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信息型智能包装技术应用分析


作者:王莉 张浩 来源:数字印刷 2018-05-04 10:13:47 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容:

摘要:智能包装指人们通过创新思维,在包装中融入新技术,使其既具有包装的基本功能,又有一些特殊性能。这些包装的特殊性可满足商品的特殊要求及环境条件,它涉及多种学科技术,例如计算机、微电子、材料、化学、人工智能和微生物技术等。

关键词:智能包装[88篇]  RFID[15206篇]  石墨烯电子标签[0篇]  NFC[5377篇]  

  智能包装指人们通过创新思维,在包装中融入新技术,使其既具有包装的基本功能,又有一些特殊性能。这些包装的特殊性可满足商品的特殊要求及环境条件,它涉及多种学科技术,例如计算机、微电子、材料、化学、人工智能和微生物技术等。

  智能包装大致分为功能结构型、功能材料型和信息型3类。信息型智能包装技术主要是以反映包装内容物及其内在品质和运输、销售过程信息为主的新型技术。信息型智能包装又称为电子信息组合包装,一般由记录信息的电子芯片、软件和条形码组成,是最有发展活力和前景的包装技术之一。

  当前,此类信息型智能包装从一维码、二维码识别技术,发展到多维码、RFID、NFC、EPC技术,正向高级智能包装阶段迈进,广泛应用到产品溯源、智能物流、智慧仓储、票证防伪、人员管理、移动支付等生活的全方位,呈逐年上升趋势,如图1所示。

信息型智能包装技术应用分析

  图1 2014 ~2025年智能标签预测图

  RFID、NFC和EPC

  射频识别技术应用

  1.RFID技术应用

  RFID即无线射频识别,俗称电子标签。它是一种通过无线电波实现非接触的资料存取技术,此技术利用无线通讯结合资料存取技术,连结背后的资料库系统,形成一个庞大且串连在一起的系统。

  按照能量供给方式的不同,RFID标签分为有源、无源和半有源3种;按照工作频率的不同,RFID标签分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(MW)的标签。当前国际上RFID应用以LF和HF标签产品为主;UHF标签已被规模生产,由于其具有可远距离识别和低成本制造的优势,有望在未来几年内成为主流;MW标签只在部分国家得到应用。

  我国HF芯片已实现产业化,UHF芯片也已经完成开发。从技术应用上分析,RFID标签正从单芯片电子标签向多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID方向发展。RFID更多地被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上,具体应用实例如下:

  ①RFID标签逐步从芯片型向无芯片型方向发展,无芯RFID标签指的是不含有硅芯片的射频识别标签。由于硅芯片价格昂贵,即使不考虑硅芯片的花费,其安装费用就相当于所使用的条形码费用的95%。而无芯标签的主要优势是能以很低的成本直接印在产品和包装上,因此在特定的应用领域很有前途。例如空运包裹、动物、住院或者受监护的人员等。

  ②新型材料取代传统的RFID。例如石墨烯材料制成的电子标签,传统电子标签一般以金属铝为原料,制造工艺不环保、使用寿命短。而由石墨烯材料制成的电子标签,只需在普通白纸上直接印刷,制成的标签不仅性能更优,寿命也长(约是铝制材料的3倍),接收信号的距离更长,而且节能环保、质地柔软,可直接粘贴在衣服等软性材料上。目前已实现石墨烯射频标签的产业化,例如由安德烈o海姆研发制造的石墨烯电子标签及射频天线于2017年10月在南京鼎腾石墨烯研究院有限公司实现了规模化生产。

信息型智能包装技术应用分析

  图2 石墨烯电子标签

  2.NFC技术应用

  NFC(Near Field Communication),即近距离无线通讯技术。它是一种非接触式识别和互联技术,可以在移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC技术支持多种应用,包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。其具体特点有:NFC采取了独特的信号衰减技术,它具有距离近(NFC传输范围比RFID小)、带宽高、能耗低的特点;NFC与现有非接触智能卡技术兼容,已经逐渐成为越来越多主要厂商支持的正式标准;NFC是一种近距离连接协议,提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信,NFC在公交、门禁、手机支付等领域内发挥着重要作用,如付款、电子票证、交换和传输数据等。

