无人超市的优化方案

——以“缤果盒子”为例

学校：南京工业大学 专业：工业工程 成员：王洋

王礼川 杨秋宇 庞俊

目录

摘要 ..................................................................................................................................................... 3 第一章 绪论 ..................................................................................................................................... 4

1.1案例背景 ............................................................................................................................... 4 第二章 缤果盒子无人超市的现状 .................................................................................................. 5

2.1购物流程 ............................................................................................................................... 5 2.2价格优势 ............................................................................................................................... 5 2.3与传统超市的比较 ............................................................................................................... 6 2.4RFID技术的简介 .................................................................................................................... 7 2.5RFID技术在无人超市中的应用 ............................................................................................ 8 第三章 缤果盒子存在问题及分析 ................................................................................................ 10

3.1缤果盒子门禁系统存在的问题 .......................................................................................... 10

3.1.1门禁系统等待时间过长 ........................................................................................... 10 3.1.2门禁系统人性化程度低、安全性不高 ................................................................... 10 3.1.3门禁系统存在不确定性 ........................................................................................... 11 3.1.4门禁系统不能分流................................................................................................... 11 3.2缤果盒子库存管理问题 ...................................................................................................... 11

3.2.1库存商品补货不及时以及商品积压问题 ............................................................... 11 3.2.2供应商与缤果盒子库存信息系统不匹配 ............................................................... 11 3.2.3库存商品质量难以保证的问题 ............................................................................... 11 3.3 缤果盒子RFID技术应用存在的问题 ............................................................................... 12

3.3.1RFID标签的成本过高 ............................................................................................... 12 3.3.2RFID标签存在漏读的可能性 ................................................................................... 12 3.3.3运用RFID技术购物速度不高 ................................................................................. 12 3.3.4运用RFID技术的意外损失风险难以避免 ............................................................. 13

第四章 缤果盒子存在问题的优化 ................................................................................................ 14

4.1缤果盒子门禁系统的整体优化 .......................................................................................... 14

4.1.1人脸识别系统概述................................................................................................... 14 4.1.2人脸识别系统在缤果盒子的应用 ........................................................................... 14 4.1.3人脸识别系统的成本分析 ....................................................................................... 14 4.2缤果盒子库存管理的优化 .................................................................................................. 15

4.2.1库存商品补货不及时以及商品积压问题的优化 ................................................... 15 4.2.2供应商与缤果盒子库存信息系统不匹配的优化 ................................................... 16 4.2.3库存商品质量难以保证的问题的优化 ................................................................... 16 4.3缤果盒子RFID技术应用的优化 ........................................................................................ 16

4.3.1RFID标签成本过高的优化 ....................................................................................... 16 4.3.2RFID标签存在漏读风险的优化 ............................................................................... 17 4.3.3运用RFID技术购物速度不高的优化 ..................................................................... 18 4.3.4关于RFID技术意外损失风险的优化 ..................................................................... 18

第五章 总结与展望 ....................................................................................................................... 18

5.1研究总结 ............................................................................................................................. 18 5.2研究展望 ............................................................................................................................. 19

摘要

当今社会，劳动力成本的上升使得传统超市面临着利润下滑、招工困难、发展前景不明朗等一系列问题。随着人工智能技术的快速发展，无人超市成为当下最具发展前景的商业模式之一。

本文以南京市内的一家“缤果盒子”无人超市为研究对象，运用工业工程的相关方法对其现状进行描述和分析，发现其存在的不经济不合理之处，进而提出优化方案。研究结果表明，优化方案使“缤果盒子”无人超市的接待顾客量增加、安全性提高、仓储物流成本和运营成本有效降低。这对无人超市将来的布局和发展有一定的指导和借鉴意义。

关键词：人工智能、无人超市、工业工程

第一章 绪论

1.1案例背景

“无人超市”这一概念起始于2016年日本和瑞典出现的“无人便利店”计划。同年末，技术更为成熟的亚马逊推出全新的线下商店Amazon Go，开启了零售业的新纪元。这是一家无须排队结账的实体店：顾客只需刷手机进店、选品、拿货，走人！2017年7月，阿里巴巴也推出无人超市“淘咖啡”并在第二届淘宝造物节亮相。截至目前，北京、上海、广州、南京、西安等一线和二线城市已陆续出现无人超市。

