초록 ▼

Ⅴ. 연구개발 결과
1. 택배유통중 발생하는 진동, 충격값의 측정
○ 사과의 공진주파수는 126.0~217.6 Hz, 정점가속도는 1.21~5.48 G 범위이었으며, 배의 공진주파수는 0.25~1.0 G의 입력가속도 범위에서 62.5~108.6 Hz, 정점가속도는 1.16~5.53 G 범위이었다. 일반적으로 국내의 공산품 및 농산물 수송 경로에서 발생되는 주파수 대역은 150 Hz 대역 이하이므로 택배 유통화물의 공진주파수 대역이 완충에 의해 유통 주파수 분포가 적은 대역에 오도록 해야 한다.
○ 과실의 안전 낙하높

Ⅴ. 연구개발 결과
1. 택배유통중 발생하는 진동, 충격값의 측정
○ 사과의 공진주파수는 126.0~217.6 Hz, 정점가속도는 1.21~5.48 G 범위이었으며, 배의 공진주파수는 0.25~1.0 G의 입력가속도 범위에서 62.5~108.6 Hz, 정점가속도는 1.16~5.53 G 범위이었다. 일반적으로 국내의 공산품 및 농산물 수송 경로에서 발생되는 주파수 대역은 150 Hz 대역 이하이므로 택배 유통화물의 공진주파수 대역이 완충에 의해 유통 주파수 분포가 적은 대역에 오도록 해야 한다.
○ 과실의 안전 낙하높이는 포와송비, 등가직경, 충격 접촉시간 및 질량이 증가함에 따라 증가하였고, 과실의 탄성계수와 생물체 항복강도가 증가함에 따라 약간 감소하는 경향이었다. 이러한 현상은 이론적 분석과는 상반되는 결과로서 그 원인은 생물체 항복강도가 크거나 질량이 큰 과실의 경우는 충격 시 충격 접촉시간이 길어지기 때문인 것으로 판단되었다. 대체로 사과와 배의 안전낙하높이는 각각 30~80 ㎜와 10~50 ㎜범위로 나타났다.
○ 사과의 바이오 허용 충격지수는 약 0.51~2.98 G, 배의 바이오 허용 충격지수는 약 0.74~2.29 G 범위로 사과가 배보다 약간 높은 값을 나타내었다. 15kg 상자의 낙하시험에서는 매우 낮은 낙하높이에서도 최대 45.90 G의 충격가속도가 계측되었다. 이는 사과 및 배의 바이오 G-벡터에 비해 최대 80배 이상의 충격가속도로 이러한 충격이라면 한번이라도 사과 및 배에 손상을 입히는 결과를 초래하게 된다.
○ 각 지역별 택배 수송환경을 계측한 결과 배송과정 중 17~27회의 진동, 충격, 낙하가 발생하고 있었다. 충격(shock)영역에서는 사과의 최대 바이오 G-벡터인 2.8 G를 넘는 횟수가 15회 정도 발생하였으며, 10 G 이상의 충격횟수도 약 5회 발생하였다.
○ 또한, 충격 분석에서 급격한 속도변화(Delta V)는 농산물의 손상에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있으며, 본 실험결과를 토대로 약 20회의 급격한 속도변화가 발생하는 것으로 분석되었으며, 약 300 및 500 ㎜에서 자유낙하의 충격도 발생되어 택배 유통환경의 열악함을 알 수 있었다.
○ 순수 진동영역(vibration)에서도 사과 및 배의 바이오 G-벡터의 최소값인 0.42 Grms 이상의 진동이 약 10회 이상 발생되어 택배 유통을 위해 과실의 적절한 완충포장이 이루어지지 않는다면 과실의 손상이 발생하게 된다.