  现在很多手机内置NFC芯片,可以用来支付,也可以用作数据交换与采集。例如华为、中兴、小米等有多款NFC手机,如图3所示手机界面,开启NFC后,然后将两台设备距离保持在10cm以内。系统就会开始连接,再点击要发送的东西就可以发送到对方的设备,还可以查询地铁、公交卡余额等。

信息型智能包装技术应用分析

  图3 带有NFC功能的手机

  3.EPC技术应用

  EPC(Electronic Product Code),即产品电子码技术,其载体是RFID电子标签,并借助互联网来实现信息的传递。EPC旨在为每一件单品建立全球的、开放的标识标准,实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯,从而有效提高供应链管理水平、降低物流成本。

  EPC标签是由一个比1/5大米粒还小的电子芯片和一个软天线组成,电子标签像纸一样薄,可以做成邮票大小,或者更小,它可以在1~6米的距离让读写器探测到。EPC电子标签的特点是全球统一标准,价格也很便宜,与互联网信息互通。

  高级信息型智能

  包装技术应用

  随着科技的不断发展与进步,各种高新技术:微电子、工业机器人、图像传感技术和新材料等在信息型智能包装上综合应用,已研发出多种高级信息型智能包装技术。具体实例如下:

  1.柔性纸电池作电源的RFID标签

  无源、有源和半有源电子标签各有不足,例如无源RFID标签无需电源,无寿命限制,但读取距离近;有源RFID标签内置电池,但电池的使用寿命有限,读取距离远,成本高;半有源电子标签内置电池但电池的使用寿命有限,读取距离近,成本介于有源和无源之间。当前市场已出现柔性纸电池作电源的RFID标签。由于纸电池的厚度约0.6mm,形状大小可按需定制,环保性好,容易与RFID标签集成等优良特性,所以在超薄或小型柔性标签上优势大于传统电池。随着印刷电子工业在我国的快速发展,纸电池的价格优势尤为突出,可供使用的领域将大大增加。

  2.RFID结合传感器标签

  结合RFID和传感技术的新型智能RFID已在市场出现,带有智能传感器的RFID,是无线传感网络的重要组成部分。当前有两种RFID传感器标签体系:一种RFID标签集成传统电池支持的传感器于硅芯片上并带有模/数转换器;这种技术适合多种传感器,但标签尺寸大、成本高,并且寿命受限于电池容量。另一种是将传感器集成于标签天线上,标签尺寸和成本下降,但如何设计这样的传感器元件是难题。例如以柔性纸电池为电源--温感标签已诞生,它是一种可以全程实时记录温度的软性电子标签。

  3.AR技术的应用

  AR(增强现实)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。

  此技术在信息型智能包装应用中逐步发展,可将传统图像识别技术与可变信息(条码技术)相结合,实现AR信息可变的智能标签,改变传统标签单向、单点式的信息设计模式,基于大数据平台,利用数据挖掘和分析技术,建立产品最终用户与生产企业之间的多向信息交互,实现物流追溯、多维互动、个性化服务、精准营销和智能防伪等。

  例如,DHL的Vision Picking拣货系统使用了AR技术来帮助仓储拣货员高效地进行拣货。借助此技术,拣货员通过谷歌眼镜的室内导航快速到达待检货物的位置,并通过谷歌眼镜扫描货物的条形码,可查看货物应该放置的位置,同时更新仓储的货物数量,如图4所示。

信息型智能包装技术应用分析

  图4 Vision Pickinig (右上角标注了货物放置的位置和数量)

  结语

  当前,智能包装在包装领域将面临巨大的市场和发展机遇,作为智能包装之一的信息型智能包装,由于它以计算机和通信技术为核心,在信息时代更具有广阔的发展前景。

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