打孔編碼的可循環金屬餐盒設計

許兆慶

（廣東技術師范大學自動化學院，廣東廣州 515000）

近年來，餐飲行業依靠電商平臺發生了巨大變革。2019年中國外賣平臺全年的交易金額超6 000 億元，用戶規模近4.16 億人，外賣行業在帶來經濟紅利的同時，也導致了嚴重的外賣固體廢棄物污染問題[1]。2020年受疫情影響，外賣市場規模增長了15%，實現交易金額6 646.2 億元。

而在外賣產業飛速發展的背后，隨之而來的就是一次性餐盒垃圾的急劇增多。據統計，我國每天使用超過6 000 萬個外賣餐盒，給環境帶來了越來越重的白色污染[2]。

目前，國內的外賣餐盒多使用聚丙烯塑料餐盒、一次性紙制餐盒及其他塑料餐盒等。塑料餐盒雖然成本低廉，但是高溫食物直接放入，會產生有害物質，對于人體的健康構成威脅，并且不易降解，僅有極少部分塑料餐盒得以回收利用。

紙制餐盒雖然環保，但是紙質餐盒太軟，容易滲漏，初次生產時需要砍伐大量木材，回收重復制造紙漿時也會對環境產生污染，成本也較高，這都使其難以大量普及。

鋁箔餐盒也能回收，因為其優良的導熱性和阻隔性，廣泛用于燒烤、花甲等外賣，但鋁箔的挺度差、易變形、隔熱性欠佳，且在承裝酸性食物時可能會生成有害物質，而且生產以及回收再造成本較高，所以也難以大規模普及[3]。

2020年1月19日，國家發改委、生態環境部公布了《關于進一步加強塑料污染治理的意見》，明確提出有序禁止、限制部分塑料制品的生產、銷售和使用，積極推廣替代產品，到2022年底，縣城建成區、景區景點餐飲堂食服務，禁止使用不可降解一次性塑料餐具。到2025年，地級以上城市餐飲外賣領域不可降解一次性塑料餐具消耗強度下降30%。加大可循環、可降解材料關鍵核心技術攻關和成果轉化，提升替代材料和產品性能。

2020年8月28日，商務部辦公廳發布了《關于進一步加強商務領域塑料污染治理工作》的通知，要求落實禁塑限塑相關規定要求，加強電商、外賣等平臺企業入駐商戶管理，制定一次性塑料制品減量替代實施方案，推廣可循環、易回收、可降解替代產品。

為此需要積極探索研發可循環使用的餐盒。而研發可循環餐盒所遇到的首要難題就是循環餐盒的機器識別問題。

目前已有的識別方案包括，將電子標簽嵌入到餐盒中，采用射頻技術來識別回收餐盒。該方案可以解決餐盒的循環跟蹤問題，但是電子標簽不能被屏蔽，所以不能采用金屬餐盒，只能采用塑料餐盒，餐盒在回收后的反復高溫清洗消毒過程中，容易對電子標簽造成破壞，使用中也有可能被摔碰，對電子標簽造成各種損壞。還有的方案是在餐盒上印制條形碼或者二維碼，通過對印制碼的讀取來跟蹤餐盒信息，但是印制碼容易污損而導致讀取失敗。圖像識別的方法由于誤識率高、識別速度慢等因素，也難以在餐盒識別上應用。

為解決以上問題，設計了一種可循環使用的金屬餐盒，從計算機早期打孔編程的原理獲得啟發，在金屬餐盒的邊緣端打孔編碼，通過對孔的讀取來完成餐盒的識別與循環回收的任務。詳述如下。

1 打孔編碼的金屬餐盒設計

本設計方案為一種新型可回收重復使用的金屬餐盒系統，餐盒采用不銹鋼或鋁合金制作，如圖1所示，金屬餐盒的一端設有光電照射區，光電照射區上設有用于光電識別的孔位，有的孔位有穿孔，有的孔位沒有穿孔，穿孔的位置和數量就代表了每個金屬餐盒的編號。光電識別裝置通過識別編碼孔的數量和位置來確定金屬餐盒的編碼。

圖1 打孔編碼的金屬餐盒

餐盒編碼讀取如圖2所示，將有編碼孔的一端插入光電讀取設備中，每個光電發射器發出光束，有的光束穿孔而過，打到對應的光電接收器的光敏元件上，產生信號“1”。而有的光束正對的餐盒照射區孔位沒有開孔，對應的光敏元件上沒有信號，則代表信號“0”。這一串由“0”和“1”所組成的數值就是每個餐盒的編碼，將這串二進制編碼信息放大譯碼后通過網絡上傳給餐盒管理系統，就可以實現每個餐盒的識別與跟蹤。