2. 사과 배 택배용 포장재의 문제점 분석 및 개선방안 도출
○ 사과 배는 명절선물의 대표적인 과일이며 연간 600만 세트 이상 판매되고 있으며 대부분이 택배유통으로 배송되고 있어 클레임이 빈번히 발생되고 있음. A유통업체의 경우 ‘12년 추석 과일선물세트 택배판매 제품 중 파손에 따른 클레임 발생이 20%에 달해 향후 과일선물 택배판매 사업의 지속여부에 대한 고민을 할 정도로 심각한 문제로 대두되고 있음
○ 사과와 배 택배판매용 포장방식은 선물용의 경우 『과일+팬캡+난좌+완충패드+골판지상자』, 일반용 판매에서는 『과일+난좌+골판지패드+골판지상자』,『과일+그물망 또는 팬캡+난좌+골판지패드+골판지상자』 의 방식을 주로 사용하고 있음
○ 농산물의 택배판매 활성화를 위해서는 택배회사별 유통경로와 취급과정에 대한 분석, 현재 유통되고 있는 사과 배 택배포장의 문제점의 분석, 택배유통과정 중 진동, 충격 발생량의 측정, 난좌의 형태와 재질에 대한 연구뿐만 아니라 농가의 실질소득 향상을 위하여 택배포장 재료비의 원가절감과 포장작업 시간을 단축시켜줄 수 있는 택배포장 방법의 개발이 선행되어져야 함
3. 택배유통에 적합한 난좌형태, 난좌재질, 완충포장재 개발
○ 난좌 형태 및 재질은 난좌의 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA)을 통해 응력(stress), 변위(deformation) 해석 및 유통중 발생되는 공진(resonance) 및 공진주파수(resonance frequency) 대역에서의 변형에너지(strain energy)에 대한 해석을 통해 난좌의 형태 수정인자를 적용하고자 하였으며, 사과 및 배의 생물체항복강도(Bioyield Strength), 바이오 G-벡터 및 공진주파수에 대한 설계인자를 적용하였다.
○ 사과 2.5kg(7과) 택배 난좌의 유한요소해석 결과 난좌에 약 0.5kg의 사과 또는 배가 홈에 적입되었을 때 PP(Polypropylene) 재질의 난좌와 적입 과실간의 접촉응력에 대한 FEA 해석결과 최대 접촉응력은 약 384 Pa로 1차년도에 계측된 사과 생물체항복강도 (Bioyield Strength) 312.73∼336.61 kPa 및 배의 생물체항복강도 181.54∼201.76 kPa에 비해 현저히 낮은 결과를 보였다.
○ 택배용 난좌에 약 0.5kg의 사과 또는 배가 홈에 적입되었을 때 PP(Polypropylene) 재질의 난좌의 접촉변위에 대한 FEA 해석결과 과실과 난좌의 접촉부분에 대한 변위는 해석결과 약 0.0392 ㎜로 난좌의 두께 약 0.5 ㎜에 비해 현저히 낮은 결과를 보였다. 이것은 난좌의 두께가 적용 과실(사과 및 배)에 충분히 사용할 수 있다고 판단되었다.
○ 택배용 난좌에 대한 유한요소해석(FEA)을 통해 응력(stress), 변위(deformation) 해석 및 유통중 발생되는 공진(resonance) 및 공진주파수(resonance frequency) 대역에서의 변형에너지(strain energy)에 대한 해석을 통해 재질에 따른 특성을 분석한 결과 PE재질의 8과 난좌에 대한 접촉응력은 532 Pa로 PP재질의 접촉응력(398 Pa)에 비하여 약 26% 크게 계측되었다.
○ 따라서 탄성계수 및 항복강도 특성이 좋은 완충재료가 접촉하는 과실에 충격력을 더 크게 작용하게 되며, 손상을 줄 수 있는 확률도 커지게 된다는 것을 의미한다. 또한, 유통환경의 저주파수 대역의 진동에 의한 과실의 손상이 발생하게 되어 포장설계시 공진주파수 대역이 다른 완충재의 공진주파수보다 크게 설계하는 것이 적정 포장설계의 원칙이다. 따라서, 본 연구를 통해 PP, PE 및 PS 재질 중에 사과, 배의 택배 전용 난좌로 PP 재질이 제일 우수한 것으로 계측되어 난좌개발 재료로 선정하였다.
