810示出包装材料(对于特定的包装材料结构)在 不同撞击强度下的行为特点。图23a-n的曲线是通过将一系列已知重 量的物体抛在减震垫片结构样品(未示出)上，并测量样品允许传递 (即传递到待包装物品)的冲击量而产生的。换句话说，跌落实验模 拟物品由预期跌落高度跌落的过程(步骤806)。曲线中的每一点表 示已知重量的物品将向减震垫片结构施加多大的负荷，减震垫片将允 许向物品传递多大的冲击。搜索引擎706利用易碎性数据716，并利 用数据库704中的包装尺度数据714计算静态载荷数据816，以便估 算在物品的每个方向上所必需的减震垫片结构(因为物品的每一面都 可以具有不同的静态载荷值)。

图23a-n的减震曲线是用下述示例性方法获得的。利用10”×10” ×4”的胶合板箱模拟待包装物品，并包装在12”×12”×12”的波 面容器内。各种减震垫片结构安置在波面容器的底部，然后，将重物 品放置在结构减震垫片的顶部。这种示例性减震垫片结构包括减震材 料已缠绕成螺旋型的螺旋/缠绕结构，，两种减震材料的长度方向相 互交叉的交叉结构，和多个减震材料的长度方向相互交叉的星形结 构。另外，其它类型的结构和垫片长度均属于本发明范围之内，可以 为每一种结构产生动态减震曲线。此外，利用例如不同类型的纸重可 以改变减震转换材料。例如，三层胶合纸30/50/30分别包括由30重 的纸构成的外皮和50重的内层。然后，利用物品箱模拟重量从1磅 (每平方英寸0.01磅(PSI))到30磅(0.30PSI)的物品，由此提 供了在不同静态载荷下的数据。将加速度计连接到物品箱，以便在每 次跌落时记录加速度值(以G为单位)。然后，针对每一模拟物品重 量，将波面容器从30”的高度(跌落高度)跌落5次。利用5种不同 物品重量中的最小值(静态载荷)形成每一条曲线(利用众知的曲线 拟合技术)，记录并平均每一物品重量的后4次跌落结果。然后，画 出峰值加速度(G)对静态载荷(PSI)的曲线，以便产生动态减震曲 线810。

利用数据库704中的易碎性数据716，可以对每条减震曲线810 进行评估，以便查看减震垫片结构是否能够为已识别的易碎性提供足 以吸收潜在撞击的减震性能。图24示出进行这种评估的一种示例性 方法，它示出用于30”跌落高度的螺旋/线圈减震垫片结构。数据库 704中的易碎性数据716指明，例如，在不引起损伤的条件下物品可 以承受高达35G的加速度。因此，在35G的位置上跨越减震曲线810 画出水平线812。如果曲线810穿过或低于水平线812，那么就可以 确定减震产品(螺旋结构)没有将高于物品在特定静态载荷条件下所 能承受的冲击传递给物品。然后，由水平易碎性阈值812与减震曲线 810相交的点814画出一条或多条垂直线813。垂直线813确定了减 震垫片结构可以提供适当保护的最高和最低静态载荷值。在图24的 实例中，静态载荷值分别是0.03和0.24。注意静态载荷定义为待包 装物品作用在减震垫片结构上的力，并且由物品重量除以与包装材料 相接触的物品侧面的面积而得到的值决定。注意因为物品通常具有不 同的表面积，这取决于物品的方向，所以它们的静态载荷也由于方向 的变化而不同。利用由重量和数据计算出的静态载荷数据712和尺寸 /形状数据714，搜索引擎706将不再进一步考虑不能为预定静态载荷 816提供足量保护的任何减震垫片结构。

搜索引擎706然后利用从减震转换曲线810获得的数据计算减震 承载面积，该区域是物品重量与静态载荷(在该情况下是0.02和0.24 之间的某个值)的商。为了优化费用，搜索引擎706将选择具有较高 静态载荷的结构(由此具有最小的减震承载面积)，因为较少的减震 产品就足以提供保护，由此降低了包装费用。然而，因为本发明允许 选择费用/包装最优选项，所以可以利用较低的静态载荷值选择较大 的减震承载面积，这增加了包装保护。注意在图24中，在静态载荷 大约为0.1时传递到物品的冲击最小；因此，如果选择了包装最优选 项，那么搜索引擎706就可以选择物品在可以产生这种静态载荷的螺 旋结构上的方向。

