基于“工業4.0”視閾下的智能產品包裝發展趨勢研究

戴丹

(廣東文藝職業學院，廣東 廣州 511400）

在我國建設與發展的過程中，包裝產業已形成穩定的規模與完善的體系，但當前還存在著諸多問題，如包裝制造過程的智能化水平較低。在“工業4.0”的背景下，包裝產業的發展方向為智能制造，因此包裝產業要在先進生產方式的引導下，將傳統共產轉變為智能，實現包裝產業的長遠發展。

1 “工業4.0”背景下智能產品包裝發展現狀

“工業4.0”是由德國在2013年提出的概念，其含義主要是指開啟以“生產制造智能化”為代表的第四次工業革命，在大數據、云計算等技術的基礎上進行變革，充分融合信息化與自動化，在虛擬的信息網絡世界中融合實體系統，使工程朝著智能化的方向發展[1]。自“工業4.0”概念提出后引起了制造業的廣泛關注，其目標實踐傳統的工業生產工作進行轉型，轉變為智能工程。Smiithers Pira指出未來五年包裝行業實現工業4.0技術可行性，強調包裝行業要發生重要的技術變革，將技術變革貫穿于生產和包裝過程中的全過程，促進產品包裝的智能化發展。

2 基于“工業4.0”與“中國制造2025”背景下智能產品包裝的轉型創新

在“工業4.0”與“中國制造2025”被提出后，制造業的思想、模式、創新模式都發生了巨大的轉變。在思想改變方面，包裝企業強調要對客戶進行精準定位，明確要為客戶提供怎樣的服務，爭取為客戶創造更大的價值，加強對員工信息化思維的培養，重點關注大數據轉型產品與裝備，具備創新思維，實現企業的信息化與科技化發展。在制造業模式改變方面，傳統智能制造業的核心發展目標為通過對制造過程的適應、測量、診斷、學習等過程，實現柔性化與無人化的制造業，通過啟發式算法、人工神經網絡等計算機智能技術對人類的智能活動進行模擬，再通過分析、判斷，最終進行決策，主要對制造環境中，人的部分腦力勞動進行取代，當前智能制造業模式的發展是在物聯網技術、大數據技術等技術的推動下實現的[2]。在創新模式改變方面，“工業4.0”與“中國制造2025”不等同于智能制造，智能制造只限制于生產運營過程，但“工業4.0”與“中國制造2025”是站在戰略創新的角度上，也就是構建顧客對工廠的模式，實現管理與需求的一體化管理。包裝企業能夠通過資源計劃改變自身的創新模式，資源計劃也是對制造行業物質、資金、信息資源實現一體化管理的信息管理系統，能夠全面結合企業的人力、物力與財力，對原始數據進行查詢與匯總，實現企業資源的動態協調。

3 智能產品包裝發展現狀

智能產品包裝主要是對產品保有基礎包裝功能，對產品所處環境的相關信息進行感知、監控與記錄，將其傳遞給使用者，實現使用者與信息的交互。我國智能產品包裝正朝著自動化與智能化的方向發展，但由于我國對智能制造領域的了解較少，缺乏行業整合能力、專業技術團隊與整體服務能力，導致智能產品的包裝設備智能化程度較低，導致包裝效率較低，成本較高[3]。智能包裝在發展的過程中種類逐漸豐富，智能包裝技術涉及到保險、安全溯源、二維碼與射頻防偽識別技術等，基于“工業4.0”的背景下，為了實現智能產品包裝的長遠發展，在包裝企業中還需要積極利用自動化生產方式，再加上智能技術，形成智能制造體系，提升對生產過程的可控能力[4]。