圖2 餐盒編碼讀取

每份餐食售出的時候，將食物盛入金屬餐盒，將可食用紙蓋住上表面，然后用食用膠水與餐盒密封。接著用一套光電設備，對餐盒編碼進行讀取，上傳并記錄其出庫信息。餐盒回收的時候，也使用同樣的光電設備，對餐盒編碼進行讀取，上傳并記錄其回收信息，然后進行餐盒的清洗與消毒工作。

2 打孔編碼餐盒的配送

使用這種打孔編碼餐盒進行餐食的配送之前，每份餐食訂單以及訂餐者的信息，要與所使用的餐盒編碼進行綁定，然后才能由外賣騎手送至顧客手中。

如果餐飲商家自行綁定，則每個商家都必須持有相關的信息掃描裝置。商家將食物盛入金屬餐盒后，用食用紙密封，然后把紙質餐食訂單與餐盒粘貼在一起，每份訂單上會有條形碼或者二維碼，先掃描這些條形碼或者二維碼，同時用光電設備讀取配套使用的餐盒的編碼孔，就可以將其進行綁定。

如果商家不進行綁定，等外賣騎手過來以后，由騎手用手持掃描設備將訂單信息與餐盒編碼進行綁定，然后通過無線網絡將綁定信息上傳，再把餐食送到客戶手中。這種情況下，商家無需購買信息掃描裝置，比之自行綁定更為經濟，但是騎手的工作量也略有增加。

3 打孔編碼的金屬餐盒的回收方案

餐盒的回收方式主要有以下幾種。

第一種為騎手回收，騎手除了要送餐，還要順便回收顧客使用過的餐盒，餐盒可以在回收時由手持式識別裝置讀取編碼，也可以拿回清洗處之后再進行編碼識別，無論哪種方式，騎手都要攜帶兩個箱子，都將大大增加騎手的工作量，也更容易導致差錯的出現。

第二種方式為回收柜識別方式，回收柜放在用餐人員較集中的固定位置，回收柜開有若干回收槽，槽里有光電識別裝置，顧客將餐盒按照一定的方向插入回收槽，光電裝置自動開啟并識別餐盒編碼，隨后將已回收餐盒的信息上傳，然后餐盒掉入回收柜內，系統同時將回收成功的信息發送給顧客。每天由回收人員在固定的時間點打開柜門取回餐盒，當回收柜快要裝滿時，也會發出信號，通知回收員前往拿取。這種方式的優點是顧客能第一時間知道餐盒已經回收成功，缺點是回收柜的成本比較高，場地需要有電源供電，場地租金也較高，顧客自行回收也容易產生誤操作，顧客沒有對餐盒進行初次清洗，餐盒編碼孔有可能被菜葉或其他東西遮擋而產生誤讀。

第三種為回收柜不識別方式，也就是說，回收柜里沒有任何識別裝置，只是一個簡簡單單的大柜子，顧客只要把餐盒從柜子上端的開口扔進去即可，回收人員在固定的時間點打開柜門取回餐盒，拿回清洗點清洗干凈后，再進行編碼識別，然后將回收成功的信息發送給顧客。這種方式的優點是回收柜的成本低廉，場地無需電源，缺點是顧客要在歸還數小時后才知道是否回收成功，清洗點需要加裝專門的光電識別讀取裝置，增加了清洗成本。

4 打孔編碼的金屬餐盒的技術實現

這套打孔編碼可回收金屬餐盒系統，其實現面臨著一些技術性問題。

首先是孔位的寬度和穿孔的直徑需要多大？如果孔徑太小，當餐盒使用多次發生輕微變形，就會使光電設備產生誤讀。如果孔徑太大，則可開孔的數量太少又會使得編碼的總數太少。假設餐盒照射區長度為200 mm，每10 mm 一個孔位，每一個穿孔的直徑可以為5～6 mm，則編碼的最大數值為2 的20 次方，也就是100 萬。具體孔位的寬度和孔徑的大小需要在實踐中根據具體情況進行設計。

