“互联网+”智能物流快递柜的分析与设计1

宋 媛，殷 辉，方 杰

（1.合肥学院 管理系，安徽 合肥 230601；2.安徽电信规划设计院有限公司，安徽 合肥 230031）

随着现在城市发展，交通存着严重的拥堵，物流服务又转向提供多样性、个性化需求以及企业的小批量、多批次的效果以降低库存量，从而对于末端物流提出物流服务模式与效率以及装备、技术的改变。末端物流需要网络的构建作为基础［1］，国际上有一种想法是把零售网点布局到所需要的区域，然后再拓展至快递业务。例如日本在便利店设有收发快递的站点。UPS和联邦也涉猎零售业务，包含日常物品销售外还进行快递业务的处理。我国末端物流不仅要考虑配送线路规划、网点合理布局、时间的限制程度等，电商带来的冷链物流、即时物流等特殊需求的配送对现代物流的发展也带来了新要求，从而智能快递柜开始在各大城市普遍出现。

一、智能物流快递柜的研究

对于末端物流的服务现有的解决办法是：自建物流中心、把配送站建在小区旁边、聘专业人士提供上门服务、整合物流闲散资源提供快速服务、线上替人排队线下提供服务、建立物联网、智能投递箱等方法［2］。2001年德国的DHL开发的Packstation自助取货系统能够为用户提供自助取货服务。其他国家的快递柜形式有美国的Amazon Locker、加拿大的Buffer Box和日本的电子收货柜等［3］。国内，智能物流快递柜刚刚起步，还有很大的发展空间。范良松分析了广州地铁集团有限公司发展智能快递柜项目的可行性，为进一步探索经营模式、提升经营能力提供思路，将智能快递柜应用到地铁站中［4］。邹恒涛重点在于分析智能快递柜系统的总体系统结构，分解了智能快递柜终端和智能快递柜服务器端的功能，通过选用Smart210开发板作为目标硬件平台，其中Smart210开发板是基于ARM Cortex-A8的内核，从而设计了智能快递柜的终端系统［5］。王嘉琦、邹恩提出了要制定智能快递柜的标准，并且对超期物品收取一定的管理费用，引导消费者对公共设施等资源应该合理使用［6］。张大成基于现阶段社区终端物流配送问题，提出城市社区物流服务共同化体系，为了促进社区物流的发展，建议推广智能快递柜的使用［7］。尚玉冰等研究了智能快递柜在服务过程中存在哪些影响顾客满意度的因素，通过问卷调查与结果分析，得到影响顾客满意度最高的指标是快递柜的可靠性，也就意味着顾客最关注快递柜的基本功能［8］。国内智能快递柜的研究主要围绕快递柜的应用方面，从应用的领域到智能快递柜的终端系统设计方面，肯定了智能快递柜的使用能够从一定程度上解决快递业务的问题，同时也发现其存在的一些问题，例如收费标准、盈利方式与管理等。因此，针对智能快递柜的一些问题进行了问卷、实物调查与分析，结合未来物流业的发展方向设计了新型的智能快递柜，并且在智能快递柜的管理方面进行了优化选址，从而提供更好的服务。