○ 사과, 배 택배용으로 사용되고 있는 완충재는 골판지, 발포PE 그물망, 발포PE 패드, 스티로폼 난좌, 종이발포완충재, PSP 난좌 등이 주로 사용되고 있으며, 발포PE패드 형태의 완충재의 두께는 1~5㎜ 제품이 시판되고 있었으며 이중에서 5㎜ 패드를 사용하여 낙하실헝을 실시한 결과 완충력이 약하였다. 이를 보완하기 위하여 5㎜ 발포PE 패드를 2장 붙여서 사용하든지 5㎜ 발포PE 완충재 2장 사이에 골판지 패드를 삽입하여 사용할 경우 완충력이 완벽하였다.
4. 택배유통 실험을 통한 문제점 분석 및 보완
○ 택배 유통환경 프로파일을 분석해보면 충격가속도, 진동수준 및 낙하충격 발생이 몇 구간에서 집중적으로 발생되는 것을 알 수 가 있다. 그 첫 번째는 택배회사의 택배 수령 후 물품을 각 지역별 분류센터로 이송 후 상/하차 작업 및 분류 작업에 대한 시간대에서 집중적으로 발생되며, 다음으로는 지역별로 분류된 택배물품을 지역별 운송 차량에 싣는 과정에서 발생하게 된다. 또한, 각 지역 내 위치한 중간 분류센터에서의 상/하차 작업과 택배원의 택배 상/하차 과정에서 집중적으로 발생되게 된다. 이 과정 중에 600㎜ 이상의 높이에서 낙하되는 충격을 받기도 한다.
○ 이처럼 실제적인 급격한 충격가속도의 변화는 차량의 이동시에는 거의 발생되지 않으며, 인력에 의한 상/하차 및 운반 등의 작업시에 대부분 발생되는 것을 알 수가 있었다. 따라서, 과실의 경우 택배 유통과정 중에 손상이 발생되는 환경은 인력에 의한 작업 시에 발생될 수 있다는 것이다.
○ 이러한 손상에 의한 클레임을 방지하기 위해서는 인력에 의한 작업시 발생되는 환경을 없애는 것이 제일 좋지만, 현재로써는 인력 작업 중에 발생되는 충격력을 견딜 수 있는 완충포장을 설계하여야 한다.
5. 택배유통 중 클레임발생을 최소화 할 수 있는 사과, 배 택배포장재의 실용화
○ 사과 배 택배용 난좌 금형을 총 26종(사과 2.5kg 3종, 사과 5kg 6종, 배5kg 11종, 배 7.5kg 6종) 개발 완료하여 계획대비 116% 초과달성 하였다.
○ 택배포장재 상품화는 골판지상자 9종, 에어백 포장 4종으로 총 13종을 개발 완료하여 목표대비 )에 대하여 완료하였다. 골판지상자 9종은 사과 2.5kg, 5kg(2.5kg×2), 7.5kg(2.5kg×3), 10kg(2.5kg×4), 사과 5kg, 10kg(5kg×2), 배 7.5kg, 배 5kg, 10kg(5kg×2)이며, 에어백 포장재 4종은 사과 4kg, 5kg, 배 5kg, 7.5kg이다.
○ 개발된 에어백 포장기법은 Ny15/LDPE65 재질을 사용하여 2중 봉지 형태를 만들고 외부에서 공기를 주입하면 봉지가 팽창하면서 내부의 포장재가 내용물을 밀착시키고 외부의 포장재는 공기층을 형성하도록 하여 완충성능을 발휘할 수 있도록 고안된 형태로서 파손방지 효과가 탁월하였다.
○ 기존 택배 포장방법에 비하여 에어백 택배포장기법은 파손발생율 0%로 완벽한 개선효과를 나타내었으며, 재료비 절감 효과측면에서도 약 40%의 효과가 있었다. 물류비 측면에서는 36%, 생산성 향상 측면에서는 약 40%의 효과가 발생하였다.

