許兆慶

（廣東技術(shù)師范大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，廣東廣州 515000）

近年來，餐飲行業(yè)依靠電商平臺(tái)發(fā)生了巨大變革。2019年中國(guó)外賣平臺(tái)全年的交易金額超6 000 億元，用戶規(guī)模近4.16 億人，外賣行業(yè)在帶來經(jīng)濟(jì)紅利的同時(shí)，也導(dǎo)致了嚴(yán)重的外賣固體廢棄物污染問題[1]。2020年受疫情影響，外賣市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)了15%，實(shí)現(xiàn)交易金額6 646.2 億元。

而在外賣產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的背后，隨之而來的就是一次性餐盒垃圾的急劇增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每天使用超過6 000 萬(wàn)個(gè)外賣餐盒，給環(huán)境帶來了越來越重的白色污染[2]。

目前，國(guó)內(nèi)的外賣餐盒多使用聚丙烯塑料餐盒、一次性紙制餐盒及其他塑料餐盒等。塑料餐盒雖然成本低廉，但是高溫食物直接放入，會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)于人體的健康構(gòu)成威脅，并且不易降解，僅有極少部分塑料餐盒得以回收利用。

紙制餐盒雖然環(huán)保，但是紙質(zhì)餐盒太軟，容易滲漏，初次生產(chǎn)時(shí)需要砍伐大量木材，回收重復(fù)制造紙漿時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，成本也較高，這都使其難以大量普及。

鋁箔餐盒也能回收，因?yàn)槠鋬?yōu)良的導(dǎo)熱性和阻隔性，廣泛用于燒烤、花甲等外賣，但鋁箔的挺度差、易變形、隔熱性欠佳，且在承裝酸性食物時(shí)可能會(huì)生成有害物質(zhì)，而且生產(chǎn)以及回收再造成本較高，所以也難以大規(guī)模普及[3]。

2020年1月19日，國(guó)家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部公布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見》，明確提出有序禁止、限制部分塑料制品的生產(chǎn)、銷售和使用，積極推廣替代產(chǎn)品，到2022年底，縣城建成區(qū)、景區(qū)景點(diǎn)餐飲堂食服務(wù)，禁止使用不可降解一次性塑料餐具。到2025年，地級(jí)以上城市餐飲外賣領(lǐng)域不可降解一次性塑料餐具消耗強(qiáng)度下降30%。加大可循環(huán)、可降解材料關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和成果轉(zhuǎn)化，提升替代材料和產(chǎn)品性能。

2020年8月28日，商務(wù)部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)商務(wù)領(lǐng)域塑料污染治理工作》的通知，要求落實(shí)禁塑限塑相關(guān)規(guī)定要求，加強(qiáng)電商、外賣等平臺(tái)企業(yè)入駐商戶管理，制定一次性塑料制品減量替代實(shí)施方案，推廣可循環(huán)、易回收、可降解替代產(chǎn)品。

為此需要積極探索研發(fā)可循環(huán)使用的餐盒。而研發(fā)可循環(huán)餐盒所遇到的首要難題就是循環(huán)餐盒的機(jī)器識(shí)別問題。

目前已有的識(shí)別方案包括，將電子標(biāo)簽嵌入到餐盒中，采用射頻技術(shù)來識(shí)別回收餐盒。該方案可以解決餐盒的循環(huán)跟蹤問題，但是電子標(biāo)簽不能被屏蔽，所以不能采用金屬餐盒，只能采用塑料餐盒，餐盒在回收后的反復(fù)高溫清洗消毒過程中，容易對(duì)電子標(biāo)簽造成破壞，使用中也有可能被摔碰，對(duì)電子標(biāo)簽造成各種損壞。還有的方案是在餐盒上印制條形碼或者二維碼，通過對(duì)印制碼的讀取來跟蹤餐盒信息，但是印制碼容易污損而導(dǎo)致讀取失敗。圖像識(shí)別的方法由于誤識(shí)率高、識(shí)別速度慢等因素，也難以在餐盒識(shí)別上應(yīng)用。

為解決以上問題，設(shè)計(jì)了一種可循環(huán)使用的金屬餐盒，從計(jì)算機(jī)早期打孔編程的原理獲得啟發(fā)，在金屬餐盒的邊緣端打孔編碼，通過對(duì)孔的讀取來完成餐盒的識(shí)別與循環(huán)回收的任務(wù)。詳述如下。

