基于正交實驗的快遞包裝循環利用的優化分析

陳思楊，管幸生，吳正仲

（福建工程學院 福州，350118）

隨著網購的普及和我國人民經濟水平的提高，我國的快遞行業經歷了飛速的發展。根據智研咨詢發布的《2020—2026 年中國快遞行業市場消費調查及投資前景分析報告》數據顯示，2013 年至2019 年，我國的快遞業務量已經連續6 年穩居世界第一，超過美、日、歐等發達經濟體的總和。隨之產生的快遞包裝物給環境帶來了嚴重污染，同時也給社會造成了資源浪費。其中，快遞包裝廢棄物處理不當、快遞包裝回收率低是引起環境污染和資源浪費的主要原因[1]。2020 年8 月，市場監管總局、發展改革委、科技部、工業和信息化部、生態環境部、住房和城鄉建設部、商務部、郵政局聯合印發了《關于加強快遞綠色包裝標準化工作的指導意見》，指導意見圍繞快遞包裝綠色化、減量化、可循環三大要求，提出了未來3 年我國快遞綠色包裝標準化工作的總體目標，列出了標準體系優化、重點標準研制、標準實施監督、標準國際化等4 個方面的8 項重點任務[2]。不單是中國，歐洲宣布成立新的財團，旨在通過加速由英國倫敦BP 開發的BP Infin-ia 增強型回收技術的商業化來解決塑料廢物問題。合作關系涉及的業務包括制造、使用、收集和回收聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料包裝的業務[3]。由此可見，快遞包裝的循環利用已經是全球關注的問題。

近年來，我國越來越關注快遞包裝的循環利用問題，并且出臺了一系列的標準和政策，涉及快遞封套、包裝袋、包裝箱、生物降解膠帶、電子運單等各項方面，為支持和引導快遞業綠色發展發揮了重要的正面作用。然而，隨著快遞業的轉型和發展，與交通運輸業、制造業、物聯網等產業不斷深度融合，在快遞包裝循環利用的新材料、新技術、新產品，以及推進快遞包裝一體化運作等方面，還需要盡快補齊一批急需的標準和政策。企業通過改進技術與管理手段，特別是通過采取循環包裝和回收再利用等舉措，減少了快遞包裝的使用量[4]。例如，順豐為了減少廢棄包裝而采用綠色包裝[5]；菜鳥的“回箱計劃”[6]。各大研究人員也在對快遞包裝循環利用進行研究和開發，但大多數只是針對單個產品或是針對政府和企業的激勵機制，例如金詩韻、盛建平、關崇山設計的新式標準化和減量化的快遞包裝[7]；張凌浩、張晴設計的快遞終端服務系統的新策略[8]。Amcor 公司推出了AmLite Ultra Recyclable，這是該公司去年宣布的首款用該公司的可持續性高阻隔聚烯烴薄膜制成的包裝產品。新型的高阻隔層壓板可以包裝各種食品，家庭和個人護理及藥品，并可以在現有的聚烯烴回收流中進行回收[9]。這些多為單獨提出的理論或是單一的產品，缺少系統性的介紹優化方式。因此，將通過正交實驗和去重優化法排列出各個影響因素的重要性，以此分析需要優先考慮的因素。

1 正交實驗

正交實驗設計（Orthogonal Experimental Design）是研究多因素、多水平的一種實驗設計方法，它是根據正交性從實驗中挑選出部分有代表性的點進行實驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散、齊整可比”的特性，因此正交實驗設計是分析設計的主要方法，也是一種高效、快速、經濟的實驗設計方法[10]。快遞包裝循環利用是多因素共同影響的結果，因此可以用此方法來研究。

正交實驗有以下幾個步驟：明確實驗目的，確立評價指標；挑選各因素，確定水平數量；選正交表，進行表頭設計；明確實驗方案，進行實驗調查，得到數據；對實驗數據進行統計分析；進行驗證實驗結果，從而進一步分析。

2 正交實驗設計

2.1 實驗目的和評價指標

為了排列出各因素對快遞包裝循環利用的影響程度，實驗將把各因素進行不同的組合而成為各項樣本，評價指標為選擇此樣本的人數就代表了此樣本的接受程度，即為此樣本的大眾接受程度。

