面向網(wǎng)購生鮮肉品的智能保鮮包裝箱設(shè)計研究*

石建偉，宋煒昱，高思繁，李烽韜，杜 越，李春偉

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

隨著電子商務(wù)在我國的興起以及人們生活消費水平的不斷提高，越來越多的消費者傾向于在網(wǎng)上購買生鮮肉類產(chǎn)品，相應(yīng)冷鏈物流運輸?shù)男枨笠苍谥鹉暝黾印?jù)有關(guān)部門預(yù)測，2020 年，中國冷鏈物流市場規(guī)模將達到4 700 億元。

隨著中國冷鏈市場規(guī)模的不斷擴大，在冷鏈運輸中起重要作用的保鮮包裝箱尤其是面向生鮮肉品的保鮮包裝箱卻存在許多問題，于是，研究者們圍繞冷鏈運輸包裝開展了相關(guān)研究。龔琳玲等[1]圍繞農(nóng)產(chǎn)品生鮮電商冷鏈物流包裝提出了一些對策；林芳等[2]在對生鮮電商冷鏈物流進行了深入分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)我國冷鏈物流運輸模式存在信息化不夠、技術(shù)標準不完善、合理性欠缺等問題；曹思昱等[3]在對冷鏈運輸包裝的現(xiàn)狀進行全面分析的基礎(chǔ)上對冷鏈運輸包裝進行了優(yōu)化。在生鮮包裝設(shè)計方面，詹文瑤等[4]面向C2C 電商平臺下對生鮮果蔬進行了網(wǎng)購包裝設(shè)計；董靜等[5]基于有限元分析對生鮮包裝箱的通風口進行了設(shè)計；石辰三等[6]對鮮香菇的長距離運輸進行了相應(yīng)的保鮮包裝箱設(shè)計。與此同時，很多企業(yè)也針對保鮮包裝箱進行了相關(guān)研發(fā)，其中，蘇寧易購提出了冷鏈循環(huán)箱[7]，日本北海道涵館水產(chǎn)食品公司研制了活蝦運送保鮮箱[8]，日本食品流通系統(tǒng)協(xié)會設(shè)計了可延長保鮮時間的蔬菜保鮮包裝箱[9]等。在已公布的專利中，金一平等[10]發(fā)明了一種可分離產(chǎn)品和冷媒的生鮮包裝箱，白萬喜等[11]發(fā)明了一種可檢測箱內(nèi)溫度的水產(chǎn)品保鮮包裝箱，呂良[12]發(fā)明了一種提高制冷保鮮效果的泡沫保裝箱等。

上述相關(guān)研究與研發(fā)設(shè)計都是針對水產(chǎn)品以及果蔬產(chǎn)品的保鮮包裝箱，而面向流通量不斷增長的生鮮肉品保鮮包裝箱研究相對較少，同時圍繞保鮮包裝箱智能化及功能性等方面的研究還有待進一步完善。基于此，本文提出了一種面向網(wǎng)購生鮮肉品的智能保鮮包裝箱創(chuàng)新設(shè)計方案，以期為解決市場需求提供一定的理論參考與技術(shù)借鑒。

1 保鮮包裝箱的類型分析

首先對淘寶、京東、四通一達和順豐等企業(yè)所使用的生鮮保鮮包裝箱進行了市場調(diào)研，并分別從包裝箱的生產(chǎn)成本、溫度分布特征、材質(zhì)及是否循環(huán)復(fù)用、是否需要外接電源以及綜合性能等方面進行了比較了，分析結(jié)果見第73 頁表1。用戶在使用產(chǎn)品時，受眾人群和使用情況不同，則獲得的用戶體驗也不同。通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)：消費者在網(wǎng)購生鮮時，比較關(guān)心生鮮肉品的新鮮程度，生鮮肉品從選種到消費的相關(guān)信息，以及自己購買肉品的真?zhèn)危欢\輸人員則比較關(guān)心生鮮肉品包裝箱內(nèi)部環(huán)境的溫度及濕度條件是否符合不同外界環(huán)境改變時物流運輸?shù)南嚓P(guān)要求，以及能否快速獲取包裝箱內(nèi)的產(chǎn)品信息，以便于在運輸車內(nèi)對生鮮肉品的擺放位置及其他相關(guān)條件提前做好規(guī)劃和調(diào)整。目前市場上流通的網(wǎng)購生鮮肉品保鮮包裝箱顯然已難以滿足市場需求，面向網(wǎng)購生鮮肉品智能保鮮包裝箱正是基于產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)不同人員的痛點，旨在提供一種綜合包裝解決方案。

