赵 靖，苏天啸 （山东新北洋信息技术股份有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518000）

0 引言

在快递行业，快递公司需要对用户邮寄的快件进行包装、打印及粘贴运单后进行转运。包装耗材一般有纸箱、胶袋、文件封、透明胶带等，运单主要有热敏运单、常规运单等。这些耗材均需快递人员随身携带，特别是包装纸箱，体积大、重量重，给快递人员带来沉重的工作负担，严重影响了快递业务的效率；各营业网点也均需要设置耗材仓库，配置库管员，对耗材进行人工收、发管理，库管人力成本和库储成本都比较高，人工管理耗材漏洞多，不能形成即时报表，给耗材盘点和调配带来诸多管理问题。

如何减轻快递员劳动强度，降低快递公司运营人工成本，降低运营场地面积，精准掌握耗材时时消耗情况，高效进行调配，是目前解决快递行业生产成本高的最大痛点之一。

根据对快递行业快递员的工作场景、快件包装耗材的种类、快件派件业务流程等快递业务的调研结果，形成了快递行业耗材管理方面的解决思路，即取消各营业网点的耗材仓库和仓管，在居民区、商业区、写字楼、工业区及各营业网点灵活配置自助耗材柜，与快递管理系统联网，做到耗材就地供应、自助领用、联网管理，提高快递业务的运作效率。

1 应用场景概述

自助耗材柜在快递公司营业网点、居民区、商业区、写字楼、工业区等场所内使用，由快递员通过工卡刷卡方式登陆，打开柜门，根据快件大小灵活地就地取用耗材，领用数量和领用种类由设备自动记账并通过物联网[1]系统上传到快递管理系统，既减轻了快递员随身携带快递耗材传统方式的劳动强度，也提高了将快件带回营业网点进行重新包装的工作效率。

通过对目前国内大型快递公司调研，得出以下用户需求：（1）使用自助耗材柜替换现有耗材仓库和仓管员，节省大量的场地成本，实现节能降耗；（2）通过自助耗材柜在营业网点、居民区、商业区、写字楼、工业区等场所的广泛布置，降低快递员的劳动强度，提高快递员的工作效率，提高快递系统的运营效率；（3）利用自助耗材柜与物联网系统联网，实现耗材的时时监控，实现高效配送和精准管理。

2 功能研究

通过对快递公司收派业务、耗材管理业务的研究，自助耗材柜需要具备以下功能：

2.1 业务界面简单友好

需采用触显一体屏，业务界面图形化，操作简单，软件业务层不超过3层，工作过程中设备工作状态在界面显示，易于快递员简单使用。

2.2 仓储功能

自助耗材柜至少可装入1#～8#八种规格的包装纸箱、两种运单、三种包装胶袋、两种文件封等；包装纸箱的库存收容量由快递公司统计得出，一般1#、2#小型纸箱用量最大，存储量要求最大。

包装纸箱属粗纤维亲水材料，加上结构为疏松瓦棱结构，纸箱与空气接触面积大，易吸潮吸水，所以柜体、格口门需要密封防潮。

2.3 IC卡识读、条码识读功能

为方便所有快递员领用和补料员补充，需要使用员工IC卡登陆，也可使用条码扫码登陆，后台可对操作人员进行授权管理。

2.4 自动开门功能

为方便领用和补充，需要前端开门，柜门由电磁锁控制，实现自动开门功能。

2.5 自动记数功能

需满足快递业务需求，易用性强，操作简单，无论领用耗材还是补充耗材，均需自动识别耗材数量，不进行人工计数，避免增加工作难度，规避人工作弊。

2.6 网络通讯功能

为满足设备不同的应用场地环境条件，需配置以太网、wifi、4G移动网络通讯功能。

2.7 自动形成业务报表

耗材领用及补充，设备能够自动生成每个快递员、补料员的业务报表，时时或定时上传系统，满足整个物流系统的业务管理。

2.8 扩展功能

不同场所快递业务频度存在较大的差异，耗材日消耗数量和种类差异较大，自助耗材柜需要灵活地实现耗材容量、种类扩充，以满足不同地区业务差异的灵活配置。

2.9 环境性能

需符合全国多种气候环境，特别是北方低温、南方高温、高湿工作环境下的正常工作。

3 功能及性能设计原则

3.1 软件业务功能

3.1.1 软件总体设计思想

使用免费、开源的Android[2]作为自助耗材柜APP的开发平台。自助耗材柜APP主要功能是耗材存、取过程中的计件、存取操作历史数据的上报等；APP需通过android的aidl与中间层进行通讯，获取物料的重量，以及对每个格口进行操作等；上报功能需要通过HTTP协议与后台服务器进行通讯，上报后台所需要记录的数据。

后台服务器使用Linux+Java+MySQL，便于耗材日常管理及补给，同时具备大数据分析与挖掘功能。

3.1.2 总体技术路线

自助耗材柜APP主要以Spring框架和java语言为主要技术路线；页面主要用xml布局文件实现，而产品结构主要以MVP为主。开发过程中会使用数据库、定时器、多线程等技术。

