宋 媛，殷 輝，方 杰

（1.合肥學(xué)院 管理系，安徽 合肥 230601；2.安徽電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，安徽 合肥 230031）

隨著現(xiàn)在城市發(fā)展，交通存著嚴(yán)重的擁堵，物流服務(wù)又轉(zhuǎn)向提供多樣性、個性化需求以及企業(yè)的小批量、多批次的效果以降低庫存量，從而對于末端物流提出物流服務(wù)模式與效率以及裝備、技術(shù)的改變。末端物流需要網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建作為基礎(chǔ)［1］，國際上有一種想法是把零售網(wǎng)點布局到所需要的區(qū)域，然后再拓展至快遞業(yè)務(wù)。例如日本在便利店設(shè)有收發(fā)快遞的站點。UPS和聯(lián)邦也涉獵零售業(yè)務(wù)，包含日常物品銷售外還進(jìn)行快遞業(yè)務(wù)的處理。我國末端物流不僅要考慮配送線路規(guī)劃、網(wǎng)點合理布局、時間的限制程度等，電商帶來的冷鏈物流、即時物流等特殊需求的配送對現(xiàn)代物流的發(fā)展也帶來了新要求，從而智能快遞柜開始在各大城市普遍出現(xiàn)。

一、智能物流快遞柜的研究

對于末端物流的服務(wù)現(xiàn)有的解決辦法是：自建物流中心、把配送站建在小區(qū)旁邊、聘專業(yè)人士提供上門服務(wù)、整合物流閑散資源提供快速服務(wù)、線上替人排隊線下提供服務(wù)、建立物聯(lián)網(wǎng)、智能投遞箱等方法［2］。2001年德國的DHL開發(fā)的Packstation自助取貨系統(tǒng)能夠為用戶提供自助取貨服務(wù)。其他國家的快遞柜形式有美國的Amazon Locker、加拿大的Buffer Box和日本的電子收貨柜等［3］。國內(nèi)，智能物流快遞柜剛剛起步，還有很大的發(fā)展空間。范良松分析了廣州地鐵集團(tuán)有限公司發(fā)展智能快遞柜項目的可行性，為進(jìn)一步探索經(jīng)營模式、提升經(jīng)營能力提供思路，將智能快遞柜應(yīng)用到地鐵站中［4］。鄒恒濤重點在于分析智能快遞柜系統(tǒng)的總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分解了智能快遞柜終端和智能快遞柜服務(wù)器端的功能，通過選用Smart210開發(fā)板作為目標(biāo)硬件平臺，其中Smart210開發(fā)板是基于ARM Cortex-A8的內(nèi)核，從而設(shè)計了智能快遞柜的終端系統(tǒng)［5］。王嘉琦、鄒恩提出了要制定智能快遞柜的標(biāo)準(zhǔn)，并且對超期物品收取一定的管理費用，引導(dǎo)消費者對公共設(shè)施等資源應(yīng)該合理使用［6］。張大成基于現(xiàn)階段社區(qū)終端物流配送問題，提出城市社區(qū)物流服務(wù)共同化體系，為了促進(jìn)社區(qū)物流的發(fā)展，建議推廣智能快遞柜的使用［7］。尚玉冰等研究了智能快遞柜在服務(wù)過程中存在哪些影響顧客滿意度的因素，通過問卷調(diào)查與結(jié)果分析，得到影響顧客滿意度最高的指標(biāo)是快遞柜的可靠性，也就意味著顧客最關(guān)注快遞柜的基本功能［8］。國內(nèi)智能快遞柜的研究主要圍繞快遞柜的應(yīng)用方面，從應(yīng)用的領(lǐng)域到智能快遞柜的終端系統(tǒng)設(shè)計方面，肯定了智能快遞柜的使用能夠從一定程度上解決快遞業(yè)務(wù)的問題，同時也發(fā)現(xiàn)其存在的一些問題，例如收費標(biāo)準(zhǔn)、盈利方式與管理等。因此，針對智能快遞柜的一些問題進(jìn)行了問卷、實物調(diào)查與分析，結(jié)合未來物流業(yè)的發(fā)展方向設(shè)計了新型的智能快遞柜，并且在智能快遞柜的管理方面進(jìn)行了優(yōu)化選址，從而提供更好的服務(wù)。