缤果盒子作为国内较早的商用24 小时无人零售店，由生鲜电商缤果水果创业团队创立，目前正在完成华东区域的无人零售店铺设及全球业务落地。缤果盒子分为中号盒子(占地面积 12.48 平米)、大号盒子(占地面积 15.6 平米)两类。

但现阶段无人超市的技术并不成熟，想要真正做到无人、又不影响用户体验，那它所采用的技术、管理方面的成本，必然非常高。同时，网上屡屡出现无人超市被盗事件，引起商品损失，运营成本升高。就目前来看，降低成本、提高安全性、降低意外损失风险显得尤为重要。

第二章 缤果盒子无人超市的现状

2.1购物流程

缤果盒子购物流程如下：顾客扫码关注“缤果盒子”微信服务号→经验证是实名用户后门禁打开→选择商品后放置于收银台检测区→检测区显示屏出现收费二维码→利用 App、支付宝或微信扫码后完成付账→在门口检测区等待系统检测是否有未结算商品→检测成功，自动开门→离店。如果顾客在离店时，遗漏结算某件商品，店内防盗系统会自动提示有未结算商品，同时关闭门禁。

2.2价格优势

缤果盒子商品整体价格与日系便利店相比具有一定优势，大部分商品比全家便利店低0.4-1.5元左右。

缤果盒子与传统便利店价格对比（元/件）

商品 饮品 农夫山泉 味全每日果汁 乐百氏脉动 缤果盒子 2 6.5 5.8 全家 2 7.6 5 佳得乐蓝莓味 酸奶 优诺优丝 冠益乳 方便面 零食 康师傅红烧牛肉干拌面 康师傅桶装面 呀！土豆 百力滋 百奇 梅怡馆蜂蜜老梅干 4.5 8.5 6.9 5.5 4.5 6.5 3.8 6.5 14.9 5.5 8.9 7.2 6.5 6.5 7.5 5 6.8 26

2.3与传统超市的比较

与传统便利店相比：运营成本更低，可布局地点离消费者更近 以缤果盒子为代表的无人零售店与传统便利店相比主要具备两大优势： （1）运营成本更低。一方面，无人零售店大幅降低了人工成本，4 个员工可以管理40家缤果盒子，按此计算单店所需员工仅为1/10 人;另一方面，缤果盒子在初始投入、试错成本等方面也具备较大优势，缤果盒子初始成本(包括硬件设施、首月租金、首次铺货成本)投入为 10 万元左右，约为便利店的1/4，且盒子可移动，同城运输的费用大概在2000元左右，而传统便利店迁店费在10万元以上。

据部分公开信息与缤果盒子单日盈利情况的测算，按租金3 元/平米/天保守估计，则单日净利润约23元，净利率为2.26%，静态投资回收期约3.35年。

缤果盒子盈利模型测算(天)

科目 营业收入（元） 毛利率 数值 1017.8 25% 备注 根据草根调研，一小时营业额72.7元估算 毛利（元） 租金（元） 租金（平米/天/元） 人力成本（元） 水电杂费（元） 补货物流成本（元） RFID消耗（元） 折旧年限（年） 折旧（元） 净利润（元） 净利率 面积（平米） 坪效（年） 首次投入成本（元） 折旧前利润（元） 静态投资回收期（年） 254.45 46.8 3 16.67 30 20 71.40 5.00 46.58 23.01 2.26% 15.60 23813.91 85000 69.58 3.35 假设租金为3元/平米/天 按一个员工管理10个盒子估算 根据草根调研，一小时17件商品，每件RFID成本0.3元估算 硬件成本/折旧年限/365 硬件成本，不包括铺货 净利润+折旧 表中首次投入成本/折旧前利润

（2）布点可离消费者更近，从而提供更好的便利性。由于缤果盒子具备更低的盈亏平衡点，因而与传统便利店相比，缤果盒子对布局点位的要求更低，布点可以更加广阔，并离消费者更近，因此为消费者提供更好的便利性。