2.1.1 挑選因素，選定水平

查閱多篇有關論文后發現，很多學者都進行過此方面的研究。英琪、張琛等人研究認為，是人的意識不足及商家的過度包裝造成快遞包裝沒有循環利用，這需要通過提高人的思想和出臺相應的政策去約束[11]。錢靜楣認為快遞包裝的成本包括其材料的優化，應該提升新材料的應用[12]。李璐璐、田立平等認為政府補貼的模式很重要，因此建立了政府補貼分散決策模型[13]。吳秀蘭認為快遞紙箱回收的途徑需要改善，應該多設立包裝紙箱回收點[14]。陳青云認為快遞包裝回收意識差、技術落后、成本高，需要政府、快遞公司、消費者之間加強溝通與合作[15]。影響快遞包裝回收利用的因素有很多，但大體上主要是幾個方面的問題，只是不同的細化，要盡可能、全面地去考慮。綜合以上的分析，此次實驗中大致分為了4 個因素：成本因素、社會因素、材料因素、促成因素，見圖1。

圖1 影響因素的構建Fig.1 Construction of influencing factors

1）成本因素。結合現有的資料，大致把其分為3 個過程：制造成本、運輸成本、回收成本。制造成本為制造快遞包裝的成本；運輸成本為快遞包裝在快遞運輸時期的成本；回收成本為快遞包裝在回收時需要的人力物力產生的成本。為了方便正交實驗統計此次實驗把成本優化等級數據量化為10、20、30、40。

2）社會因素。大致可以分為3 個方面：人為（道德）、政府（強制）、便利（路程）。人為（道德）是人的素質體現，靠精神約束大眾的效果會差一些，但是也要考慮隨著生態設計及文明發展，社會因素的影響會增加；政府（強制）是政府意志力的體現，例如自2019 年7 月1 日起，《上海市生活垃圾管理條例》正式實施，上海生活垃圾全程分類邁入“法治時代”[16]，中國各大城市都采取了強制性垃圾分類；便利（路程）是代表便利程度，短的路程更加有利于接受。為了方便正交實驗統計，社會因素優化等級也量化分為了10、20、30、40。

3）材料因素。材料因素是不可忽視的一點，快遞包裝的材料種樣多類，它們可以分為以下3 類：紙類、塑料類、其他。因為根據綠色和平組織2019 年11 月的調查報告，按快遞件數計算，紙箱類、塑料袋類和套袋紙箱類分別約占44.03%、33.5%和9.47%，所以把紙箱歸為一類，其他包裝如金屬包裝等占比小的直接歸為一類。實驗把材料因素優化等級也量化劃分為了10、20、30、40。

4）促成因素。有利因素促成因素主要分為3 個方面：政府（獎勵）、企業（補貼）、媒體（宣傳）。政府獎勵是政府對快遞回收效果好的社區、企業進行一定的物質獎勵和嘉獎；企業補貼是指企業針對快遞包裝回收對個人進行補貼；媒體宣傳是表揚這種行為，從而在社會傳遞正能量。為了方便實驗把促成因素的優化等級也量化分為了10、20、30、40。

2.1.2 各因素之間的相互關系

影響因素的相互關系見圖2。正負分別代表正面影響和負面影響，少代表幾乎沒有影響。

圖2 影響因素的相互關系Fig.2 Relationship of influencing factors

1）成本因素和社會因素。成本優化程度代表著成本控制的程度，成本控制可以縮減快遞包裝回收的開支，但對社會因素來說是負面影響，因為節約開支控制成本對便利程度等肯定造成一定程度的影響。反之政府強制和多設立站點對快遞包裝的回收成本增加了壓力，并且加強文明發展，也需要增加教育和宣傳的成本。

2）成本因素和促成因素。成本優化不利于促成因素，因為各個方面要節約開支以便增加利潤。然而，促成因素對成本因素是一種促進作用，政府獎勵可以使企業加大成本的投入，企業在流通包裝中投入更多的前期投資成本將大大降低后期的物流成本[17]。

3）成本因素和材料因素。成本的控制影響了材料的運用，因為一些高級的材料需要的成本價格相對來說會高昂一些，所以成本對材料是負面的影響。然而好的材料會有利于快遞包裝的循環利用，如可降解的紙、塑料等，從而縮減回收成本，進行相對的優化。

4）社會因素和促成因素。社會因素和促成因素是相輔相成的作用。人為道德素質的提升、生態設計的進步和政府的相關政策出臺會提升媒體的宣傳力度和企業的補貼力度。相對于來說，促成因素的企業補貼和政府獎勵也會使快遞包裝回收點的路程更加便利，也會使生態設計更好地發展。