其次是打孔的問題，因為每一個餐盒的孔都不一樣，因而需要有一臺專用的沖孔機，目前市面上只有通用的液壓沖孔機，需要在此基礎上設計制造專用的餐盒沖孔機，能夠每次在餐盒照射區的不同位置沖孔。一種方案是單沖頭設計，沖孔機只有一個沖頭，餐盒固定不動，沖孔機的沖頭根據指令參數運動到不同位置進行穿孔，也可以沖頭固定，由餐盒運動到各個需要打孔位置，然后沖頭向下穿孔，這種設計方案較為經濟，但是生產速度較慢，適合于市場推廣早期，對于餐盒的需求量還不算太大。另外也可設計多沖頭沖孔機，餐盒進入工位后固定不動，根據需要打孔位置確定哪些沖頭往下沖，然后整體加壓穿孔，這種方式生產效率高，但是成本也較高，當市場對于餐盒的需求量比較大的時候可以研發使用這種沖孔機。

第三是手持式掃描器的問題，必須設計制造一種騎手專用的手持式掃描器，一端用于掃描訂單上的條形碼或二維碼，另一端用于識別餐盒的打孔編碼，然后將兩者信息進行綁定，再通過網絡將信息上傳。

最后是清洗點回收識別的問題，如果采用回收柜不識別方式回收餐盒，則清洗點要能夠快速地對數千個甚至更多餐盒進行編碼識別，同樣需要設計制造專用的設備來完成此功能。

以上所列舉的技術需求，研發難度并不算大，以當前的物質技術水平，設計制造成功是完全可以期待的。

5 循環餐盒的消費群體分析

目前外賣餐盒的主要消費群體為高校、寫字樓、工業區、醫院、商業區等。高校的一次性餐盒的使用量已經達到驚人的程度，對于環境造成的不良影響已經不容小覷，推廣使用循環餐盒是很好的解決途徑，并且高校的環境相對較為封閉，更適合于循環餐盒的推廣使用，高校到了用餐的時間段，學生集中程度非常高，需要排長隊購餐，堂食壓力比較大，因而需要采用各種形式來進行分流，可以在學生宿舍區設立外賣柜，學生通過手機下單，然后由配送員將餐食放入外賣柜中，學生輸入取餐碼即可開柜取餐。宿舍區同樣需要安裝回收柜，學生用餐完畢后將循環餐盒扔進回收柜即可。高校食堂本身就有清洗設備，這就使得清洗成本也大為降低。所以說，高校最適合于進行循環餐盒的早期推廣。

對于寫字樓、工業區、醫院、商業區等處的消費群體，因為存在場地租金、客源分散等問題，配送仍然需要由騎手單個進行，回收則可以采用安裝回收柜或預約回收的方式。

6 存在的問題

這套新型打孔編碼的可回收金屬餐盒系統，推廣使用后可能存在以下問題。

顧客對于餐盒回收后，商家是否清洗能不能建立起信任度，有不少顧客對于循環餐盒是否會認真清洗消毒表示疑慮，隨著將來物聯網的建設完善，以及品牌信譽的深入人心，相信這部分顧客的疑慮能得以消除。

其次，可回收餐盒與一次性餐盒相比，雖然環保衛生，但是出餐、配送、回收、清洗各環節要多消耗人工機具，因而其單次使用成本可能會比之略有升高，并且顧客用餐完畢還需要歸還餐盒，會讓部分顧客覺得便捷程度不如一次性餐盒。隨著將來環保與健康意識的逐漸深入人心，以及各地限塑政策的逐步強化，相信可回收餐盒占據的外賣市場份額將與日俱增，最終超過一次性餐盒。

另外，還有異地還餐盒的問題，每天都有大量旅客奔波于旅途之中，這也是一個企待開發的外賣餐飲市場，能否實現在一個城市購買餐食，在旅途中用餐，然后在另一個城市歸還餐盒，這也是一個值得研究解決的問題。

7 總結與展望

隨著外賣餐飲的興起，其帶來的健康與環保問題需要去解決，外賣餐盒的綠色化、可循環化是解決的途徑之一，所設計的打孔編碼可循環金屬餐盒系統健康、環保、造價低廉、堅固耐用，有望能夠用于解決上述問題。期待在不久的將來，這種打孔編碼的可循環金屬餐盒系統能得以面世并被推廣使用。

所述打孔編碼的識別方法，不僅在外賣領域，在物聯網系統中，對于金屬類物品的自動識別，也能起到很好的借鑒作用，在物流識別領域將有可能獲得更廣泛的應用。