2.4RFID技术的简介

RFID技术概念

射频识别，RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID读写器也分

移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。

从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。

RFID技术适用于物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合，要求频繁改变数据内容的场合尤为适用。

2.5RFID技术在无人超市中的应用

目前市面上存在的各家无人超市中，例如缤果盒子、Well Go等，采用的都是RFID识别技术，在这些无人店中出售的商品上都贴着RFID标签，这种标签也是RFID系统中的重要组成部分。目前标签是以不干胶人工粘贴在商品表面，一次性使用，笔者以在南京实地探访过的缤果盒子为例。缤果盒子采用的是现今较为成熟的高频RFID方案。

根据笔者的实地体验，在缤果盒子无人便利店的购物流程如下：顾客在进门前需要扫码关注“缤果盒子”微信公众号，经过实名注册验证后，超市的门才会打开，并且需要顾客迅速将门拉开否则就会重新锁上。

顾客在店内挑选好需要的商品后，将商品放置于收银台的商品检测区，收银台扫描商品上的RFID电子标签获得商品信息，并生成电子账单，收银台屏幕上会出现收费二维码，顾客利用 App、支付宝或微信扫码后完成付账。

在完成结账后，顾客还需要在出口的检测区停留，再次扫描商品确认无误后方可开门离开，如果没有购物则需要再次扫描二维码方可开门。如果顾客在离店时，遗漏结算某件商品，店内防盗系统会自动提示有未结算商品，同时关闭门禁。

第三章 缤果盒子存在问题及分析

3.1缤果盒子门禁系统存在的问题

顾客需扫描门禁上的电子二维码，待认证通过后才能进入（若不及时进入，门会自动关闭）。进出只有唯一通道。这存在以下几个弊端。 3.1.1门禁系统等待时间过长

等待时间过长。经过笔者实地测试，从掏出手机到扫描二维码，再到认证通过大约需要15s。

3.1.2门禁系统人性化程度低、安全性不高

人性化程度低、安全性不高。认证通过后，门自动开启的时间仅仅只有2s。如果不及时把门拉住，则会自动关闭。而一旦拉住后，便存在其他顾客尾随进入的可能性。

3.1.3门禁系统存在不确定性

不确定性。若手机信号存在问题，无法连接到网络，就无法识别二维码进行身份认证。 3.1.4门禁系统不能分流

现有的缤果盒子只有一个门，顾客的进出只能通过唯一的进出口。当顾客流量增加，势必会导致顾客进出时发生难以避免的拥挤和摩擦。

3.2缤果盒子库存管理问题

3.2.1库存商品补货不及时以及商品积压问题

由于缤果盒子属于无人化管理，当其仓库内的热销商品在销售一空的情况下可能会出现无法及时对仓库进行补货，货架商品缺失的情况，这会造成商品脱销，给顾客带来极大的不便，如果管理人员发现问题过晚，更可能会引起顾客的投诉。同时，由于供货方一次提供的商品过多，对于一些滞销的商品可能会产生商品积压，随着供货方的不断供货，积压情况会愈加严重，并出现恶性循环。

3.2.2供应商与缤果盒子库存信息系统不匹配

缤果盒子的母公司采用传统的库存管理信息系统，当需要查询库存信息时，工作人员需要一条一条地点击库存商品名称进行查看，并由人工进行统计，整个过程耗时耗力，执行效率低下，而且很难分析得出有用的信息。 3.2.3库存商品质量难以保证的问题

根据我们的调查发现，缤果盒子的运营主体超市的设计是采用周身由玻璃包围的外观形式，我们咨询了相关的管理人员，得知由于夏天天气炎热的原因，有玻璃外壳密闭的超市内温度最高会达到40度，导致超市内存放的甜