4 基于“工業4.0”視閾下的智能產品包裝市場挑戰

4.1 工人與機器人合作

“工業4.0”在被提出前，傳統的智能產品包裝主要是依靠工業機器人在特定環境中完成規定工作，將機器人與人類的工作空間分開，雖然在一定程度上避免人類受到傷害，但卻缺乏合作意識，因此在技術發展的過程中，最終形成智能機器人，由智能機器人對傳統工業機器人進行取代[5]。智能機器人能夠對人類的想法與行為等進行思考和識別，在此基礎上實現與人類的合作，通過二者的協作加強人機交互力度，通過人機協作發揮機器人與人類的優勢，提升生產質量與效率。另外語音助手正在不斷普及的過程中，語音助手此類新型機器人能夠對人類的語言進行處理，對語言進行進一步分析，在理解后能夠與人類進行交流，便于人們能夠對后端數據信息進行快速查詢與提取。

4.2 自主機器人

傳統工業機器人在工作的過程中屬于非自主性，主要是在編程人員控制的背景下，對事先規劃好的任務進行自動執行，在機器學習算法發展的背景下，傳統工業機器人的工作狀態有所轉變。機器自主學習算法的內涵是機器在充分掌握數據后，能夠利用人工智能技術主動學習，不受在編程人員指定動作的限制，機器人在自主學習的狀態下能夠對未知環境下的未知問題進行迅速反應與處理，根據實際情況隨時調整參數，在大量樣本數據的支撐下，機器人的運行效果更加穩定[6]。在包裝企業中，在生產過程中通過傳感器的應用，將生產數據與技術相結合，為機器人的自主學習提供數據支撐，有利于提升機器人產品生產的質量與效率，提升生產率，降低生產成本。當前的機器人系統能夠對復雜的現場狀況快速適應，并對現場情況進行自動監測，聯網后機器人能夠動態適應工作。目前各領域都加大開發機器自主學習系統的力度，以提升行業的自動化水平。

4.3 包裝機器語言

若機器之間缺乏統一的標準化接口，將難以實現“工業4.0”，當前包裝企業所使用的包裝機械語言與其他行業相比較為領先。2008年首次提出了包裝機械語言的應用能夠實現包裝設備之間的連接與通用，為機器的設計提供標準。當前，機器人制造商都是按照包裝機械語言來設計機器人，預計到2023年，包裝機械語言會成為全球性的行業標準。

4.4 勞動力變化

在智能工廠不斷提升自身自動化程度的影響下，將會對人員需求產生一定的影響，在需求降低后，對技術、軟件等方面的人員需求不斷提高。當企業引入機器人后，將其用于生產線中，將會對企業選址等方面產生影響，傳統包裝廠由于搬遷的成本較高，大多會選擇將廠房搬至與客戶更近的地方，在客戶表明需求后企業能夠及時做出響應與處理，有利于節省更多的時間與物流成本。在此形勢下，大部分包裝工作都朝著發達國家搬遷，并利用工業互聯網技術實現集中式管理，實現準確性與一致性較強的包裝生產[7]。

4.5 增強網絡安全

越來越多的工廠廣泛應用智能化設備與互聯網，在2010年已經檢測出世界上第一個針對工業控制系統攻擊的破壞性病毒，也就是Stuxnet病毒，在廣泛應用的背景下，包裝制造業在網絡中很有可能會受到網絡攻擊等不安全的隱患。特定黑客在進入網絡、改變程序配置較容易，因此相關企業必須要采取有效的網絡安全解決方案，通過監控軟件的安裝，對關鍵設備進行實時保護[8]。

5 基于“工業4.0”視閾下的智能產品包裝發展趨勢

5.1 智能工廠

智能工廠主要是通過信息技術與自動化技術、人工智能技術(artificial intelligence, AI)相融合，打造智能的生產工作，使機器與產品的智能性更強，結合大數據技術，促進智能產品包裝的生產、設計和銷售。智能工廠的智能化生產更具有柔性化與個性化，有利于促進包裝工廠的大規模生產轉型，滿足市場的生產需求。智能工廠主要依靠信息通信技術與信息物理系統將人機對話轉化為機機之間的智能對話，加強工廠與支付、物流與產品開發平臺的密切聯系，形成智能化制造體系，通過平臺對產品生產的指令進行接收，再根據產品制作的需求形成數字化信息表示，對其中的信息和生產流程進行解讀，找到車間與工位，對設備和工序進行智能化安排。在建設智能工廠的同時要配備相應的智能化、網絡化設備，還包括智能終端等，保證生產的準確性，提高工作效率[9]。

