專業(yè)認(rèn)知數(shù)字化掃描智能存取快遞機(jī)的研究

鄧建吉，秦 晴，段海龍

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 自動化與電氣工程學(xué)院，天津 300222）

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)和互聯(lián)網(wǎng)信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電子商務(wù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為當(dāng)今各類業(yè)務(wù)之間貿(mào)易的一種重要方式。我國的快遞運輸行業(yè)，其作為最近幾年新興起來的一個行業(yè)，更是獲得了飛速發(fā)展。然而，快遞產(chǎn)品的末端投送服務(wù)系統(tǒng)卻未能夠跟上產(chǎn)品投送行業(yè)變革的腳步，快遞仍然需要依賴大量的人力才能去定點投送，普遍出現(xiàn)響應(yīng)速度慢、成本高和服務(wù)質(zhì)量低劣等問題。依靠人工智能技術(shù)的進(jìn)步，社會上許多傳統(tǒng)服務(wù)范圍內(nèi)的產(chǎn)品和設(shè)備均已實現(xiàn)了無人化、智能化和自動化。并且新冠肺炎疫情的爆發(fā)，傳統(tǒng)快遞投送服務(wù)在進(jìn)行快遞投送時，不能避免人與人之間的接觸，在這個特殊時期，會降低安全性，不利于疫情的防護(hù)和控制。專業(yè)認(rèn)知數(shù)字化掃描智能存取快遞機(jī)的提出就是針對疫情特殊時期快遞末端的“無接觸配送”，解決了配送難的問題。

1 項目研究背景

2019年末一場摧殘全國的新型冠狀病毒肺炎疫情，使得大多數(shù)線下商業(yè)一夜之間休業(yè)。人們蝸居家中，線上商業(yè)反倒迎來了想象不到的發(fā)展。網(wǎng)購也成了人們生活中必不可少的一部分，與此同時線上商業(yè)的爆發(fā)增長帶動了快遞服務(wù)業(yè)的迅速增長，特殊時期派件員的工作安全性降低，為了保證派件員與顧客的安全，減少接觸，響應(yīng)“無接觸配送”的新型物流服務(wù)方式，阻斷傳播，加強疫情防控，該項目應(yīng)運而生。隨著《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)電子商務(wù)與快遞物流協(xié)同發(fā)展的意見》的頒布，快遞末端成為重中之重，顯而易見在這場疫情攻堅戰(zhàn)中智能快遞柜成為了“主角”，智能快遞柜順應(yīng)了時代的發(fā)展需求，是一個擁有巨大市場的項目?？爝f機(jī)伴隨著當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)可以使整個快遞行業(yè)發(fā)生翻天覆地的變化，從量變到質(zhì)變，從人力運輸?shù)綑C(jī)械自動化存取，這將是21世紀(jì)能夠改變整個世界快遞投送的格局，將智能存取快遞推向時代的潮流[1]。

2 市面上快遞投送所存在的問題

（1）快遞柜和快遞站點存儲規(guī)格一致，儲存空間有限?？爝f站點的儲存空間有限，所能存放的貨架和貨架上存放包裹的數(shù)量都受到了限制，因為空間有限，就會導(dǎo)致顧客取快遞時造成擁堵，極大地影響了取快遞的效率，浪費顧客的時間。市面上的快遞柜存儲快遞的格子普遍是大小統(tǒng)一的，這就使得有些大號的快遞不能存放進(jìn)去，而小號的快遞存放的時候卻占用大號的格子，這就會讓快遞柜的儲存空間得不到合理利用，浪費空間的同時還不能適應(yīng)各種快遞大小，十分不方便。

（2）投送快遞費時費力，還有較高的投錯率?？爝f點每天會收到大量的包裹，員工會統(tǒng)計包裹的數(shù)量，將包裹放置于貨架上，且需要手動掃描包裹的條形碼獲取包裹信息，打印出取貨碼粘貼到包裹上，并將取貨碼編輯信息發(fā)送給顧客。費時費力，且都是重復(fù)的單一性工作，枯燥乏味容易疲勞，很容易發(fā)生錯誤，從而產(chǎn)生包裹延誤、丟失、誤拿和錯拿等問題。耗費大量的人力物力，仍有較高的錯誤率。