确定功能减震要求的任务(步骤808)还要利用压缩形变数据722 考虑包装材料发生压缩形变的影响。压缩形变定义为在一段时间内在 恒定的载荷下减震垫片厚度的减少。如果形变量太大(在该示例性实 施方案中大约为10％)，那么对物品进行适当减震的功能将受到消 弱。压缩形变数据只与包装材料有关，并保存在知识库702中。搜索 引擎706将减震材料的压缩形变与预定限度818进行比较，如果压缩 形变数据722超过限度818，那么就除去使用最大静态载荷816的包 装选项(由此除去包装材料的最少量)，并保留使用较小静态载荷816 的减震曲线。

包装系统590通过专家系统700，更具体地讲是搜索引擎706， 还在确定功能减震需求时考虑温度效应。搜索引擎706利用温度效应 数据722，该数据是所使用的包装材料的函数(在该特定实例中，减 震垫片由纸板制成)。知识库702提供热系数，该系数刻划了垫片的 减震特点对温度的依赖关系。如果搜索引擎706确定热系数太大(正 或负)，那么搜索引擎将对操作员提供的、驻留在数据库704中的包 装运送信息720进行评估。包装运送信息720包括，例如，运送目的 地和运送方法(例如铁路货运或卡车运输)。然后，搜索引擎706利 用包装运送信息720去除无法提供适当保护的任何减震曲线。

例如，如果包装位置在亚利桑那，而目的地在阿拉斯加，且包装 材料具有较大的热系数，使得材料在温度下降且运送方法是没有任何 温度控制的卡车时失去减震能力，那么搜索引擎706将除去接近最大 静态载荷极限的减震选项，并需要调整减震材料的数量，以便优化包 装设计。

专家系统700还利用图21的数据库704中的弯曲数据722考虑 弯曲效应。弯曲定义为减震材料的非均匀压缩。当出现弯曲时，撞击 的能量或冲击力非均匀地分布在减震垫片上，由此使大部分冲击力的 势能传递给物品。弯曲通常在减震材料或减震结构的形状过高或过薄 时出现。搜索引擎706将通过针对物品具有的预期静态载荷来分析每 个剩余减震垫片结构的弯曲系数820来确定弯曲是否是一个严重的问 题。弯曲系数820是减震产品结构的面积822与其厚度824的比值。 搜索引擎706利用驻留在知识库702中的图25的图形数据。因为搜 索引擎706已知静态载荷，所以引擎706以图形方式确定弯曲系数 820，然后用减震产品结构(已知的)的厚度824乘以该系数，以便 确定为了避免不期望的弯曲垫片必需多宽、必需多长。然后，搜索引 擎706进一步除去导致弯曲的可能性较大的任何剩余包装结构(即， 那些不能提供最小期望垫片宽度的结构)。

专家系统700还利用数据库704中的振动数据722，利用图26a 和26b所示的数据，分析振动的影响。

如图20和22所示，搜索引擎706利用数据库704中的数据，以 及知识库702中的规则和数据，得出哪种包装方法可以接受、哪种不 可以的结论。在步骤808确定功能减震需求之后，仍非常可能存在多 个包装选项，搜索引擎706将运用附加规则，以便进一步集中于一个 解决方案。例如，在步骤802还可以通过确定每个剩余的可用容器是 否有利于剩余的包装选项来减少可用容器的数量。

另外，搜索引擎706使用图21的最优选项数据724选择包装方 法的较小子集，该子集提供最优包装安全性(即损坏不可靠性最小) 或最优费用(即利用最少数量的包装材料同时提供可以接受的损坏不 可靠性)。如果没有提供优化选项，那么本发明的专家系统700将选 择最优费用选项作为缺省值。另外，还可以使用其它规则选择最优剩 余包装解决方法。例如，搜索引擎706可以选择使减震转换机损耗量 最小的包装方法(例如包装材料形成步骤的数目最少的方法)或需要 操作员在执行包装方法的过程中所起的作用最小的方法。还可以使用 其它规则，这些规则都属于本发明范围之内。

