重復使用型快遞包裝箱設計和派送自動化

杜洋　汲傳讀　劉洪辰

摘 要：文章針對快遞包裝袋中存在利用率低，資源浪費嚴重的現象，按照標準化規范，設計專用網絡化快遞包裝箱，使快遞包裝箱得到重復利用，減少環境污染和資源浪費。同時配套設計智能快遞驛站，實現快遞收取自動化。開發快遞電子標簽及客戶端，在分揀環節，最終實現機器的電子識別，自動抓取，自動分揀，降低工人的勞動強度，減少企業的人工成本。

關鍵詞：包裝；快遞標準化；網絡化

前言

網購已經成為了年輕人的主流購物方式，數據顯示我國2016年收發快遞超過20億件。目前快遞的包裝箱主要采用的是一次性的紙箱，紙箱在使用后大多被直接遺棄，或者因為損壞無法再次利用[1-3]。

以北京某石油類院校為例，在校生人數約15000人，根據取樣數據可以推算出全校每月收發快遞的總數約為31178.6件。平均每個快遞包裝紙箱重約300g，12號紙箱批發單價為0.8元，則每月直接廢棄的快遞包裝箱合計9353.4Kg，直接成本249442.8元。

因此，在快遞收發集中的高校、社區及工廠推行重復使用型快遞包裝箱，從市場角度考慮是可行且必要的。目前大量大廢棄包裝箱得不到有效的回收和利用，造成了重大的環境污染和資源浪費。

1 標準化設計和強度分析

通過測試我們發現，現有紙質快遞箱自身具有一定的強度，紙質包裝箱的抗壓強度與高度成反比關系，與周長成正比關系。

瓦楞紙箱是用瓦楞紙板制成的紙質容器。瓦楞紙箱以其優越的使用性能和良好的加工性能逐漸取代了木箱等運輸包裝容器，成為運輸包裝的主力軍。它除了保護商品、便于倉儲和運輸之外，還起到美化商品、宣傳商品的作用。瓦楞紙箱是一種應用最廣的包裝制品，用量一直居各種包裝制品之首。抗壓強度是瓦楞紙箱在實際應用中的主要性能指標之一，準確地測其大小對于保護流通中的產品具有重要的意義。目前瓦楞紙箱的抗壓強度主要是通過試驗得到的，存在著一些弊端，諸如試驗周期長、成本高、受試驗條件限制等。近年來有不少人研究瓦楞紙板的屈曲性能，但是對瓦楞紙箱的結構屈曲研究尚少。本文利用 ANSYS軟件對紙箱的有限元模型進行分析，與瓦楞紙箱的抗壓試驗結果進行比較，來驗證紙箱模型的可行性。

在ANSYS軟 件中，對于殼體程序默認的單元是 4結點的四邊形單元（SHELL181）。建立的瓦楞紙箱幾何模型，定義載荷和約束瓦楞紙箱在抗壓試驗中受到試驗機上板的壓縮，因此選用F=100N的載荷，作用在紙箱的上表面與下表面中心，方向垂直于上表面向下。紙箱在試驗過程中，紙箱底板四個角是不發生任何位移的，因此在紙箱的底板四個角施加固定約束，4個側板不受任何約束。

根據瓦楞紙箱的受力特點對常規的紙箱有限元模型進行修正，在4個角處添加加強筋，并利用有限元方法得到瓦楞紙箱的屈曲載荷， 在圖1中，在有限元仿真分析過程中，紙板的彈性參數精確與否是有限元分析的關鍵。另外為了簡化紙箱模型，將瓦楞紙板用與其性能相同的等效板來替代，因此有限元結果有一定的局限性。目前有限元仿真分析在紙質包裝容器的設計方面 應用并不廣泛，原因之一就在于材料屬性，比如彈性模量、剪切模量等參數的測定方法還有待完善。

通過大量數據調查發現，日常生活中的快遞箱單個質量一般在5Kg以下，快遞包裝自身具有一定的抗壓強度，一般不會再勻速過程中損壞。因為紙質快遞箱的硬度較低，不能抵抗一定的剪切力，在剪切力的作用下極易損壞。紙質包裝箱的頂角和棱邊在快遞裝卸的過程中極易損壞，這是造成快遞包裝箱不能重復利用的主要原因。