二、智能物流快递柜的市场调查与分析

（一）智能物流快递柜问卷调查分析

以调查居民的末端物流服务需求为出发点，调查时间从2016年6月开始到2016年10月结束，问卷的对象为合肥市经开区的居民，采用网络填写问卷和发放纸质问卷的方式进行调查，回收有效问卷648份，主要目标是了解用户的使用体验以及快递柜的市场需求情况。此次问卷调查具有普遍适用性，有效问卷回收率达到98.33%。在问卷结果中显示，99.85%的人都收取过快递。说明绝大多数的人生活中会有收取快递的情况，比较普遍。已有的快递的方式能够满足大部分人的基本需求，但是还有提升服务效果的空间。有61.05%的人听说过智能物流快递柜，但是真正使用过的只有21.17%，说明智能物流快递柜还不能达到普及使用的效果，或者说普及率较低。不管用或者没有用过快递柜的用户，如果有一个可以安全存放快递物品又具有多样功能的智能物流快递柜，有69.86%的人会使用，23.96%的人会考虑使用。这样看来，用户市场与潜在用户市场还是空间很大的，有良好的市场前景。对于快递柜的操作问题进行了一些调查，将存取快递的操作分为二维码扫码式、刷卡式、自带锁式、人工管理式、短信密码输入式这几种。用户选取最多的是短信密码输入方式，可能这种方式也是日常快递柜使用最多的、用户也比较能够接受的。二维码扫码方式也越来越普遍，特别是年轻人会更容易接受、使用更得心应手。42.19%的人对于快递柜收费的态度是不接受的，36.94%的人是处于中立状态，会根据自身情况或者当时情况来判定接受或者不接受，20.87%的人是接受收费的。对于这个问题要看如何去看待这个快递柜服务了，如果从企业盈利角度来看，快递行业的增值服务肯定是想多盈利的；如果定位为公共社区服务像信箱一样，就可以从便民福利的角度去设置就应该不收费或者尽量少收取费用。对于收费标准，69.09%的人还是支持免费，30.91%的支持快件到达存取柜在24小时到48小时之内收费。87.33%的用户是愿意获得新资讯的，说明用户在使用快递柜的时候希望不仅能够存取快递还希望能够获得一些其他的增值服务，功能性的多样化才能够满足用户的需求，这也是以后智能物流快递柜发展的方向。

（二）智能物流快递柜的使用调查

对部分小区现已有的、并且常用的一种快递柜进行调查，测量了柜子的长、宽和厚度。如果是同一品牌的智能物流快递柜，尺寸基本一致。智能物流快递柜也根据快递件的需求来设计柜子的尺寸，大尺寸与最小尺寸的箱子数量最少，对于中型尺寸的箱子数量最多，说明特大或者特小的快递物品比较少，一般都是中等尺寸的快递物品。

现有普遍使用的智能物流快递柜平面示意图如图1所示，平面图上标明了各个箱子的尺寸（长*宽）。总体上归类为四种存储箱子：最大尺寸的箱子有6个（42 cm*40 cm），中型箱子有22个（42 cm*22 cm），长条形箱子有22个（42 cm*10.5 cm），最小型箱子有12个（25 cm*10.5 cm）。柜子的厚度均为55 cm。智能物流快递柜的箱子数总计为62个。通过这些数据测算后，柜子储物空间大小（长*宽*厚度）根据箱子空间从大到小排列，分别为92.4立方米，50.82立方米，24.255立方米，14.4375立方米。

图1 现有普遍使用的智能物流快递柜平面图

（三）智能物流快递柜的规划问题（以某小区为例）

1.末端物流服务单一，不能满足小区用户的多种服务的需求。用户平时除了存取快递外，对日常生活的需求还可以通过末端物流服务的方式来满足。如果新设计一种智能物流快递柜可以提供除快递外的日常服务，能够实现用户在存取快递的同时也可以满足用户其他的生活需求。

2.智能物流快递柜的摆放位置不佳带来用户使用的不便利。某小区总共有8栋住宅楼，出入口有2个，分别位于北侧门和西侧门。某小区平面简易图如图2所示，根据快递需求情况进行快递柜安放位置选址。一般小区都会将快递柜安放置在小区出入口处，但是只在某一个出入口安放，比如此小区就将快递柜安放在西门，这样放置是否合理？对于不从西门进出、经常从北门进出的住户，快递柜的位置就有些不合理，因为在他们回家的路上需要多出一部分的路程来取快递。比如1、4、6、7栋楼的住户，如果经常出入北门的话，去快递柜取物品就会非常麻烦，路程多出很多。所以，考虑是否应该合理安排一下快递柜的存放位置使得所有用户获取快递柜的服务都很方便。从这个角度考虑，可以运用集合覆盖模型来解决一个快递柜的重新安放选址问题。

