人工智能技術(shù)在金屬容器包裝中的應(yīng)用與創(chuàng)新

摘要：由于金屬容器包裝具有阻隔性能和綜合防護(hù)性能優(yōu)越、機(jī)械性能和可加工性能良好，且耐壓強(qiáng)度高、表面裝飾性好、衛(wèi)生方便等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來在食品包裝、日用品包裝、醫(yī)藥品包裝、儀器儀表包裝等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。文章針對(duì)人工智能技術(shù)在金屬容器包裝中的應(yīng)用與創(chuàng)新問題展開了研究，為現(xiàn)代金屬容器包裝企業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；金屬容器包裝；阻隔性能；機(jī)械性能；食品包裝；日用品包裝 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP18 文章編號(hào)：1009-2374（2017）02-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.016

金屬容器包裝即由金屬薄板制造而成的容器薄壁包裝，隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和研究的不斷深入，現(xiàn)階段應(yīng)用的金屬容器包裝在材料、樣式等方面均實(shí)現(xiàn)了多樣化發(fā)展，例如馬口鐵罐可生產(chǎn)出三片錫焊罐、二片沖拔罐等；鋁罐可生產(chǎn)成三片粘接罐、二片沖拔罐等類型。各種類型的金屬容器包裝在生產(chǎn)的過程中，通常都要經(jīng)過空罐、裝罐、排氣、封罐、殺菌冷卻、貼標(biāo)裝箱等工藝，而且各工藝的要求非常規(guī)范，為保證金屬容器包裝的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，人們嘗試將人工智能技術(shù)應(yīng)用于金屬容器包裝中。

1 人工智能技術(shù)在金屬容器包裝中的應(yīng)用現(xiàn)狀

人工智能技術(shù)即在了解智能實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)新的、能以人類智能相似方式對(duì)客觀環(huán)境做出反應(yīng)的智能機(jī)器的相關(guān)技術(shù)，例如智能機(jī)器人、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)等。此技術(shù)在金屬容器包裝中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：

1.1 智能機(jī)器人在金屬容器包裝中的應(yīng)用

近年來智能機(jī)器人在金屬容器包裝中應(yīng)用的比例不斷擴(kuò)大，已經(jīng)從2010年的11.3%提升到2016年的21.2%，在金屬容器包裝的過程中，要準(zhǔn)確地對(duì)零散的物品進(jìn)行分類并安全地放置在金屬容器包裝中，這對(duì)操作機(jī)器人的靈活性、準(zhǔn)確性、視覺能力和計(jì)算能力等方面均具有較高的要求。現(xiàn)階段在金屬容器包裝中應(yīng)用的智能機(jī)器人主要包括以下三種：

首先，裝袋機(jī)器人，其以固定回轉(zhuǎn)基座和360度旋轉(zhuǎn)機(jī)身以及機(jī)械手為主要構(gòu)成，圖1為常見機(jī)械手圖片。在運(yùn)行的過程中，需要機(jī)械手自行完成金屬容器的輸送、開啟、計(jì)量、填充、封閉和堆碼等操作，可見此類機(jī)器人在進(jìn)行金屬容器包裝的過程中，要按照設(shè)定的程序，靈活地應(yīng)對(duì)金屬容器包裝過程中可能存在的各類情況，智能化水平要求非常高。

其次，裝箱機(jī)器人，在金屬容器包裝過程中，應(yīng)用的通常為剛性包裝箱機(jī)器人，通過吸附或直接抓取已經(jīng)包裝好的金屬容器，將其移動(dòng)到指定的包裝箱中，可見此類機(jī)器人要具有位置調(diào)節(jié)和方向辨識(shí)等人工智能。

最后，灌裝機(jī)器人，在金屬容器包裝中填充完物品后，需要利用此類機(jī)器人進(jìn)行計(jì)量、輸蓋和壓蓋、識(shí)別，要保證金屬容器包裝的質(zhì)量，此類機(jī)器人不僅要具有自動(dòng)識(shí)別容器內(nèi)是否具有滿足設(shè)定品質(zhì)要求的物品，而且要判斷容器是否產(chǎn)生破損等問題，所以對(duì)其模式識(shí)別與智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)感知技術(shù)應(yīng)用等方面具有較高的要求。