甜圈软化，同时也不能保证一些饮料商品的储存温度，导致口感欠佳，给顾客带来较差的消费体验，时间一长，更会导致商品变质。

3.3 缤果盒子RFID技术应用存在的问题

3.3.1RFID标签的成本过高

RFID诞生于30年代，发展至今已经相对成熟，但缤果盒子中使用的RFID标签单个成本仍约在5毛钱左右，同时标签一次性使用，且需要人工粘贴，都增加了RFID标签的使用成本。零售行业本身利润微薄，尤其是在便利店场景，商品单价普遍不高，任何成本的增加都将对其盈利能力造成巨大挑战。 3.3.2RFID标签存在漏读的可能性

漏读风险是RFID行业一直面临的问题，虽然RFID技术上已经成熟了，但是RFID信号遇到液体、金属易衰减屏蔽，例如遇到金属罐装商品、铝箔包装商品、表面有冷凝水的冷藏商品时，RFID标签可能出现无法被收银台台扫描的情况。正如前面所说，零售业本身利润率不高，如果无法将漏读的比率降到最低，将消耗掉很多本可以获得的利润。 3.3.3运用RFID技术购物速度不高

在目前主流的无人超市中，都需要顾客自行拿取商品、结账，在笔者的体验过程中，笔者只购买了一瓶矿泉水，整个结算、付款过程仍耗费了大约25秒的时间，结算速度并不比传统便利店快。其次，在结算完毕后，顾客需要带着已买单的商品经过一个感应区，感应区会自动识别是否有未支付的商品。如果没有，系统就会提示顾客推门离开，整个过程耗时约5秒。而随着顾客购买的商品数增加或超市内顾客数的增加，即使系统能够准确识别，耗时也将进一步增加，将不可避免出现排队的现象，严重影响用户体验。

3.3.4运用RFID技术的意外损失风险难以避免

无论对于大型商超还是小型便利店，止损都是一个亘古不变的难题。止损率的轻微浮动对于零售行业来说都是致命的，而无人零售面临的止损问题更是极为严峻。遍地尸骸的共享单车就是无人便利店的绝佳参照，缺乏有效的约束，人性是经不起考验的。笔者并未找到缤果盒子准确的商品耗损率数据，不过沃尔玛超市的商品耗损率在5%左右，作为无人监管超市的缤果盒子，耗损率应该不会比5%低。采用RFID方案的无人便利店面临的止损挑战主要来源于两方面：一是顾客恶意损毁RFID标签；二是顾客刻意屏蔽标签的信号，比如用手或锡箔纸遮挡标签。事实上，在各家无人超市出现伊始，顾客恶意盗窃商品的消息就层出不穷了。

第四章 缤果盒子存在问题的优化

4.1缤果盒子门禁系统的整体优化

首先，取消原先扫描二维码认证身份的办法，用人脸识别系统代替。其次，增加一个出口。 4.1.1人脸识别系统概述

人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。它用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行一系列相关识别。它具有唯一性和不易复制性。且用户不需要和设备直接接触就能获取人脸图像。在实际应用场景下可以进行多个人脸的分拣、判断及识别。 4.1.2人脸识别系统在缤果盒子的应用

在缤果盒子无人超市的进出口分别有一个摄像头，它们属于一套人脸识别系统。当顾客走进检测区域内，人脸识别系统就会快速捕捉人像，对人脸图像进行包括光线补偿、几何校正等在内的预处理，在挑选出人脸特征，最后与数据库中的模板进行匹配识别，验证该顾客的信息。当验证成功后，门禁就会自动打开。整个过程几乎没有耗时。

这大大缩短了等待时间，提高了人性化程度和安全性，排除了由于顾客手机信号问题出现的不确定性。

增加一个出口则起到了分流的作用，减少了人员拥堵，加快了人员的流动，更加安全高效。 4.1.3人脸识别系统的成本分析

国内某家IT企业的关于人脸识别的收费价格表

月接口调用总量 计费接口 人脸检测与分析 人脸检测与分析 五官定位 五官定位 人脸比对 人脸比对 人脸验证 个体创建，增加人脸，人脸验证 人脸检索 个体创建，增加人脸，人脸检索 0.0032元/张 0.003元/张 0.0027元/张 0-300万 300万-1500万 1500万以上 0.0005元/张 0.0004元/张 0.0003元/张 0.002元/张 0.0018元/张 0.0015元/张 0.0032元/张 0.0032元/张 0.003元/张 0.003元/张 0.0027元/张 0.0027元/张

