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包装工程怎么智能?

已有 1670 次阅读 2021-7-6 13:05 |个人分类:包装工程|系统分类:观点评述

“智能”这个词之所以在这十几年很火,这跟人工智能(AI)在2006年的再次兴起有关。不管哪个学科哪个专业,不提点智能、没有点大数据,感觉就要被淘汰,就成了落后份子。实际上人工智能发展从1956年提出概念至今已经历了三起三落。什么时候落暂时还不好说。但是,不管怎么起落,通用人工智能将是人类的最后一项发明,最终的人类社会必然是走向大同。包装的智能化成为包装工程发展的终极目标也是必然趋势。

包装工程作为一门典型的学科交叉专业,用到的科学知识很多,涉及的范围跟被包装产品的广度是密切相关的。有什么样的产品(农产品、水产品、食品、药品、消费品、工业品、矿产品等)就要有与之相适应的包装系统。从包装材料开始到包装废弃物的循环回收再利用结束,智能化需要贯穿包装的整个生命周期。包括:包装材料、包装设计、包装加工制造、包装件流通、消费者使用、包装废弃物处理

包装材料的智能化。常见的包装材料有纸、塑料、金属、玻璃、陶瓷、木等,如何让这些材料具有智能化的功能?具有什么样的智能化功能?现有的利用非织造技术制造出来的具有单向性透气的“呼吸纸(Tyvek)”,具有纸张、薄膜和织布的优点:防水、透气、质轻、可回收等,同时具有强韧、耐斯裂、耐穿刺、防菌、抗紫外线等特性。单向透气材料用到包装上,算不算智能化?如果算智能化还有哪些智能材料?可编程塑料织物(aeroMorph),用户可以通过软件来设定它的内部结构,使其充气后具有不同的外形。如果有了产品的形状,使材料的结构具有缓冲功能,那么用这种材料就可以很容易得到产品的缓冲包装原型。类似Tyvek和aeroMorph这样的材料其实还有很多(像具有传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力、自调整能力的智能材料)。后面就看怎么降低这些智能材料的成本,能真正地用到智能包装中来了。

包装设计的智能化。包装现在的设计多是基于设计师自身的知识和经验借助专用或通用设计软件来实现的。比如ArtiosCAD(雅图)、ImpactCAD、CimPack、BOX-VELLUM、Kasemake、Packmage(包装魔术师)、iC3D等包装专用软件,CorelDRAW(CDR)、PhotoShop(PS)、Adobe llustrator(AI)、AutoCAD、Solidworks等图像处理和制图软件。这些软件智能化程度较低,充其量是积累了一些专业知识库。包装结构设计的智能化需要靠先进的智能算法,靠包装专业之外的机器学习、数据科学、计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实等知识来辅助设计师完善合理的包装方案。包装结构设计完以后,还可根据数字孪生、有限元技术进行仿真测试,可以部分替代包装件测试试验,但不能完全替代,只是可以加速包装设计的进程而已,设计的结果是否可靠最终还是要靠试验室里的实物试验,靠在实际流通环境下检验评判。

包装制造的智能化。包装的制造工艺流程能否智能化,这是提升包装行业生产效率的关键。智能制造技术靠的是自动化、信息化、数字化,需要依托机械工程、传感器技术、机器人控制、人工智能技术等,为包装制造系统的设计、计划、生产和系统活动服务。智能制造与传统制造相比,要具有搜集与理解环境和自身信息,进行分析判断和规划自身行为的能力;可以将机器智能和人的智能集成在一起的能力;可将制造系统中的各组成单元依据工作任务需要,自行组成最佳结构,在运行方式上具有超柔性;能够在实践中不断进行自学习的能力,运行过程中具有自行故障诊断、自行排除故障、自行维护的能力。包装制造的智能化也必须具有这些能力。绝不是一些所谓工业4.0工厂里,靠几条自动上料、自动卸料、自动堆码等环节组装起来的自动化物流线。包装制造智能化,要替代的是生产车间里的所有人工劳作,要实现的是包装生产的“黑灯工厂”。当前国内外的很多高档礼品盒还都是在靠手工制作。

包装件流通的智能化。包装作为一种信息载体,包装件在整个产品流通过程中承担了重要的信息传递与沟通的功能。通过传感器、二维码、NFC、RFID等技术,将流通环境、产品信息、时间节点等所有流通环节相关的信息(包括流通中的温湿度、加速度、产品配方、生产加工时间、分拣配送时间等)都可以进行有效的采集与利用。该过程的智能化可为产品安全监测、商品追溯追踪、防伪验证、生产销售等方面助力。整合了流通环节的多种信息再进行包装设计,结果会更加可靠。大量流通数据的采集,结合人工智能技术才有可能会做到包装系统设计要求的“刚刚好”。

消费者使用的智能化。无论是消费包装还是工业包装,包装件最终都是要抵达消费者手中的。包装怎么服务于消费者?怎么让消费者使用起来方便、有趣?怎么提高消费者对产品的忠诚度?这也是包装的使命所在。当前的VR、AR、MR技术,可以很好的引导消费者更好地使用产品。比如:儿童玩具包装利用AR技术可以让三维动画人物与儿童玩具做到很好的互动;在儿童药品包装上可以让卡通人物指导儿童用药,减少儿童用药时的抗拒心理;在水果包装上可以让消费者清楚看到每一颗水果的生长、采摘以及生产加工等情况,实现买的放心、吃的安心。这些例子笔者都已经作为小课题实现完成。提高消费者忠诚度,还有一些可进一步扩展的地方,比如:对消费者购买的提前预测、对消费者使用产品时的指导教育等。

包装废弃物处理的智能化。包装废弃物能不能利用好是包装是否可以实现可持续发展的关键。虽然使用了可降解、可回收、可堆肥化的包装原材料,但是在废弃处理环节如果没有做好,前面所提的循环利用、资源化利用将是一句空话。当前一些城市的垃圾分类都流于形式,最终都是焚烧了事。可降解与不可降解材料一起都被都丢进了焚烧炉发电。环保材料的加工制造成本较高,而最后却没有做到充分利用。通过智能化技术对包装废弃物的处理做好引导、做到有效监控,再加上政府政策、法律法规的约束,让废弃物是实现变废为宝,绿色包装才真正的可循环、可持续、可再生。没有监控、没有引导、没有约束,包装可持续发展将不可持续。

包装工程智能化是个大话题。绝不是几种传感器在外包装上用一用就是智能化了。也不是说包装生命周期的各个环节智能化了、包装管理智能化了、包装系统智能化了,就算是智能化了。包装的智能化应当围绕着人、围绕着用、围绕着社会,服务于人们的美好生活。在“云大物移智”的驱动下,不断创造出新的包装工程智能化应用场景。




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1 杨卫东

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