1 打孔編碼的金屬餐盒設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)方案為一種新型可回收重復(fù)使用的金屬餐盒系統(tǒng)，餐盒采用不銹鋼或鋁合金制作，如圖1所示，金屬餐盒的一端設(shè)有光電照射區(qū)，光電照射區(qū)上設(shè)有用于光電識(shí)別的孔位，有的孔位有穿孔，有的孔位沒有穿孔，穿孔的位置和數(shù)量就代表了每個(gè)金屬餐盒的編號(hào)。光電識(shí)別裝置通過識(shí)別編碼孔的數(shù)量和位置來確定金屬餐盒的編碼。

圖1 打孔編碼的金屬餐盒

餐盒編碼讀取如圖2所示，將有編碼孔的一端插入光電讀取設(shè)備中，每個(gè)光電發(fā)射器發(fā)出光束，有的光束穿孔而過，打到對(duì)應(yīng)的光電接收器的光敏元件上，產(chǎn)生信號(hào)“1”。而有的光束正對(duì)的餐盒照射區(qū)孔位沒有開孔，對(duì)應(yīng)的光敏元件上沒有信號(hào)，則代表信號(hào)“0”。這一串由“0”和“1”所組成的數(shù)值就是每個(gè)餐盒的編碼，將這串二進(jìn)制編碼信息放大譯碼后通過網(wǎng)絡(luò)上傳給餐盒管理系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)餐盒的識(shí)別與跟蹤。

圖2 餐盒編碼讀取

每份餐食售出的時(shí)候，將食物盛入金屬餐盒，將可食用紙蓋住上表面，然后用食用膠水與餐盒密封。接著用一套光電設(shè)備，對(duì)餐盒編碼進(jìn)行讀取，上傳并記錄其出庫(kù)信息。餐盒回收的時(shí)候，也使用同樣的光電設(shè)備，對(duì)餐盒編碼進(jìn)行讀取，上傳并記錄其回收信息，然后進(jìn)行餐盒的清洗與消毒工作。

2 打孔編碼餐盒的配送

使用這種打孔編碼餐盒進(jìn)行餐食的配送之前，每份餐食訂單以及訂餐者的信息，要與所使用的餐盒編碼進(jìn)行綁定，然后才能由外賣騎手送至顧客手中。

如果餐飲商家自行綁定，則每個(gè)商家都必須持有相關(guān)的信息掃描裝置。商家將食物盛入金屬餐盒后，用食用紙密封，然后把紙質(zhì)餐食訂單與餐盒粘貼在一起，每份訂單上會(huì)有條形碼或者二維碼，先掃描這些條形碼或者二維碼，同時(shí)用光電設(shè)備讀取配套使用的餐盒的編碼孔，就可以將其進(jìn)行綁定。

如果商家不進(jìn)行綁定，等外賣騎手過來以后，由騎手用手持掃描設(shè)備將訂單信息與餐盒編碼進(jìn)行綁定，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將綁定信息上傳，再把餐食送到客戶手中。這種情況下，商家無需購(gòu)買信息掃描裝置，比之自行綁定更為經(jīng)濟(jì)，但是騎手的工作量也略有增加。

3 打孔編碼的金屬餐盒的回收方案

餐盒的回收方式主要有以下幾種。

第一種為騎手回收，騎手除了要送餐，還要順便回收顧客使用過的餐盒，餐盒可以在回收時(shí)由手持式識(shí)別裝置讀取編碼，也可以拿回清洗處之后再進(jìn)行編碼識(shí)別，無論哪種方式，騎手都要攜帶兩個(gè)箱子，都將大大增加騎手的工作量，也更容易導(dǎo)致差錯(cuò)的出現(xiàn)。