上图是国内某家IT企业的关于人脸识别的收费价格表。从中可知，在计费接口为0—300万时，一张照片的识别总费用为0.0121元，300万-500万为0.0112元，1500万以上为0.0099元。而目前市场上的一套机器的价格大致在几千至上万之间。对于这样一个极具投资前景的项目，人脸识别系统的成本并不算高。

4.2缤果盒子库存管理的优化

4.2.1库存商品补货不及时以及商品积压问题的优化

缤果盒子在库存管理方面应当采用VMI库存管理，即供应商管理库存，缤果盒子只需集中精力做好销售服务，日常供货由供应商完成，供应商对缤果盒子的流通库存进行管理和控制，并且基于缤果盒子商品的销售情况，对销售前景做出预测，来判断缤果盒子每个销售地点的商品库存是否需要补充以及补充多少合适，这样可以大大降低缤果盒子内部商品缺失导致的商品脱销这种情况，同时解决了商品积压的问题。

在选择长期合作的供应商时，缤果盒子应当加强对供应商诚信方面的考察，选择具有全局意识和长远意识的供应商，能够认清新零售商业模式革命的大势将至这一现实，不能片面追求自身或是眼前利益而做出一些损害双方权益,从而影响合作的行为，认识到只有互利共赢、顺应时代之势而为才是长

久之策的供应商。另外，缤果盒子应当与供应商之间建立VMI相关合作条约，了解双方VMI系统功能、兼容性等，明确合作双方对于成本的分担情况。 4.2.2供应商与缤果盒子库存信息系统不匹配的优化

缤果盒子应当建立顾客情报信息系统，建立顾客的信息库，进行信息与数据分析，确定库存销量和库存需求量。利用RFID的仓库管理系统等相关技术，为建设VMI库存管理信息系统打下基础。同时，企业高层管理人员应该重视VMI，学习借鉴其它企业应用VMI的成功经验，并达成合作协议，积极开发VMI库存管理信息系统。与此同时，企业应加强对员工VMI相关理论知识的培训，帮助他们熟练掌握系统的各项流程。此外，缤果盒子也应该积极了解供应商自行开发的VMI库存管理信息系统，了解供应商VMI的开发模式，指导并帮助他们更好地与缤果盒子VMI库存管理信息系统相对接，从而加强双方的信息共享程度及信任度。 4.2.3库存商品质量难以保证的问题的优化

根据分析库存商品质量难以保证的根本原因是缤果盒子玻璃密闭设计的原因，可以通过VMI管理模式将库存转移到供应商提供的仓库，全权由供应商负责，也可以对缤果盒子内部设计增加改进，装上根据室温自动调节温度的空调，将室温控制在商品存储的适宜温度之内。

4.3缤果盒子RFID技术应用的优化

4.3.1RFID标签成本过高的优化

为了降低在购买RFID标签上的成本，无人超市经营方应该加深与RFID标签供应商的合作，在建立良好互信关系的基础上降低标签的购买价格。

其次，笔者还设计了一套RFID标签回收的系统，事实上，类似于超市衣物的防盗扣，RFID标签是可以重新回收写入信息的。只是在目前的粘贴方式

下，RFID标签上的不干胶难以清除，同时撕下标签时容易使标签损坏。笔者设计在超市出口处放置RFID标签的回收箱，鼓励顾客将RFID标签完整取下后投入回收箱。回收箱中设有与收银台一样的传感器，扫描到标签中的信息后将信息上传至系统计算机，计入顾客个人资料中，当一名顾客累计回收10枚可用电子标签时，他的下次购物将享受一笔折扣，以此来鼓励客户积极参与标签回收。

4.3.2RFID标签存在漏读风险的优化

由于传统的电子标签贴附于商品之上，容易出现信号屏蔽的情况，针对不同的商品形态，笔者设计了全新的标签形式，将标签的体积缩小，以扎带或吊扣的形式附着在商品之上，连接所用的胶带或绑带与标签主体分开。这么做，既有效减少了电子信号屏蔽的风险，还使得标签的粘贴更加美观牢固，也避免了直接将标签主体接触不干胶，极大地方便了上文所讲到的标签的回收工作，避免标签主体被撕坏。

