可回收式快递运输智能包装箱设计开题报告

互联网时代背景下，衍生出新型商业模式，电子商务的迅猛发展，带动我国快递行业快速成长，目前我国快递业已成为世界第一。随着我国快递业务的飞速发展，消耗了巨量的包装材料，常见的快递包装材料有：胶带、瓦楞纸箱、塑料袋、缓冲泡沫、气柱等。原料来源多、加工成本低，使其得以在快递包装中广泛应用，但其重复使用性差、回收率低，大多为一次性产品，且为避免内容物在流通过程中受损，快递行业普遍存在着过度包装的现象。由此带来的资源浪费和环境污染问题日益严重。有研究表明，我国包装造成的生态环境污染仅次于水污染，海洋湖泊污染和空气污染，为了我国的第四大污染源^[1]。随着绿色包装、绿色物流被国际社会日益重视，我国巨量的包装废弃物给环境造成的巨大压力也受到了广泛关注。

为解决“一次性包装”带来的环境污染问题，加快推进绿色包装发展，国内外行业相关人员在包装结构设计、材料使用、回收机制等方面都尝试提出了解决办法。

目前我国为实现快递包装绿色化的主要研究方向为设计可多次循环使用和轻量化、少耗材，方便仓储、运输、回收的快递包装箱。改变目前快递包装箱只使用一次便废弃的现状，提高产品利用率、减少产生包装废弃物及资源浪费。

2019年林雁虹^[2]使用经减量化处理的瓦楞纸板设计了一种双波纹快递纸箱。对传统五层瓦楞纸板进行去除上下面纸处理以达到轻量化设计目的，在瓦楞纸箱内设置隔板、在纸板上上设置凹槽、缺口以增加强度。此包装箱所使用的去除上下两层面纸的瓦楞纸板稳定性较差，受压后易变形，无法再次使用，可回收性差。

2016年王向东,王俊陶^[3]使用工程塑料配合铰接、销接设计了一种可折叠、可重复使用的标准快递箱。相邻两个侧板之间可拆卸固定，底板设置三个凹台与侧板进行铰接，顶板可向内折叠后位于一侧板上方，左右侧板向内折叠与箱体分离，前后侧板向内折叠。实现包装箱的整体折叠。此包装箱结构及材料使用达到可循环使用的要求，但其零部件有42个之多，结构复杂，且在包装箱受压遭到破坏后，拆卸较困难，整体性差，可回收性差。

2018年上海灰度环保科技有限公司^[4]使用环保PP塑料配合小麦秸秆锁扣设计了一种无胶粘、无钉合的快递箱。该箱一体成型，采用PP塑料制作瓦楞板，箱体连接处在塑料成型过程中压合，底部采用自锁结构，并为了防止其承重后塌底在底面及插锁处设置两块PP瓦楞板。小麦秸秆材料制作的锁扣可降解，设有倒钩能够进行有效锁合。理论上，该箱每次使用时，损耗的仅为一个一次性锁扣。能够多次循环使用，损耗率低，对今后的可循环快递箱有大的参考价值。但其插合口仅设置在顶面配合一个锁扣结构，不免会出现顶面锁合不紧，翘边、爆开等情况，且每个锁扣不具有唯一性，难以防止在快递运输过程中的盗启行为。

2019年戴吉农^[5]使用石塑材料制作瓦楞板替代传统纸质瓦楞。相比传统纸箱或塑料箱，石塑箱在环保、功能等方面极具优势。与同级别瓦楞纸箱对比，石塑箱耐破、边压强度等指标有了大幅提升，能够在一定程度上减少货损率。石塑板材在强UV光照射下回分解成粉末，且其具有高分子材料特性具备很强的疏水性，防水、防潮性能优秀。适用于冷链运输、普通快递包装、中转物流。但石塑材料受支撑条的影响，表面会出现规则起伏，平整度低，影响印刷。

对于包装所带来的环境污染问题，目前国外的处理办法主要为建立相关包装废弃物回收制度、完善健全包装相关法律法规、开发包装用品新功能减少废弃。

德国作为世界环保技术最先进的国家之一，于2019年1月1日，实施新包装法-“包装注册制”。该法案规定^[6]，如果一个包装产品被投放到德国市场，在最终用户手中会变为废弃物，包装的制造商、分销商和零售商，都将受到该法案约束。包装注册制度本质上是一种包装责任机制，配合废物回收系统能够有效提高废弃物回收利用率。且德国对于包装制定了详细的标准体系对应包装过程中的每一环节，强制要求负责从包装制造商到各级销售公司的包装回收，并受政府严格监管^[7]。