尽管本发明的优选实施方案利用了专家系统700，但是还可以使 用其它类型的智能系统，这些系统也属于本发明范围之内。例如，专 家系统700可以由神经网络型智能系统代替。神经网络是一种信息系 统，它可以根据已经用来训练神经网络的样本来识别物体或模式。每 个训练样本是用一系列特点来描述的，每个特点都输入到独立神经元 或节点。然后，神经网络将这些输入以可以区分包括在训练样本中的 不同物体的方式结合在一起。神经网络通过将数字权重赋予多个特点 在各种可用包装方法之间实现识别和区分。由此，神经网络在缺少某 些信息时仍可以工作得很好。

因此，根据另一个实施方案，对神经网络进行训练，其中专家包 装员设计最优的包装方法，同时在内部应用结合专家系统700在上面 进行讨论的专家规则。因此，专家包装员将多个系统输入传递到体现 待包装物品特点的神经网络，并针对给定的输入为神经网络提供正确 的输出(最终的优化包装方法)。然后，神经网络连续地更新不同节 点上的数字权重，以便对于给定的输入使输出更加接近正确的输出。 在大量训练之后，神经网络提供一个确定适当包装指令的函数，但实 现方式不同于专家系统。神经网络系统不是使用已定义的规则(例如 如果-那么规则)得出结论，而是盲目地根据提供的输入产生(“确 定”)最优包装方法。

另外，库存监测系统可以包括在图16a的包装系统590中。库存 监测系统的工作方式类似于图12的库存监测系统，例如。当每个操 作员提供待包装物品，并进行包装时，库存监测系统就通过更新包装 材料列表来计量在包装过程中使用的各种包装材料的消耗量。然后， 库存监测系统将包装材料列表与一个或多个适当的重新定购阈值进 行比较，并利用CPU50自动地产生重新定购请求，以便及时地补充耗 尽的库存。

如上所述，图16a的包装系统590为待包装物品确定最优包装方 法。最优包装方法包括一组用作减震转换机12的控制信号的包装指 令和通过显示器18c向操作员提供说明的说明指令。除去控制减震转 换机12工作的控制信号之外，确定包装方法还包括与前面结合图8 -10c进行讨论的那些指令类似的减震材料管理控制指令。管理控制 指令信号可以用来激活和控制缠绕机250或自动插入设备，例如拾取 -放置系统302，如预定的最优包装方法所指明的。

在描述本发明的上述优选实施方案的过程中，公开了减震转换机 12。然而，本发明的包装系统590还可以与其它类型的包装材料形成 器结合起来使用，例如松散填充包装材料形成器和分配器，起泡式包 装纸，空气垫板形成器和分配器，碎料形成器，和浆料铸模形成器和 分配器。应当理解的是任何形式的包装材料形成器都可以用在包装系 统中，并且属于本发明范围之内。

另外，在本发明的优选实施方案中，预定的包装指令用来自动控 制包装材料形成器12。另外，本发明还单独向用户或操作员传送预定 的包装指令，然后，用户或操作员利用指令手动控制包装材料形成器 12。

在上面论述的本发明前一实施方案中，包装系统起初是包装单个 物品的。例如，对于单个已知的待包装物品，包装系统获取与该物品 有关的预定包装指令集，并利用该指令集产生适当数量的包装材料。 另外，对于未知的待包装物品，包装系统识别出刻划该物品的一个或 多个特点。利用这些特点和具有知识库的专家系统，包装系统确定包 装指令，并利用确定的包装指令控制包装材料形成器。

根据本发明的另一个实施方案，包装系统用于一起包装多个已知 物品。包装系统识别出待包装物品，并从数据库中获取与该物品有关 的数据。利用数据和具有知识库的专家系统，包装系统针对包装多个 物品确定表示最优包装方法的包装指令。

根据本发明的另一个实施方案，例如，包装系统由邮购公司或仓 储配送机构使用。运送定单由需要多个产品(即物品)的消费者产生。 仓储管理系统对运送定单进行管理以便高效地获取各种产品。当获取 的产品到达包装站时，包装员要检验拾取列表，其中检查的目的是确 保所已获取的产品与运送定单上的产品相符。优选地，从中获取产品 的搬运箱包括一个标明运送定单的条形码。包装员利用条形码阅读器 读取包装箱条形码和每个已获取产品上的条形码，以便确认已经正确 地获取了运送定单上的每个产品。

