快遞物流包裝的探索

■ 文/彭國勛、馬步莊

（1、陜西科技大學(xué)；2、江蘇前程工業(yè)包裝有限公司）

2017年，我國的GDP是78.5萬億；社會物流總費用是12.1萬億，占GDP的15.4%；其中物流運輸費用為6.6萬億，占社會物流總費用的54.6%；物流保管費用為3.9萬億元，占社會物流總費用的32.2%；物流管理費用為1.6萬億，占社會物流總費用的13.2%。全國社會物流總額252.8萬億，每年有3.22倍GDP的貨物由物流行業(yè)在國內(nèi)外流通，作用舉足輕重。

我國的物流與包裝的規(guī)模雖然僅次于美國，是位居全球第二的物流包裝大國，但非物流包裝強國。圖1為2016年各主要國家社會物流總費用與GDP的比率，我國還不如印度，高于全球平均水平。美國較先進，為8%左右。如果通過物流包裝的智能設(shè)計和新型物流包裝系統(tǒng)的開發(fā),能把目前的我國物流費用降低到美國的8%以下，即可挖掘出5.81萬億的巨大金山，比2017年全國排名第4的浙江省的5.18萬億的GDP還多！如果按照馬云先生最近提出的把物流費用降低到GDP的5%的要求，每年即可挖掘出8.17億元的巨大金山，幾乎相當于2017年排名第二的江蘇省的8.59萬億的GDP！。

圖1 2016年各主要國家社會物流總費用與GDP的比率

不知馬云先生是否找到了把物流費用降低到GDP的5%的解決方案，我們認為這是一個功在千秋的事業(yè)，一直在這條道路上苦苦求索。

2017年快遞業(yè)務(wù)量已經(jīng)超過400億件，營業(yè)收入接近1400億元。目前我國的快遞物流費用也是居高不下，一定程度上影響到快遞業(yè)的快速成長，更影響到快遞業(yè)和客戶的運營效益。全國今年上半年累計發(fā)送220.8億件，營業(yè)收入達到2745億元，每票平均費用為10.17元。順豐的票均費用高達22.69元，靠服務(wù)質(zhì)量來彌補費用高企，但難以擴展到低值大宗產(chǎn)品的快遞。包裹價值一般都不高，特別是農(nóng)產(chǎn)品每公斤才幾元，快遞費太高，勢必影響這些產(chǎn)品快遞業(yè)務(wù)的快速增長。農(nóng)民為了增收，不得不降低售價，利潤就變得十分微薄，這會制約農(nóng)村振興的步伐。

包裹及其物流器具材料主要是不能降解的塑料袋或編織袋、不能降解的EPE或EPS等緩沖材料、一次性的瓦楞紙箱、不能降解的塑料中轉(zhuǎn)箱、浪費森林資源的木托盤等。如果按業(yè)內(nèi)每個包裝箱0.2公斤的通常標準保守計算，15億件快遞至少產(chǎn)生30萬噸的垃圾，如果今年達到500億件包裹，快遞至少產(chǎn)生超過1000萬噸的垃圾，快遞包裝全面綠色化迫在眉睫。

2018年 11月2日，十大部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于協(xié)同推進快遞業(yè)綠色包裝工作的指導(dǎo)意見》。要求到2020年，可降解的綠色包裝材料應(yīng)用比例將提高到50%，主要快遞品牌協(xié)議客戶電子運單使用率達到90%以上，平均每件快遞包裝耗材減少10%以上?；窘⒖爝f業(yè)包裝治理體系。

因此，我國的快遞物流包裝當前面臨的主要難題，是成本和環(huán)保兩大難題。

國際上流行的綠色包裝評價指標體系是可以使用“3R+B”來表述：

1、預(yù)先減少用量，英文是Reduction，縮寫是為第一個R，即為了減少資源消耗，降低對環(huán)境的不利影響，在包裝的第一層、第二層和（或）第三層滿足其功能，且在消費者（用戶）可接受的條件下，使包裝的質(zhì)量（體積）達到用量適當?shù)乃蕉A(yù)先采取的措施?？刹捎媒⒃谧钚掳b理論及其算法基礎(chǔ)上的先進包裝設(shè)計軟件，優(yōu)化設(shè)計客戶保護要求和滿足嚴酷物流環(huán)境條件的各層包裝，使得包裝材料和能耗等資源消耗最少，運營成本最低；