其次，为了进一步减少漏读的概率并提高用户体验，笔者认为缤果盒子应该将目前使用的高频RFID模式向超高频RFID改进，原因有四：

（1）超高频RFID灵敏度更高，而灵敏度决定了识别的商品的距离，使得传感器可以更轻易地检测到商品的信息。

（2）超高频RFID采集数据的速度更快，高频和低频RFID采集数据的速度是以秒为单位计算，而超高频的识别速率则是毫秒级的，可以极大地加快购物结算速度，带来更好的用户体验。

（3）超高频RFID可以同时识别的标签的数量更多，而低频和高频RFID同时识别的标签数量局限性较大，漏读风险高。

（4）超高频RFID成本较低，它的成本要比低频和高频低50%甚至更多，可以有效降低超市在电子标签这一项上面的花费。

不过目前国内在超高频RFID模式上拥有成熟技术的厂商还较少，无人超市运营方应该与RFID厂商加强技术合作，努力推进超高频RFID的研发推广。

4.3.3运用RFID技术购物速度不高的优化

为了尽可能加快顾客的购物结算速度，笔者首先对收银台进行了改进，将收银台与出口门禁相结合，结合上文提到的超高频RFID技术，增强门禁系统中读写器的信号强度，使得顾客无需将商品放置于检测台面上系统就可以得知顾客所选购的商品信息。结合门禁处的人脸识别系统确定顾客个人信息，商品金额将自动从顾客绑定的电子账户中扣除，顾客可迅速完成一次购物。 4.3.4关于RFID技术意外损失风险的优化

为了避免出现顾客恶意撕毁电子标签、盗窃商品、用手或锡箔纸遮挡标签的情况，笔者认为无人超市运营方首先要做的是完善顾客的信息采集系统，确保正确收集每位顾客的电话、邮箱、身份证件号、面部图像资料(用于人脸识别系统）等，并要求每位顾客将账户与自己的电子支付账户例如支付宝、银行卡等绑定好，提交完善信息的顾客方可被系统识别进入超市。同时要做好用户信用记录系统的搭建，将超市的信用管理方案明确告知每一位顾客。在超市中完善监控系统，改善信号场的设置，通过机电协同，避免监控死角的出现。在检测到顾客不良行为出现时及时报警并计入该名顾客的信用记录中，在必要情况下可以限制该名顾客进店购物、要求赔偿损失或寻求法律途径解决。信用系统的搭建也有助于上文提到的电子标签回收方案，信用记录良好的客户可以获得额外的折扣，以此鼓励顾客养成良好的购物习惯。

第五章 总结与展望

5.1研究总结

本文首先介绍了无人超市这一朝阳产业的的发展状况，其次是缤果盒子的运营现状。然后从门禁系统、库存管理、RFID技术三个角度分析它存在的问题。最后针对所出现的问题，提出了解决方案。通过研究，本文得出了如下结论。

（1）对缤果盒子门禁系统进行了优化，利用人脸识别技术提供了一个实惠可行的解决方案，缩短了排队等待时间，提高了安全性和人性化程度，排除了不确定性的因素。

（2）对缤果盒子补货不及时、商品积压、库存信息系统与供应商不匹配、库存商品质量难以保证等问题进行了优化，利用VMI管理模式提供解决方案，能够使缤果盒子的库存状态得到有效改善，同时减少人力成本。

（3）对原先的RFID技术应用进行了优化，减少了标签成本，降低漏读的可能性以及标签意外损失的风险，提高了购物速度，降低成本。

5.2研究展望

本文对缤果盒子无人超市存在的问题加以研究，并得出了优化方案，但仍存在一些不足。门禁系统使用人脸识别技术，相比原先的扫描二维码的零成本来说，收回这部分的成本投入需要一定时间。RFID标签回收系统的回收成功率和再次利用率有待进一步观察和论证。

团队将在未来针对上述问题展开进一步的研究，并多与行业内专业人士探讨，为推动无人超市的健康发展做出努力。