（3）快遞站點不可以全天工作。由于快遞站點員工需要休息和快遞站點經(jīng)營的經(jīng)濟(jì)性，因此并不能全天候值守，快遞驛站普遍下班比較早，部分晚班下班的人由于驛站關(guān)門就不能再去驛站取快遞，且在大多數(shù)如同“雙十一”的這種大型網(wǎng)絡(luò)購物時期，快遞驛站不能全天候服務(wù)，會使很多人無法及時取到快遞，人們對于快遞站點的滿意度較差。

（4）在新冠肺炎疫情的特殊時期，不利于疫情防控。傳統(tǒng)快遞普遍采用面對面上門配送或者驛站取件的配送方式，并不能減少人與人之間的接觸，反而大大增加了病毒通過人與人直接或者間接接觸導(dǎo)致人們感染新型冠狀病毒的概率，非常不利于疫情的防控[2]。

（5）不能適應(yīng)商品的多元化。在對人們疫情居家購買的商品種類的統(tǒng)計分析中，發(fā)現(xiàn)從商品的屬性上看，可以分為以下3大種類。第一類是保存時對溫度沒有要求的，存取時間也要求不高的常溫商品，如服裝衣服、電子產(chǎn)品和洗護(hù)用品等；第二類是要求低溫儲存的商品，如海鮮水產(chǎn)、蔬菜水果和速凍食品等；第三類是要求保溫存儲的，短時間的存儲的保溫商品，如外賣食品、餐飲食物等。傳統(tǒng)的快遞站點和快遞柜，并不能對商品的多元化進(jìn)行適應(yīng)，很多低溫商品沒有在低溫環(huán)境存儲十分容易損壞，還有外賣食品不進(jìn)行保溫的話也很影響食用體驗感。

（6）盈利方式單一，投入成本高，虧損嚴(yán)重。從現(xiàn)有的發(fā)展?fàn)顩r來看，一般一臺智能快遞柜的運營維護(hù)費用在10萬元以上，雖然智能快遞柜的市場占有率不斷的提高，但現(xiàn)在快遞柜運營商的商業(yè)模式比較單一，收益方式大都是快遞員派件收費、攬件收入和用戶寄件的單一盈利模式；而成本在場地占用以及維護(hù)成本、廣告等方面投入比較大，投入和收入不成正比，這就出現(xiàn)一個智能快遞柜經(jīng)營成本高，連年虧損的局面。在快遞柜的提出初期，快遞柜是免費存放的，但是長久下來，用戶養(yǎng)成了習(xí)慣，再加上快遞柜可以無限期的免費存放，用戶就長期占用快遞柜不取快遞，導(dǎo)致快遞柜的使用率和周轉(zhuǎn)率非常的低。因此為了提高快遞柜的利用率和周轉(zhuǎn)率，同時也為了減少維護(hù)費用，收回成本，快遞柜經(jīng)營商（如：豐巢）逐漸推出快遞寄存延時收費制度，但是絕大部分人不贊同這個做法，紛紛抵制和拒絕使用快遞柜。使得快遞柜經(jīng)營減負(fù)變得困難，維護(hù)成本依舊居高不下，虧損嚴(yán)重。

（7）不能與“無人配送”技術(shù)融合。全國各地很多高校和社區(qū)，都出現(xiàn)了智能配送機(jī)器人送貨的影子，但是市面上一般的快遞柜都不能和智能配送機(jī)器人完美融合，快遞柜不能將要配送的包裹給智能配送機(jī)器人，也沒有辦法為機(jī)器人提供充電服務(wù)，導(dǎo)致不能完美融合。

