共享快递盒及使用方案的设计
张贡硕,陈光明,周 聪,张 鑫
（南京农业大学工学院,南京 210031）
摘 要： 作为人口大国，人们的需求促进着国内快递物流业的快速发展，但每天大量快递包裹带来了不小的负面影响，如包装污染、过度包装、包装浪费等问题层出不穷，结合可持续发展理念的深入，共享快递盒应运而生。本文主要对共享快递盒回收现状进行分析，并阐述相应折叠式结构、绿色材料以及BLE蓝牙锁的设计，提供一套与智能快递柜配合使用的方案，从而提高共享快递盒的利用率、减少资源浪费。
关键词： 共享快递盒；折叠式；绿色环保；BLE
1 引言
根据中国国家邮政局统计，截止2018年12月28日中国的快递业务量进入500亿件，连续5年位居世界第一，按2018年中国大陆近14亿人口计算，人均快递量达近36亿件，快递业务逐渐成为中国经济发展的“黑马”。2011年以来，中国快递业务量从36.7亿件增长超过500亿件，与此同时，塑料袋、胶带等难以降解的包装物料问题日益突出，污染也日渐严重，回收和再利用率不高。因此，过度包装、包装污染以及包装浪费成为亟需解决的重要问题。
随着共享经济的发展以及其理念模式在不同行业的渗透，在2017年“双11”来临之时，苏宁公司率先推出了共享快递盒。共享快递盒，即可代替纸箱进行可循环利用的周转箱。共享快递盒的投入，使得快递包装得以循环利用，节约了相应资源，若选用降解材料则绿色环保。然而在共享快递盒推广使用上仍面临诸多问题，尤其是快递盒回收上，此外，目前共享快递盒主要对3C产品进行配送，配送产品类别单一，且由相应公司进行独立配送和回收，快递盒的流动性较差。本文主要针对当下问题，在共享快递盒本身结构优化上以及使用上提供相应方案。
2 现状分析
在包装的选择上，成本一直都是商家考虑排前的问题，瓦楞纸箱因质量轻、抗压强度好、成本低等优点成为当下产品包装的首选，就2016年一整年包装箱使用量就有86亿，若有20%实现二次利用，一年即可节约17.2亿个纸箱[1]。纸箱的使用带动了密封胶带产业的发展，以2015年整年所产生的169.85亿米胶带为例，足以环绕地球425圈，这些胶带均为一次性使用，难以实现回收再利用。而塑料袋的主要材质是LDPE（低密度聚乙烯），很多是来源于生活垃圾和化工材料再加工而成，并对其中有害物质没有有效剔除，对于这类劣质材料包装，若手撕或者牙咬容易引起皮肤过敏，导致免疫力下降等，甚至会通过人体的血液循环系统影响肝肾、骨骼的功能[2]。除包装本身有一定污染上，还存在过度包装的问题。一方面，商家受利益驱使，过分夸大了包装促销的作用，从精美包装外表就开始树立自己的品牌。另一方面，特别是网上卖家，为在运输中确保产品的安全与质量，过度使用泡沫、塑料袋等填充物。尽管政府出台了一系列相应的条例与法规，但执行与监管上仍是值得优化和改善的问题。
在快件配送方面，大致可分为送货到户、委托代收、客户自提这三种形式。目前国内多以快递员送货上门，或找社区附近的代收点代收等形式为主，相较之国内正在起步阶段的自助快件柜，国外的自动化程度更胜一筹，拥有更完善的规范，如DHL智能快递柜（Packstation）和亚马逊的储存柜，相较之，国内智能柜在安装数量、收费等方面都存在有待解决的问题[3]。基于智能快件柜这种新兴的取件形式，设计一款能与之匹配的共享快递盒使用方案来相辅相成。
该系统实施后，通过制订报警管理制度并开发报警设计包，优化了报警参数设置，取消部分重复报警，并在DCS上修改了约3×103个报警点组态参数，使报警参数更加合理。另外，通过对装置PID参数整定，提高了控制回路性能，使装置运行更加平稳。该系统投用后，开展了持续的报警削减工作，DCS报警数量降幅达到50%以上，基本达到了国际标准4级水平，不仅有效预防了装置运行故障，还为各生产数据保持标准状态，优化运行设置了条件，使得生产系统各项技术经济指标得到有效提升。