一旦完成拾取列表确认步骤，包装系统就利用运送定单获取与运 送定单上的每个产品有关的数据，例如每个产品的重量、尺寸、形状 和易碎性。运送定单还包括由包装系统使用的附加数据，例如运送目 的地和运送方法。然后，包装系统将已获取的数据应用于专家系统知 识库中的一组规则和包装材料数据，以便针对多个物品确定代表最优 或优选包装方法的包装指令。

注意本发明的专家系统在确定最优或优选包装方法时可以使用各 种数据，例如物品的尺寸、形状、重量和易碎性。另外，专家系统可 以使用附加信息，例如各种物品的减震特点，来确定各种物品在包装 箱内各自的适当方向。由此，根据本发明，专家系统在确定包装方法 的过程中利用或考虑了物品自身的减震特点以及包装材料的减震特 点。

然后，包装系统利用已确定的包装指令控制包装材料形成器(例 如减震转换机)，由此产生按照恰当的顺序产生适当长度的包装材 料，进而完成最优包装方法。包装系统还利用包装指令通过显示器为 包装员提供图形和/或文字帮助，以便正确帮助各种产品。例如，显 示器将示出包装各种产品的顺序，产品在特定容器内的正确方向，以 及使用已产生的包装材料的方法，从而使包装过程简单、明了。

一旦将产品包装到恰当的容器内，就称量容器的重量，并将其与 包括物品、容器和包装材料的预期重量在内的预期重量进行比较。如 果测量到的重量超出预先选定的容限，就向包装员提供报警消息，使 包装员评估这种情况，并对包装过程是否发生错误作出判断。如果可 以接受，容器将用，例如，包装胶带密封，包装系统根据运送定单提 供的目的地数据打印出邮寄标签，并打印出包括一定信息的提货单， 这些信息标明，例如，发运人、发运地址、运送定单中的容器编号、 和运送物的总重量。包装系统还向货单系统发送提货单数据。

根据本发明的另一个实施方案，待包装物品直接放置在包装系统 选择的容器内。在另一个实施方案中，已确定的包装方法确定拾取列 表的次序，包装材料形成器(事先)生成包装物品所需的所有包装材 料。然后，包装员利用已产生的包装材料和按照拾取路线(例如，利 用转运车)选择的容器，在根据拾取列表选择物品之后，利用一种或 多种已产生的包装材料片将物品包装在容器中。在上述方法中，由于 避免了将物品放置在搬运箱中、然后将其从搬运箱中取出、再将其包 装在已选定的容器内的步骤，所以包装过程的效率很高。

根据本发明的另一个实施方案，包装系统是便携式的(例如装有 轮子或装在便携式转运车上)。包装系统确定包装方法，并指出拾取 列表的顺序。包装系统按照拾取列表路线在拾取适当物品的位置上产 生适当数量的包装材料。然后，包装员利用输出外围设备提供的包装 指令将物品包装在已选定的容器中。在上述方法中，包装材料是在需 要时产生的，物品是在选中的同时进行包装的，没有放置在任何中间 搬运箱内。

包装系统包括库存管理系统，它对仓库收到的材料进行计数，并 通过更新包装材料列表对库存损耗进行计数。库存管理系统将已更新 的包装材料列表与一个或多个重新定购阈值进行比较。如果任何一个 重新定购阈值得到满足，那么包装系统就对已耗尽的产品产生重新定 购请求，以便确保库存得到及时的补充。另外，系统可以周期地检查 库存，并在预定的时间进行重新定购。

本发明的包装系统还包括搜集和总结各种生产率统计值的生产率 监测系统。例如，生产率监测系统针对各种生产率判据搜集数据，例 如，但不限于此，包装的定单数、包装的产品数、包装的总重量、每 一定单的平均时间、和每一定单产生的包装材料平均量。另外，还可 以搜集每天的不同时间段，利用附加处理对生产率判据进行归一化， 提供趋势分析等。