表1 不同類型的保鮮包裝箱 （元）

2 智能保鮮包裝箱的設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

近年來，國家越來越重視環(huán)境保護。而流通量逐年激增的網(wǎng)購包裝箱更是關(guān)注的重點，結(jié)合冷鏈物流在我國的不斷發(fā)展，紙箱加冰塊和泡沫箱加冰塊的傳統(tǒng)冷鏈包裝的市場份額在不斷減少。目前保鮮包裝箱的市場呈現(xiàn)出向智能化包裝箱發(fā)展的勢頭，但是目前市場上已出現(xiàn)的智能保鮮包裝箱銷量卻沒有按正常預(yù)期的那樣使生產(chǎn)企業(yè)滿意，究其原因，主要是這些包裝箱打著智能產(chǎn)品旗號，卻只是在材質(zhì)上做了適當改變或是在結(jié)構(gòu)上做了一些易折疊的設(shè)計，而在功能的實現(xiàn)上卻很少涉及。由于我國的冷鏈基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，涉及低溫運輸業(yè)務(wù)的運輸工具較少，資源分布不均衡等因素，面向網(wǎng)購生鮮肉品的智能保鮮包裝箱的設(shè)計研制，不僅可以解決生鮮肉品“最后1 公里”的難題，而且將在離散型網(wǎng)購生鮮肉品的物流運輸中發(fā)揮重要的作用。

通過使用綠色包裝材料和可循環(huán)器件，避免出現(xiàn)傳統(tǒng)生鮮肉品包裝箱污染環(huán)境的情況，采用RFID （射頻識別）非接觸式掃描技術(shù)結(jié)合WMS（倉儲管理系統(tǒng)）提供的貨物信息方便對運輸車上的貨物進行檢測，降低因人工因素導(dǎo)致的貨物錯發(fā)或貨物少發(fā)的錯誤率，減少用于傳統(tǒng)人工檢測的人工支出，提高貨物的分揀及配送效率，同時可以起到防偽作用；使用溫濕度監(jiān)控裝置，達到監(jiān)控肉品溫濕度的目的，為運輸人員調(diào)節(jié)溫濕度提供幫助，使生鮮肉品置于適宜的環(huán)境，增加生鮮肉品的存儲時間；通過肉品新鮮度智能指示包裝膜對生鮮肉品的新鮮度進行整體的可視化檢測，使用方便、操作簡單，在一定程度上滿足了消費者對于網(wǎng)購生鮮肉品品質(zhì)的需求。

2.2 設(shè)計方案

本包裝箱的總體設(shè)計方案如下。一是箱體外形：長方體形狀，分為外部包裝箱和內(nèi)置保鮮盒兩部分，包裝箱包括箱體和箱蓋。二是生鮮肉品新鮮度智能指示功能：生鮮肉品的表面包裹一層新鮮度智能指示保鮮膜，保鮮膜的顏色會根據(jù)肉品的新鮮度變化而變化。三是包裝箱溫濕度監(jiān)控功能：箱體外壁上嵌有溫濕度電子屏顯示裝置，便于方便監(jiān)控產(chǎn)品的溫濕度變化，在外箱和內(nèi)箱之間放置均勻的冰排。四是RFID 功能：內(nèi)置保鮮盒盒體設(shè)置有RFID 標簽。

2.2.1 生鮮肉品新鮮度智能指示功能

生鮮肉類的新鮮度是消費者關(guān)注的一項重要指標，由于生鮮肉品含有豐富的營養(yǎng)元素，加之我國的冷鏈系統(tǒng)還不完善，生鮮肉品很容易在加工、運輸、存儲、銷售過程中受到微生物的污染，從而降低肉品品質(zhì)，危害消費者的身體健康。生鮮肉類腐敗變質(zhì)期間，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時會生成一系列產(chǎn)物，從而導(dǎo)致生鮮肉品的pH 值變化，而某些有色的化學(xué)物質(zhì)（溴甲酚綠、甲基紅、花青素等）可在不同pH 值的環(huán)境下呈現(xiàn)不同的顏色。

本部分設(shè)計方案：采用基于天然花青素的顏色智能指示抗菌保鮮復(fù)合膜，該保鮮膜不僅對pH 值反應(yīng)靈敏而呈現(xiàn)不同的顏色提示，而且還具有抗菌保鮮功用，同時不會污染肉品。該新鮮度指示膜包覆在生鮮肉品表面，可對肉品新鮮度進行指示。

2.2.2 包裝箱內(nèi)部溫濕度監(jiān)控功能

在生鮮肉品運輸流通過程中，溫濕度是快遞運輸人員關(guān)注的重點。

本部分設(shè)計方案：采用電子溫濕度監(jiān)測警報系統(tǒng)，其工作流程見圖1。具體實施過程為如下。一是在包裝箱內(nèi)壁設(shè)置溫濕度采集裝置獲得包裝箱內(nèi)溫濕度的實時信息；二是溫濕度的變化顯示在包裝箱外側(cè)箱體的溫濕度顯示屏上；三是當包裝箱內(nèi)溫濕度超過所設(shè)定的臨界值時，報警裝置立刻發(fā)出警報，快遞運輸人員會立即對包裝箱內(nèi)的溫濕度進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。