法国为解决包装废弃物污染及资源浪费问题，在1994年就颁布了《包装物废弃物运输法》，要求使用者主动将使用后的产品包装上交给制造商或零售商进行回收利用^[8]。荷兰在1997年生效的《包装条约》中也规定了要由生产商、销售商或物流等企业承担物流包装物回收的工作^[9]。

美国亚马逊公司于2018年^[10]推出新款纸箱，上面印有恐龙、汽车等图案，扫描二维码即可获得教程将其折叠成各种不同造型，鼓励用户循环使用纸箱。

纸质一次性快递面单是构成包装废弃物的重要组成部分之一。近年能够反复读写的RFID标签成为取代纸质一次性标签的热门候选之一。2010年杨宇笛,陈雪峰等^[11],分析了上海邮政RFID的设计方案，提出了基于小件快递的RFID应用方案。该方案对受理、中转、接收流程进行了技术改造，但所提出的技术改造是广义的，没有涉及到具体环节。2016年牛闯^[12]，基于RFID技术对快递企业业务流程环节进行了优化研究，采用RFID替代 条形码技术进行优化模型仿真。但其研究中忽略了大件、小件快递在运输中的影响，尚待完善。

2015年白帆^[13]，基于NFC技术在只能手机中逐渐普及，设计了一套NFC快递系统设计，使用NFC标签替代纸质快递条码。

2020年JoodakyA^[14]等，以发泡聚苯乙烯EPS20为研究材料，使用非线性分布参数模型对聚合物泡沫的缓冲曲线进行预测。仅通过材料的应力应变行为和单个冲击脉冲就可以确定这种模型的使用。大大减少了表征给定材料冲击响应的时间和成本。对实际缓冲衬垫设计中有参考价值。

2020年ChenShoue^[15]等，以智能包装中的印刷方法、传感器、智能标签为例，阐释了智能包装技术可以通过在产品沿着供应链移动时进行实时监控以及产品的可追溯性来为系统增加一些好处。这些基于尖端技术集成的功能可以提供产品状态的准确数据，从而可以防止盗窃，保护品牌和合规性，并减少食品损失和浪费。

2016年Chen Zhong^[16]等，使用产品、衬垫和瓦楞纸箱组合的典型快递包装结构进行试验，内置传感器测试中国快递环境中小包装件冲击，并对其进行分析。根据其跌落数据得到大多数包装在运输过程中没有摆放在正确正确位置。很少发生高度大于0.5m的跌落。图形标记对跌落影响可忽略不计。该实验数据对后续快递包装设计有参考价值。

2018年Ahmed^[17]等，使用指示器和传感器实时监测肉制品质量，在外包装中使用条形码和射频识别标签来获取实时信息。在肉类包装中使用电子鼻对食品进行新鲜度评估，与此同时比色传感器也广泛应用于无损评估食品中的香气指数。

2020年Chavoshizadeh,S.^[18]等，使用一种基于叶绿素修饰的小麦面筋的智能生物降解膜。该研究的包装对象为芝麻油，通过对比氧化剂，酸度，酸值，PA和油色变化等几个指标，得到叶绿素改善了面筋膜的性能，并具有提高食品保质期的潜力，并且可以用作油脂样品包装中的活性智能膜的结论。

一、基本内容

1.了解目前快递包装中的行业痛点；

2.分析当前快递包装结构设计中存在的问题；

3.确定当前快递包装设计中的侧重点；

4.学习并了解能够应用在快递包装结构中的新型环保材料；

5.了解基于智能包装背景下大批量生产能够加工的箱型；

6.设计符合要求的可回收式快递运输智能包装箱

二、拟采用的技术方案及措施

（1）对快递运输环境进行详细分析。结合相关文献总结其运输过程中所受冲击的主要特征。明确一个能够多次循环利用的快递箱需满足的结构要求。

（2）查找资料分析目前快递箱在回收上存在的设计问题，确定本次快递包装设计中的侧重点。

（3）学习创新设计所需的相关理论知识，提出初步结构设计方案。

（4）了解目前能够应用在快递包装上的环保新材料，将其融入设计中。

（5）对结构进行绿色减量优化。

（6）确定可回收式快递运输智能包装箱设计方案。

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[2]林雁虹,吴鑫.物联网背景下快递包装的减量化设计与应用[J].设计艺术研究,2019,9(06):132-136.

[3]王向东,王俊陶. 一种可折叠、可重复使用的标准邮政快递箱[P]. CN205113898U,2016-03-30.

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[18]Chavoshizadeh, S., Pirsa, S.,Mohtarami, F., Sesame Oil Oxidation Control by Active and Smart PackagingSystem Using Wheat Gluten/Chlorophyll Film to Increase Shelf Life andDetecting Expiration Date. [J]. Lipid Sci. Technol. 2020, 122.