雖然現(xiàn)階段在塑料容器包裝等方面嘗試應(yīng)用了包裝輸送機(jī)器人，使容器在受力后按照設(shè)定的拋物線移動(dòng)，但在金屬容器包裝方面，考慮到金屬容器可能會(huì)因受力破損或變形，所以現(xiàn)階段并未得到廣泛的應(yīng)用。

1.2 專家系統(tǒng)在金屬容器包裝中的應(yīng)用

我國2015年金屬容器包裝制造出口交貨值由825359千元提升到4037698千元，可見金屬容器包裝生產(chǎn)的效率得到了大幅提升，這與我國在金屬容器包裝設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的過程中，應(yīng)用智能專家系統(tǒng)具有密切的關(guān)系。金屬容器包裝進(jìn)行前，可以利用專家系統(tǒng)中的智能包裝設(shè)計(jì)模塊根據(jù)存儲(chǔ)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的金屬容器包裝數(shù)據(jù)要求，確定具體的包裝形式，如防護(hù)包裝、單元包裝數(shù)量、外包裝、包裝標(biāo)志、包裝件實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等。在以上智能設(shè)計(jì)完成后，可以通過專家系統(tǒng)的人機(jī)接口，對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)調(diào)度，并針對(duì)系統(tǒng)提供的多個(gè)相似的包裝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)選和排序，確定最優(yōu)的金屬容器包裝方案。然后按照專家系統(tǒng)對(duì)金屬容器包裝各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)金屬容器包裝從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化、規(guī)范化，例如金屬容器在流通階段的緩沖包裝可以用專家系統(tǒng)中以知識(shí)庫為基礎(chǔ)的緩沖包裝CAD控制和實(shí)現(xiàn)。但需要注意的是，由于不同金屬容器包裝階段，對(duì)專家系統(tǒng)內(nèi)具體數(shù)據(jù)信息的設(shè)置要求存在差異，所以在此技術(shù)應(yīng)用的過程中，對(duì)各環(huán)節(jié)信息的把握能力要求非常高，例如知識(shí)的獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)管理、沖突決策等各方面。

1.3 智能識(shí)別滲漏技術(shù)在金屬容器包裝中的應(yīng)用

我國包裝聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，金屬容器包裝行業(yè)的產(chǎn)值幾乎達(dá)到我國包裝產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的10%，其產(chǎn)值中33%左右來源于飲料罐、12%來源于食品罐、11%來源于化工罐，而飲料罐、食品罐和化工罐內(nèi)的產(chǎn)品特質(zhì)決定，此類金屬容器包裝在應(yīng)用的過程中，不能發(fā)生滲漏等問題，否則可能會(huì)直接影響包裝內(nèi)物質(zhì)的品質(zhì)，甚至造成更加嚴(yán)重的后果。在過去較長一段時(shí)間內(nèi)，在檢測金屬容器包裝是否發(fā)生滲漏的過程中，采用壓力衰減法，即先向檢測的金屬容器包裝中灌入達(dá)到設(shè)定值的空氣，然后對(duì)容器內(nèi)空氣的壓力進(jìn)行檢測，將檢測的結(jié)果與預(yù)定值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而判斷金屬容器包裝是否產(chǎn)生滲漏，此種方式雖然可以達(dá)到檢測滲漏的效果，但導(dǎo)致檢測任務(wù)加重，特別是在金屬容器包裝市場需求量快速提升的情況下，缺陷逐漸顯現(xiàn)。人們嘗試將自動(dòng)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于金屬容器包裝滲漏的檢測中，即先將被測試的金屬容器放置在下層傳感器上，由上層傳感器對(duì)此被測金屬容器包裝的受測區(qū)域進(jìn)行力的施加，通過讀取位于下層傳送器循環(huán)入口和出口的重力天平，在被測金屬容器施加力前后的數(shù)值變化，判斷金屬容器包裝是否產(chǎn)生滲漏的技術(shù)。如果檢測中自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)施力后重力天平讀取的數(shù)據(jù)等于或小于施力前的數(shù)據(jù)則判定其為合格的金屬容器包裝，否則會(huì)由下層傳感器直接將其輸送至不合格產(chǎn)品區(qū)。可見整個(gè)識(shí)別過程快捷、可操作，數(shù)據(jù)讀取、力的施加、不合格產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)均可以通過自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)完成，不僅有效地防止金屬容器包裝滲漏問題發(fā)生，而且滿足我國對(duì)金屬容器包裝效率的要求。