现转到图27，示出根据本发明的包装系统900的操作流程图。系 统900包括与仓储管理系统902相连(优选地是通过电子数据连接) 的包装系统控制器901。在包装员904接收到待包装的产品数目时， 包装系统控制器901就向仓储管理系统902发送代表运送定单的搬运 箱条形码数字903(或RF标签阅读器)。从搬运箱上读取许可标牌， 并利用查找表从许可标牌确定运送定单，例如。搬运箱包括已获取的 产品，许可标牌由条形码扫描器或阅读器906读取，然而，任何类型 的读取装置都属于本发明范围之内。仓储管理系统902，根据接收到 的搬运箱条形码903，向包装系统控制器901提供定单信息，该信息 包括运送定单中的物品列表和与每个产品，例如产品的重量、尺寸、 形状和易碎性有关的信息。利用仓储管理系统902提供的信息907， 包装系统控制器901确定代表最优包装方法的包装指令。

包装系统控制器901确定的包装指令具有几个部分。某些包装指 令908a作为示出如何利用已产生的包装材料正确地包装各种产品的 图形/文字指令提供给包装员904。包装指令908还包括标明特定包装 箱的尺寸和数量的指令908b，并传递给纸板装配器909，以便制作特 定的容器。包装指令908还作为控制信号908c传递给包装材料形成 器12(例如减震和转换机)，该信号标明需产生的减震垫片的数量和 长度，以及它们的产生顺序。指令908还包括胶带密封机901所需的 胶带长度规格908d、通知标签打印机18b产生运送标签的指令908e、 和通知打印机18b产生提货单的指令908f。最后，包装系统控制器 901向货单系统912发送提货单数据，并监测库存的消耗。如果如何 一种库存低于预定的阈值，包装系统控制器901就同通讯连接914， 例如EDI value added网络，向销售商发送重新定购请求913。

根据本发明的一个实施方案，货单系统912可以为了税收或其它 目的而跟踪已包装物品的目的地。例如，在某些欧洲国家，存在某些 对废物材料进行征税的税收条款。货单系统912记录包装(容器)的 目的地和包装物品所用的包装材料数量，这样，例如为了适当的税收 条款，就可以有效地利用这种信息。

图28示出包装系统900的框图。包装系统900包括与仓储管理 系统902和包装材料形成器12相连的包装系统控制器901。另外，输 出外围设备18连接到控制器901，并可以包括一个或多个邮费计量器 18a、打印机18b和显示器18c，输入外围设备20可以包括键盘/鼠 标20c和条形码阅读器20d。还可以包括其它输入/输出外围设备，这 都属于本发明范围之内。

图29示出根据本发明将多个产品包装在一个或多个容器内的方 法1000。当包装站收到包含多个待包装产品的搬运箱时，包装员在步 骤1002利用，例如条形码阅读器20b读取与产品有关的定购号。然 后，如28的包装系统控制器901在步骤1004利用定购号访问包含数 据库的仓储管理系统，该数据库包括仓库中的所有产品，以及与产品 有关的各种数据片，例如仓库中的产品数量1006，产品的尺寸、形状 和重量1008和产品的易碎性1010。

然后，包装系统控制器901利用数据(例如数据1008和1010) 以及例如由运送定单得到的运送目的地数据，确定在步骤1012中产 生最优包装控制方法的包装指令。一旦确定了包装指令，包装系统控 制器901就在步骤1014利用包装指令控制包装材料形成器12，并在 步骤1016通过显示器18c向包装员904提供指令。

图30详细示出读取定购号的步骤(图29中的步骤1002)。当仓 库设施接收到要求各种产品的定单，且仓储管理系统902将定购号赋 予每个定单时，该过程由步骤1020开始。然后，仓储管理系统902 在步骤1022调整定单，以便在运送定单中优化各种产品的提取。大 型仓库具有位于不同位置的多种产品。为了使回溯量最小，等等，仓 储管理系统902包括每个产品的位置数据，并利用这些数据在运送表 上规划产品，以便产生和优化使获取各种产品所需的时间最小的拾取 列表。然后，在步骤1024拾取对应于已规划拾取列表的各种产品， 并在步骤1026将其送到包装站。