2、重復(fù)使用，英文是Reuse，縮寫是為第二個R，即包裝的所有運作是預(yù)期的或有計劃的在其生命周期之內(nèi)達到周轉(zhuǎn)或循環(huán)有限次數(shù)，并且是預(yù)先確定的再包裝或用于相同的產(chǎn)品，或許使用補助物使產(chǎn)品能夠在市場銷售，受不能長久的重復(fù)使用的條件限制，重復(fù)使用的包裝也將成為廢棄物。應(yīng)減少采用一次性包裝，創(chuàng)造各種條件采用可重復(fù)使用的包裝。

3、循環(huán)再生，英文是Recycling，縮寫是為第三個R，即將廢棄的包裝材料通過有目的生產(chǎn)加工得以利用，包括有機物再生利用（不包括能源回收）的技術(shù)與方法。將其他工業(yè)廢棄的材料制成可循環(huán)再生的包裝材料，是更高級的循環(huán)再生。

4、生物降解，英文是 Biodegradation，縮寫是為B，即通過微生物活性特別是酶的作用引發(fā)包裝廢棄物材料在化學(xué)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生顯著變化的技術(shù)與方法。目前市場已經(jīng)有一些生物質(zhì)原料制成的可以生物降解的塑料來代替石化原料制成的不能生物降解的塑料，性價比正在逐年提升。

快遞業(yè)在開發(fā)綠色包裝方面都在奮進的征途上。

我國物流界正在大力推進智慧物流，利用集成智能化技術(shù)，使物流系統(tǒng)能模仿人的智能，具有思維、感知、學(xué)習(xí)、推理判斷和自行解決物流中某些問題的能力。期望在流通過程中獲取信息從而分析信息做出決策，使商品從源頭開始被實施跟蹤與管理，實現(xiàn)信息流快于實物流。通過RFID、傳感器、移動通訊技術(shù)等讓配送貨物自動化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化，能大大降低制造業(yè)、物流業(yè)等各行業(yè)的成本，實打?qū)嵉靥岣咂髽I(yè)的利潤，生產(chǎn)商、批發(fā)商、零售商三方通過智慧物流相互協(xié)作，信息共享，物流企業(yè)便能更節(jié)省成本。中國物流與采購聯(lián)合會副會長、中國物流技術(shù)協(xié)會董事長戴定一表示，智能物流標志著信息化在整合網(wǎng)絡(luò)和管控流程中進入到一個新的階段，即進入到一個動態(tài)的，實時進行選擇和控制的管理水平。然而，要打破目前的條塊管理體系，達到上述智慧物流的理想效果，從試點到推廣，還有很長一段路程要跋涉。

順豐最近正在開發(fā)可重復(fù)用帆布袋代替普通編織袋；采用可降解聚丙烯塑料發(fā)泡材料做循環(huán)保溫箱箱體；開發(fā)可拉伸珍珠棉代替?zhèn)鹘y(tǒng)珍珠棉，使用可循環(huán)使用文件封，無膠帶豐Box紙箱；將紙箱、文件封、膠帶滿版印刷改為無底紋印刷，減少油墨用量約70%，按每年印刷1.5億個物料，約可減少750噸油墨使用量；對對文件封進行改型設(shè)計，通過工藝優(yōu)化，在封口上設(shè)計二次使用功能，且外觀不受影響；研究醫(yī)藥物流包裝標準化體系，保障藥品運輸質(zhì)量安全，希望借此逐步實現(xiàn)醫(yī)藥物流包裝的標準化和規(guī)范化；開發(fā)出塑料薄膜氣墊懸浮水果等易碎品包裝；推廣可循環(huán)使用的包裹冷鏈包裝等等。

京東物流繼冷鏈保溫循環(huán)箱、循環(huán)包裝袋后，正式對外首批推出并投入使用了數(shù)量高達10萬個的可以回收循環(huán)使用的綠色環(huán)保包裝的圖2所示“青流箱”。該青流箱采用最新的熱塑性樹脂材料制作而成，采用中空板結(jié)構(gòu)，5秒鐘即可打包成型，既抗擊打，又耐高低溫，還輕便堅固。不僅如此，根據(jù)京東此前的測試，它可以循環(huán)使用超過20次，青流箱單次使用成本比傳統(tǒng)紙箱還便宜30%以上。未來3年內(nèi)，京東物流計劃將體系內(nèi)幾十萬輛物流快遞車替換為新能源車，2018年北京市市內(nèi)100%更換為電動車。通過聯(lián)動合作伙伴，3年內(nèi)減少100億個一次性紙箱的使用。