5）社會因素和材料因素。政府的強制性使材料需要更加的優化，企業會想辦法開發新的技術，尋找新的材料。由此可見，材料因素對社會因素的影響微乎其微。

6）促成因素和材料因素。企業補貼、政府獎勵、宣傳力度的增大促進了新材料、新技術的發展，新材料的高質量和可循環性也使企業更加愿意去回收。

2.2 表頭設計

表1 表頭設計Tab.1 Header design

完成表頭設計之后，只要把正交表各列上的數字1、2、3、4、5 分別看成是該列所填因素在各個實驗中的水平數，這樣正交表的每一行就對應著一個實驗方案（包含空列），即個因素的水平組合。實驗方案見表2。

表2 實驗方案Tab.2 Te st scheme

3 調查數據

為了對應實驗方案中的16 組實驗，此次研究列取了16 種實驗樣本。實驗采用線上和線下2 種調查方式，線上基本上采用QQ、微信、微博發放問卷的形式，線下則采用隨機蹲點的形式，例如公司門口、地鐵站、大學城等地點，這可以盡可能地采集到各行各業和各年齡段的看法。為了使實驗數據更加精確，實驗共發放了600 份電子問卷、400 份紙質問卷。實驗記錄見表3，記錄情況見表4。

表3 實驗記錄Tab.3 Exp erimental records

表4 記錄情況Tab.4 S ituation recorded

經過實際調查發現線上有效問卷數量為580 份，線下有效問卷數量為395 份，有效回收率為97.5%，基本滿足實驗的需求。

4 統計分析

由以上的調查數據得出極差分析表，見表5。

表5 極差分析Tab.5 Range analysis table

對正交實驗結果的分析，通常采用2 種方法，一種是直觀分析法（或稱極差分析法）；另一種是方差分析法。通過實驗結果分析可以得到因素主次順序、優方案等有用信息。

4.1 直觀分析法

對正交實驗表數據進行直觀分析，通過極差散點圖及因素趨勢圖觀察得出結論，見圖3—4，以此確定主次因素及優方案。

圖3 極差散點圖Fig.3 Scatter plot of range

圖4 因素趨勢Fig.4 Factor trend chart

由極差散點圖和因素趨勢可得出結論：最大的影響因素為成本因素，其次為社會因素，然后為材料因素，影響因素最小的為促成因素。

4.2 方差分析法

SST即為總離差平方和，它反映了實驗結果的總差異，總離差平方和越大，各實驗結果之間的差異越大。因素水平的變化和實驗誤差是引起實驗結果之間的差異原因[20]。

各因素引起的離差平方和。設計因素A安排在正交表的某一列上，則因素A引起的利差平方和如下：

1）計算自由度

2）計算平均離差平方和（均方）

由此可以得出MSB=203.23，MSC=402.40，MSD=459.23，誤差的均方為MSe=69.5625

3）計算F值

由此可得出BF=2.92，CF=5.78，DF=6.60。

4）顯著性檢驗

對于給定的顯著性水平α，檢驗各因素對實驗結果有無顯著影響。由查表可知，在這里取α=0.10，所以得出F0.10(3,3)=5.39。比較各個因素的F值與臨界值F0.10(3,3)的大小，若各因素的F值>F0.10，則此因素對實驗結果有顯著影響，反之則影響不顯著。總結以上數據可得出方差分析表，見表6。

表6 方差分析Tab.6 Analy sis of variance

由上表可以得出，除社會因素外的其余各因素，對影響快遞包裝回收利用均存在顯著性。通過比較F的大小可以得出，各因素的影響程度從大到小依次為成本因素、材料因素、促進因素、社會因素。

極差分析和方差分析2 種方法得出的效果與結論一致，符合預期。

5 結語

通過實踐調查和正交實驗，以及對比分析完成了此次研究。從中發現，成本因素依舊是決定快遞包裝循環利用的最重要的因素。然而也不能忽視材料因素、社會因素和促進因素的重要性。雖然社會因素的影響最低，但考慮到構建可持續發展型、資源節約型、環境友好型的社會是21 世紀的時代共同目標，各行各業都要為此付出努力，其占比也必定呈上升趨勢。因此，平衡4 個因素之間的關系，才能更好地循環利用快遞包裝。研究提出以下3 個方面的建議。首先，政府進行相關的環保宣傳并對企業、個人進行一系列的激勵措施。政府還可以完善快遞包裝的循環利用體系，出臺相關的推動政策。其次，企業應該做好成本控制，推進快遞包裝回收點的設立。在政府的引導下將企業的經營成本優化，同時加大研發投入以提高技術含量，提高快遞包裝循環利用率，尋找盈利模式，提高民眾的參與度，盡到企業的社會責任。最后，個人應該提高自身的意識修養，積極參與快遞包裝的循環利用。