圖1 溫濕度監(jiān)測報警裝置工作流程圖

采用相變材料制作的雙層蓄冷盒對包裝箱內(nèi)的溫度進行調(diào)控，不僅使生鮮肉品受冷均勻，而且在交變溫度條件下，只需將內(nèi)層蓄冷盒冷藏而外層蓄冷盒冷凍，即可進行長時間保溫運輸，操作簡單并可循環(huán)復(fù)用。

2.2.3 RFID 非接觸式掃描功能

本部分的設(shè)計方案：采用無源式RFID 智能標簽（見圖2），快遞運輸人員通過RFID 讀卡器發(fā)送電磁波，當RFID 天線在該電磁波作用下的電感電壓達到VPP 時，RFID 會將其內(nèi)部信息以曼徹斯特格式的信號發(fā)出，讀卡器接受到該信號后進行破譯即可得到RFID 芯片所蘊含的信息，實現(xiàn)非接觸掃描的目的。

2.2.4 包裝箱及保鮮盒結(jié)構(gòu)及裝潢設(shè)計

該包裝箱的尺寸設(shè)計方案：1）包裝箱的尺寸為500 mm×400 mm×370 mm，具體尺寸見圖3；2）保鮮盒的外尺寸為200 mm×150 mm×90 mm，具體尺寸見圖4。

包裝箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案：包裝箱內(nèi)肉品保鮮盒為12 個。每層可以放置4 個，共放3 層，同時又給蓄冷版留有足夠的放置空間，見圖5。

圖2 RFID 標簽

圖3 包裝箱主視圖及左視圖

圖4 保鮮盒主視圖及左視圖

圖5 智能保鮮包裝箱整體圖

包裝箱及包裝盒裝潢設(shè)計方案：包裝箱外裝潢采用簡約風格進行設(shè)計（見第75 頁圖6），包裝箱上的循環(huán)標志表明該包裝箱具有綠色環(huán)保并可循環(huán)復(fù)用特征。不同種類生鮮肉品采用不同顏色對相應(yīng)動物進行涂色，別具一格又對比鮮明，同時表明了該包裝箱的用途。將溫濕度顯示裝置和示警裝置結(jié)合使用，在保護箱體保溫性能的同時顯得清晰明了，簡單的RFID 標志設(shè)計，醒目實用。生鮮保鮮盒包裝紙帶設(shè)計見第75 頁圖7，“粉紅色的豬”代表著保鮮盒內(nèi)肉品為豬肉，采用“豬頭”的輪廓圖進行新鮮度對比色卡的設(shè)計，簡約明快又不失可愛。

圖6 保鮮盒外包裝裝潢圖

圖7 智能保鮮包裝箱整體圖

包裝箱及包裝盒裝材料設(shè)計方案：包裝箱的外置包裝箱箱體為EPP 材質(zhì)（發(fā)泡聚丙烯）。

2.2.5 智能保鮮包裝箱的產(chǎn)品優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的保鮮包裝箱相比，所設(shè)計的智能保鮮包裝箱不僅具有智能保鮮功能，其機械強度較高，而且可重復(fù)使用，便于制造，綜合成本較低。包裝箱箱體外壁的溫濕度顯示裝置可隨時給出包裝箱內(nèi)部溫濕度狀況，便于運輸人員進行及時調(diào)節(jié)。采用放置均勻的冰排作為冷媒，不僅取用方便，而且可使產(chǎn)品溫度分布均勻。使用RFID 電子標簽存儲產(chǎn)品的相關(guān)信息，不僅造價便宜，可減少印刷量，而且可使顧客對產(chǎn)品了解的更加全面，提高顧客滿意度的同時，兼具防偽功能。基于天然花青素對pH值敏感的新鮮度指示保鮮膜的應(yīng)用，可以有效抑菌，提高生鮮的存儲時間。通過對比膜的顏色變化，方便顧客了解產(chǎn)品的新鮮狀況，給予顧客更安心的購物體驗。產(chǎn)品送達后，運輸人員可將內(nèi)包裝箱直接給予貨主。整個操作流程簡單易操作，既減少運輸人員的勞動量，又提高了運輸效率。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計的面向生鮮肉品的智能保鮮包裝箱集合了多種監(jiān)測功能，使得網(wǎng)購生鮮肉品在包裝箱與快遞人員、消費者之間的信息傳遞更加方便。該包裝箱不僅能滿足網(wǎng)購肉品的運輸與流通，還能夠為肉品品質(zhì)的實時監(jiān)控與檢測提供便利。面向網(wǎng)購生鮮肉品的智能保鮮包裝箱的設(shè)計與應(yīng)用可為冷鏈運輸行業(yè)包裝箱的發(fā)展提供一定的啟示和技術(shù)借鑒。