二、智能物流快遞柜的市場調(diào)查與分析

（一）智能物流快遞柜問卷調(diào)查分析

以調(diào)查居民的末端物流服務(wù)需求為出發(fā)點，調(diào)查時間從2016年6月開始到2016年10月結(jié)束，問卷的對象為合肥市經(jīng)開區(qū)的居民，采用網(wǎng)絡(luò)填寫問卷和發(fā)放紙質(zhì)問卷的方式進(jìn)行調(diào)查，回收有效問卷648份，主要目標(biāo)是了解用戶的使用體驗以及快遞柜的市場需求情況。此次問卷調(diào)查具有普遍適用性，有效問卷回收率達(dá)到98.33%。在問卷結(jié)果中顯示，99.85%的人都收取過快遞。說明絕大多數(shù)的人生活中會有收取快遞的情況，比較普遍。已有的快遞的方式能夠滿足大部分人的基本需求，但是還有提升服務(wù)效果的空間。有61.05%的人聽說過智能物流快遞柜，但是真正使用過的只有21.17%，說明智能物流快遞柜還不能達(dá)到普及使用的效果，或者說普及率較低。不管用或者沒有用過快遞柜的用戶，如果有一個可以安全存放快遞物品又具有多樣功能的智能物流快遞柜，有69.86%的人會使用，23.96%的人會考慮使用。這樣看來，用戶市場與潛在用戶市場還是空間很大的，有良好的市場前景。對于快遞柜的操作問題進(jìn)行了一些調(diào)查，將存取快遞的操作分為二維碼掃碼式、刷卡式、自帶鎖式、人工管理式、短信密碼輸入式這幾種。用戶選取最多的是短信密碼輸入方式，可能這種方式也是日?？爝f柜使用最多的、用戶也比較能夠接受的。二維碼掃碼方式也越來越普遍，特別是年輕人會更容易接受、使用更得心應(yīng)手。42.19%的人對于快遞柜收費的態(tài)度是不接受的，36.94%的人是處于中立狀態(tài)，會根據(jù)自身情況或者當(dāng)時情況來判定接受或者不接受，20.87%的人是接受收費的。對于這個問題要看如何去看待這個快遞柜服務(wù)了，如果從企業(yè)盈利角度來看，快遞行業(yè)的增值服務(wù)肯定是想多盈利的；如果定位為公共社區(qū)服務(wù)像信箱一樣，就可以從便民福利的角度去設(shè)置就應(yīng)該不收費或者盡量少收取費用。對于收費標(biāo)準(zhǔn)，69.09%的人還是支持免費，30.91%的支持快件到達(dá)存取柜在24小時到48小時之內(nèi)收費。87.33%的用戶是愿意獲得新資訊的，說明用戶在使用快遞柜的時候希望不僅能夠存取快遞還希望能夠獲得一些其他的增值服務(wù)，功能性的多樣化才能夠滿足用戶的需求，這也是以后智能物流快遞柜發(fā)展的方向。

（二）智能物流快遞柜的使用調(diào)查

對部分小區(qū)現(xiàn)已有的、并且常用的一種快遞柜進(jìn)行調(diào)查，測量了柜子的長、寬和厚度。如果是同一品牌的智能物流快遞柜，尺寸基本一致。智能物流快遞柜也根據(jù)快遞件的需求來設(shè)計柜子的尺寸，大尺寸與最小尺寸的箱子數(shù)量最少，對于中型尺寸的箱子數(shù)量最多，說明特大或者特小的快遞物品比較少，一般都是中等尺寸的快遞物品。

現(xiàn)有普遍使用的智能物流快遞柜平面示意圖如圖1所示，平面圖上標(biāo)明了各個箱子的尺寸（長*寬）?？傮w上歸類為四種存儲箱子：最大尺寸的箱子有6個（42 cm*40 cm），中型箱子有22個（42 cm*22 cm），長條形箱子有22個（42 cm*10.5 cm），最小型箱子有12個（25 cm*10.5 cm）。柜子的厚度均為55 cm。智能物流快遞柜的箱子數(shù)總計為62個。通過這些數(shù)據(jù)測算后，柜子儲物空間大?。ㄩL*寬*厚度）根據(jù)箱子空間從大到小排列，分別為92.4立方米，50.82立方米，24.255立方米，14.4375立方米。