Abstract ▼

Ⅴ. Results of R&D
1. Measuring the value of impact and vibration during the parcel service
○ The apple's resonant frequency was 126.0~217.6Hz and top acceleration was 1.21~5.48, the pear's resonant frequency was ,in the range of input acceleration 0.25~1.0G, 62.5~108.6Hz, and top acceleration

Ⅴ. Results of R&D
1. Measuring the value of impact and vibration during the parcel service
○ The apple's resonant frequency was 126.0~217.6Hz and top acceleration was 1.21~5.48, the pear's resonant frequency was ,in the range of input acceleration 0.25~1.0G, 62.5~108.6Hz, and top acceleration was 1.16~5.53G. The range of frequency occurred in general domestic transport of industrial and agricultural product is under 150Hz, so the range of products delivered by parcel service should be lowered by using buffer materials.
○ Fruit's safe drop heights increases with growth of Poission ratio, equivalent diameter, time to contact to impact and mass and decreases a little with growth of elastic modulus of fruits and bioyield strength.
○ The apple's impact index is 0.51~2.98G , and pear's is 0.74~2.29G, and therefore the apple shows a little more value than pear. In drop experiment of 15kg box, in the lowest drop height, we can measure maximum impact acceleration 45.90G. This figure is more than 80 times than Bio-G vector of apple and pear and impact acceleration, so with this impact, if the apple and pears get this impact once, apple and pear must be damaged.
○ Results of measuring the environment of parcel service in regions say that during the delivery, about 17~27 times vibrations, impacts, drops happened. When it comes to impact, the impact more than 2.8G which is more than apple's Maximum bio G-vector occurred 15 times, and the impact more than 10G occurred 5times.
○ Also, with analyzing impact it is said that rapid velocity variance seriously affects the damage to agricultural products and on the basis of this experiment results, there are 20 times of rapid velocity variance in delivery, and rapid velocity generate the impact equal to the impact generated by free falling above 300~500mm, in other words, the environment of parcel service is pretty poor.
○ In net vibrational region, the vibrations more than 0.42Grms ,the minimum bio G-vector of apple and pear, occurred more than 10 times. If there is no proper packaging with buffer materials for fruits, there must be damage to fruits.
2. Analyzing the problems of apple and pear packaging for parcel service and drawing improvement plan
○ Apple and pear are representative fruits for holiday gift and more than 6 million gift set are sold per year, but the majority of gifts are delivered in parcel service and there are lots of complaints. In case of A company, in 2012, 20% of sales of fruits gift set for Chuseok delivered by parcel service was complained by customers, and A company thought it might be serious problem, so A company agonized about hold their service that selling gift set via parcel service
○ There are differences in ways to package apple and pear between for gift and general sale. For gift, fruits are packaged with buffer cap, tray, buffer pad, and corrugated box and for general sale, with tray, corrugated pad, and corrugated box or with polystyrene mesh or with pan cap, tray, corrugated pad and corrugated box.
○ To vitalize sales of agricultural via parcel service, not only analyzing the distribution channel and handling process of each parcel delivery company and the problems of apple and pear packaging in circulation, and measuring the generation amount of vibration and impact in parcel delivery service, and the study of form and material of tray are necessary, but also to increase farm's net income, the way about packaging for parcel service to shorten packaging work hours and reduce the cost of packaging materials should be done at the very first.
3. Developing proper form and material of tray and buffer materials for parcel service
○ With the Finite Element Analysis(FEA) of tray, we tried to apply modification factor to tray's form with interpretation of stress, deformation, resonance in delivery and strain energy in the range of resonance frequency and tried to apply design factor to tray with Bioyield Strength, Bio G-vector, and resonant frequency.