5.2 云工廠

在深入自動化與信息化融合的過程，云工廠這種新的商業模式因此而產生，云工廠設備已基本實現智能化，在數據采集后將數據進行上傳，通過對工業互聯網中數據的分析，掌握工廠生產線的實際狀況，是處于滿負荷運轉狀態還是空閑狀態，空閑工廠可通過向投標者競標的方式，表達自身的優點，積極獲取相應的訂單，當出現云工廠后，工業領域上將出現創新與創業浪潮。云工廠在深度融合自動化與信息化的基礎上，通過創新連接實體工業與大數據，建立標準化的體系與流程，為客戶提供在線的業務板塊，并根據實際發展情況不斷優化技術、流程、軟件等。

5.3 智能生產

智能生產主要是指在包裝生產設備數據交互的過程中，使有機體的智能化程度更高，進而實現網絡化與分布式的生產設施結構。智能生產的側重點具體表現在應用人機互動、智能化物流管理等先進技術的過程，實現精準下單，對客戶的需求進行集中，避免多次修改，對交貨期進行預測，預測過程中要充分考慮物料換型的前提準備，滿足專業的網絡化生產設備、無紙化生產文檔、可視化生產數據、無人化生產現場、透明化生產過程，積極應用先進技術，使企業的產品生產數據分析朝著智能化的方向發展。在智能產品包裝過程中，需要經過多樣性裝置的加工，在智能生產的過程中，決定其順利進行的重要因素為智能物流，智能物流中包含智能運輸、包裝、配送等，主要依托電子識別技術識別物流車輛，依托射頻識別技術識別貨物，依托GPS技術定位物流車輛，向控制中心發送車輛信息，實現自動化的貨物運輸，使包裝企業的物流服務水平有所提升[10]。另外，智能生產的有效性，就必須要依靠大數據與工業軟件的支撐，通過建立智能生產模塊來實現目標，利用計算能力、信息分析能力等實現智能制造，促進智能產品包裝的可持續發展。

5.4 智能服務

在“中國制造2025”被提出后，“互聯網+”作為其重要支撐，要廣泛應用于包裝產業中，實現“互聯網+包裝”新型模式，發揮優化和集成作用，將互聯網創新模式與包裝企業的各環節深入融合，促進包裝產業的創新力和生產力的提升。包裝企業通過實現智能化的產品生產與包裝能夠對用戶的數據和狀態進行采集，再上傳給廠商后很有可能形成新型的商業模式，通過分析數據、了解運行狀態，使包裝產業生產廠商朝著服務商的方向轉型。智能產品的包裝服務的功能較豐富，具體表現為以下幾方面：第一，智能包裝服務能夠根據客戶需求制定針對性的制造方案，從選擇、設計包裝材料到儲存、銷售等，顧客能夠對包裝上的二維碼進行掃描，使顧客能夠觀看導向管的制作與運輸信息。第二，在產品運行時，其中形成的數據能夠隨時向廠商傳遞，使廠商能夠明確產品的運行狀態[11]。第三，智能包裝服務平臺能夠在企業需求的基礎上，制定與企業發展相符合的訂單與流程管理服務，在產品加工時能夠收集服務平臺數據，實現對訂單的統一加工，再進行分類放置，提升智能產品包裝效率。

6 結語

綜上所述，基于“工業4.0”視閾下，縱觀當前制造業的發展趨勢，在智能產品包裝方面迎來智能化發展，在此基礎上必須要轉變包裝產業的思維模式，通過建立智能包裝工廠，通過實現智能包裝生產、智能包裝運輸與智能服務等，積極面對“工業4.0”帶來的挑戰，使智能產業朝著智能化、自動化、信息化的方向發展，實現智能產品包裝的可持續發展。