圖1 現(xiàn)有普遍使用的智能物流快遞柜平面圖

（三）智能物流快遞柜的規(guī)劃問題（以某小區(qū)為例）

1.末端物流服務(wù)單一，不能滿足小區(qū)用戶的多種服務(wù)的需求。用戶平時除了存取快遞外，對日常生活的需求還可以通過末端物流服務(wù)的方式來滿足。如果新設(shè)計一種智能物流快遞柜可以提供除快遞外的日常服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶在存取快遞的同時也可以滿足用戶其他的生活需求。

2.智能物流快遞柜的擺放位置不佳帶來用戶使用的不便利。某小區(qū)總共有8棟住宅樓，出入口有2個，分別位于北側(cè)門和西側(cè)門。某小區(qū)平面簡易圖如圖2所示，根據(jù)快遞需求情況進(jìn)行快遞柜安放位置選址。一般小區(qū)都會將快遞柜安放置在小區(qū)出入口處，但是只在某一個出入口安放，比如此小區(qū)就將快遞柜安放在西門，這樣放置是否合理？對于不從西門進(jìn)出、經(jīng)常從北門進(jìn)出的住戶，快遞柜的位置就有些不合理，因為在他們回家的路上需要多出一部分的路程來取快遞。比如1、4、6、7棟樓的住戶，如果經(jīng)常出入北門的話，去快遞柜取物品就會非常麻煩，路程多出很多。所以，考慮是否應(yīng)該合理安排一下快遞柜的存放位置使得所有用戶獲取快遞柜的服務(wù)都很方便。從這個角度考慮，可以運用集合覆蓋模型來解決一個快遞柜的重新安放選址問題。

圖2 某小區(qū)平面簡易圖

三、“互聯(lián)網(wǎng)+”新型智能物流快遞柜的優(yōu)化設(shè)計

（一）設(shè)計新型智能物流快遞柜

1.新型智能物流快遞柜的功能設(shè)計

為了提高智能物流快遞柜的空間利用率以及為用戶提供更多的居民服務(wù)，“互聯(lián)網(wǎng)+”的環(huán)境下對快遞柜進(jìn)行了一系列的擴展功能設(shè)計?，F(xiàn)在市面上已經(jīng)有了技術(shù)比較成熟的智能物流快遞柜。例如可以通過快遞柜的智能終端選取服務(wù)，一般提供的服務(wù)都是以快遞柜的智能終端為平臺，加上“互聯(lián)網(wǎng)+”為支撐，提供一些在線預(yù)訂，線下上門的服務(wù)?，F(xiàn)有的一些快遞柜智能終端可以提供預(yù)訂洗車、洗衣服等服務(wù)。除此之外，路邊的報刊亭、自動售貨飲料機等這類日常設(shè)施是否可以與智能物流快遞柜相結(jié)合，讓智能物流快遞柜變得多功能化，提供更多更便捷的生活服務(wù)。對于物流物品的屬性不同，采用的裝備與技術(shù)也不同，將末端物流服務(wù)產(chǎn)品分成“常溫”與“低溫”兩類。對于“低溫”類產(chǎn)品采用冷鏈模式，需要“低溫”環(huán)境的生鮮類物品一般通過在快遞柜上安裝壓縮制冷設(shè)備來提供“低溫”環(huán)境短暫保存物品［9］。

經(jīng)過上述思考，秉著為大眾提供更多更便捷服務(wù)的宗旨，設(shè)計出一種新型的多功能智能物流快遞柜。具體平面結(jié)構(gòu)如圖3所示，三維效果圖如圖4、圖5所示，從不同視角展示了未來新型智能物流快遞柜的新穎設(shè)計。未來新型智能物流快遞柜的設(shè)計總共由四個部分組成：一面為常規(guī)的智能物流快遞柜，方便用戶存取快遞；一面為自助飲料機，用戶可以自助選取購買飲料；一面為自助雜志、報刊機，使用原理可同自助飲料機，投幣選擇自己需要的雜志或者報紙，由出貨口取出自助購買的雜志或者報紙；最后一面為自助便當(dāng)，為了保證食品的新鮮度設(shè)定可以帶有冷藏功能，用戶購買后加熱即可食用［10］。

圖3 新型智能物流快遞柜的功能擴展平面圖

圖4 新型智能物流快遞柜三維圖（快遞柜與自助飲料機視角）

圖5 新型智能物流快遞柜三維圖（自助報紙、雜志與便當(dāng)視角）

2.新型智能物流快遞柜的功能操作

新型智能物流快遞柜的功能需要“互聯(lián)網(wǎng)”服務(wù)后臺的支撐，存取快遞的操作以及新增的終端銷售功能都必須與物流智慧信息服務(wù)平臺相銜接。新型智能物流快遞柜的存取快遞流程以及操作見圖6所示，具體各部分操作以下詳細(xì)介紹。

