一種可伸縮式智能共享快遞盒的研究設(shè)計(jì)*

任加祺，馮國紅，李娟蕓，賀增民

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

電商行業(yè)的高速發(fā)展帶來了大量快遞包裝問題。有數(shù)據(jù)顯示，在我國特大城市中，快遞包裝垃圾增量已占到生活垃圾增量的93%，部分大型城市也已達(dá)85%～90%，快遞包裹減負(fù)勢在必行[1]。2020年，我國快遞業(yè)務(wù)量超過800億件，占全球包裹總數(shù)的50%以上[2]。大量的包裝需求給社會(huì)帶來巨大的資源負(fù)擔(dān)和環(huán)境壓力。因此，基于綠色環(huán)保理念的共享快遞盒應(yīng)運(yùn)而生。

2019年6月5日，京東物流發(fā)布 “綠色物流成績單”，該成績單顯示京東物流的可循環(huán)快遞箱——青流箱已經(jīng)在全國近30個(gè)城市投放超1 000萬次；投放的可循環(huán)生鮮保溫箱已經(jīng)減少1億個(gè)泡沫箱的使用；紙箱回收已超540萬個(gè)[3]。蘇寧2018年推出“青城計(jì)劃”；2019年大力推行的循環(huán)包裝、可降解材料在物流鏈中落地；2020年又圍繞 “新基建”積極推動(dòng)5G物流倉等項(xiàng)目建設(shè)落地，持續(xù)通過新技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)綠色物流建設(shè)[4]。

目前市場上共有4種共享快遞盒，分別是順豐共享快遞盒、京東共享快遞盒、蘇寧共享快遞盒1.0和蘇寧共享快遞盒2.0[5]。順豐共享快遞盒的材料以編織布為主，其尺寸類型有8種，密封方式為使用拉鏈封箱，內(nèi)部緩沖設(shè)置為雙箱組合式，并用伸縮帶加以固定。京東共享快遞盒的材料為熱塑性樹脂，其尺寸類型有4種，密封方式為使用一次性封箱扣。蘇寧共享快遞盒1.0的材料為塑料，其尺寸類型有2種，密封方式為使用包裝膠帶[6]。蘇寧共享快遞盒2.0是在1.0基礎(chǔ)上的升級優(yōu)化，采用環(huán)保高科技材料，密封方式為使用一次性封箱扣[6]。本文綜合考慮結(jié)構(gòu)、材料、回收流程等因素，設(shè)計(jì)了一款可伸縮式智能共享快遞盒。

1 整體方案設(shè)計(jì)

該共享快遞盒的整體設(shè)計(jì)包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)嵌屏幕設(shè)計(jì)、回收模式設(shè)計(jì)以及易碎品保護(hù)設(shè)計(jì)。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括可伸縮性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、開關(guān)處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減震件設(shè)計(jì)。通過可伸縮性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該快遞盒能夠用于不同體積的商品包裝，實(shí)現(xiàn) “一盒多用”的功能，達(dá)到節(jié)約材料的目的；開關(guān)處使用智能鎖，其與舵機(jī)配合可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開鎖的功能；在盒體和盒蓋上設(shè)置加強(qiáng)肋來增強(qiáng)快遞盒整體的強(qiáng)度，達(dá)到減震的目的。

在內(nèi)嵌屏幕設(shè)計(jì)方面，設(shè)置單個(gè)屏幕，通過盒上的轉(zhuǎn)換開關(guān)切換屏幕，屏幕可顯示取件碼、物流信息和開鎖識別條形碼等不同內(nèi)容。

在回收模式設(shè)計(jì)方面，主要是通過手機(jī)端的微信小程序進(jìn)行監(jiān)督回收，運(yùn)用獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制相結(jié)合的方式，提高用戶自主歸還快遞盒的積極性。同時(shí)，結(jié)構(gòu)可適當(dāng)簡化，方便回收。

在易碎品保護(hù)設(shè)計(jì)方面，可以通過設(shè)置可循環(huán)使用充氣囊保護(hù)易碎品?？爝f盒整體方案設(shè)計(jì)的技術(shù)路線見第117頁圖1。