然后，在步骤1028用下述示例性方式验证仓储管理系统902产 生的拾取列表。条形码阅读器20d从包含已获取产品的搬运箱上的条 形码903读取定购号(或许可标牌号)。然后，包装员阅读每个已获 取产品的条形码，并利用包装系统控制器901的CPU50将其与运送定 单上的产品进行匹配。如果不匹配，或者缺少产品，CPU50或仓储管 理系统902就产生在显示器18c上提供给包装员的报警消息。一旦拾 取列表在步骤1028得到证实，包装系统控制器901就在步骤1030将 定购号送回仓储管理系统902，并请求获取驻留在仓储管理系统数据 库中的、与运送定单上的物品有关的所有数据。这种数据包括，但不 限于此，产品的重量、尺寸、形状和易碎性。

确定包装指令的步骤(图29中的步骤1012)优选地与图20-26b 所示的步骤相同，其中专家系统利用知识库和与包装材料及待包装物 品有关的数据确定最优包装方法。另外，可以使用其它类型的智能系 统，例如二值判决树、模糊逻辑和经过训练的神经网络。

图28的本发明包装系统900除利用如果-那么规则之外还利用 知识库中的体积规则。通常，包装系统控制器901利用体积概念可以 确定每个产品在正确包装时所占据的体积。然后，专家系统利用各种 体积确定它们在已选定的包装箱内的位置和方向，以便使包装效率最 大，由此减少对空隙填充物和额外箱的需求。题为“Method of Packing Rectangular Objects in a Rectangular Area or Space by Determination of Free Subareas or Subspaces”的美国专利5, 430,831给出了实现这种最优体积概念的示例性方法，其内容在此引 用作为参考。图31a-31d示出以不同方式安置各个立方体(即平行 六面体)以便使包装效率最大的方法。另外，体积最优的产品是可以 在商业上获得的，例如Adnavced Logistics Systems公司，Roche Harbor WA 98250提供的OPTIPAKTM。这种体积产品可以融入包装系统 控制器901中。因此，包装系统按照上述方式利用来自仓储管理系统 902的物品数据，确定代表最优包装方法的包装指令。

图32是示出附加包装系统功能的功能框图。在利用已确定的指令 控制包装材料形成器之后(图29的步骤1014)，包装系统控制器901 根据来自运送定单的数据在步骤1100利用图28的打印机18b打印运 送标签。同样，包装系统控制器901根据运送定单数据在步骤1102 利用打印机18b打印出提货单。利用预定包装指令指明的运送目的地 和预期的重量，包装系统控制器901还在步骤1104利用图28的邮费 计量器18a产生正确的邮费。包装系统控制器901还产生生产统计， 并分别在步骤1106和1108执行库存控制。

步骤1108的库存控制类似于图11和12的库存控制，可以针对 每个包装站分别进行或通过将库存消耗数据由各个包装系统控制器 901传递到仓储管理系统902来针对所有的包装站集中进行。类似 地，包装系统900可以提供生产率监测，如图13所示，其过程简单 地总结在图33中。生产统计的产生(步骤1106)包括在步骤1120 对单位时间内包装的定单数目进行计数和在步骤1122对单位时间内 包装的产品进行计数。另外，包装系统控制器901还在步骤1124监 测已包装产品的总重量，并分别在步骤1126和1128计算完成一个定 单所需的平均时间和每个定单消耗的包装材料的平均数量。

本发明提供了对物品的高效包装。因为包装系统为一个或多个物 品提供包装指令，所以没有经验的包装员也可以高效地包装一个或多 个物品，而不浪费包装材料，由此节省大约25-50％的费用。

尽管已经参考特定的优选实施方案示出和描述了本发明，但是显 而易见的是对于本领域的其它技术人员，一旦阅读和理解了该说明书 和附图，就可以提出等价的变形或修正。特别是对于上述元件执行的 各种功能，用于描述这种元件的术语(包括对“装置”的引用)对应 于可以完成所述元件的特定功能的任何元件(即，在功能上等效)， 除非另外指明，尽管在结构上不完全等效于在所示的本发明示例性实 施方案中完成一定功能的公已开的结构。另外，尽管本发明的具体特 点是相对于多个实施方案中的一个公开的，但是这种特点是可以与其 它实施方案的一个或其它特点结合起来的，如果需要的话，这对于任 何给定的或特定的应用是有利的。

本申请要求获得对1997年6月11日提交的美国临时申请 60/049,346的优先权。