3.1.3 自助耗材柜系统架构（见图1）

3.1.4 APP技术架构（见图2）

3.1.5 APP组成及运行

（1）自助耗材柜APP：提供给用户操作的图形化界面。

（2）中间层APP：给自助耗材柜APP提供通用接口，间接执行相应命令和提供相应的数据信息。

（3）硬件设备：命令实际执行者和对应数据的原始提供者。

以上三者在整体自助耗材柜中的关系见图3：

3.2 仓储功能的设计实现

从自助耗材柜的应用特点来看，自助耗材柜属物流系统终端设备，应用网点分布广、数量巨大，所以柜体采用成本低廉的钣金结构以降低快递公司的设备成本投入，表面通过喷涂防腐；各个网点因业务量的区别较大[3]，柜体结构上需要设计成单个柜体，通过组合的方式来满足不同网点对耗材需求量的配置需求。

柜体采用“1+N”的方式进行配置，“1”代表1台主柜，“N”代表多台副柜。将操作显示屏、工控机、直流电源、硬盘、扫码器、读卡器、喇叭等模块集成到主柜主控格口中，其余格口分隔后设置耗材筐盛放较小尺寸的耗材；副柜设置成双层格口形式，盛放尺寸较大的耗材，并配置电气接口板用于同主柜及其它副柜进行级联，实现供电及数据通讯连接。

自助耗材柜需满足的人体功能学的要求，易操作，柜体总高度控制在2 000mm以内，较小尺寸的耗材收纳在物料筐内，并通过抽屉方式拉出方便存、取耗材的操作。

图1 自助耗材柜系统架构图

图2 APP技术架构图

图3 APP系统构成图

柜体的每个格口配置一扇格口门，采用电磁锁控；室外安装的柜体，格口门需设计防护结构防止雨水、灰尘、小虫的进入，至少应达到IP54的防护级别[4]；同时设计安装地脚，将设备固定在牢固的基础上，防止台风吹倒设备；为防止断电情况发生，需设计应急装置在停电时管理员能够紧急打开格口门，避免对快递业务产生影响。

3.3 IC卡识读、条码识读功能的设计实现

在主柜操作面板上安装IC卡读/写模块[5]和条码读写模块[6]，用于设备识读带有IC卡芯片或条码的员工工牌，领料员或物料员可方便地通过刷员工卡快捷登陆设备业务界面进行领料、补料业务，员工信息及业务数据自动记录到数据库。

3.4 自动开门功能的设计实现

除主控格口门采用钥匙开启外，其它放置耗材的格口采用电磁锁进行开门。当员工刷卡或识读工牌的条码、并输入个人密码后，设备将对员工信息及密码发送到系统数据库进行权限验证，权限验证通过后，操作界面由登陆界面转到业务界面，由员工选择所需业务，并显示各个耗材的库存状态。

领料员或物料员如果选择某种耗材的补料或取料业务，主控模块给相应的格口门锁发出指令，相应的格口门门锁自动打开并弹开格口门。

3.5 网络通讯功能

采用成熟并广泛应用的无线通讯模块—4G路由器，具备以太网、wifi、4G移动网络通讯功能。

3.6 自动计数功能

领料员或物料员选择了某种耗材的取料或补料业务操作，主控模块给相应的格口门锁发出指令，相应的格口门门锁自动打开并弹开，当员工完成了对耗材的取料或补充，关上格口门后，设备自动进行盘点，记录员工取走或补充的耗材数量，并上传系统。

耗材的计数通过电子称称重方式来记录各种耗材的增量、减量数据，通过软件对初始物料的平均单重的数据的采集与存贮、重量转换为数量的算法和偏差的综合计算及调整，得到员工取用或补充了哪些耗材的数量数据。

3.7 自动生成业务报表

自助耗材柜将员工、物料员的操作数据上传到后台系统，由系统自动生成盘库、结算、核销、补货等的业务数据报表，可即时输出每台设备的即时补货计划。

3.8 扩展功能

对于应用在不同场所的耗材柜，耗材消耗数量种类不同，主要通过自助耗材柜的数量配置来灵活地实现耗材容量、种类的扩充，以满足不同地区业务差异的灵活配置。

一般来说，耗材柜的扩展采用级联方式来实现，每台耗材柜需配置接口板，级联采用RS485总线通讯方式，并提供所扩展耗材副柜的直流电源，将多个耗材柜与主柜的主机联机，形成一套设备进行使用。

3.9 环境性能

自助耗材柜有两种应用环境，一是在室内使用，对环境的要求比较低，无论在北方还是在南方应用，一般满足0℃～40℃，10%～70%RH（无冷凝）的工作环境；二是在室外使用，需要满足夏季南方高温高湿和冬季北方低温的环境气候条件，一般要满足-20℃～50℃，5%～90%RH（无冷凝）的工作环境，在电子器件选型方面需要注意；如果单片机和某些电子器件无法达到要求，可采用增设加热器加热、风扇降温的方式来满足工况条件。

4 技术应用前景

该技术研究成果已在国内某知名大型快递公司进行小批量试用，十分显著地提高了快递员的收、发件工作效率，基本杜绝了耗材的浪费，显著降低了快递公司的运营成本，提高了管理效率。目前该公司已经开始大量采购，规划大规模投入与应用。未来几年后，如同目前的快递柜一样，大家会在您的社区里见到自助耗材柜的广泛应用。