2 人工智能技術(shù)在金屬容器包裝中的應(yīng)用創(chuàng)新

現(xiàn)階段我國在金屬容器包裝領(lǐng)域已經(jīng)嘗試應(yīng)用人工智能技術(shù)，而且已經(jīng)取得了一定的成效，對(duì)提升金屬容器包裝的質(zhì)量、效率等方面均具有積極的作用。但隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和金屬容器包裝市場需求的快速增加，金屬容器包裝領(lǐng)域應(yīng)用的人工智能技術(shù)也需要不斷的創(chuàng)新，筆者認(rèn)為可以從以下方面進(jìn)行：

2.1 金屬制罐行業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用人工智能技術(shù)

在現(xiàn)階段人們嘗試應(yīng)用卷封過程自動(dòng)化，可操作性強(qiáng)且安全系數(shù)較高的全自動(dòng)封罐機(jī)進(jìn)行金屬容器包裝的加工，但此技術(shù)在應(yīng)用的過程中，并不能精準(zhǔn)地控制壓封過程中金屬容器包裝的受力，會(huì)在一定程度上增加金屬容器包裝的不合格率，所以筆者認(rèn)為在金屬制罐行業(yè)封罐操作的過程中可以將專家系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新性地應(yīng)用，結(jié)合專家系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的已有數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)變化等，有效地優(yōu)化對(duì)金屬容器包裝施加的密封受力，可以提升金屬制罐的合格率。

2.2 電氣自動(dòng)化方面創(chuàng)新應(yīng)用人工智能技術(shù)

現(xiàn)階段人們已經(jīng)將人工智能技術(shù)應(yīng)用在直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)控制的過程中，例如模糊邏輯控制技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等，對(duì)降低企業(yè)生產(chǎn)成本、增加生產(chǎn)效率等方面具有積極的作用，但隨著近年來數(shù)字控制理念的不斷發(fā)展和健全，在現(xiàn)有人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)更加具有針對(duì)性的人工智能軟件對(duì)提升金屬容器包裝的生產(chǎn)控制效果意義更加突出，所以這也是金屬容器包裝創(chuàng)新的重要方面。

2.3 機(jī)器人技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)過程中創(chuàng)新應(yīng)用人工智能技術(shù)

現(xiàn)階段雖然在金屬容器包裝過程中使用了多種智能機(jī)器人，但現(xiàn)階段在金屬容器包裝運(yùn)輸方面可應(yīng)用的智能機(jī)器人仍較少，我國應(yīng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有裝配演示系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)的機(jī)器人，提升金屬容器包裝的效率、穩(wěn)定性及合格率，并降低針對(duì)性的管理和人工成本。

3 結(jié)語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到將人工智能技術(shù)應(yīng)用于金屬容器包裝中的可行性和必要性，并有意識(shí)地結(jié)合人工智能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和成果不斷對(duì)金屬容器包裝中應(yīng)用的人工智能技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展，這是現(xiàn)代金屬容器包裝制造水平提升的具體體現(xiàn)，應(yīng)在不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上積極推廣，以此使金屬容器包裝滿足市場發(fā)展的實(shí)際需要。

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作者簡介：陳偉亮（1983-），男，廣東汕頭人，供職于汕頭市澄海區(qū)正益設(shè)備有限公司，研究方向：機(jī)器人、自動(dòng)化技術(shù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）