圖2 京東的青流箱

蘇寧物流就在近日于武漢地區(qū)針對3C數(shù)碼產(chǎn)品推出了圖3所屬氣泡包裝袋，代替紙箱。自動化氣泡袋包裝機能夠比傳統(tǒng)手工打包節(jié)約5倍人工，一座4000平米的3C倉庫，只需要3臺德國自動打包機即可完成工作量。這款寫著“加入綠色共享行動，做地球守護者”和“零膠帶、零填充，每使用一個氣泡袋可減少42%的環(huán)境污染”的包裝袋，通過減少了42%的膠帶和填充物等不可降解材料的使用來達到環(huán)保目的，同時與同等商品比體積至少減少一半，消費者拆包裝僅需雙手捏住袋子頭部的縫合處稍微一拉就能打開，也十分方便。

圖3 蘇寧的氣泡包裝袋

遺憾的是，上述這些努力在實際推廣過程中，困難重重，在降本和綠色包裝兩個方面的效果似乎還不盡如人意，期待著有更好的解決方案問世。

我們的研發(fā)目前主要集中在兩個方面：智能物流包裝設(shè)計系統(tǒng)和廢棄的生物質(zhì)材料為主的循環(huán)物流包裝系統(tǒng)，希望通過實驗室研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，能找到一個成本低廉而又綠色環(huán)保的快遞物流包裝解決方案。

物流（logistics）是指物品從供應(yīng)地向接收地的實體流動過程；根據(jù)實際需要，將運輸、儲存、裝卸、搬運、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實施有機結(jié)合。因此，物流具有包括包裝在內(nèi)的8個功能。我們正在追求的物流包裝（logistics packaging）就是方便運輸、儲存、裝卸、搬運、流通加工、配送、信息處理等7個功能的優(yōu)化包裝。抓住優(yōu)化物流包裝這個牛鼻子，通過智能優(yōu)化設(shè)計，可以從源頭上降低運輸、儲存、裝卸、搬運、流通加工、配送、信息處理等7個功能的成本，同時也盡可能降低包裝自身的成本。

物流包裝的首要目標就是尋求最佳的包裝保護程度，增強內(nèi)裝物抗物流環(huán)境沖擊的能力，恰好滿足一定置信度的物流環(huán)境沖擊與環(huán)保法等約束條件，保證貨損在置信度允許范圍內(nèi)。圖4表示了三者的關(guān)系。當內(nèi)裝物抗物流環(huán)境沖擊的能（紅柱）加包裝保護程度（黃柱）恰好等于一定置信度的物流環(huán)境沖擊與環(huán)保法等約束條件（藍色區(qū)域）時，如第二行所示，物流成本最低，為恰好包裝。當內(nèi)裝物抗物流環(huán)境沖擊的能力加包裝保護程度小于一定置信度的物流環(huán)境沖擊與環(huán)保法等約束條件時，如第三行所示，內(nèi)裝物會破損，為欠包裝。當內(nèi)裝物抗物流環(huán)境沖擊的能力加包裝保護程度大于一定置信度的物流環(huán)境沖擊與環(huán)保法等約束條件時，如第一行所示，保護過度，物流成本太高，為過包裝。當內(nèi)裝物抗物流環(huán)境沖擊的能力加包裝保護程度大于一定置信度的物流環(huán)境沖擊與環(huán)保法等約束條件時，如第一行所示，保護過度，物流成本太高，為過包裝。重新設(shè)計產(chǎn)品，使得內(nèi)裝物抗物流環(huán)境沖擊的能力，如第四行所示，可以減少物流包裝成本；如果重新設(shè)計增加的制造成本小于物流包裝成本的增加量，設(shè)計則是劃算的。降低物流環(huán)境沖擊與環(huán)保法等約束條，如第五行所示，也可以減少物流包裝成本；如果改善物流環(huán)境條件所花成本等于物流包裝成本的減少量，設(shè)計則是恰好的。