一方面林下生态养鸡可充分利用林下的各种饲料资源，最大程度节约饲料成本，估算下来一只鸡从出雏到出栏整个饲养周期可以降低饲养成本50%，直接减少饲料成本10元左右；另一方面林下生态养鸡从品种选择、饲料配制、饲养方式、饲养环境到出雏时间都严格遵循林下养鸡模式进行，从而保证了出栏鸡的品质，林下养鸡模式出栏的鸡价格要比一般养殖场饲养的鸡贵，一只鸡增加收入20元。综合计算，林下养鸡模式饲养一只鸡可以比其他养殖增加直接经济效益30元，经济效益显著。
除生物降解材料外，可降解材料还有光降解以及光-生物双降解等多种降解方式，并都获得相应的实际应用。京东在快递包装上已使用近5000万个生物降解的包装袋，苏宁、顺丰等公司也在做相应研究。共享快递盒的材料选择也应该贴合绿色环保的要求，如PLA材料等均可以将其应用至该产品上，但实际的强度测试、能够循环的次数以及涉及到的成本问题等需要投入生产后一步步地进行优化和改进。快递盒的绿色化、可循环化，这不仅需要政府法律法规的支持，也不能完全甩手丢给企业公司来执行，更多的是需要增加人们的环保意识，从人们观念上来改变对于产品包装的看法，并不是拆完随手就扔掉的消耗品，更多的是应该考虑如何再利用来节约更多的资源。
科技的创新与应用，让人们的出行越来越简单化，随着二维码的广泛应用，如今出门仅需携带一部手机即可满足各方面需求，微信支付、公交乘车、租借单车等如今仅需手机扫码即可实现，而人们也逐渐习惯于这种简化形式。因此基于目前IOS与Android系统手机设备均支持BLE技术，对于将共享快递盒的锁具设计为扫码打开形式可更让广大用户接受。
3 结构优化
3.1 折叠式结构
在经历从V1.0到V3.0+HS的6个版本后，蓝牙从V4.0版本开始支持BLE（bluetooth low energy），即所谓的蓝牙低功耗技术，秉承缩小开启时间及降低功耗的主要设计理念，在一粒纽扣电池的供电下就可以工作数年之久。高可靠性，低成本、低功耗，以及快速启动和瞬间连接的特点，使BLE技术逐渐受到人们的关注。就智能家居方面，蓝牙锁已经拥有一定的应用，可以解决人们忘记或不携带钥匙的问题。而对于在一定时间内交互次数和数量较少的设备使用上可以有很好的应用前景，符合在共享快递盒上增添扫码开锁这一设计。
目前智能快递柜有多个公司品牌，如丰巢、菜鸟驿站、格格等，但智能柜开设的尺寸均大致相同，基本分为3种规则，为配合智能快递柜使用，在尺寸大小上应满足快递柜的尺寸。考虑到规则形状与尺寸的快递盒设计未能匹配各种运输品的实际大小，可给共享快递盒内壁配有类似气囊的结构，以此能够起到一定的缓冲和固定内部物件的作用，同时气囊可以通过机器快速完成充气，能够重复使用，避免了泡沫、塑料袋等难以处理的填充物的使用。
图1 市面上周转箱常使用的折叠结构示意简图
3.2 材料选择
就锁具的使用上，在用户所需寄件到达相关快递公司的配送员手中后，由配送员将物品放入快递盒内，利用锁具的管理员端服务将快递盒锁上，而系统此时会随机生成一组密码，由配送员把随机生成的密码发送至收件人手机上，收件人在收件时仅需扫描快递盒锁具上的二维码，成功完成蓝牙配对后，将配送员所发送的密码填入提示的界面内即可确认信息完成开锁指令。随机生成的密码设定为7天内有效，一方面是从安全上考虑，另一面是侧向的希望收件者能及时取走快递，缩短快递盒的一次使用周期，从而增加其循环使用能力。而因特殊原因没有能够按时完成收件的用户可以寻找客服解决相应问题。每当用户扫描二维码时是可以根据手机自带的定位获取其相关位置，再考虑到用户使用隐私的角度上，在快递盒遗失或不在指定范围内时再酌情考虑使用。同时，BLE锁具设备本地也具备记录开锁记录等相关功能以供调用，最大限度地确保用户寄件物品的安全与隐私。