考慮到產品的推廣和成本控制，我們在原有的紙質快遞包裝箱的基礎之上，設計了一種加固裝置，對紙質包裝箱的易損壞部分進行保護。我們選用了相對成熟的PVC材料作為加固材料，該材料密度低、具有相對較好的抗彎、抗剪性質。

傳統紙質快遞包裝箱一般采用透明膠帶進行密封[4]。透明膠帶在密封時相對便捷，但是在再次打開紙質包裝箱的過程中會對紙質包裝箱產生一定的損害，且打開過程較復雜。基于重復使用的目的，我們設計了一種方便的塑料卡扣，參見圖2、圖3、圖4，卡扣能快速地鎖閉包裝箱，也能快速地打開包裝箱。

2 NFC技術實現快遞派送自動化

在四個卡扣下留有電子記錄芯片，芯片能記錄和識別卡扣的鎖閉和打開，這有效地保護了顧客商品的安全和用戶隱私。卡扣采用工程塑料制作，能有效避免高強度使用過程中的磨損和老化問題。在快遞箱的8個頂角，我們附加緩沖材料，這能有效防止快遞箱在裝卸過程中對頂角的破壞。

目前的快遞運單信息的記錄主要還是人用筆在運單上記錄[5]，這樣的記錄方式效率低、信息容易出錯，信息不易二次提取。

經過實地調查，我們發現用戶在填寫快遞單時，因為是手寫填取，時間長易出錯。快遞員在配送時，參照手寫快遞單，再次通過手機輸入電話號碼編輯短信，整流程較復雜。基于現狀我們設計一種可以記錄客戶信息的電子標簽，該電子標簽可以通過智能手機識別客戶信息，調用手機自動撥打客戶電話或者向客戶發送相應短信。

考慮到目前近距離無線通訊技術（NFC）技術的相對成熟和智能手機的廣泛應用，我們成功設計并開發了基于安卓手機應用的快遞電子標簽和配套客戶端，參見圖5和圖6，該電子標簽具有以下特點：

（1）成本低，單個電子標簽的成本不足一元。

（2）客戶端基于安卓手機平臺開發，不需要再次開發配套硬件設備。

（3）智能手機應用廣泛，易于推廣和維護。

經過測試，我們開發的安卓應用“快遞助手”能在絕大多數安卓手機上穩定運行。在圖7中，快遞信息數據在云端共享，不受設備限制，易于信息共享。電子便簽本身不記錄用戶信息，只記錄用戶ID，通過用戶ID匹配云端用戶信息，這樣有效地保護能力用戶的隱私，同時也提高了電子標簽的識別速度。

經過實際測試，電子標簽在識別過程中用時小于1s，準確率100%。

3 結束語

本文設計的包裝箱是快遞行業中能長期反復使用的包裝方式，具有足夠的強度，且綠色環保。采用本包裝箱和機械抓手后，在轉運途中可以直接利用機械自動識別快件信息，自動分揀，無需人工分揀，提高轉運效率。采用本包裝箱和機械抓手后，可以進行快速裝卸，并可從一種運輸工具方便地換裝到另一種運輸工具。簡化了托寄物的包裝環節，避免了現在常用的珍珠棉和膠帶等減震方式減震效果差且無法多次利用等缺點，環保而高效。

參考文獻

[1]徐群斐，胡永舉，韓印清，等.標準化快遞包裝箱的結構設計與應用研究[J].交通科技與經濟，2015，17（1）：28.

[2]查燕，王全權.基于網購產品生態包裝研究[J].現代商貿工業，2012（14）：160.

[3]安冬梅，王漢新.提高快遞包裝規范性的有效對策分析[J].價值工程，2013（6）：322.

[4]呂超，段瑛瑤，王益杰，等.快遞包裝標準化研究[J].中國標準化，2015（5）：113.

[5]馬祖軍，代穎.逆向物流網絡結構與設計[J].物流技術，2004（4）：12.

作者簡介：杜洋（1993-），男，漢族，廣東珠海人，本科，研究方向：海洋油氣工程專業。