5G時代背景下的印刷智能包裝傳感器及印刷智能化發展

馬夢迪 孫銳 孫加振

商品流通與應用的需求日益增強促進了包裝技術不斷進行發展變革。傳統的包裝主要是起防護、隔離、定量、裝飾和說明的作用。隨著科技技術的進步和人們需求的不斷增長，人們對包裝的要求也越來越高，因此人們在包裝中融入了很多智能化的成分，以滿足日益復雜的流通環境和人們不斷增加的需求，使包裝擁有了傳統包裝所不具備的智能成分，也就是新發展起來的智能包裝。當今5G時代背景下，智能包裝不僅具備傳統包裝的保護產品、促進銷售、方便運輸等功能，還包含大量的產品信息，它依靠內部的傳感器件和條碼，將標記和監控系統結合起來，用以檢測產品當前的狀態，如溫度、濕度、菌落等。利用印刷電子技術制備微型傳感器應用于產品包裝可以實現包裝信息化及可視化。同時，隨著5G技術的日趨成熟及印刷業智能化轉型速度的加快，印刷與5G技術的融合也指日可待。5G技術將促進印刷業的創新應用及當前印刷業的智能化轉型，為包裝印刷產品的應用帶來新的影響。本文討論了5G信息化的時代大背景下印刷在智能包裝傳感器制造及智能化方面的發展。

印刷智能包裝傳感器

智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結合的產物。與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下3個優點：通過軟件技術可實現高精度的信息采集，而且成本低;具有一定的編程自動化能力;功能多樣化。利用印刷電子技術將傳統印刷技術和電子技術相結合，把傳統印刷工藝應用于制造先進功能電子器件和高性能產品。利用特定的功能性材料、助劑等配置成液態墨水，進一步改善承印物表面的印刷適性，從而可以實現智能傳感器的印刷制造。

5G技術可以將包裝信息的采集和跟蹤提升到新的水平。傳統意義上的包裝，是為了在流通過程中保護產品、方便貯運、促進銷售，按一定技術方法而采用的容器、材料及輔助物等的總體名稱。包裝制造廠商通過在包裝上安裝5G傳感器，產品制造商和消費者就可獲得更加豐富的包裝信息，例如位置、溫度、濕度、重力等有關產品狀態的實時反饋。故宮推出的一款故宮月餅禮盒包裝，就是以該方向為目標的一個嘗試，其包裝盒上附有二維碼和認證碼，掃描完成后輸入驗證碼，手機上就會呈現一個完整的關于中秋祝賀的視頻，包含了商品的制作、來源以及一些典故等。隨著人機界面交互應用的需求，智能包裝傳感器的發展將會提供越來越直接的信息及能量交互。印刷可人機交互的智能包裝傳感器會有利促進5G技術在智能包裝領域的融合發展。在不久的將來，或許越來越多的商品將會取消紙質說明書，而通過外包裝上的5G技術和AR技術向客戶顯示產品信息。

5G技術對印刷智能化的影響

5G是第五代移動通信網絡的簡稱，其峰值理論傳輸速度可達每秒數十GB，比4G網絡的傳輸速度快數百倍。這也意味著，在5G技術的帶動下，數據生成的數量、交互的時效性、實時數據處理速率都將以倍數增長。西安理工大學副教授劉琳琳認為，3G、4G技術解決了人與智能終端的交互問題，而5G技術將解決機器與機器之間的交互問題，這也是印刷業實現智能化的基礎條件。5G的到來，將給傳統的印刷技術賦予新的定義。5G之下，印刷業在生產、維護等方面將出現一大批革命性的應用場景。

1.5G新技術在印刷行業衍生更豐富的應用

5G技術帶來了互聯網的革命，在傳輸速度實現質的飛躍，設備傳輸命令以及自動識別系統圖像采集數據分析能力不斷加強，硬件環境及硬件技術已經能滿足智能化信息化發展的大環境下，5G技術或將推動物聯網應用的落地，帶動通信、電子元器件、芯片、電子標簽、終端應用等全產業鏈的升級。與此同時，作為連接人、機器和設備的物聯網的關鍵支撐技術，亦應受到印刷包裝企業的高度關注。