因此，单单使用PE或其他塑料材料是远远不能满足绿色环保的主题要求的。越来越多研究着眼于复合材料上，可降解的材料也逐渐受到人们的青睐，高分子材料加工成形上以注塑法、挤压法、吹塑法为主，就聚乳酸/秸秆粉复合材料为例，加工时加热温度为178℃，模压压力为7 MPa，保压时间为25 s，可得到较优的综合力学性能[7]。聚乙酸（PLA）作为公认的环境友好材料，不仅生产过程无污染而且可以生物降解，可以达到绿色环保、可循环的使用要求。据有关数据统计，我国每年可生产7亿吨的秸秆，让秸秆材料作为原材料进行产品生产，可让秸秆废弃物得到二次的循环利用，解决部分焚烧秸秆等措施对环境造成污染的难题。目前秸秆材料在建筑、家具等方面均有所应用，配合秸秆独特的感性特性，让其在产品设计上彰显了绿色、低碳的生活理念，具有良好的研究价值和发展前景[8]。
根据国家统计局统计，仅仅2018年1月至5月，塑料产品的产量已达2605.8万吨。由于价格低、易获取等特点，大多塑料包装在初次使用后便废弃，循环使用效率低，造成资源浪费，若这些制品丢弃在环境中需要约200年才能降解。而即使是纸塑包装，在微生物的作用下也需要80年才能降解[6]。绿色、环保、可循环等要求伴随着法律法规也逐渐应用到物流快递业中，如《绿色包装法》就对包装的材料、处理及人体安全等方面给予全面的规范保障。
能当什么卖呢？宋娟想到了把柚子做成标本，也想到了加工成药材，但不是成本太高，就是市场不大，一个又一个想法都被无情的现实给否定掉了。
3.3 BLE蓝牙锁
在保证强度和耐用度的情况下，为便于回收和尽可能的减少所占空间，共享快递盒采用折叠式结构较为合理。目前市面上有不少折叠式的周转箱或者储物箱设计，大致结构如图1所示。然而，若定义封口数为密封一个包装箱所需的方式数量，其数值等于一个包装箱可以被打开的方式数量，那么作为频繁使用的共享快递盒，考虑到实际操作和安全隐私方面，封口数则越少越好，只有1个即为最佳。而该结构，除上盖需要锁具密封外，A、B两板也是活动板也需要锁具进行密封，因此并不适合当作共享快递盒使用。
早些年起，无人机运输就开始被考虑运用到物流配送上，亚马逊、京东、顺丰等公司都在不断进行实际配送测试并逐步完善其配送方案。相比亚马逊公司利用无人机更快更安全地把快件送到顾客手中，京东公司则是连接县级配货中心和乡村推广员站点，货物送到站点后再由推广员送到村民家中。京东的CEO认为，无人机的使用正是针对相对偏远的乡村订单量分散、配送距离远的问题[4]。但无论无人机能否成为未来的主流配送方式，眼下短期内是无法成为主流，就配送不同地区涉及到的成本等问题都是商家需要关注的焦点，但就规则的共享快递盒是完全可以匹配无人机的配送，若将快递盒固定于无人机上则可解决快递盒回收的难题，从而增加快递盒的可循环利用能力。
随着塑料的广泛应用，塑料产品已经渗透到各行各业中。常见塑料类型有PVC、PP、PE等，考虑到PVC材料包装对于食品易产生危害，故其并不适用于共享快递盒上。在设计上壁厚的选择起很大作用，太薄会造成产品刚性和强度不足，容易受力后变形甚至破坏导致不能再次使用，而壁厚过大除了浪费材料外，会增加成型周期，容易产生气泡、缩孔等缺陷。单以PE材料作参考为例，推荐壁厚在0.6至3.2毫米[5]。
4 方案设计
图2所示的即为本文提供的共享快递盒与智能快递柜配合使用的流程，将不仅限于单个物流公司内部的派送和回收，而且可以在无人监管的情况下得以投放使用，锁具的设计也是为了能够减少人工的参与，确保安全的同时增加快递盒的利用率。用户寄件时只需将物件通过网上下单后存放至智能柜内等待配送员上来取件，或者到相关快递公司交至配送员手中，配送员打印出订单信息将其插入快递盒盖的相应位置，利用锁具的管理员端服务将快递盒锁上，并把随机生成的密码发送至收件人手机上，以此完成寄件。