圖6 新型智能物流快遞柜操作流程

（1）存快遞?？爝f員將快遞帶到儲物柜，在終端控制器上輸入管理員密碼（管理員密碼于物流智慧信息服務(wù)平臺上注冊獲取），將快遞放入存貨口，快遞存入。然后輸入快遞收貨者的手機號碼，并自動產(chǎn)生相應(yīng)的取件密碼，由控制中心系統(tǒng)控制GPRS模塊，然后模塊中的SIM卡發(fā)送相應(yīng)的短信給之前輸入的手機號碼（即快遞收貨者）。物流智慧信息服務(wù)平臺對快遞收貨者會進(jìn)行信息反饋，例如關(guān)注物流信息平臺獲得更多信息、密碼、超時收費標(biāo)準(zhǔn)等。

（2）取快遞?？爝f收貨者收到信息后，可以選擇在空閑時來取件。取件流程為先輸入短信或微信中的密碼，控制中樞計算物件存取的總時間，判斷收費情況。如果需要收費，就將收費的金額顯示在屏幕上，取件人通過登入“物流智慧信息服務(wù)平臺”進(jìn)行繳費，繳費成功后將快遞送出出口。快遞收貨者拿出快遞，完成一次取件。取出快遞后，智能物流快遞柜內(nèi)的感應(yīng)系統(tǒng)感應(yīng)到物品已經(jīng)被取出，通過GPRS模塊將空出位置的信息反饋給物流智慧信息服務(wù)平臺，完成信息反饋環(huán)節(jié)。待下次存件時，平臺能夠?qū)⒖纱嫖锲返臄?shù)量、大小等信息提前反饋給快遞員，或者快遞員投遞前進(jìn)入物流智慧信息服務(wù)平臺查詢。從而避免快遞柜空間存儲不足而造成快遞員無處投放快遞問題。

（3）新增功能。對于智能物流快遞柜新增設(shè)的功能，主要以終端銷售的形式存在。銷售的食品或雜志報紙和快遞物品一樣，暫時存儲于智能物流快遞柜中，社區(qū)用戶如同收貨人的性質(zhì)一樣，選擇自己所需要購買的物品，通過手機二維碼掃描進(jìn)行購買商品。商品購買成功后，如同一般的自動售貨機會在貨物出口送出商品，并且將空位信息反饋到物流智慧信息服務(wù)平臺，平臺后期會將物品的空位信息告知快遞員，快遞員會對銷售的空位進(jìn)行貨品補位。這種模式下，快遞員不僅運送社區(qū)的快遞物品同時也承擔(dān)了銷售終端的銷售物品的補給工作，從一定程度上豐富了快遞員的工作內(nèi)容，同時快遞柜也可以通過終端銷售這種模式獲得一定的盈利。

（二）優(yōu)化智能物流快遞柜的選址方案

1.覆蓋模型的建立。覆蓋模型適用于離散型的網(wǎng)點選址。對于需求點已知的情況下，如何安排一套服務(wù)設(shè)施來滿足這些網(wǎng)點的需求［11］。主要適用于零售點的選址、配送中心選址、加油站選址、急救中心選址、無線通信基站等一些商業(yè)系統(tǒng)、物流系統(tǒng)或公共事業(yè)與通信管理系統(tǒng)。集合覆蓋模型是解決最小數(shù)量的服務(wù)設(shè)施區(qū)覆蓋所有的需求點；最大覆蓋模型是在給定設(shè)施數(shù)量條件下，去覆蓋盡可能多的需求點［12］。根據(jù)兩種覆蓋模型的內(nèi)容和解決方案的不同，可以發(fā)現(xiàn)研究住宅小區(qū)內(nèi)智能物流快遞柜的選址擺放問題適用于集合覆蓋模型，目的在于智能物流快遞柜能夠使得住宅區(qū)內(nèi)所有用戶都可以享受這個設(shè)施的服務(wù)能力。因此，目標(biāo)函數(shù)也可以確定為最少快遞柜數(shù)量，約束條件為使得所有住宅用戶都能在服務(wù)范圍之內(nèi)，從而使得覆蓋住宅小區(qū)所有需求并且放置的智能物流快遞柜數(shù)量最少。這是一個混合的0-1整數(shù)規(guī)劃問題。采用啟發(fā)式算法，可以得到比較滿意的可行解，適用于大型問題的求解。