图2 某小区平面简易图

三、“互联网+”新型智能物流快递柜的优化设计

（一）设计新型智能物流快递柜

1.新型智能物流快递柜的功能设计

为了提高智能物流快递柜的空间利用率以及为用户提供更多的居民服务，“互联网+”的环境下对快递柜进行了一系列的扩展功能设计。现在市面上已经有了技术比较成熟的智能物流快递柜。例如可以通过快递柜的智能终端选取服务，一般提供的服务都是以快递柜的智能终端为平台，加上“互联网+”为支撑，提供一些在线预订，线下上门的服务。现有的一些快递柜智能终端可以提供预订洗车、洗衣服等服务。除此之外，路边的报刊亭、自动售货饮料机等这类日常设施是否可以与智能物流快递柜相结合，让智能物流快递柜变得多功能化，提供更多更便捷的生活服务。对于物流物品的属性不同，采用的装备与技术也不同，将末端物流服务产品分成“常温”与“低温”两类。对于“低温”类产品采用冷链模式，需要“低温”环境的生鲜类物品一般通过在快递柜上安装压缩制冷设备来提供“低温”环境短暂保存物品［9］。

经过上述思考，秉着为大众提供更多更便捷服务的宗旨，设计出一种新型的多功能智能物流快递柜。具体平面结构如图3所示，三维效果图如图4、图5所示，从不同视角展示了未来新型智能物流快递柜的新颖设计。未来新型智能物流快递柜的设计总共由四个部分组成：一面为常规的智能物流快递柜，方便用户存取快递；一面为自助饮料机，用户可以自助选取购买饮料；一面为自助杂志、报刊机，使用原理可同自助饮料机，投币选择自己需要的杂志或者报纸，由出货口取出自助购买的杂志或者报纸；最后一面为自助便当，为了保证食品的新鲜度设定可以带有冷藏功能，用户购买后加热即可食用［10］。

图3 新型智能物流快递柜的功能扩展平面图

图4 新型智能物流快递柜三维图（快递柜与自助饮料机视角）

图5 新型智能物流快递柜三维图（自助报纸、杂志与便当视角）

2.新型智能物流快递柜的功能操作

新型智能物流快递柜的功能需要“互联网”服务后台的支撑，存取快递的操作以及新增的终端销售功能都必须与物流智慧信息服务平台相衔接。新型智能物流快递柜的存取快递流程以及操作见图6所示，具体各部分操作以下详细介绍。

图6 新型智能物流快递柜操作流程

（1）存快递。快递员将快递带到储物柜，在终端控制器上输入管理员密码（管理员密码于物流智慧信息服务平台上注册获取），将快递放入存货口，快递存入。然后输入快递收货者的手机号码，并自动产生相应的取件密码，由控制中心系统控制GPRS模块，然后模块中的SIM卡发送相应的短信给之前输入的手机号码（即快递收货者）。物流智慧信息服务平台对快递收货者会进行信息反馈，例如关注物流信息平台获得更多信息、密码、超时收费标准等。

（2）取快递。快递收货者收到信息后，可以选择在空闲时来取件。取件流程为先输入短信或微信中的密码，控制中枢计算物件存取的总时间，判断收费情况。如果需要收费，就将收费的金额显示在屏幕上，取件人通过登入“物流智慧信息服务平台”进行缴费，缴费成功后将快递送出出口。快递收货者拿出快递，完成一次取件。取出快递后，智能物流快递柜内的感应系统感应到物品已经被取出，通过GPRS模块将空出位置的信息反馈给物流智慧信息服务平台，完成信息反馈环节。待下次存件时，平台能够将可存物品的数量、大小等信息提前反馈给快递员，或者快递员投递前进入物流智慧信息服务平台查询。从而避免快递柜空间存储不足而造成快递员无处投放快递问题。

（3）新增功能。对于智能物流快递柜新增设的功能，主要以终端销售的形式存在。销售的食品或杂志报纸和快递物品一样，暂时存储于智能物流快递柜中，社区用户如同收货人的性质一样，选择自己所需要购买的物品，通过手机二维码扫描进行购买商品。商品购买成功后，如同一般的自动售货机会在货物出口送出商品，并且将空位信息反馈到物流智慧信息服务平台，平台后期会将物品的空位信息告知快递员，快递员会对销售的空位进行货品补位。这种模式下，快递员不仅运送社区的快递物品同时也承担了销售终端的销售物品的补给工作，从一定程度上丰富了快递员的工作内容，同时快递柜也可以通过终端销售这种模式获得一定的盈利。