合理的乡村旅游组织模式，对平衡各参与主体的利益，提高当地的组织化程度和契约水平，促进当地乡村旅游的可持续发展具有重要意义。岭上花开乡村旅游专业合作社目前面临的主要问题是管理缺位，村民还是处于原子化状态，村民对专合社的认识较少、认同感较低，仍然更信任村委和村上精英。对此，建议将村集体经济组织、文化精英和经济精英吸收进专合社。通过经济组织与社会组织耦合的方式，保障村民和村集体经济组织在专合社中的主体地位，提高村民对专合社的认同和信任，真正有效地把村民带动起来。
(3) 当同步的上一层时钟设备是双套的情况下，如果相互之间偏差超过50 ms，那么必须停止其中一台时钟设备提供时钟源，以免影响下一层设备时钟同步。
配送时，配送员也可以选择送货上门并当场回收快递盒的方式，但该方式存在收件人不在，部分市民不愿归还快递盒以及快递员没空回收等诸多难以解决的难题，因此本文提出另一种可供参考的方案，即将快递盒存入智能快递柜内来让用户自行取放，对于该方式在快递盒的回收上需要提前进行如下的措施：（1）事先与智能柜公司合作开设部分柜子专门存放此种共享快递盒，采用快递盒上装有感应芯片与柜内感应装置相匹配的方式来确定快递盒是否在柜内；（2）在智能柜操作界面上设置一个“归还快递盒”的服务，以便用户取完后归还快递盒，归还时有一定的时间限制，超时将采取收取额外费用等措施；（3）用户在扫码开锁时需先缴纳押金，或者能与某公司平台合作，满一定的信用值同样可免去缴纳押金的手续等方式。
为避免快递盒被恶意占用不进行归还等不便于回收的现象，文中提供的整体操作方案对于广大用户使用仍略显复杂，因此对操作流程上仍需进行优化和改善。
图2 快递盒使用的总体流程图
5 结语
本文通过现有的国家标准、政府相关政策及快递包装问题等多角度的考虑，给出了一种快递盒产品的设计和一套可供参考的使用方案，更多的是理念的设计以及主流技术在潜在涉及领域的应用构想。而此方案仅是参考当下的运营模式而设计的，若投入使用定会有细节问题需要考虑，而且单种共享此快递盒并不能装载所有类别的物件，对于特殊物件的运输，如海鲜等需另外特殊设计与处理。此外，共享快递盒的应用需要从使用者到生产商、到快递公司，乃至整个社会等多方面地共同推动。本文在共享快递盒材料选择上及BLE蓝牙锁设计上，提供了一种对产品智能化及绿色设计要求的参考方案，实际运行可根据生产价格、强度要求等一些未确定因素进行调整。
参考文献：
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[5]韩玲.关于塑料产品的结构设计及材料成型注意事项[J].机电产品开发与创新,2018,31(04)：92-93+104.
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[7]刘玮,赵瑛,陈锐.基于秸秆材料的产品创新设计探析[J].包装工程 ,2011,32(24)：41-44.
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DOI： 10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.002
基金： 江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目（201810307049Y）
作者简介： 张贡硕（1998-）,男,江苏南京人,本科,研究方向：机械设计。
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