○ The result of FEA of 2.5kg tray for parcel service which contains 7 apples says that when 0.5kg apple or pear is inserted in hole, the maximum contact stress between fruits and tray in polypropylene is 384Pa and it's lower than 312.73~336.61, bioyield strength between apples and tray measured in first year for R&D, and than 181.54~201.76, between pears and tray.
○ The result of FEA of tray for parcel service when 0.5kg apple or pear is inserted in hole, the deformation of contacting part between fruits and tray is 0.0392㎜ and it's lower than 0.5㎜, the thickness of tray. It seems that the thickness of tray is sufficient to use with apple and pears.
○ Through the FEA of tray, with interpretation of stress, deformation, resonance in delivery service, and strain energy in the range of resonance frequency, analyzing the property of materials says that the contact stress of PE tray for 8 fruits is 532 Pa, and it's 26% higher than 398 Pa ,stress energy of PP tray.
○ So, buffer materials which has higher elastic modulus and yield strength give more strong impact and that means there is higher probability to harm to fruits. Also, vibration in low frequency range in delivery environment can cause damage to fruits. So, when you prepare a proper packaging design, resonant frequency has to be larger than resonant frequency of other buffer materials. Through this R&D, among those materials of tray, for example PP, PE, PS, PP, and the measurement of these materials says that PP is the best meterial we choose it as a materials for tray.
○ Buffer materials normally used as packaging materials in parcel service for apple and pear are corrugated paper, expandable PE mesh, expandable PE pad, polystyrene tray, expandable buffer paper, PSP　tray. the thickness of expandable pe in the market is 1~5㎜, and we used pad with 5㎜ thickness to experiment free fall test, and result says that buffer power was insufficient. To supplement this result, we do test again with two 5㎜ expandable PE pad attached each other or insulted corrugated pad between PE pad and buffer power was sufficient.
4. Through the experiment of distribution of parcel service, analyzing and complementing the problems.
○ With analysis to environment of parcel service profile, there are some point where impact acceleration, the level of vibration and dropping impact intensively happen. The first point is the period when the parcel service company get package and send them to first hub center and in the hub they are unloaded and are classified according to their destiny. The next point is when workers load them again to trucks bound for each destiny and In the middle hub center, the packages are unload again and sent to deliveryman. In this procedure, they get impact equal to impact generated when packages free fall above more than 600㎜.
○ Actual variance of impact acceleration hardly happens when car is moving, usually happens during the work that workers load and unload packages. So, in the environment of parcel service, the man usually harms fruits.
○ The best way to reduce complaint relative to physical damage is eliminate the work by man which can cause damage to fruits, but in reality, we have to design buffer package to endure those impact during the man's work.
5. Commercializing the packaging materials for apple and pears to minimize complaints caused in parcel delivery service.
○ We have developed 26 molds(3 apple trays for 2.5kg box, 6 apple trays for 5kg box, 11 pear trays for 5kg box, 6 pear trays for 7.5kg box) of tray for apple and pear packaging for parcel service and we have exceed the target by 116%.
○ We have developed 13 packaging material for parcel service, 9 corrugated boxes, 4 air bag packaging sets, and we have exceed the target by 30%. 9 corrugated boxes contain 1 apple 2.5kg box, 1 apple 5kg(2.5kg×2) box, 1 apple 7.5kg(2.5kg×3)box , 1 apple 5 kg box, 1 apple 10kg(5kg ×2)box, 1 pear 7.5kg box, 1 pear 5kg box, 1 pear 10kg(5kg×2)box and 4 air bag packaging sets contain apple 4kg, 5kg and pear 5kg, and 7.5kg.
○ Air bag packaging sets is made by Ny15/LDPE65 and in double bag. from the outside, it can be blown up and expanded and internal material can stick to contents and external material can absorb shock forming air bound. It shows excellent ability to prevent damages.
○ Compared to existing packaging methods, air bag packaging shows flawless improvement effectiveness with 0% incidence of damage and it reduces the cost of material by 40% and logistical cost by 36% and it increases the productivity by 40%.