第二種方式為回收柜識(shí)別方式，回收柜放在用餐人員較集中的固定位置，回收柜開有若干回收槽，槽里有光電識(shí)別裝置，顧客將餐盒按照一定的方向插入回收槽，光電裝置自動(dòng)開啟并識(shí)別餐盒編碼，隨后將已回收餐盒的信息上傳，然后餐盒掉入回收柜內(nèi)，系統(tǒng)同時(shí)將回收成功的信息發(fā)送給顧客。每天由回收人員在固定的時(shí)間點(diǎn)打開柜門取回餐盒，當(dāng)回收柜快要裝滿時(shí)，也會(huì)發(fā)出信號(hào)，通知回收員前往拿取。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是顧客能第一時(shí)間知道餐盒已經(jīng)回收成功，缺點(diǎn)是回收柜的成本比較高，場(chǎng)地需要有電源供電，場(chǎng)地租金也較高，顧客自行回收也容易產(chǎn)生誤操作，顧客沒有對(duì)餐盒進(jìn)行初次清洗，餐盒編碼孔有可能被菜葉或其他東西遮擋而產(chǎn)生誤讀。

第三種為回收柜不識(shí)別方式，也就是說，回收柜里沒有任何識(shí)別裝置，只是一個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的大柜子，顧客只要把餐盒從柜子上端的開口扔進(jìn)去即可，回收人員在固定的時(shí)間點(diǎn)打開柜門取回餐盒，拿回清洗點(diǎn)清洗干凈后，再進(jìn)行編碼識(shí)別，然后將回收成功的信息發(fā)送給顧客。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是回收柜的成本低廉，場(chǎng)地?zé)o需電源，缺點(diǎn)是顧客要在歸還數(shù)小時(shí)后才知道是否回收成功，清洗點(diǎn)需要加裝專門的光電識(shí)別讀取裝置，增加了清洗成本。

4 打孔編碼的金屬餐盒的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

這套打孔編碼可回收金屬餐盒系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)面臨著一些技術(shù)性問題。

首先是孔位的寬度和穿孔的直徑需要多大？如果孔徑太小，當(dāng)餐盒使用多次發(fā)生輕微變形，就會(huì)使光電設(shè)備產(chǎn)生誤讀。如果孔徑太大，則可開孔的數(shù)量太少又會(huì)使得編碼的總數(shù)太少。假設(shè)餐盒照射區(qū)長(zhǎng)度為200 mm，每10 mm 一個(gè)孔位，每一個(gè)穿孔的直徑可以為5～6 mm，則編碼的最大數(shù)值為2 的20 次方，也就是100 萬(wàn)。具體孔位的寬度和孔徑的大小需要在實(shí)踐中根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

其次是打孔的問題，因?yàn)槊恳粋€(gè)餐盒的孔都不一樣，因而需要有一臺(tái)專用的沖孔機(jī)，目前市面上只有通用的液壓沖孔機(jī)，需要在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造專用的餐盒沖孔機(jī)，能夠每次在餐盒照射區(qū)的不同位置沖孔。一種方案是單沖頭設(shè)計(jì)，沖孔機(jī)只有一個(gè)沖頭，餐盒固定不動(dòng)，沖孔機(jī)的沖頭根據(jù)指令參數(shù)運(yùn)動(dòng)到不同位置進(jìn)行穿孔，也可以沖頭固定，由餐盒運(yùn)動(dòng)到各個(gè)需要打孔位置，然后沖頭向下穿孔，這種設(shè)計(jì)方案較為經(jīng)濟(jì)，但是生產(chǎn)速度較慢，適合于市場(chǎng)推廣早期，對(duì)于餐盒的需求量還不算太大。另外也可設(shè)計(jì)多沖頭沖孔機(jī)，餐盒進(jìn)入工位后固定不動(dòng)，根據(jù)需要打孔位置確定哪些沖頭往下沖，然后整體加壓穿孔，這種方式生產(chǎn)效率高，但是成本也較高，當(dāng)市場(chǎng)對(duì)于餐盒的需求量比較大的時(shí)候可以研發(fā)使用這種沖孔機(jī)。

第三是手持式掃描器的問題，必須設(shè)計(jì)制造一種騎手專用的手持式掃描器，一端用于掃描訂單上的條形碼或二維碼，另一端用于識(shí)別餐盒的打孔編碼，然后將兩者信息進(jìn)行綁定，再通過網(wǎng)絡(luò)將信息上傳。

最后是清洗點(diǎn)回收識(shí)別的問題，如果采用回收柜不識(shí)別方式回收餐盒，則清洗點(diǎn)要能夠快速地對(duì)數(shù)千個(gè)甚至更多餐盒進(jìn)行編碼識(shí)別，同樣需要設(shè)計(jì)制造專用的設(shè)備來完成此功能。