2.候選節(jié)點之間的距離計算。以某小區(qū)為例，優(yōu)化智能物流快遞柜在小區(qū)內(nèi)的擺放位置，提高智能物流快遞柜的末端服務(wù)效率。小區(qū)內(nèi)1-8號樓、東門以及西門設(shè)定為覆蓋模型中的需求點。一般人均步行速度為6km/h，在小區(qū)內(nèi)從出入口或者住宅到達(dá)快遞柜的時間保持在1～2分鐘之內(nèi)比較合適，也滿足用戶需求。如果超過這個時間，用戶可能在使用這項服務(wù)的時候就會感覺到不方便或者說使用效果較差。如果根據(jù)人均步行速度和到達(dá)服務(wù)點消耗的時間，估算服務(wù)半徑為150米，如果在此服務(wù)半徑內(nèi)的，均認(rèn)為可以提供有效的快遞服務(wù)。根據(jù)平均人行走過程中，步子的大小來估算各個點之間的距離。一般人的一步邁出的距離約為0.6米，從而用步數(shù)乘以一步的距離得出各點之間的估算距離，數(shù)據(jù)為表1所示，單位為米。

表1 候選節(jié)點之間的距離（單位：米）

3.最終選址優(yōu)化方案。對于此覆蓋模型，通過EXCEL進(jìn)行計算，將候選節(jié)點之間的距離放入EXCEL表格中。B19=IF（B3＜=$B$14，1，0），B3為兩個節(jié)點間的距離，如果小于等于B14單元格的值則取值1，否則為0。B14單元格的值表示服務(wù)的范圍，為150米。如果兩個節(jié)點間距離小于150米，則返回值1。L19：L28都是可變量，并且設(shè)置為0-1變量二進(jìn)制，在規(guī)劃求解中設(shè)置。B29到K29在規(guī)劃求解中設(shè)置大于1表明快遞柜至少能覆蓋一個節(jié)點的需求。B29的函數(shù)為“=SUMPRODUCT（$L$19：$L$28，B19：B28）”，意思是L19到L28列（0-1變量）與B19到B28列相乘后求和，是計算某點快遞柜覆蓋周邊樓棟的數(shù)量，后面以此類推。使用excel進(jìn)行規(guī)劃求解如圖7，圖8給出了求解結(jié)果，獲得最優(yōu)方案為L5選為最佳位置。若在第5號樓安放智能物流快遞柜可以覆蓋其他所有需求點。

許多社區(qū)安放智能物流快遞柜時沒有考慮柜子存放的合理位置，一般將快遞柜擺放在小區(qū)出入口附近，雖然用戶進(jìn)出入社區(qū)時能夠方便取得快遞，但是如果從物流合理布局的角度、所有用戶存取物品、獲得服務(wù)方便的角度來說并未考慮周全。應(yīng)該通過合理的規(guī)劃方案來使得所有社區(qū)內(nèi)用戶可以在合理、方便的時間和條件下取得快遞柜的同等服務(wù)，而不是有些用戶2分鐘獲得的服務(wù)，而有些用戶需要花費15分鐘。對此小區(qū)重新進(jìn)行快遞柜選址，使用excel進(jìn)行規(guī)劃求解，獲得最優(yōu)的快遞柜選址方案為5號樓安放智能物流快遞柜，能夠覆蓋其他所有的需求點，并使得所有用戶在方便、合理的時間內(nèi)獲得快遞柜的服務(wù)。

圖7 規(guī)劃求解過程

圖8 覆蓋模型EXCEL計算結(jié)果

四、智能快遞柜的未來發(fā)展方向

智能物流快遞柜正處于發(fā)展的萌芽與試用階段，將來會有很大的發(fā)展空間。調(diào)查分析了智能物流快遞柜的市場需求與使用現(xiàn)狀后，為了提高智能物流快遞柜的應(yīng)用價值，設(shè)計和優(yōu)化新型智能的快遞柜從而在“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下提供給用戶便捷的生活服務(wù)。未來智能快遞柜的發(fā)展方向是結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)+”來滿足人們多樣化的生活需求，提高生活質(zhì)量，還需要繼續(xù)研究的方向是更加智能化、多功能化、與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)更加聯(lián)系緊密，最終達(dá)到高效、便捷、安全、滿足人們?nèi)粘６喾N生活需求的效果。

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