3 工作流程

（1）快遞員接到通知將快遞包裹運送到指定的快遞機(jī)。

（2）包裹經(jīng)過掃描系統(tǒng)識別，存儲進(jìn)入儲物倉庫。

（3）系統(tǒng)編輯信息發(fā)送給顧客，告知其取貨碼。

（4）顧客輸入取貨碼跟手機(jī)號，包裹從儲物倉庫取出。

4 專業(yè)認(rèn)知數(shù)字化掃描智能存取快遞機(jī)的原理

當(dāng)有包裹被投遞到快遞機(jī)時，派件員將快遞包裹放入放貨口時，二維碼條形碼掃描模塊掃描包裹的條形碼，識別并讀取包裹對應(yīng)的顧客信息傳輸給控制模塊轉(zhuǎn)化生成為取貨碼，通過短信息服務(wù)將信息發(fā)送給客戶，同時機(jī)械系統(tǒng)將包裹運送到儲物倉庫；當(dāng)客戶取包裹的時候，輸入手機(jī)號碼和取貨碼便可取貨，取貨裝置自動取貨[3]。快遞自動存放流程圖如圖1所示。

圖1 快遞智能存放流程圖

5 專業(yè)認(rèn)知數(shù)字化掃描智能存取快遞機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

快遞機(jī)分為地上和地下部分，地上主要是控制裝置，地下主要是儲物倉庫。整體外觀是一個圓柱體，快遞機(jī)地上部分的頂端可以根據(jù)地域情況酌情考慮安裝太陽能電池板，為快遞機(jī)的運行提供電量。其次，地上部分還可以根據(jù)需求加裝智能配送機(jī)器人的充電樁、自動售賣機(jī)以及LED的廣告顯示屏。

總體結(jié)構(gòu)由兩部分構(gòu)成，硬件部分和軟件部分。

硬件部分：

（1）條形碼掃描器和紅外線傳感器。

條形碼掃描器：通過條形碼掃描器掃描快遞包裹上的條形碼，得到顧客的聯(lián)系方式以及快遞單號等信息。

紅外線傳感器：通過紅外線傳感器掃描包裹的體積信息，通過控制系統(tǒng)將包裹的體積與相應(yīng)的存儲倉庫匹配，并且系統(tǒng)編號并記錄位置。

（2）機(jī)械運送裝置。

中間部分為絲杠和導(dǎo)軌、齒輪組、中空旋轉(zhuǎn)平臺共同控制的送貨平臺，四周是放置快遞包裹的貨架。

其中送貨平臺具有可以伸縮的叉子，當(dāng)包裹經(jīng)進(jìn)貨口進(jìn)入送貨平臺時，會放置在叉子上，根據(jù)系統(tǒng)控制將快遞包裹運送到指定的貨架位置。絲杠和導(dǎo)軌一起控制送貨平臺的升降，齒輪組和中空旋轉(zhuǎn)平臺控制送貨平臺的旋轉(zhuǎn)和叉子的伸縮[4]。機(jī)械裝置絲杠如圖2所示。

圖2 機(jī)械裝置絲杠圖示

貨架有很多的規(guī)格（依據(jù)包裹的體積分為大、中、小三種規(guī)格），從更大限度的利用空間，還可以將包裹根據(jù)體積大小分類，便于存放。并且每個格子是相對獨立的，可以根據(jù)相對應(yīng)的商品要求，改進(jìn)成低溫存儲格子或者保溫存儲格子，以適應(yīng)不同商品的要求。

（3）消毒殺菌系統(tǒng)

噴霧消毒殺菌裝置由水泵、紅外線感應(yīng)器和電氣開關(guān)等器件構(gòu)成，紅外線感應(yīng)裝置識別包裹快遞的裝置通過來控制水泵的開啟以噴灑消毒液。

軟件部分：

控制中心。控制中心由單片機(jī)和PLC構(gòu)成。利用已經(jīng)編寫好的程序通過電機(jī)的轉(zhuǎn)速來驅(qū)動機(jī)械運送裝置[5]。

6 專業(yè)認(rèn)知數(shù)字化掃描智能存取快遞機(jī)的創(chuàng)新點

（1）具有各種規(guī)格的儲物格子，能夠適應(yīng)快遞商品多元化。儲物倉庫中可以分為大、中、小三種儲物格子，可以適應(yīng)不同的商品尺寸規(guī)格，且每一個儲物格子都是相對獨立的，可以根據(jù)不同的商品種類，設(shè)置成不同的儲物格子，如加上低溫裝置就變成了低溫儲物格子、加上保溫裝置就變成了保溫儲物格子，這樣就能最大化的利用各種儲物空間，提高儲物格子的利用率。