當前，許多印刷企業已建設了WiFi工廠，一定程度上解決了車間數據采集和人機交互的問題。劉琳琳認為，當前WiFi工廠解決的仍是人機交互層面的數字化應用場景，如ERP、人工數據錄入等規模較小的數據量，這與5G有較大差距。北京印刷學院機電工程學院院長齊元勝認為，隨著5G技術的成熟運用，目前基于WiFi的工廠互聯會被舍棄，基于數字化技術的智能工廠管理將得到實現。

可見，無論是WiFi技術抑或是5G技術，其根本都是解決通訊的問題，但5G技術是使更大規模的數據采集和處理得以實現。而以大數據為基礎的印刷生產中，其衍生的實際應用將更為豐富。

數字化技術、控制技術、移動互聯、人工智能都是逐步通過一些更可靠和更合理的方法讓印刷由繁入簡。5G技術將從根本上解決和突破現在印刷的實時性問題，特別是高保真數字復現場景下的印刷場景細節再現和展示，真正有效地將印刷線性作業流程轉變為同心圓作業流程，不僅實現從內容編創、設計、印制到用戶應用體驗的整合，而且在同一個平臺上實現協同作業與評測，對印刷產生深刻影響。

2.5G新技術應用推動印刷行業發展

齊元勝認為，5G網絡具有超大帶寬數據傳輸、海量連接和超低時延遠程控制能力特點，結合大數據、云計算、人工智能等技術，必將對未來經濟社會發展起到巨大推動作用。“在某些方面，5G技術帶來的將是革命性的變革，如對目前企業管理運營的3G、4G網絡軟硬件環境的提升。”

傳統的印刷包裝企業向印刷數字化、電子化以及3D打印等功能印刷領域轉型，不失為一種新的可能。現時已有傳統印刷包裝企業涉足RFID電子標簽、柔性顯示器、LED天線、3D打印等功能印刷領域的成功案例。而新一代網絡技術將促使傳統印刷包裝企業進一步擁抱互聯網，向數字印刷領域邁進。新型的印刷包裝企業可以更多地嘗試采用O2O模式，在垂直領域搭建線上電商平臺，線下布局數字印刷門店和服務點，以互聯網平臺中心管理線上、線下的入口流量，并與企業ERP系統完成無縫對接，通過線上、線下相結合的方式給用戶帶來不一樣的數字印刷設計服務體驗。

隨著智能手機的普及，手機的性能已然越來越強大。而5G技術的應用，會更多地響應消費者的需求，使印刷品類不斷增加，服務能力越來越強。可以說，優質的網絡，便捷的服務，高品質、高速度的數字印刷設備，將會走向各個服務半徑，而便捷的物流會快速地將成品送到每一位顧客手中。或許，印刷業將因為5G網絡的普及而達到后用新高點。

5G時代印刷智能化的機遇與挑戰

數據的采集、傳遞、控制、管理和應用決定了印刷企業在實際生產中的實時性、協同性以及可視化等場景的具體應用，即從數據到應用，通訊是基礎。5G作為通訊技術的一種，可幫助企業解決設備之間的高頻次、大數據級別的通訊問題。

武漢大學印刷與包裝系教授萬曉霞認為，作為新一代移動通信技術，5G技術的迅猛發展正好切合了印刷包裝這類傳統制造企業的智能制造轉型對無線網絡的應用需求，5G技術定義的三大場景不但覆蓋了高帶寬、低延時等傳統應用場景，還能滿足工業環境下的設備互聯和遠程交互應用需求，這種廣域網全覆蓋的特點為大中型包裝印刷企業構建統一的無線網絡提供了可能。

但是，當前印刷業對5G技術的布局應用還略顯滯后，需要印企、設備制造商、教育研究機構等協同布局、積極創新，在軟硬件各方面發力，從而為行業帶來商業機會。

作者單位：齊魯工業大學（山東省科學院）輕工科學與工程學院、山東省高等學校綠色印刷包裝材料與技術重點實驗室（齊魯工業大學）、數字打印先進材料協同創新中心（濟南市）

責任編輯：薛金萍