（二）优化智能物流快递柜的选址方案

1.覆盖模型的建立。覆盖模型适用于离散型的网点选址。对于需求点已知的情况下，如何安排一套服务设施来满足这些网点的需求［11］。主要适用于零售点的选址、配送中心选址、加油站选址、急救中心选址、无线通信基站等一些商业系统、物流系统或公共事业与通信管理系统。集合覆盖模型是解决最小数量的服务设施区覆盖所有的需求点；最大覆盖模型是在给定设施数量条件下，去覆盖尽可能多的需求点［12］。根据两种覆盖模型的内容和解决方案的不同，可以发现研究住宅小区内智能物流快递柜的选址摆放问题适用于集合覆盖模型，目的在于智能物流快递柜能够使得住宅区内所有用户都可以享受这个设施的服务能力。因此，目标函数也可以确定为最少快递柜数量，约束条件为使得所有住宅用户都能在服务范围之内，从而使得覆盖住宅小区所有需求并且放置的智能物流快递柜数量最少。这是一个混合的0-1整数规划问题。采用启发式算法，可以得到比较满意的可行解，适用于大型问题的求解。

2.候选节点之间的距离计算。以某小区为例，优化智能物流快递柜在小区内的摆放位置，提高智能物流快递柜的末端服务效率。小区内1-8号楼、东门以及西门设定为覆盖模型中的需求点。一般人均步行速度为6km/h，在小区内从出入口或者住宅到达快递柜的时间保持在1～2分钟之内比较合适，也满足用户需求。如果超过这个时间，用户可能在使用这项服务的时候就会感觉到不方便或者说使用效果较差。如果根据人均步行速度和到达服务点消耗的时间，估算服务半径为150米，如果在此服务半径内的，均认为可以提供有效的快递服务。根据平均人行走过程中，步子的大小来估算各个点之间的距离。一般人的一步迈出的距离约为0.6米，从而用步数乘以一步的距离得出各点之间的估算距离，数据为表1所示，单位为米。

表1 候选节点之间的距离（单位：米）

3.最终选址优化方案。对于此覆盖模型，通过EXCEL进行计算，将候选节点之间的距离放入EXCEL表格中。B19=IF（B3＜=$B$14，1，0），B3为两个节点间的距离，如果小于等于B14单元格的值则取值1，否则为0。B14单元格的值表示服务的范围，为150米。如果两个节点间距离小于150米，则返回值1。L19：L28都是可变量，并且设置为0-1变量二进制，在规划求解中设置。B29到K29在规划求解中设置大于1表明快递柜至少能覆盖一个节点的需求。B29的函数为“=SUMPRODUCT（$L$19：$L$28，B19：B28）”，意思是L19到L28列（0-1变量）与B19到B28列相乘后求和，是计算某点快递柜覆盖周边楼栋的数量，后面以此类推。使用excel进行规划求解如图7，图8给出了求解结果，获得最优方案为L5选为最佳位置。若在第5号楼安放智能物流快递柜可以覆盖其他所有需求点。

许多社区安放智能物流快递柜时没有考虑柜子存放的合理位置，一般将快递柜摆放在小区出入口附近，虽然用户进出入社区时能够方便取得快递，但是如果从物流合理布局的角度、所有用户存取物品、获得服务方便的角度来说并未考虑周全。应该通过合理的规划方案来使得所有社区内用户可以在合理、方便的时间和条件下取得快递柜的同等服务，而不是有些用户2分钟获得的服务，而有些用户需要花费15分钟。对此小区重新进行快递柜选址，使用excel进行规划求解，获得最优的快递柜选址方案为5号楼安放智能物流快递柜，能够覆盖其他所有的需求点，并使得所有用户在方便、合理的时间内获得快递柜的服务。

图7 规划求解过程

图8 覆盖模型EXCEL计算结果

四、智能快递柜的未来发展方向

智能物流快递柜正处于发展的萌芽与试用阶段，将来会有很大的发展空间。调查分析了智能物流快递柜的市场需求与使用现状后，为了提高智能物流快递柜的应用价值，设计和优化新型智能的快递柜从而在“互联网+”条件下提供给用户便捷的生活服务。未来智能快递柜的发展方向是结合“互联网+”、“物联网+”来满足人们多样化的生活需求，提高生活质量，还需要继续研究的方向是更加智能化、多功能化、与物联网、互联网更加联系紧密，最终达到高效、便捷、安全、满足人们日常多种生活需求的效果。

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