圖4 內(nèi)裝物抗沖擊的能力、包裝保護程度、物流環(huán)境沖擊與環(huán)保法等約束條件之間的關(guān)系

物流包裝智能設(shè)計采用的算法是目前常用的式（1）所示優(yōu)化算法，對項目的與環(huán)境條件和綠色包裝要求有關(guān)的目標函數(shù)整體供應(yīng)鏈的總成本進行尋優(yōu)：

其中：為環(huán)境條件嚴酷程度指數(shù)或試驗強度值，x2為綠色包裝指數(shù)，x3為嚴酷程度指數(shù)x1和綠色包裝指數(shù)x2的置信度；目標函數(shù)f（x1，x2，x3）＝f1（x1，x2，x3）＋f2（x1，x2，x3）是項目的供應(yīng)鏈與物流的總成本，f1（x1，x2，x3）為物流配送過程中的損傷或索賠成本，f2（x1，x2，x3）物流包裝成本。g3和h3為不等式和等式約束函數(shù)。

目標函數(shù)的隨設(shè)計變量的典型變化曲線如圖3所示。如圖5（a）所示，環(huán)境條件嚴酷程度指數(shù)或試驗強度值x1越大，物流配送過程中的損傷或索賠成本f1越小，但物流包裝成本f2越大，因而二者之和的目標函數(shù)f在環(huán)境條件嚴酷程度指數(shù)或試驗強度值x1的中間某個位置存在一個最小值。如圖5（b）所示，提高綠色包裝指數(shù)x2要求對物流配送過程中的損傷或索賠成本f1影響不大，但會使物流包裝成本f2增加，目標函數(shù)同樣存在一個最小值。如圖5（c）所示，設(shè)計變量x1與x2的置信度x3越大，目標函數(shù)越小。

圖5 目標函數(shù)的隨設(shè)計變量的典型變化曲線

利用參考文獻中的算法或公式與數(shù)據(jù)庫，已經(jīng)開發(fā)出《整體包裝系統(tǒng)設(shè)計》，其中包含有常用物流包裝的智能設(shè)計軟件?！墩w包裝系統(tǒng)設(shè)計》的界面如圖6所示，是在Solidedge三維軟件的平臺上二次開發(fā)出的工程軟件。已經(jīng)開發(fā)出的包裝容器模塊包括：多種平托盤、圍板箱式托盤、包括普通木箱在內(nèi)的常用木箱、快裝箱式托盤（鋼邊箱）、卡口箱式托盤、框架木箱、瓦楞紙箱、異形包裝結(jié)構(gòu)、鐵箱等。按有關(guān)標準能進行智能設(shè)計外，還可根據(jù)用戶要求進行有限元分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)識別等，以求進一步優(yōu)化包裝方案。防護包裝模塊包括：緩沖包裝、防潮包裝、和防銹包裝等。此外還包括下料優(yōu)化和裝柜（裝車）優(yōu)化模塊。例如，如果能將這個系統(tǒng)開發(fā)成手機版，快遞哥拿著手機，通過優(yōu)化設(shè)計軟件和大數(shù)據(jù)查詢，幾秒鐘就可從現(xiàn)有包裝容器、緩沖材料、封箱材料中選出適合產(chǎn)品的最佳的包裝材料品種及其數(shù)量，而不像現(xiàn)在那樣憑快遞哥的感覺，不是浪費很多包裝材料，就是因保護不足而造成貨損。

圖6 《整體包裝系統(tǒng)設(shè)計》的界面

廢棄的生物質(zhì)材料為主的循環(huán)物流包裝系統(tǒng)主要是指利用目前農(nóng)村大量廢棄的桔梗或回收的廢紙等生物質(zhì)材料，加上固體廢料粉煤灰等做填料，添加納米纖維增強材料，開發(fā)瓦楞紙板所需牛皮箱板紙、低壓和高壓紙漿模包裝容器、低透氣率和耐水的紙袋和氣墊緩沖制品等，徹底解決當前快遞包裝容器和緩沖材料的成本和綠色指標問題。研究在實驗室已經(jīng)獲得初步成果，正在尋求快遞企業(yè)作為投資方能提供研發(fā)資金，以便盡快進行產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)。