（2）節(jié)省了勞動力，提高了工作效率，降低了出錯率。實現(xiàn)了全是機(jī)械自動化控制快遞包裹存取，解放了生產(chǎn)勞動力，節(jié)約了大量的人力資源。因為是機(jī)械控制，不存在由于單一枯燥工作出現(xiàn)疲勞出錯的情況，從而降低了出錯率且極大地提高了工作效率。由于快遞機(jī)可以搭配無人配送快遞車，可由無人設(shè)備取代傳統(tǒng)的人工模式來負(fù)責(zé)相關(guān)區(qū)域的包裹收集配送，對比現(xiàn)在的人工模式可以解放勞動力，同時可以降低成本，減少重復(fù)勞動提高配送效率。

（3）快遞機(jī)可以全天候服務(wù)?？爝f機(jī)可以全天候運轉(zhuǎn)，不需要人力運作管理，這就使得人們什么時候都可以來快遞機(jī)取快遞，方便很多晚班工作的人們?nèi)】爝f，進(jìn)而提高滿意度。由于收件人不能每天都在家等著快遞的到來，當(dāng)出現(xiàn)收件人不方便取快遞的情況時，快遞員可以在經(jīng)得收件人的同意后放到快遞機(jī)里，快遞機(jī)可以全天候服務(wù)，當(dāng)收件人方便時可以去快遞機(jī)自行取快遞，這樣就解決了配送時間不對應(yīng)的問題，十分方便，不占用雙方時間。

（4）全封閉結(jié)構(gòu)。“無接觸配送”便于疫情防控，也提高了安全性保護(hù)了隱私性。整個快遞機(jī)采用全封閉式結(jié)構(gòu)，避免了人與人之間的接觸，能夠在疫情防控的這個特殊時期內(nèi)很好地解決所出現(xiàn)的問題，加強疫情防控；由于是全封閉式結(jié)構(gòu)，從而也提高了包裹的安全性，極大地降低快遞被偷的幾率。收件人都是通過取件碼取件，快遞機(jī)的封閉式結(jié)構(gòu)，可以使得包裹在被取出之前極大的保護(hù)用戶的隱私，維護(hù)用戶的權(quán)利。

（5）空間利用率高，占用資源少。在一些大城市的社區(qū)中存在快遞暫時存放柜一排排的矗立在那里，在快遞少或者沒有的情況下，浪費了大量的土地資源，在大城市中公共土地的開發(fā)費用越來越高而且在開發(fā)時利用率還很低，這樣可使用的公共面積就更加少了，這種現(xiàn)象在一、二線城市尤為突出，而傳統(tǒng)方式的快遞柜卻占用了大量的土地資源，導(dǎo)致土地資源緊張，所以說充分利用快遞柜占用的那部分面積就很重要，專業(yè)認(rèn)知數(shù)字化智能存取快遞機(jī)是地上地下兩部分，使其占用的面積較小，相對于傳統(tǒng)的快遞柜來說更適合有這種情況的一、二線城市[6]。

（6）帶動其他產(chǎn)業(yè)聯(lián)動發(fā)展?？爝f機(jī)能夠很好的減少快遞的丟失，減少業(yè)主糾紛，有利于規(guī)范包裹管理，減少物業(yè)的負(fù)擔(dān)。同時快遞機(jī)可以加裝智能配送機(jī)器人的充電樁、安裝太陽能發(fā)電板、廣告屏以及自動售賣機(jī)，實現(xiàn)更好的商業(yè)轉(zhuǎn)化改變單一的盈利方式，發(fā)揮數(shù)字化快遞物流設(shè)備的綜合價值。

7 結(jié)論

綜上所述，專業(yè)認(rèn)知數(shù)字化掃描智能存取快遞機(jī)，順應(yīng)了時代的發(fā)展，能夠在疫情防控這個特殊的時期起到巨大作用，展現(xiàn)“無接觸配送”，是一個具有巨大市場潛力的項目。