以上所列舉的技術(shù)需求，研發(fā)難度并不算大，以當(dāng)前的物質(zhì)技術(shù)水平，設(shè)計(jì)制造成功是完全可以期待的。

5 循環(huán)餐盒的消費(fèi)群體分析

目前外賣餐盒的主要消費(fèi)群體為高校、寫字樓、工業(yè)區(qū)、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)等。高校的一次性餐盒的使用量已經(jīng)達(dá)到驚人的程度，對(duì)于環(huán)境造成的不良影響已經(jīng)不容小覷，推廣使用循環(huán)餐盒是很好的解決途徑，并且高校的環(huán)境相對(duì)較為封閉，更適合于循環(huán)餐盒的推廣使用，高校到了用餐的時(shí)間段，學(xué)生集中程度非常高，需要排長(zhǎng)隊(duì)購(gòu)餐，堂食壓力比較大，因而需要采用各種形式來進(jìn)行分流，可以在學(xué)生宿舍區(qū)設(shè)立外賣柜，學(xué)生通過手機(jī)下單，然后由配送員將餐食放入外賣柜中，學(xué)生輸入取餐碼即可開柜取餐。宿舍區(qū)同樣需要安裝回收柜，學(xué)生用餐完畢后將循環(huán)餐盒扔進(jìn)回收柜即可。高校食堂本身就有清洗設(shè)備，這就使得清洗成本也大為降低。所以說，高校最適合于進(jìn)行循環(huán)餐盒的早期推廣。

對(duì)于寫字樓、工業(yè)區(qū)、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)等處的消費(fèi)群體，因?yàn)榇嬖趫?chǎng)地租金、客源分散等問題，配送仍然需要由騎手單個(gè)進(jìn)行，回收則可以采用安裝回收柜或預(yù)約回收的方式。

6 存在的問題

這套新型打孔編碼的可回收金屬餐盒系統(tǒng)，推廣使用后可能存在以下問題。

顧客對(duì)于餐盒回收后，商家是否清洗能不能建立起信任度，有不少顧客對(duì)于循環(huán)餐盒是否會(huì)認(rèn)真清洗消毒表示疑慮，隨著將來物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)完善，以及品牌信譽(yù)的深入人心，相信這部分顧客的疑慮能得以消除。

其次，可回收餐盒與一次性餐盒相比，雖然環(huán)保衛(wèi)生，但是出餐、配送、回收、清洗各環(huán)節(jié)要多消耗人工機(jī)具，因而其單次使用成本可能會(huì)比之略有升高，并且顧客用餐完畢還需要?dú)w還餐盒，會(huì)讓部分顧客覺得便捷程度不如一次性餐盒。隨著將來環(huán)保與健康意識(shí)的逐漸深入人心，以及各地限塑政策的逐步強(qiáng)化，相信可回收餐盒占據(jù)的外賣市場(chǎng)份額將與日俱增，最終超過一次性餐盒。

另外，還有異地還餐盒的問題，每天都有大量旅客奔波于旅途之中，這也是一個(gè)企待開發(fā)的外賣餐飲市場(chǎng)，能否實(shí)現(xiàn)在一個(gè)城市購(gòu)買餐食，在旅途中用餐，然后在另一個(gè)城市歸還餐盒，這也是一個(gè)值得研究解決的問題。

7 總結(jié)與展望

隨著外賣餐飲的興起，其帶來的健康與環(huán)保問題需要去解決，外賣餐盒的綠色化、可循環(huán)化是解決的途徑之一，所設(shè)計(jì)的打孔編碼可循環(huán)金屬餐盒系統(tǒng)健康、環(huán)保、造價(jià)低廉、堅(jiān)固耐用，有望能夠用于解決上述問題。期待在不久的將來，這種打孔編碼的可循環(huán)金屬餐盒系統(tǒng)能得以面世并被推廣使用。

所述打孔編碼的識(shí)別方法，不僅在外賣領(lǐng)域，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)于金屬類物品的自動(dòng)識(shí)別，也能起到很好的借鑒作用，在物流識(shí)別領(lǐng)域?qū)⒂锌赡塬@得更廣泛的應(yīng)用。