圖1 技術(shù)路線圖

2 材料選擇

在材料選擇方面，作為通用材料的一種，聚丙烯被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，具有適用溫度范圍廣、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)[7]。而且，它在再資源化技術(shù)方面比較成熟，具備良好的機(jī)械性能和高耐磨加工性能[8]。因此，本文擬選用聚丙烯材料用于共享快遞盒。

3 結(jié)構(gòu)與屏幕設(shè)計(jì)

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該共享快遞盒主要由U形底座、內(nèi)盒體、側(cè)箱、外盒罩四部分組成，見圖2。U形底座的上端固定連接內(nèi)盒體；內(nèi)盒體的前后表面均固定連接側(cè)箱；內(nèi)盒體的外側(cè)滑動(dòng)套設(shè)有外盒罩；兩個(gè)側(cè)箱內(nèi)均轉(zhuǎn)動(dòng)連接豎向設(shè)置的螺桿，兩個(gè)側(cè)箱的左右表面均貫穿滑動(dòng)連接連桿，外盒罩的下端兩側(cè)均固定連接升降桿，兩對連桿分別與兩個(gè)升降桿的下端兩側(cè)固定連接。該共享快遞盒不僅具有可伸縮性，可調(diào)節(jié)內(nèi)部存放空間，而且使用起來更加方便，可節(jié)約人力資源成本，值得進(jìn)行市場推廣。

圖2 共享快遞盒整體結(jié)構(gòu)圖

3.2 組件設(shè)計(jì)

3.2.1 可伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使兩對連桿向上移動(dòng)，兩對連桿向上移動(dòng)可帶動(dòng)兩個(gè)升降桿向上移動(dòng)，從而帶動(dòng)外盒罩向上移動(dòng)，使快遞盒的內(nèi)部空間發(fā)生變化。其伸縮結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 伸縮結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2 加強(qiáng)肋的設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)體懸出面過大或跨度過大的情況，結(jié)構(gòu)件本身的連接面能承受的負(fù)荷有限，因此在兩結(jié)合體的公共垂直面上增加一塊加強(qiáng)板，俗稱加強(qiáng)肋，見圖4。

圖4 盒體加強(qiáng)肋

3.3 屏幕功能設(shè)計(jì)

本文擬在盒體內(nèi)嵌單個(gè)屏幕，通過盒上的轉(zhuǎn)換開關(guān)切換屏幕，可顯示取件碼、物流信息和開鎖識別條形碼等不同內(nèi)容。在設(shè)備選擇方面，單片機(jī)選用STM32F103，硬件電路板選用STM42Z1T6。本文擬通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多種功能，即快遞員可通過遙控器和單片機(jī)的藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)取件碼輸入功能；用戶找到快遞對應(yīng)的取件碼后，可用手機(jī)掃描條形碼，單片機(jī)收到掃碼信息，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)舵機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)開鎖。系統(tǒng)原理見圖5。

圖5 系統(tǒng)原理圖

4 程序開發(fā)

為了便于共享快遞盒的回收，本文提出設(shè)計(jì)一款小程序，實(shí)施獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰機(jī)制相結(jié)合的管理模式，即用戶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)歸還快遞盒，可獲得一定的獎(jiǎng)勵(lì)積分；未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)歸還快遞盒，則會(huì)扣除一定的積分。當(dāng)用戶的積分達(dá)到規(guī)定數(shù)額時(shí)，可獲得一些實(shí)質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)，該小程序還可與其他行業(yè)企業(yè)進(jìn)行合作，為用戶提供多樣化的獎(jiǎng)勵(lì)服務(wù)，提高用戶使用的積極性。

5 結(jié)束語

共享快遞盒不僅是共享經(jīng)濟(jì)下的一個(gè)產(chǎn)物，更是物流包裝向綠色、智能、可循環(huán)使用發(fā)展的方向。本文基于工業(yè)工程 “不斷優(yōu)化” “精益求精”的思想，對現(xiàn)有智能共享快遞盒進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的新型可伸縮式智能共享快遞盒具備可循環(huán)使用、無貼紙、無膠帶、智能開鎖等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性較強(qiáng)，可解決高校等場所快遞多、快遞點(diǎn)亂、快遞不上門等問題。該快遞盒可實(shí)現(xiàn)寄取件過程的智能化、無人化，最大化踐行 “循環(huán)再利用”的綠色環(huán)保理念。